چشمه های رادیواکتیو با قدرت بالا

چشمه های رادیواکتیو با  قدرت  بالا

در این قسمت اساساً  کاربرد مقادیر زیاد پرتوها بمنظور از بین بردن یا استرلیزه کردن اورگانیزم های مضر مورد نظر است. مثالهای از بکار گیری موثر انرژی پرتوها برای کاتالیز نمودن واکنش های شیمیائی وجود دارند، اما اینها بسیار نادر هستند و تنها بعنوان قسمتی از کاربرد پرتوها در صنعت می باشند. جدول (21-2) دز تابشی جهت ایجاد اثرات معینی روی ارگانیزمهای زنده را نشان می دهد، و واضح است که برای نابودی  انواع ساده موجودات نیاز به بالاترین دز می باشد. به مراتب بزرگترین کاربرد چشمه های بزرگ گاما، استرلیزاسیون تجهیزات و ابزار عرضه در پزشکی است. دزهائی معادل     Gy10⁴´5/2 (5/2 مگا راد) برای استرلیزاسیون ابزاری از قبیل سرنگ، لوازم بخیه، چاقوهای جراحی و امثال آنها در کارخانه های که خود امکانات تابش گاما دارند، بکار می روند.

به منظور ارائه دز لازم برای استرلیزاسیون در مدت زمان کوتاه و امکان تولید متوالی، اقلام بسته بندی شده بین چشمه ها طوری عبور داده می شوند که در یک عبور، دز لازم به آنها داده شود. اکتیویته بکار رفته در محدوده TBq500 تاPBq 100(mCi4– Ci 10⁴)Co ⁶⁰ می باشد. این تاسیسات به نحوی حفاظ شده و مجهز به امکانات امنیتی هستند که می توانند به عنوان قسمتی از خط تولید معمولی بحساب آیند.  

کاربرد نشاندارکننده ها قبلاً توضیح داده شدند، یک دیسک پلاستیکی بطور مناسب رنگ شده، در دزی معادل Gy 10⁴×2 (10⁶×2 راد) از نارنجی به قرمز تغییر رنگ می دهد و بنابر این کانتینر اقلام استرلیزه شده می توانند شناسائی گردند و اقلام بزرگ می توانند اختصاصاً علامت گذاری شوند.

با توجه به قابلیت نفوذ پرتو گاما در محتویات کانتینر، اقلام می توانند قبل از استرلیزه شدن بسته بندی گردند، و هر سال میلیونها وسیله پزشکی  به این طریق استرلیزه شده و روشهای دیگر کنار گذاشته شده اند.  براحتی می توان از روی دز اعمال شده به ماده Gy10⁴×2 (10⁶×2 راد) محاسبه نمود که درجه حرارت حاصل از جذب این انرژی فقط چند درجه می باشد. و در انرژی های بکار رفته هیچگونه اکتیویته ای در مواد بوجود نمی آید .

 

جدول 21-2  اثر  پرتو  گاما روی ارگانیزم های زنده

ارگانیزم	دز برای ایجاد
	تغییر و تحول (راد)	عقیم سازی(راد)	مرگ(راد)
انسان	150-50	150	700-400
کرم	-	10 ×(10-5)	10^5 ×5/7
نرم تنان	-	-	10^4 ×(3-2)
حشرات	بیشتر از 70	10^3 ×(10-5)	10^5 ×(2-1)
تک سلولیها	5000	10^5 ×3- 10^5	10^5 × 3- 10^5
جلبکها	-	بیشتر از10^4 ×4	بیشتر از 10^4 ×4
قارچ	10^4	10^5	( 10 ×5/1 – 025/0)
باکتری	1000	10^6	10^6 ×(2 – 15/0)
ویروس	1000	10^5	10^6 ×(5 – 1/0)

 

            کاربردهائی از پرتوهای پر انرژی در صنایع پلاستیک سازی برای تغییر خواص وجود دارند ولی اکثراً این عمل توسط شتابدهندها صورت می گیرد. پرتودهی مواد غذای نیز ممکن است، ولی بررسی های فنی اقتصادی واثرات جانبی پرتوها بر ارگانیزم ضروری می باشد.

در این رابطه، مزه، بو، پذیرش عموم از عواملی هستند که باید مد نظر قرار گیرند. ممکن است تغییرات شیمیائی در سطوح مورد نیاز دز جهت نگهداری و انبار نمودن وجود داشته و طعم و بوی غیرقابل  قبولی را  ایجاد کند، ولی علیرغم آن به ارزش غذای آنها  آسیبی نمی رسد. هنوز هم در این موارد تحقیقات وسیعی در حال انجام است. چنانچه حبوبات را به این طریق تحت نفوذ پرتوها قرار دهند، به مدت زیادی قابل نگهداری بوده و از آسیب حشرات مصون خواهند بود. البته مسائلی در رابطه با سازماندهی و فناوری آن وجود دارند،  کاربرد  این روش را محدود  می سازد.

پرتوها در پلیمریزاسیون منومرها ، نگهداری چوب و نیز در بهبودی رنگ ارزش صنعتی فراوان دارد، ولی علیرغم داشتن امکانات، در هر کاربردی بررسی اقتصادی آن داری اهمیت است و باید در این مورد دقت کافی نمود.

كاربرد راديوايزوتوپ‌ها در بيولوژي (زيست‌شناسي)3

كاربرد راديوايزوتوپ‌ها در بيولوژي (زيست‌شناسي)قسمت-۳

 تجزيه به روش فعال‌سازي

عناصر متعددي در سيستم‌هاي بيولوژيكي در مقادير كم مقدار يا فوق كم مقدار وجود دارند. بعضي از آنها داراي نقش فيريولوژيكي مهم بوده و اساسي هستند. مثلاً، كبالت، مس، يد، آهن، منگنز، سلنيم و غيره. اين عناصر داراي بازه متغيري از فعاليت‌هاي بيوشيميايي در بدن بوده و  نقش اصولاً حياتي در سيستم‌هاي آنزيمي دارند.

در دسترس بودن نوترون‌هاي با شار بالا در رآكتورها امكان اندازه‌گيري غلظت‌هاي بسيار پايين خيلي از عناصر در مواد بيولوژيكي را به وجود آورده است. اين كار با استفاده از تجزيه به روش فعال‌سازي با نوترون (NAA) كه داراي حساسيت بسيار بالايي است امكان‌پذير شده است. (فصل 14 را براي توضيح بيشتر ملاحظه كنيد). در مقادير فوق كم (kg/mg 10)، نمونه‌هاي شاهد و ماتريس وابسته نيز نقش مهمي در تعيين حساسيت بازي مي‌كنند. يگانه مزيتي كه تجزيه به روش فعال‌سازي نوتروني دارد اين است كه ناخالصي‌هاي شيميايي ماده ردياب در معرف كه در جداسازي راديوشيميايي به كار مي‌رود همانند ساير آلودگي‌هاي شيميايي نمونه، پس از فعال‌سازي نتيجه اندازه‌گيري ايزوتوپ متناظر را متأثر نمي‌سازد. متدولوژي تجزيه به روش فعال‌سازي در فصل 14 آمده است.

 

كاربردها در بيولوژي مولكولي

تكنيك‌ها در بيولوژيكي مولكولي انقلابي را در تفكر انسان ايجاد نموده‌اند به طريقي كه وي را قادر به جابه‌جايي سيستم‌هاي ژنتيك جهت آفرينش ارگانيزم‌هاي جديد نموده است. انجام حساس توليد مثل غير لقاحي (تكثيرسلول‌ها) گوسفند، دالي (Dolly)، اوج اين فعاليت‌ها در قرن حاضر است. كاربردهاي اين روش‌ها در زمينه‌هاي گوناگون همچون تشخيص سريع قبل و بعد از تولد نقص‌هاي ژنتيكي، فهم و بهبودي سرطان و چندين بيماري ژنتيكي، توليد واكسن‌هاي مؤثر و با هزينه پايين در مقابل باكتري، بيماري ويروسي و تك ياخته‌‌اي، توليد گياهان جديد كه ازت را مستقيماً از هوا مي‌گيرند در مقابل كودگران توليد گياهان گوناگون با بهره بالا، اصلاح حيوانات براي ميزان گوشت و شير بيشتر و جابه‌جايي سلول‌هاي ميكروبي و هسته‌هاي ايوكاريتوتيك براي توليد محصولات مختلف صنعتي و دارويي مي‌باشد.

