پایان نامه اتم در خدمت کشاورزی و منابع طبیعی

مقدمه

با ساختمان اولین پیل اتمی بوسیله انریکوفرمی دانشمند معروف ایتالیائی سبب شد که دانشمندان از انرژی اتم در پیشبرد علوم وصنایع، کشاورزی و پزشکی استفاده نمایند، بطوریکه امروزه کمتر رشته علمی و صنعتی است که در تحقیق و گسترش آن از رادیو ایزوتوپها استفاده نگردد. مثلا در پزشکی برای بهبود وضع محصول و حفظ آن از آفات در علوم و صنایع برای مطالعات گوناگون استفاده‌های شایان توجهی میگردد.

این کتاب حاوی اطلاعات کلی در زمینه پیشرفت‌ همه جانبه و چشمگیر کاربر در رادیوایزوتوپها در رشته‌های مختلفه علوم و فنون بخصوص در رشته‌های کشاورزی، علوم، داروسازی و پزشکی است و در آن از موارد استعمال رادیوایزوتوپها در رشته‌های کشاورزی و ژنتیک پرتوی به تفصیل بحث شده است و از خطرات ومضار مواد رادیواکتیو حاصله از انفجارات اتمی و همچنین پیش‌بینی نقش رادیوایزوتوپها در پیشرفت‌های آینده در رشته‌های مختلفه علوم، صنایع و کشاورزی سخن بمیان آمده است.

فصل اول: منابع انرژی قبل از اتم

منبع انرژی بشر در گذشته دور منحصر به قوای عضلانی انسان و انرژی آفتاب بوده است. بعدها آتش کشف گردید و از جریان آب رودخانه ها برای حمل و نقل استفاده شد از اینرو کشف آتش را می‎توان یکی از مهمترین یافته های بشر دانست.

کلیه منابع انرژی غیر از نیروی اتم در نتیجه تأثیر خورشید بوجود آمده است و به زبان دیگر باستثنای انرژی مواد رادیواکتیو منبع عموم انرژی ها خورشید است زیرا رشد گیاهان در پرتو نور خورشید انجام می‎شود و غذای حیوانات بطور مستقیم یا غیرمستقیم از مواد آلی گیاهی نتیجه می گردد.

نفت و ذغال سنگ که از بقایای گیاهان و موجودات ادوار معرف الارضی باقی مانده است انرژی ذخیره شده ایست که امروزه مورد استفاده قرار می‎گیرد حرارتی که از سوختن ذغال و نفت بوجود می‎آید همان انرژی تابشی خورشید است که در طول صدها میلیون سال در رستنی ها انباشته شده است.

انرژی اتمی در یافته های تازه بشر است و آن را می‎توان از مهمترین اکتشافات بشر دانست یعنی برای نخستین بار بر پایه اصول فرضیه نسبی از انیشتن این نتیجه به دست آمد که جرم نوعی از انرژی است و ممکن است این دو را به یکدیگر تبدیل نمود.

بعدها صحت فرضیه انیشتن به ثبوت رسید و این فکر قوت گرفت که به جای استفاده از ذخائر جزئی انرژی خورشید از نیروی از بند رسته اتم برای پیشرفت بشریت استفاده شود باید توجه داشت که خود زمین هم از لحاظ حرارت درونی و رادیواکتیویته قشر آن یک نوع منبع انرژی محسوب می‎شود ولی به علت ناچیزی این انرژی مقابل انرژی اتمی نمی توان آن را مورد استفاده قرار داد.

امروزه از نیروی فراوان اتم در راه علم و صنعت و کشاورزی استفاده می‎شود و کیمیاگران عصر حاضر عنصری را به عنصر دیگر تبدیل می‌کنند و با استفاده از اجسام رادیواکتیو به معالجه بیماریها می پردازند.

از هم اکنون این سؤال پیش می‎آید که در صورتی که پس از سالیان دراز ذخیره موادی که در راکتورهای اتمی به عنوان سوخت به کار می رود به پایان برسد چگونه می‎توان به انرژی تازه ای دست یافت.

جمعی از دانشمندان به فکر استفاده مؤثر از انرژی خورشید افتاده و در این راه به کوشش خود ادامه می دهند اکنون روشن شده است همچنان که از شکافته شدن هسته‌های سنگین اورانیوم مقادیر مشابهی انرژی به دست می‎آید از پیوند هسته های سبک نیز انرژی فراوانی به دست می‎آید.