پيشرفت سريع و گسترش اين تكنولوژي در ابتدا بستگي به كاربرد ردياب‌هاي راديوايزوتوپي دارد كه براي آشكارسازي، تشخيص و تخمين شناسايي ژن‌ها و محصولات ژني دارد. امروزه، ردياب‌هاي ديگر همچون نشانگرهاي فلورسان و واكنش‌هاي كالريمتري
جايگزين – آنزيم شهرت بالاتري را به دست آورده و جايگزين به كارگيري راديوايزوتوپ‌ها در بسياري از روش‌ها شده‌اند. از آنجا كه اين فصل در ابتدا بحث كاربردهاي راديوايزوتوپ‌ها مطرح كرده، بعضي از تكنيك‌ها كه در آن‌ها اتم‌ها با مواد اوليه اسيدنوكلئيك براي توليد اسيد نوكلئيك نشان‌دار همراه است در ذيل توضيح داده مي‌شود.

 

توسعه اوليه

توسعه اوليه روشي است كه براي نشان‌دار نمودن يكنواخت DNA با نوكلئوتيدهاي نشان‌دار با P³² به كار رفته است. يك صفحه تك زنجيره زنجيره DNA به اوليگونوكلئوتيد اوليه به
آهستگي سرد (آنيل) مي‌گردد. پليمر DNA با الحاق اين ناحيه زنجيره‌اي دوگانه كوتاه كار مي‌كند. بدين ترتيب، اين روش نشان‌داركردن يكنواخت نياز به يك آغاز‌گر دارد كه با ترتيب رشته تطابق دارد. اليگونوكلئوتيدها درنقاط زيادي در امتداد طول خود به زنجيره‌هاي DNA به آهستگي سرد مي‌شوند، لذا، آغازگرهايي را تأمين مي‌كنند كه پليمر براي سنتز اوليه DNA نياز دارد. رشته پيوند نشده به وسيله شستشو حذف مي‌گردد. رشته نشان‌دار ايزوتوپي به هدف پيوند مي‌خورد كه سپس به وسيله اوتوراديوگرافي انتخاب مي‌شود. با به كار بردن چنين روش‌هايي، مقادير كم DNA در حدود يك پيكوگرم بر هر پيوند مي‌تواند آشكارسازي گردد.

 

كاربردها

·         آشكارسازي همولوژي ژنتيك بين گونه‌هاي متفاوت ارگانيزم‌ها.

·          تشخيص حضور بيماري‌هاي فاميلي بر مبناي ژنتيكي.

 

انتقال نيك (Nick)

انتقال نيك يكي از روش‌هاي متعددي است كه براي نشان‌دار نمودن يكنواخت DNA با P³² نوكلئوتيدهاي نشان‌دار به كار مي‌رود.

اين روش مستلزم حذف نوكلئوتيدهاي غيرنشان‌دار از زنجيره DNA با جايگزيني همزمان نوكلئوتيدهاي حذف شده به وسيله نوكلئوتيدهاي نشان‌دار P³² مي‌باشد. هر دو اين اكتيويته‌ها به وسيله آنزيم يكسان پليمرها از DNA اجراء مي‌شود.

 

كاربردها

·         هيبريديزاسيون براي آشكارسازي و شناسايي مولكول‌هاي گوناگون DNA .

·          ترتيب‌گذاري DNA وRNA .

·          نگاشت اسيدهاي نوكلئيك در ژن‌ها.

 

هيبريديزاسيون

هيبريديزاسيون براساس اين اصل است كه بخش كوتاهي از DNA نشان‌دار با P³² (سوند) مي‌تواند بخش DNA تكميلي در امتداد گسترده ژنومي DNA هر ارگانيزم باشد.

كاربردها

·         تشخيص بيماري‌هاي ويروسي

·          طب جنائي

·          تاريخچه مناقشات والديني

 

هيبريديزاسيون جنوبي (Southern Hybridisation)

با به كار بردن اين روش، اجزاء DNA به وسيله الكتروفوريز ژل آگاروز (agarose) جداسازي شده و زنجيره دوگانه DNA با كشت ژل در محيط بازي مجدداً خنثي مي‌شوند. پس از خنثي شدن در محيط بازي، ژل با يك مخزن حاوي محلول بافر نمك ارتباط پيدا كرده و با يك غشاء ميكروسلولي اندود مي‌گردد. بافر از مخزن و از ميان ژل جريان پيدا كرده آن را با اجزاء DNA حمل نموده و توليد پيوند در ژل مي‌نمايد. اين غشاء حمل كننده DNA با يك رشته نشان‌دار راديواكتيو هيبريد مي‌گردد. پيوندهاي هيبريداسيون به وسيله اوتوراديوگرافي آشكارسازي مي‌شوند.

 

كاربردها

·         تشخيص بيماري‌هاي ژنتيكي مثل سيستيك فيبروسيس.

·          تعيين توالي ژن‌ها در ارگانيزم‌هاي همگن.

هيبريديزاسيون شمالي مشابه فرآيند به كار رفته براي مولكول‌هاي  RNAمي‌باشد.

 

ترتيب‌گذاري اسيد نوكلئيك

توالي نوكلئوتيدها در قطعه‌اي از DNA مي‌تواند به وسيله روش‌هاي ترتيب‌گذاري  اسيدنوكلئيك تعيين گردد. دو روش اساسي به كار رفته عبارتند از :

1-     روش ماگزام(Maxam) و گيلبرت(Gilbert) با به كار بردن تخريب شيميايي 

2-     روش پايانه زنجيره ديدِكسي سنجر(Sanger).

 

روش ماگزام گيلبرت (روش فساد شيميايي)

يك پاره از DNA به طور ايزوتوپي با P³² در پايانه پنجم يا سوم خود هر كدام از دو طرف زنجيره جدا و منفك مي‌گردد. سپس DNA به صورت برخه‌اي با عوامل شيميايي براي محيط‌هاي بازي مختلف(A، T، C و G)(1) اصلاح شده و در نوكلئوتيدهاي اصلاح شده چسبيده مي‌شود. اين روش، توليد يك سري مولكول‌هاي متفاوت در طول ولي با پايانه نشان‌دار ايزوتوپي يكسان مي‌كند. اين پاره‌ها مربوط به خنثي نمودن الكتروفوريز ژل به موازات شكاف‌ها در يك ژل با قدرت بالاي تفكيك بوده و ترتيب DNA مي‌‌تواند از نتيجه اتوراديوگرام حاصل شود.

 

روش سَنجر  (Sanger)(پايانه زنجيره‌اي)

در اين روش پايانه زنجيره ديدِكسي (dideoxy)، پليمر از DNA يك كپي تكميلي نشان‌دار راديواكتيو از يك شاخه منفرد (ss) نمونه DNA با به‌كار بردن جزء DNA تكميلي كوتاه ss به عنوان آغازگر سنتز مي‌كند. سپس به طور تصادفي با يك ديدِكسي نوكلئوتيد (ddNTP) به جاي يك دي‌اكسي نوكلئوتيد (dNTP) مشاركت مي‌نمايد. لذا افزايش طول زنجيره هنگامي به پايان مي‌رسد كه ديدِكسي نوكلئوتيد با رشته مشاركت كند. محصولات به موازات شكاف يك ژل پلي‌آكريل آميد تجزيه و تحليل مي‌گردند. زنجيره مشتمل بر تري‌فسفات نوكلئوتيد نشان‌دار راديواكتيو در واكنش سنتز به طور طبيعي و قابل مشاهده رشد مي‌كند.

 

كاربردها

·         پروژه ژنوم انساني: مستلزم تعيين توالي ژنوم كل انسان.

 

واكنش زنجيره پليمرآز(PCR)

روش PCR سنتز مقادير ميكروگرم توالي‌هاي اسيدنوكلئيك ويژه را از هر بخش ژنوم (ماده كل ژنتيك يك ارگانيزم) امكان‌پذير مي‌سازد.

دو آغازگر اوليگونوكلئوتيد سنتز مي‌شوند كه از رشته‌هاي مخالف الگوي DNA تقويت شده حاصل مي‌شوند. DNA هدف در حضور مقادير اضافي دو آغاز‌گر تغيير ماهيت داده و سپس در يك درجه حرارتي كه دو آغازگر به DNA آنيل مي‌شوند باز گردانده مي‌شود.  يك پليمر از DNA پايدار- گرما (پليمراز Taq ) و كل چهار نوكلئوئيد تري فسفات‌ها در  واكنش حضور دارند. اين واكنش باعث ايجاد دو كپي از رشته‌هايي مي‌شود كه در بين آغاز‌گرها قرار مي‌گيرند.

سه مرحله بالا تكرار مي‌گردند. اين كار باعث توليد چهار كپي ديگر از رشته‌هاي به هم
پيوند شده با استفاده از آغازگرهاي اوليگونوكلئوتيد مي‌شود. در اصل ¢n¢ چرخهPCR تا ⁿ2 برابر هدف را تقويت مي‌كند. بنابراين، روش تجزيه‌اي يك روش فوق‌العاده قوي خواهد بود.

 

كاربردها

·         تشخيص بيماري‌هاي عفوني مثلT.B. ويروس هپاتيت B ، ويروس هرپس(herpes).

·         كاربردهاي جنائي براي شناسايي جنايت‌كاران با استفاده از ماده بيولوژيكي حاصل از صحنه جنايت.

 

 هيبريديزاسيون در محل

هيبريديزاسيون در محل مستلزم به كاربردن سوندهاي نشان‌دار در برخورد سلول‌ها و بخش‌هاي بافت است. اين مسئله منجر به محل‌گذاري واقعي در توالي هدف (مثلاً يك ژنوم ويروسي) در سلول خاصي، كه آن را پرورش مي‌دهد مي‌شود.

سوند با H³ نشان‌دار شده از روش ياخته‌اي با سوند نشان‌دار به مدت چند ساعت كشت مي‌شود. پس از هيبريديزاسيون، سوند اضافي پيوند نشده شسته شده و سوند آنيلد شده با تبديل به امولسيون فوتوگرافي آشكارسازي مي‌شود. تابش با امولسيون منتقل كننده دانه‌هاي نقره برهم‌كنش مي‌دهد. دانه‌ها درسطح تقريبي قرار مي‌گيرند كه سوند با كروموزوم‌ها پيوند مي‌دهد.

 

كاربردها

·          نگاشت توالي‌هاي مورد نظر دركروموزوم‌هاي متراكم.

·          تأمين اطلاعات سازمان يافته تابعي توالي‌ها در ميان هسته‌هاي فاز داخلي .

·          قرار گرفتن توزيع بافت كپي RNA.

·          توانايي شناخت محل دقيق ژن.

 

مراجع :

1.              Use of Radioisotopes in Biology, BRNS, BRIT-DAE, Mumbai

         (1989).

---

(1) A = آونين، T = تايمين، C = سيتوسين و G = گوانين

كاربرد راديوايزوتوپ‌ها در بيولوژي (زيست‌شناسي)2

كاربرد راديوايزوتوپ‌ها در بيولوژي (زيست‌شناسي)قسمت-۲

 سنتز پروتئين

اسيدهاي آمينه راديواكتيو نقش حياتي در مطالعه فرآيندهاي مربوط به سنتز پروتئين و شكسته شدن در ارگانيزم زنده را ايفاء نمودند. ملاحظه شد هنگامي كه اسيدهاي آمينه راديواكتيو به حيوانات تزريق شود، پروتئين‌هاي حاصل از بافت‌هاي گوناگون راديواكتيو مي‌شوند.

هنگامي كه لئوسين راديواكتيو با اتيكوسيت‌ها كشت شدند و نمونه‌هاي زنجيره‌اي پروتئين در زمان‌هاي گوناگون جداسازي شدند، نتيجه‌گيري شد كه سنتز زنجيره پلي پپتيد در پايانه آمينو شروع شده و با افزايش باقي‌مانده‌هاي اسيد آمينه به پايانه كربوكسيل اضافه شده‌اند. با نشان‌دار كردن راديواكتيو در جزء اسيدآمينه، اين امكان جهت كشف رمز وجود دارد كه تري نوكلئوتيد(سه گانه) كودون نهايتاً به چه امينواسيدي تبديل مي‌شود.

 

نقشL – S³⁵ متيونين در تحقيقات بيولوژيكي

L -S³⁵ متيونين روش مهم ويژه‌اي در مطالعه سنتز پروتئين با توجه به نقش آن به عنوان شروع كننده سنتز پروتئين مي‌باشد(جدول 17 .2). همچنين به عنوان ردياب راديواكتيو در جداسازي و خالص‌سازي يك مولكول همچون – فاكتور بارور زودرس حاصل از ليمفوسيت زنان باردار مي‌باشد. كاربرد ديگر اين مولكول كاربرد آن براي مطالعه اثرات پرولاكتين روي Secretion و سنتز پرده بيروني جنين انساني گونادوتروپين (gonadotropin) (HCG) در جفت‌جنين خارجي مي‌باشد.

جدول 17 .2 : تركيبات نشان‌دار مهم به كار رفته در تحقيقات علوم زيستي

 

نام	روش تهيه	اكتيويته ويژه	زمينه كاربرد
تايميدين ـ متيل-H^3	شيميايي	20 كوري بر ميلي‌مول	سنجش گسترش سلول
L-S^35 ـ ميتونين	سنتز بيولوژيكي	1100 كوري بر ميلي‌مول	مطالعه سنتز پروتئين
گلوگز-U-C^14	سنتز بيولوژيكي	300ميلي‌كوري‌برميلي‌مول	مطالعات متابوليسم كاشت
g ـP^32ـATP	آنزيمي	5000 كوري بر ميلي مول	تكنولوژي DNA مركب

 

سنتز L- S³⁵  ميتونين

سنتز ميكروبيL-S³⁵ ميتونين با رشد يك ميكروارگانيزم مناسب در يك ماده با حداقل سديم S³⁵ – سولفات به عنوان چشمه انحصاري سولفور، انجام مي‌پذيرد. پس از رشد، پروتئين نشان‌دار با S³⁵ هيدروليز اسيدي بوده و اسيدهاي آمينه به وسيله روش‌هاي كروماتوگرافي جداسازي و خالص‌سازي شده‌اند.

 

سنتز نوكلئوتيد پيورين (Purine)

توضيحات روي فرآيند بيوسنتز نوكلئوتيد پيورين سنتزي ابتدا به وسيله به كار‌گيري مولكول‌هاي ماده اوليه نشان‌دار انجام مي‌پذيرفت. در اين مطالعه، حيوانات با مواد اوليه نشان‌دار با ساختار شيميايي گوناگون خوراك‌دهي شدند. نوكلئوتيد‌هاي پيورين تشكيل شده جداسازي و محل اشتراك راديواكتيويته در نوكلئوتيد شناسايي شدند.

 

سنجش‌هاي ليگاند راديواكتيو

سنجش‌هاي راديواكتيو روش‌هاي بي‌نهايت حساس و خاص تجزيه‌اي به كار رفته در اندازه‌گيري مواد بيولوژيكي همچون هورمون‌ها، ويتامين‌ها، داروها، پروتئين‌ها، باكتري‌ها و آنتي‌ژن‌هاي ويروسي هستند. سنجش براساس واكنش پيوندي خاص مولكول‌هاي بيولوژيكي مورد تجزيه (آناليت‌ها) با عوامل پيوندي ماكرو مولكول‌هاي ويژه (پيوند‌زن‌‌ها) همچون آنتي‌بادي‌ها و مولكول‌هاي گيرنده مي‌باشد. در عمل،درصد ممانعت ماده تجزيه‌شونده نشان‌دار شده با پيوند‌دهنده به وسيله ماده آناليت غير‌نشان‌دار اندازه‌گيري مي‌گردد. روش به كار رفته در سنجش ليگاند همانند راديوايمونواسي (RIA) است كه در فصل 16 توضيح داده شد.