در هر دو حالت فوق الذکر جرم کاهش می یابد و این کاهش جرم است که سرچشمه انرژی عظیم اتمی و به عبارت صحیح تر انرژی هسته ای می گردد. تهیه انرژی را به توسط شکافتن هسته های سنگین فیسیون و چگونگی تولید انرژی را به روش پیوند هسته های سبک فوزیون می‎نامند. در روش نخستین از انشقاق عناصری از قبیل اورانیوم و توریوم انرژی حاصل می‎شود و در روش دوم از اتمهای سبک مانند هیدروژن استفاده به عمل می‎آید برای انجام عمل پیوند هسته یا فوزیون بایستی هسته دو اتم را به شدت به هم برخورد داد تا به هم پیوند خورده در هم فرو روند بدیهی است که نیروی دافعه الکترواستاتیکی هسته مانع بزرگی در این راه محسوب می‎شود. به نظر دانشمندان به منظور بالا بردن سرعت هسته ها از افزایش درجه حرارت می بایست استفاده نمود. و در صورتی که در محفظه ای موفق به تأمین حرارت مورد لزوم برای انجام واکنش فوزیون بشویم مشکل تهیه انرژی بشر برای همیشه حل خواهد شد. متأسفانه محاسبات ریاضی لزوم صدها میلیون درجه حرارت را ثابت می نماید که عملا به دست آوردن آن در کره ما غیر مقدور است با این حال آینده چندان تاریکی در پیش دانش بشری وجود ندارد زیرا تاکنون به کمک ماشینهای بسیار عظیم موفق شده اند که برای زمانهای خیلی کوتاه عمل پیوند هسته یا فوزیون را انجام دهند.

دانشمندان امیدوارند که در آینده کوره های فوزیون آزمایشی را به کار اندازند و در نقاط مختلف جهان از آن بهره برداری نمایند با اینکه تاکنون همه مسائل حل نشده ولی بیشک روزی این مشکلات حل خواهد شد و بشریت به انرژی فراوانی دست خواهد یافت. در این صورت هیدروژن موجود در تمام اقیانوسها یکی از مواد اولیه پیوند هسته ای را به دست می‎دهد. هیدروژن سنگین که نسبت به ئیدروژن معمولی فوق العاده کمیاب است سوخت بسیار مناسبی برای کوره های فوزیون محسوب می‎شود در هر 6400 اتم هیدروژن یک اتم ئیدروژن سنگین وجود دارد. معذالک مقدار هیدروژن سنگین اقیانوسها برای مصرف یک میلیون سال بشر کافی است و در صورت موفقیت در انجام عمل فوزیون کره ما از انرژی فراوان بهره مند خواهد شد و بشریت از سلامت و آسایش و رفاه بیشتری بهره‌مند خواهد گردید.

اتم های نشان دار در خدمت صنعت پزشکی و کشاورزی

در گذشته اجسام رادیواکتیو طبیعی مانند رادیوم در صنایع و طب مورد استفاده قرار می‌گرفت ولی امروزه تهیه مقادیر زیادی از مواد رادیواکتیو مصنوعاً ممکن شده و با استفاده از این مواد راه تحقیقات تازه‌ای در صنایع و کشاورزی وطب و بیولوژی گشوده شده است.

معمولا از نوترون‌ها برای بمباران مواد شیمیائی و بوجود آوردن عناصر رادیواکتیو استفاده میشود بطوریکه کربن و فسفر رادیواکتیو از تابش نوترون بر روی ازت و فسفر 31 بشرح زیر بدست میاید.

نوترون. 1+‌ کربن 14                    نوترون 1+ ازت 14 یا

کوانتوم کاما + فسفر 32       نوترون 1+ فسفر 32

نیم عمر کربن 14 بدست آمده 5700 سال و نیمه عمر فسفر 32 حاصل 3/14 روز است.

همچنین عناصری مانند کلسیم آهن کبالت و سدیم را میتوان رادیواکتیو نمود و از آنها در صنایع و پزشکی و کشاورزی استفاده تحقیقاتی کرد.

بطور مثال میتوان با گذاردن صفحه کبالتی بسطح ده دسی متر مربع در حوزه عمل یک راکتور هسته‌ای پس از 24 ساعت 2 گرم کبالت رادیواکتیو بدست آورد.