 

نوع سنجش‌ها                       پيوند‌دهنده

راديوايمونواسي                              آنتي‌بادي

سنجش راديوآنزيمي                        آنزيم

سنجش پيوندي پروتئين      پروتئين پيوندي

سنجش گيرنده راديواكتيو     گيرنده 

 

            I¹²⁵، H³ و C¹⁴ راديونوكليدهايي هستند كه معمولاً در اين سنجش‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين سنجش‌ها داراي كاربردهايي در علوم كاشت، علوم دامپزشكي، ميكرو بيولوژي، مونيتورينگ درماني داروها، ارزيابي فرمولاسيون، آشكارسازي كمي دوپينگ در ورزش و مطالعات محيطي هستند.

 

پيوند گيرنده

تركيبات نشان‌دار كاربردهايي را در مطالعه گيرنده‌ها و پيوند گيرنده پيدا كرده‌اند. گيرنده‌‌ها بيومولكول‌هايي هستند، غالباً به صورت پروتئين در طبيعت وجود دارند كه قادر به پيوند شدن بخصوص با ليگاند‌هايي همچون هورمون‌ها، نئوراترنسميترها و پپتيدهاي فعال بيولوژيكي هستند. پيوندگيرنده نقش مهمي را در اثرات متعدد بيولوژيكي مرتبطي با مولكول‌هاي بيولوژيكي همچون هورمون‌ها ايفاء مي‌كند، مثلاً هورمون تحريكي تيروئيد(TSH) با گيرنده تيروئيد پيوند داده و توليد هورمون تيروئيد را تحريك مي‌كند. انسولين با گيرنده‌هاي خود در سلول‌ها پيونده داده و متابوليسم كربوهيدرات را به وجود مي‌آورد. مطالعات پيونـد گيرنده نقش

مهمي را در فهم بيماري‌هاي گوناگون ايفا نموده و براي تشخيص آن‌ها كمك مي‌كنند.

 

اتوراديوگرافي

اتو راديوگرافي يك روش معمول در علوم بيولوژيكي براي شناسايي محل قرار گرفتن هورمون‌ها و مولكول‌هاي بيولوژيكي ديگر در ارگانيزم‌ها است. اين روش مستلزم تزريق تركيب نشان‌دار به حيوان مورد مطالعه مي‌باشد. پس از مدت زمان معين قطعاتي از بافت بدن برش خورده و براي به دست آوردن اوتوراديوگراف در مقابل فيلم عكاسي قرار مي‌گيرد. اين روش مي‌تواند براي مطالعه اعضاء و بافت‌ها در كل حيوانات و نيز اعضاء سلول فردي به كار رود.

 

كاربردها

كشت‌هاي سلولي مستعد آلودگي به وسيله مايكو پلاسماها بوده و لذا لازم است براي حضور اين ميكروارگانيزم ها غربال شوند. اين روش براساس اين اصل است كه هنگامي كه سلول‌هاي غيرعفوني در مقابل تايميدين-H³ پرتوگيري كردند حضور خود را صرفاً در هسته آشكار نموده در حاليكه سلول‌هاي آلوده به وسيله مايكوپلاسما حضور تايميدين- H³ را در سطوح بيروني هسته آشكار مي‌كنند. اين به دليل شكافتگي تايميدين – H³ به تايميدين (پايه آزاد) به وسيله مايكوپلاسما است.

همانگونه كه در اين فصل توضيح داده شده، مولكول‌هاي ارائه شده در جدول 17 . 2 مثال‌هايي از تجهيزات بيولوژيكي به كار رفته براي توضيح مكانيسم مسيرهاي گوناگون بيولوژيكي هستند.  

كاربرد راديوايزوتوپ‌ها در بيولوژي (زيست‌شناسي)1

كاربرد راديوايزوتوپ‌ها در بيولوژي (زيست‌شناسي)قسمت-۱

تكنيك‌ها و روش‌هاي جديد كه امروزه به كار مي‌روند فهم ما را از زيست‌شناسي جديد شدت بخشيده‌اند. بسياري از مواد مهم بيولوژيكي مولكول‌هاي آلي هستند. كربن و هيدروژن اجزاء اصلي تشكيل دهنده مواد آلي هستند. در دسترس بودن راديوايزوتوپ‌هايي همچون C¹⁴
(با نيمه عمر5730 سال) و H³ (با نيمه عمر 33_/12 سال) و آماده‌سازي مولكول‌هاي آلي نشان‌دار با اين راديوايزوتوپ‌ها كاربرد تركيبات نشان‌دار در بسياري از زمينه‌هاي تحقيقات زيست‌شناسي را جامعيت بخشيده است. مسيرهاي متابوليك مهم و سنتز بيولوژيكي مواد با وزن مولكولي پايين با به كار بردن تركيبات آلي نشان‌دار با C¹⁴ و H³ به طور مفصل درك شده است. سنتز بيولوژيكي پيورين‌ها، پيراميدين‌ها، پورفيرين‌ها، آمينو اسيدها و استروئيدها به اين گروه از واكنش‌ها تعلق دارند. بعضي ديگر از كاربردها عبارتند از :

·         روش‌هاي اوتوراديوگرافي با تلفيق ميكروسكوپي براي مطالعه تكثير DNA و سنتز پروتئين.

·         راديوكروماتوگرافي براي شناسايي عناصر كم مقدار در نظام زيستي.

·      سنجش‌هاي ليگاند براساس برهم‌كنش‌هاي ماكرومولكول – ليگاند مثل واكنش‌هاي
آنتي ژن، آنتي‌بادي، پيوند استروئيد، پروتئين، واكنش‌هاي آنزيمي و غيره كه منجر به واكنش‌هاي جديد تجزيه همچون راديوايمونواسي، سنجش گيرندگي، راديواكتيو و سنجش پيوندي پروتئين گرديده است. اين سنجش‌ها براي اندازه‌گيري مقادير جزئي مواد در حجم‌هاي كوچك نمونه‌هاي بيولوژيكي به كار رفته‌اند.

در كنار C¹⁴ و H³، راديوايزوتوپ‌هاي ديگري همچون P³² ( با نيمه عمر 262_/14 روز) و S³⁵ (با نيمه عمر 51_/87 روز) مورد استفاده قرار گرفته‌اند (جدول17 . 1).

 

جدول 17 . 1 : راديوايزوتوپ‌هاي به كار رفته در بيولوژي

 

راديوايزوتوپ	نيمه عمر (2/1 t)	نوع و انرژي ميانگين گسيل، MeV	حداكثر اكتيويته ويژه Ci/m mole
H^3	33/12 سال	^-b، 018/0	29
C^14	5730 سال	^-b، 156/0	062/0
P^32	262/14 روز	^-b،71 /1	9200
P^33	34/25 روز	^-b، 3/0	5140
S^35	51/87 روز	^-b، 167/0	1500
I^125	408/59 روز	g  ، EC 035/0	2200
I^131	0207/8 روز	^-b،6/0 و g،364/0	16000

 

شماري از مطالعات كه در آن‌ها اين ايزوتوپ‌ها به كار رفته‌اند عبارتند از :

·         تعيين عمر مواد بيولوژيكي

·          توزيع بيومولكول‌ها، توزيع سلول و قابليت دسترسي بيولوژيكي داروها.

·          مسيرهاي متابوليك و انتقال مولكول‌ها.

·          سنتز بيولوژيكي و بيومولكولي همچون نوكلئوتيدها، پروتئين‌ها و پلي‌ساخاريدها.

·          سرعت واكنش‌ها در ارگانيزم‌هاي زنده، رابطه ماده اوليه  – محصول، سرعت عمليات آنزيم در سيستم‌هاي بيرون از بدن و داخل بدن.

شماري از مثال‌هاي تكنيك‌هايي كه ردياب‌هاي راديواكتيو براي اطلاعات دقيق در آن‌ها به كار رفته در ادامه بيان شده است.

 

توزيع بيولوژيكي

مطالعات توزيع بيولوژيكي با به كار بردن راديوايزوتوپ‌ها براساس مباني رديابي و روش رقيق‌سازي ايزوتوپي است. توزيع بيولوژيكي مواد مهم بيولوژيكي در يك ارگانيزم زنده با به‌كار بردن اين روش ساده بدون مزاحمت در تعادل فيزيكي و شيميايي سلول ثابت شده است.

كل پروتئين پلاسما در يك ارگانيزم و توزيع آن با به كار بردن پروتئين‌هاي پلاسماي نشان‌دار با I¹³¹ مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. پروتئين پلاسماي نشان‌دار با I¹³¹ ابتدا به يك ارگانيزم زنده تزريق مي‌گردد. پس از زمان كافي براي رسيدن به تعادل، مقداري از پلاسما برداشته شده و راديواكتيويته همراه با آن اندازه‌گيري مي‌شود. محتواي كل پروتئين مي‌تواند با ارتباط داده راديواكتيويته كل تزريق شده به حيوان و مقدار حاضر در نمونه برداشته شده قابل تخمين باشد. به طور مشابه، به دست آوردن ايده‌اي از توزيع عضو ماده مورد نظر در هر ارگانيزم امكان‌پذير است.

 

مسيرهاي متابوليكي و بيوشيميايي

در يك سيستم زنده، موادي چون خون، سلول، هورمون و آنزيم‌ها در يك حالت تعادل ديناميكي بوده و به طور ثابت سنتز شده و شكسته مي‌شوند. اين مولكول‌ها داراي محدوده زماني مشخص كه اين فعاليت‌ها رخ مي‌دهند مي‌باشند. در بسياري از حالات، غلظت حالت پايا با مكانيسم‌هاي “ بازخور” نگه‌داري مي‌شوند.

مسيرهاي متابوليك و انتقال مولكول‌ها با به كار بردن تركيبات نشان‌دار راديواكتيو به طور مؤثري رديابي مي‌شوند. بعضي از كاربردها در ذيل داده مي‌شوند.

·         جذب مواد از محيط به وسيله ميكروارگانيزم‌ها.

·          انتقال مواد در گياهان .

·          جذب ماده غذايي از طريق غشاء براي سيستم هضم مثل آمينواسيدها.

·          جذب يد به وسيله سلول‌هاي تيروئيد.

·          گردش گلبول قرمز خون.

 

مطالعات مسيرهاي سنتز بيولوژيكي

براي مطالعه فرآيندهاي سنتز بيولوژيكي، مولكول نشان‌دار C¹⁴ به صورت ماده ورودي به يك سيستم بيولوژيكي وارد مي‌شود. پس از گذشت زمان كافي براي تشكيل محصول، محصول جدا شده و راديواكتيويته حاضر در آن تخمين زده مي‌شود. حضور راديواكتيويته در محصول نشان‌دهنده ارتباط بين ماده اوليه و محصول مي‌باشد. با به كار بردن گستره‌اي از مواد اوليه كه از نظر ساختماني مشابه هستند، ميزان شراكت مي‌تواند تعيين گردد.اين روش بر مبناي اين اصل است كه ميزان شراكت ماده اوليه مستقيماً متناسب با شباهت ساختماني بين محصول و ماده اوليه مي‌باشد.

بلوچ (Bloch) يك ارتباط سنتز بيولوژيكي بين اسيداستيك و كلسترول را با به كار بردن اسيداستيك نشان‌دار راديواكتيو توضيح داد. با به‌كار بردن اسيداستيك با دو اتم نشان‌دار،كشف شد كه كليه اتم‌هاي كربن حاضر در كلسترول از اسيداستيك حاصل شده است.

 

چرخه سوخت هسته ای

چرخه سوخت هسته ای

هدف از يك رآكتور هسته‌اي قدرت عبارت از تأمين انرژي در يك حالت پايا و كنترل شده به يك مولد برق است. پيشنهاداتي براي بهره‌برداري مستقيم از گرماي شكافت شده است، ولي رآكتورهاي قدرت فعلي صرفاٌ جايگزين سوزاننده‌هاي زغال، گاز يا نفت با توليد بخار است كه توربين دستگاه توليد برق را در يك روش عادي به حركت در مي‌آورد.

روش‌هاي بررسي اين توضيح ساده به طور قابل ملاحظه‌اي كم و بيش متغير بوده، ولي در رآكتورهاي حرارتي مباني به صورت زير است:

·  ماده شكافت‌پذير معمولاً اورانيم به صورت فلز يا اكسيد آن، گاهي با افزايش پلوتونيم.

·  غلاف، يك لايه فلزي در اطراف ماده شكافت‌پذير جهت محافظت آن از خوردگي و براي جلوگيري از فرار محصولات شكافت.

·  يك كندكننده، تركيبي از عناصر سبك براي كند نمودن نوترون‌ها از سرعت‌هاي بالاي اوليه آنها.

·      يك سرد كننده، براي حمل گرماي توليد شده به مولد بخار يا مستقيماٌ به توربين.

·  يك مكانيسم كنترل، حركت دهنده موادجاذب نوترون به داخل و بيرون منطقه واكنش و لذا تنظيم سرعت شكافت يا توقف آن.

·      حفاظ جهت محافظت اپراتورها و عموم از تابش.

·  يك لايه محافظ جهت جلوگيري از فرار مواد راديواكتيو در حالت افزايش فشارهاي داخلي.

اختلاف اساسي در يك رآكتور سريع اين است كه در آن كندكننده‌اي وجود ندارد.
براي انتقال گرما از سوخت هسته‌اي به تجهيزات توليد بخار، در رآكتورهاي سريع با چگالي بالاي انرژي سديم مايع به عنوان خنك‌كننده و در رآكتورهاي حرارتي آب يا گاز همچون
دي‌اكسيدكربن مورد استفاده قرار مي‌گيرند. براي كند نمودن نوترون‌ها بدون جذب تعداد زيادي از آنها، در رآكتورهاي حرارتي يك كندكننده، در حال حاضر گرافيت، آب يا آب‌سنگين (اكسيد دئوتريوم) به‌كار مي‌رود. در انواع عادي رآكتورهاي آب تحت فشار يا رآكتورهاي  آب جوشان، آب به عنوان كندكننده و نيز خنك كننده مورد استفاده قرار مي‌گيرد. رآكتورها غالباً مطابق تركيب مواد طراحي مي‌شوند.

ماده شكافت‌پذير، غلاف، و گاهي بخشي از كندكننده گرافيت تركيب شده، به همراه هر ضميمه لازم، سوخت را تشكيل مي‌دهند. ممكن است اين تركيب در طي مدت فعاليت رآكتور به دفعات تغيير ‌يابد. براي طولاني نمودن زمان تعويض سوخت و يا كاهش ميزان سوخت نسبت به ميزان مورد نياز معمولاٌ نسبت 235-U به 238-U افزايش يافته، به بالاتر از ميزان طبيعي 72_/0 درصد غني مي‌گردد. اين امر موجب كوچك‌تر شدن قلب رآكتور نسبت به رآكتور با اورانيم طبيعي شده و لذا هزينه ساختمان آن كاهش مي‌يابد. براي رآكتورهاي زيردريايي‌ها كه در آنها فضا محدود بوده و تعويض سوخت بي‌نهايت نامناسب است غناي بسيار بالاي اورانيم مورد نياز است.

در طي مدتي كه سوخت در رآكتور است:

·      بخشي از 235-U اوليه يا پلوتونيم به تدريج مصرف مي‌شود.

·      بخشي از 238-U به پلوتونيم تبديل مي‌گردد.

·      محصولات شكافت تشكيل مي‌گردد، بعضي از اين محصولات جاذب شديد نوترون‌ها هستند.

 اثر خالص به اين صورت است كه واكنش هسته‌اي به صورت ممتد ادامه يابد و در نهايت   سوخت به آساني تعويض گردد. در رآكتورهاي حرارتي، اين امر در هنگامي كه بيشترين  درصدي از اورانيم مصرف شده لازم مي‌باشد. رآكتورهاي سريع ممكن است تا 20-10 درصد سوختن(Burn Up)  بر هر چرخه برسند.