چون شدت رادیواکتیویته 2 گرم کبالت معادل رادیواکتیویته 2 کیلوگرم رادیوم است از آن رو میتوان از آن برای مقاصد گوناگون استفاده نمود. بطور مثال از اشعه گامای حاصل از آن برای تابش بذر در کشاورزی و برای تعیین ضخامت صفحات و جدارها در صنعت استفاده کرد.

کشاورزی

مولکولهای نشاندار در تمام رشته‌های کشاورزی از قبیل دفع آفات و حشرات. جنگل. خاکشناسی، دامپروری، ماهی شناسی، جانورشناسی و فیزیولوژی گیاهی مورد استعمال یافته و بسیاری از مشکلات رشته‌های مزبور را حل نموده است.

امروزه متخصصین بیولوژی ماهی شناسی پرنده شناسی و جانورشناسی با استفاده از روش علامت های رادیواکتیو توانسته اند بیولوژی و زندگی و نقل و انتقال اینگونه حیوانات را مطالعه نموده و در صورتیکه زیان آور باشند راه مبارزه با آنها را بیابند.

نحوه عمل بدین ترتیب است که به بدن ماهی ها و پرندگان صید شده یا جانوران زیرزمینی حلقه رادیواکتیوی وصل می‌کنند و سپس آنها را رها می سازند با صید نمونه‌های حلقه دار در فواصل هزاران کیلومتری می‎توان درباره‌ی چگونگی بیولوژی ماهی ها و پرندگان مطالعه نمود و در مورد جانوران زیرزمینی از نقل و انتقال آنها در زیرزمین آگاهی یافت.

بطور مثال دانشمندان ماهی شناس بر گروهی از ماهیان قزل آلای اقیانوس اطلس نشان گذاشتند و سپس آنها را رها ساختند این نوع ماهی دو سال اول زندگی خود را در آبهای شیرین کانادا اروپا و بریتانیا می گذراند همین که به طول 15-20 سانتیمتر می رسد به دریا می رود. چند سالی می ماند هزاران میل سفر می‌کند و پس از دو سال ماندن در آب شور و تغذیه و رشد زیاد به طول 60-90 سانتیمتر می رسد و چون قزل آلامیل به تولید مثل کند به آبهای شیرین برمی گردد دانشمندان ماهی شناس ملاحظه کردند که بسیاری از آنها به همان رودخانه بر می گردند که در آن به دنیا آمده اند و اما چگونه قزل آلاپی به زادگاهش میبرد گمان این است که ترکیب شیمیایی خاص آبهای آشنا را می شناسد و ماهی شناسان دریافتند که وقتی این ماهی از رودخانه به دریا می رسد تفاوت ترکیبات گرچه اندک است حس می نماید و در بازگشت به جستجوی ترکیبی که با آن آشنائی دیرینه دارد می پردازد و به محض آنکه آنرا یافت زادگاهش را یافته است. همچنین دانشمندان دریافتند که قزل آلا برای اینکه در رودخانه بالا رود تقلای بسیار می‌کند و با جریان تند آب می جنگد و خود را از آبشارها بالا می کشد و خطرها را می گذراند.

در حقیقت ایزوتوپهای رادیواکتیو نقش پرندگان حلقه دار و گوسفندان زنگوله دار را بازی می‌کنند و این مولکولهای نشاندار هر کجا که روند چون زنگوله گوسفندان که به صدای آن شناخته می‎شود اینان نیز توسط دستگاههای حساسی مانند کنتور گایگر مولر به آسانی کشف می گردند.

ایزوتوپ های رادیواکتیو از لحاظ خواص شیمیائی خود هیچگونه فرقی با عناصر شیمیایی معمولی ندارند بدین جهت با دنبال کردن مسیر مولکولهای نشاندار می‎توان با دقت کافی نحوه عمل عنصر شیمیایی معمولی را در جریانات مختلف بررسی نمود.