1 -4 : مديريت سوخت

هنگامي كه سوخت از رآكتور تخليه مي‌شود، دو روش در رابطه با آن وجود دارد:

·  دفع مستقيم - متروك ساختن كامل آن به عنوان پسمان، پس از مدتي نگه‌داري جهت فروپاشي

      محصولات شكافت و نيز كاهش گرماي آن.

·  فرآوري شيميايي آن (بازفرآوري) جهت جداسازي اورانيم باقي‌مانده و پلوتونيم توليد شده از محصولات شكافت و مقدار جزئي اكتنيدها كه براي نگه‌داري دائم دفع مي‌شوند.

در هر كدام از روشها كه به‌كار رود، احتياطات لازم جهت جلوگيري از فرار محصولات شكافت بالقوه خطرناك لازم است. در بعضي از كشورها، مثلاً ايالات متحده روش نخست به‌كار مي‌رود، در حالي‌‌كه بعضي از كشورهاي ديگر همچون بريتانيا، فرانسه، و ژاپن روش دوم را براي مصرف مجدد اورانيم و پلوتونيم بازيابي شده ترجيح مي‌دهند. در كل جهان، تقريباً نصف مقادير سوخت مصرف شده هر كدام از مسيرها را طي مي‌كند.

در حال حاضر نظر بر اين است كه اورانيم و پلوتونيم بازيابي شده در رآكتورهاي حرارتي مورد استفاده قرار گيرد. با وجود اين، با توجه به ايزوتوپ‌هاي با عدد جرمي زوج پلوتونيم
به‌طور مؤثري اجازه اين كار را نمي‌دهد. براي اين كار رآكتورهاي سريع مناسب هستند. در تئوري در چندين مرحله بازيابي كل انرژي قابل دسترسي اورانيم حتي 238-U غالب نيز به‌طور مستقيم يا از طريق پلوتونيم استخراج مي‌گردد. در مقابل٬ سيستم‌هاي حرارتي تا تقريباً 2 درصد محدود هستند (سوخت غني شده ايزوتوپي در رآكتور ممكن است به درصد بالاتري برسد، ولي 238-U نيز باقي مي‌ماند كه بايد در نظر گرفته شود). اگرچه هنوز رآكتورهاي سريع با توجه به هزينه گزاف آنها نسبت به رآكتورهاي حرارتي به صورت تجارتي مورد استفاده قرار نگرفته‌اند، ولي به نظر مي‌رسد با كاهش ميزان اورانيم تازه به اجبار جهت بقاء اورانيم لازم است وارد مرحله تجاري گردند. حتي قبل از آن، استفاده كامل از آن با توجه به جريمه سنگين محيطي در معدن مفيد خواهد بود. در حقيقت استفاده از انبار پلوتونيم مدنظر مي‌باشد، با توجه به اين نكته كه مازاد 200 تن پلوتونيم حاصل از خلع سلاح هسته‌اي قابل بهره‌برداري خواهد بود.

1-5 : تأمين سوخت

چنانچه سوخت از طريق مواد بازيابي شده تأمين نگردد، لازم است اورانيم تازه از معدن استخراج گردد كه در حقيقت منبع عمده‌اي است. اورانيم به طور طبيعي در بسياري از صخره‌ها وجود دارد ولي مقدار آن در حد پاييني است. حتي ارزشمندترين ذخاير معدني نيز معمولاً حاوي درصد پاييني بوده، گاهي با مواد معدني ديگر كه خود مواد اصلي تشكيل‌دهنده آن است همراه است. مسير طولاني از مراكز ساخت سوخت طي، و ذخاير به صورت عملي فرآوري شده (milled) تا مواد معدني ارزشمند تغليظ و از حمل كل مواد بي‌ارزش جلوگيري گردد.

در تأسيسات كارخانه سوخت، خالص‌سازي بيشتري روي ماده معدني تغليظ شده انجام مي‌پذيرد. چنانچه، معمولاً ، لازم است اورانيم به‌صورت سوختي در آيد كه داراي نسبت بيشتر235-U باشد، به هگزافلوريد اورانيم كه به راحتي تبخير مي‌گردد و مورد نياز هر دو روش ديفيوژن و سانتريفيوژ با سرعت بالاي غني‌سازي است تبديل مي‌شود. در انتها به صورت قرص‌هاي فلزي، يا غالباً قرص‌هاي اكسيد در آمده و در لوله‌هاي غلاف از نوع فلزي مناسب - يك آلياژ منيزيم براي سوخت فلزي، فولاد زنگ‌نزن يا آلياژي از زيركونيم براي اكسيد قرار مي‌گيرد. با توجه به اين‌كه اكسيد اورانيم حرارت را به كندي انتقال مي‌دهد اندازه قرص‌ها لاغر بوده و تلاش مي‌گردد مقدار كمي در هر لوله قرار گرفته و بالاخره به صورت مجموعه يا خوشه‌اي كه ممكن است تعداد آنها بالاتر از 200 باشد در‌آيد.

هنگامي كه لازم است سوخت داراي پلوتونيم باشد، ممكن است قبل يا بعد از تبديل به اكسيد به آن افزوده شده و دقت كافي براي اطمينان از همگن بودن آن در بالاترين حد لازم است. در غير اين صورت ممكن است نقاط داغي در طي پرتودهي در رآكتور تشكيل و منجر به ذرات نامحلول با راديواكتيويته بالا در مرحله بازفرآوري گردد. براي رآكتورهاي حرارتي اين نسبت در حد 6 درصد، براي رآكتورهاي سريع معمولاً 30-20 درصد مي‌باشد.

 

1-6 :  مديريت پسمانداري

در هرگونه فعاليت صنعتي پسمان توليد مي‌گردد. چنانچه سوخت هسته‌اي تخليه شده مستقيماً متروك شود كل آن به عنوان پسمان در نظر گرفته مي‌شود. در غير اين‌صورت پسمان اصلي حاصل از محصولات شكافت جداسازي شده، باقي‌مانده‌هاي غلاف، جامدات گوناگون، مايعات يا گازها خواهند بود كه كم و بيش از طريق برخورد با مواد راديواكتيو در هنگام فرآوري آلوده شده‌اند. در انتها لازم است رآكتورها و ساختمان‌هاي فرآيندي، به همراه تجهيزات كه در آن‌جا وجود دارند رفع آلودگي شوند كه خود موجب به‌وجود آمدن پسمان مي‌شوند.  

هدف از مديريت پسمانداري راديواكتيو عبارت است از :   

(الف) تغليظ ماده راديواكتيو تا حد امكان به حجم كوچكي كه بتوان به مدت نامحدود از ارتباط با انسان جلوگيري گردد.

(ب)   در جايي‌كه جريان‌هايي مثل آب جمع‌آوري شده از مخزن سوخت كه در يك جا جمع شده ولي به محيط زيست نشت پيدا مي‌كند لازم است كل راديواكتيويته آن كه بحث خطرناكي آن قابل ملاحظه مي‌باشد جداسازي گردد.

اين در مورد قواعدي كه دقيقاً بايد درنظر گرفته شود نيست، و تخليه به اندازه صفر راديواكتيويته امكان‌پذير نمي‌باشد، چرا كه هيچ‌گونه جداسازي به‌‌طور كامل قابل انجام نيست. اصول كلي اين  است كه خطرات نبايد بزرگتر از آن باشد كه براي مردم قابل‌پذيرش نباشد.

تاكنون دفع تنها براي مايعات، گازها و جامدات با اكتيويته پايين كه به مقدار جزئي داراي مواد راديواكتيو هستند به‌طور كامل انجام پذيرفته است. توده اصلي محصولات شكافت جداسازي شده در طي بازفرآوري از طريق فروپاشي راديواكتيو گرماي قابل ملاحظه‌اي ايجاد مي‌كنند. لازم است اين گرما به‌طور ايمن پراكنده گردد. براي مدتي، ماده در محلول غليظ نگه‌داري شده، سپس به توده‌هاي شيشه‌اي تبديل مي‌گردد كه هنوز داغ بوده و انتظار مي رود پس از تقريباً 50 سال دفع گردد. البته تأخير مشابهي نيز براي سوخت دست نخورده كه اگر به‌طور مستقيم دفع شود لازم است. پسمان با راديواكتيويته متوسط٬ غلاف‌هاي باقي‌مانده سوخت، در بلوك‌هاي سيماني قرار گرفته و در زيرزمين در عمق زياد دفن مي‌شود اگر چه هنوز محل دفن آنها در حال بررسي و مورد بحث است.

تأسيسات سوخت نيز توليد پسمان نموده، كه شامل محصولات فروپاشي در ذخاير معدني تازه در تعادل با مواد اورانيم مي‌باشند. راديواكتيويته كل داراي وسعت كمتري نسبت به محصولات شكافت جداسازي شده در طي مرحله بازفرآوري است ولي هنوز قابل ملاحظه بوده و اصول يكساني براي مديريت آنها اعمال مي‌گردد.

1-7 : چرخه سوخت

هنگامي كه سوخت از يك رآكتور تخليه شده بازفرآوري مي‌شود و اورانيم يا پلوتونيـم براي

مصرف مجدد باز مي‌گردد، حداقل بعضي مواد لوپ يا چرخه بسته‌اي را دنبال مي‌نمايند
(شكل 1 . 7). بازفرآوري براي اين هدف غالباً به صورت بسته شدن انتهاي چرخه سوخت مي‌باشد. مشابه آن، انتخاب متروك ساختن كامل سوخت تخليه شده غالباً علي‌رغم اصطلاح آن چرخه ترك كامل (Once-Through) ناميده مي‌شود. سومين عمليات امكان‌پذير، نگه‌داري بلندمدت، با شرط بازيابي سوخت، يك روش دائمي نبوده بلكه روشي براي خريد زمان و تصميم‌گيري روي آن طي چند دهه بعد در آينده است.

چرخه سوخت واقعي شامل مراحل زير است:

·      معدنكاري و كانه‌آرايي مواد معدني،

·      خالص‌سازي ماده معدني غليظ، غني‌سازي محتواي 235-U در صورت نياز و ساخت سوخت،

·      بهره‌برداري از سوخت در رآكتورهاي با انواع گوناگون،

·      بازفرآوري سوخت تخليه شده جهت جداسازي اورانيم و پلوتونيم از پسمان،

·      برگشت اورانيم و پلوتونيم براي مصرف مجدد

·      دفع پسمان‌ها.

مراحل گوناگون به‌طور مفصل در بخش‌هاي بعدي توضيح داده شده‌اند.

به‌طور كلي، هزينه‌هاي برق توليدي به وسيله نيروگاه‌هاي هسته‌اي مدرن - تخميني، از آن‌جا كه بيشتر بستگي به قوانين حسابداري ويژه فرض شده- ممكن است به‌طور تقريبي به‌صورت 88 درصد براي خود رآكتور، 9 درصد براي تأمين سوخت (چرخه سوخت پيشين
[Front end fuel cycle] و 3 درصد چرخه سوخت پسين [Back end fuel cycle] شكسته شود.

 

1-8 : اقتصاد

اگرچه در سرتاسر اين كتاب در ابتدا تأكيد بر مسائل فني است ولي لازم است كتابي راجع به اقتصاد و هزينه مورد نياز نيروگاه‌‌هاي هسته‌اي - نه به‌طور كامل كه كاملاً پيچيده است- بيان گردد. مقايسه‌اي به عنوان منبع انرژي با هيدروكربن‌هاي فسيلي بخصوص زغال روشي مفيد
 به نظر مي‌رسد.

دو مشكل اساسي در مقايسه به چشم مي‌خورد:

·  اختلاف اساسي در اجراي بين صنايع هسته‌اي كشورهاي مختلف و در حقيقت مواردي بين    طرح‌هاي منفرد در يك كشور است.

·  سازه‌هاي غيرقابل رقابت بين صنايع توليد برق هسته‌اي و فسيلي احتمالاً متجاوز از 70 درصد.

  تجربيات متقابل بريتانيا و فرانسه كم و بيش سازنده است.

فرانسه بيش از  برق خود را از نيروگاه‌هاي هسته‌اي تأمين كرده و ادعا مي‌كند كه ارزانترين برق، به‌جز بعضي از منابع آبي مخصوصاً جهت تأمين برق محلي در اروپا مي‌باشد. حدود 5-4 درصد برق توليدي به بريتانيا صادر مي‌گردد. نسبت توليد برق هسته‌اي 23 درصد بوده اگرچه ظرفيت نصب شده تنها در حدود 14 درصد كل مي‌باشد. اين مغايرت بين ظرفيت و خروجي به ساختار هزينه‌ بر مي‌­گردد، چراكه نگه‌داري يك نيروگاه برق هسته‌اي پس از ساخته شدن ارزانتر از نيروگاه زغالي بوده و لذا در تأمين بار پايه يعني بخشي از مصرف كل كه هميشه مورد تقاضا بوده و بدون در نظرگرفتن زمان يا فصل مي‌باشد، به‌كار مي‌رود. اگرچه، با توجه به هزينه‌هاي اوليه و تغييرات انجام شده، هزينه كل در بريتانيا معمولاً بالاتر از نيروگاه‌هاي زغالي است.

بخشي از اين اختلاف بين دو كشور بدون شك به برنامه‌ريزي كلي كشور فرانسه بر مي‌گردد، كه ساخت مرتب و پي‌درپي را در حالي مجاز مي‌‌سازد كه تجربيات به‌دست آمده از يك طرح در طرح بعدي در رابطه با زمان ساخت و هزينه مورد استفاده قرار گرفته و به‌طور مدام كاهش پيدا مي‌كند. اين امكان‌پذيري به نوبه خود اكثراً به دليل پشتيباني دولت، در زمينه‌هاي استراتژيك در رابطه با غلبه بر كمبود منابع بومي انرژي فرانسه است. زغال و نفت كمي در اين كشور وجود داشته، معدنكاري زغال به دليل هزينه بالا متوقف شده، گاز منطقه لاك (Lacq) به انتهاي خود مي‌رسد، در حالي‌كه منبع برق آبي نيز تنها جزئي از نيازهاي موجود را تأمين مي‌كند. با اكثر موازنه انجام پذيرفته در اوايل سال‌هاي 1970 با نفت وارداتي، فرانسه به دليل افزايش ناگهاني قيمت آن دچار مشكل شده و ترس از عدم تأمين كافي و جلوگيري از گرفتاري مجدد در اين وادي مصمم شده است. از آن‌جا كه يك تن اورانيم معادل تقريباً بيست هزار تن زغال حتي در سيستم‌هاي حرارتي است، به راحتي انبار شده و مؤثرتر از سوخت‌هاي فسيلي مي‌باشد. لذا توليد برق فرانسه غالباً براساس رآكتورهاي هسته‌اي با يك برنامه سيستماتيك و منظم ساخت و چند استاندارد خاص است. درعين حال تاريخ برنامه هسته‌اي بريتانيا به وسيله طراحي‌هاي خاص جايگزين منجر به از دست رفتن تجربه قبلي شده، و تصميمات سياسي در آن اثر گذاشته است.

اگرچه راه‌اندازي يك رآكتور هسته‌اي نسبتاً ارزان است، رسيدن به اين مرحله پنج تا ده سال به‌طول انجاميده و گاهي اين زمان به دليل مشكلات صنعتي چندين سال بيشتر طول مي‌كشد. در طي اين مدت سودي حاصل نشده بلكه هزينه‌هاي بيشتري تجمع پيدا مي‌كنند. لذا هزينه واقعي براي تأخيرات در نظر گرفته نشده بسيار حساس بوده و شديداً بستگي به ميزان سود غيرقابل پيش‌بيني دارد. اختلاف عميق در اجراي اقتصادي بين تأسيسات هسته‌اي در ايالات متحده بايد بخشي به‌دليل مقتضيات خاص براي طولاني شدن و دعواي قضايي در جلوگيري از آن در كشور، در راهي براي بسته شدن تقريباً بلافاصله شروع پس از تأخير فراوان در راه‌اندازي باشد.