برای شمردن تعداد ماهی هائیکه از حوضچه های تکثیر به رودخانه فرستاده می‎شود روش ابتکاری و جالبی توسط دانشمندان بکار می رود. معمولاً برای اینکه ماهی های کوچک را نشاندار نمایند تعدادی از ماهیهای حوضچه ها را برای مدت کوتاهی در محلول رقیقی که دارای فسفر رادیواکتیو است قرار داده و مجدداً به حوضچه ها برمی گردانند ماهیهای نشاندار شده بطور یکنواخت بین ماهیهای دیگر تقسیم می‎شوند و پس از تعیین نسبت ماهیهای رادیواکتیو و غیر رادیواکتیو ماهی ها را از حوضچه ها برودخانه می فرستند برای اندازه گیری تعداد کل آنها کافی است که تابش رادیواکتیو ماهی هائیکه از معبر می گذرند اندازه گیری شود نظر به اینکه فسفر رادیواکتیو به سرعت استحاله می‌یابد اگر بخواهیم ماهیها را مدت درازتری دنبال کنیم و رشد و طرز انتقال آنها را بررسی نمائیم لازم است که از ایزوتوپهای پرعمرتری مانند کلسیم استفاده نمائیم.

امروزه در نقاط مختلف دنیا بخصوص در ایالات متحده مزارع مخصوص گیاهان جهش یافته و رادیواکتیو وجود دارد که در آنها اصلاح گیاهان دفع آفات و حشرات اصلاح دامهائی از قبیل گاو و گوسفند و خوک و مرغ کوددادن از طریق برگ مورد آزمایش و بررسی قرار میگیرد. بخصوص در آزمایشگاهها و مراکز بزرگی از قبیل بروک‌هیون- ارگون و اوک ریچ این تحقیقات بیشتر انجام میپذیرد.

در این مزارع تحقیقی رادیوایزوتوپها را بصورت کود به گیاهان میدهند و مسیر اتمهای رادیواکتیو را که همان اتمهای نشاندار هستند بوسیله کنتور گایگر در گیاه پیدا مینمایند. پس از جنگ جهانی دوم مطالب بی‌اساسی پیرامون کودهای رادیواکتیو در بین زارعین منتشر گردید و کشاورزان بگمان اینکه کودهای رادیواکتیوبه حاصلیخیزی زمین دو چندان میافزاید بخرید آن اقدام نمودند ولی دیری نپائید که کمیسیون انرژی اتمی بی‌اساس بودن این شایعات را به ثبوت رسانید.

بررسی بیولوژی و نقل و انتقال حشرات را نیز با روش متنابهی انجام میدهند همانطوریکه پرورش دهندگان زنبور عسل برای بررسی زندگی این حشره گاهی آنها را بارنگهای مخصوص علامت گذاری میکنند همانطور نیز با استفاده از اتمهای نشاندار میتوان چند حشره را علامت گذاری نمود و در صورتیکه آنها آفات محصولات کشاورزی باشند دوره زخم دار بیولوژی آنها یا بزبان دیگر موقعی را که دارای مقاومت کمتری است تعیین نمود امروزه میتوان جنس نر برخی از حشرات را مورد تابش قرار داد و با عقیم کردن آن نسل حشره‌ای را بکلی برانداخت برای اندازه‌گیری میزان سرعت پرواز حشرات و آفات و انتقال آنها نیز میتوان از رادیوایزتوپ‌ها یاری جست معمولا در این روش‌ مگس مخصوص را مدتی تشنه نگاهمیدارند و سپس مایعی را که فسفر رادیواکتیو دارد به آنها میخورانند و سپس این مگسهای نشاندار را آزاد کرده و آنها را تعقیب مینمایند بعدا در تله های گوشتی مخصوص مگس که در فواصل دور مستقر شده بجستجوی مگسهای رادیواکتیو میپردازند و روشن میسازند که مگسها تا چه فواصلی پرواز مینمایند.

در دامپروری و مرغداری نیز با استفاده از رادیوایزوتوپها مطالعاتی انجام شده است و بدین ترتیب در یافته‌اند که بعضی از مواد غذائی رادیواکتیو که بمرغها خورانده میشود تا چهل روز بعد هم در تخم مرغها وجود دارد در حالیکه تشکیل یک تخم در بدن مرغ فقط 8 روز طول میکشد این آزمایش نشان داد که تنها موادیکه مرغها در ضمن 8 روز میخورند در تشکیل تخم شرکت ندارد بلکه موادیکه در مدت یکماه مورد تغذیه قرار گرفته نیز در ساختمان تخم مرغ شرکت میجویند.