هر پروژه جديد بايد شامل ارزيابي نسبي هزينه‌ سرمايه‌اي و سود نهايي باشد. با توجه به اين‌كه هزينه در ابتدا افزايش داشته و درآمد تنها پس از اتمام پروژه‌ مي‌باشد، هر دو به‌طور مستقيم قابل مقايسه نخواهد بود. براي قضاوت ارزش فعلي پول آينده تا حدي متناسب با نسبت سود قابل انتظار داراي تنزيل خواهد بود ولي معمولاً بيشتر از آن بوده كه مربوط به برنامه‌ريزي در بنگاه‌هاي مالي براي برگشت زود هنگام است. پيچيدگي بيشتر عبارت است از نياز به تعطيلي و برچيدن انتهايي كه در يك نيروگاه هسته‌اي پنجاه تا يكصد و پنجاه سال پس از بسته شدن رخ مي‌دهد. با توجه به عدم اطمينان در اين كار، (عدم اطميناني كه حقيقتاً كمتر از چندسال ديگر به اطمينان تبديل مي‌شود) اعمال مقدار كم تنزيل تا حد صفر به تأمين مالي لازم، اگرچه عملاً سؤال‌برانگيز است معمول مي‌باشد. از اين رو تأمين آن در صورتي‌كه نرخ براي درآمدهاي آتي يكسان باشد بيشتر خواهد بود. هر عنصري از تفكر قابل آرزو ممكن است در انتخاب نرخ‌ها براي هر محاسبه ويژه در هر طرف بحث قابل انتظار داشته باشد.

در يك نيروگاه فسيلي، بخش عظيمي از هزينه كل بلافاصله پس از شروع راه‌اندازي مربوط به سوخت مصرف شده بوده و بخش كمتري از بهره و نرخ تنزيل را دربر مي‌گيرد. علاوه بر آن برچيدن نيروگاه بلافاصله پس از توقف توليد برق مي‌تواند انجام پذيرد. عدم اطمينان‌ها تا حد زيادي بسيار كمتر است.

يك بررسي پيشنهاد مي‌نمايد كه هزينه‌هاي انجام شده براي يك نيروگاه زغالي و يك نيروگاه پيشرفته هسته‌اي كاملاً يكسان است. موازنه بستگي به نرخ تنزيل و قيمت پيش‌بيني شده زغال دارد. با وجود اين، هزينه و مسائل مالي تنها گزينه نيست. امنيت تأمين سوخت قبلاً بحث شد. موارد ديگر شامل اثرات بعدي پسمان‌هاي راديواكتيو از يك طرف و پخش دي‌اكسيد كربن از طرف ديگر بوده، در حقيقت اين عوامل در نوع خود متفاوت بوده و لذا مقايسه آنها مشكل است. سپس خطرات حوادث جدي يا انحراف مواد هسته‌اي براي مصارف نظامي يا به‌كارگيري آنها توسط تروريست‌ها، وجود داشته، خطراتي كه نمي‌توان آنها را به‌طور كامل فراموش نموده يا به‌طور ضعيفي آنها را درك نمود.

هيچ‌كدام از عوامل به‌طور كامل قابل مقايسه نيستند. اگرچه تلاش‌ها براي اين بررسي‌ها علاوه بر موارد هزينه‌اي توليد برق در بريتانيا در جريان بوده، تخميني در اين زمينه وجود دارد كه
هزينه نيروگاه‌هاي برق به‌جز نيروگاه‌هاي گازي كمتر مي‌باشد.

به‌طور خلاصه، به وضوح نيروگاه‌هاي هسته‌اي با منابع فسيلي قابل مقايسه بوده مديريتي خوب و با پشتيباني سياسي همراه است. عوامل محسوس كه مناسب آن است نرخ‌هاي بهره پايين، برنامه‌اي قوي با طراحي خوب، هزينه‌هاي بالاي زغال ... ساختار سريع مي‌باشد. در مقابل آن ملاحظات پسمان‌هاي راديواكتيو در مقايسه با مسائل محيطي مثلاً نشر دي‌اكسيدكربن و خاكستر، كاربرد غيرمجاز مواد و خطر چرنوبيل ديگر وجود داشته و علاوه بر آنها، تقاضا براي سوددهي كوتاه‌مدت مدنظر قرار مي‌گيرد.

 

1-9 : آينده

صنعت نيروگاه‌هاي هسته‌اي كاملاً شناخته شده، حتي مهم‌ترين موضوع قابل بحث دفع نهايي پسمان مي‌تواند با شرايط مناسبي براي ايمني نسل‌هاي حال و آينده انجام پذيرد. علاوه بر آن پيشرفت‌ها كلاً قابل پيش‌بيني بوده، در اجراي فني و اقتصادي و توسعه كشورها اثر دارد. پذيرش انواع رآكتورهاي جديد، روش‌هاي جديد بازفرآوري، روشهاي جديد مديريت پسمان‌ها، يا صرفاً واريانهايي كه به‌طور كامل شناخته شده قابل ملاحظه خواهد بود.

 

 

سنتیلاسیون مایع

سنتیلاسیون مایع

 مقدمه

شمارش سنتیلاسیون مایع بهترین روش جهت شمارش گسیلنده های بتای ضعیف مانند H³ ،C¹⁴ ، S³⁵ است. درحقیقت ممکن است این روش برای شمارش هر رادیوایزوتوپی بکار رود ولی هزینه و مشکلات تهیه محلولهای مخصوص برای شمارش را در بر خواهد داشت.

ماده رادیواکتیوی که باید شمارش شود در حلالی که حاوی یک سنتیلاتور آلی است، حل می شود. بنابراین این چشمه بطور نزدیک با آشکارساز مخلوط شده و اثرات ناشی از جذب پرتوها به حداقل می رسد. محلول در ظرف شیشه ای دربدار جای گرفته سپس بطور دستی یا مکانیکی در اطاقکی با روشنائی کم قرار می گیرد که درآنجا یک یا چند لوله تقویت کننده نوری سنتیلاسیونها را آشکار نموده وجهت شمارش به پالسهای الکتریکی تبدیل می کند.

این روش شمارش معمولا دارای بازدهی شمارش بسیار خوبی مثلاً 90 درصد برای C¹⁴ و40 درصد برای H³ است. این دستگاهها در حال حاضر برای انواع دیگر آنالیزها که درآنها لازم است شدت کم پالسهای کوچک اندازه گیری شود بکارمی رود، که شامل شمارش پدیده چرنکوف[1] و نورتابی[2] می باشد.

فرایند انتقال انرژی

وقتی که یک ذره بتا گسیل می شود در داخل محلول حرکت نموده و بوسیله میدان الکتریکی مولکولهائی که با آنها برخورد می کند پراکنده می گردد. هربار که الکترون پراکنده می شود مقدار کمی از انرژی خود را به یک مولکول انتقال       می دهد. ممکن است قبل از توقف هزاران بار پراکنده گردد. معمولاً 95 درصد مولکولهای محلول آلی هستند و در نتیجه مولکولهای حلال بیشترین قسمت انرژی ذره بتا را به خود اختصاص می دهند. برای انتقال این انرژی به مولکولهای سنتیلاتور حلال باید دارای حالت برانگیخته ای بالاتر از حالت برانگیخته مولکولهای سنتیلاتور بوده و طول عمر آن به اندازه کافی طولانی باشد تا انتقال انرژی در برخورد صورت گیرد . نقش حلال در شمارش با سنتیلاتور مایع بسیار مهم است و تعداد کمی از حلالها دارای شرایط لازم هستند، آب دارای این شرایط نمی باشد.

شمارش تناسبی

با توجه به اینکه شدت نور رسیده به لوله تقویت کننده نوری متناسب با انرژی اعمال شده به محلول توسط ذرات بتا می باشد، شمارش سنتیلاسیون مایع نوعی شمارش تناسبی است. بطوریکه قبلاً خاطر نشان شد (شکل 2-2 را ببینید) طیف انرژی یک گسیلنده بتا یک طیف پیوسته  بوده و از صفر تا E_max گسترش می یابد. جدول (12-1) مقادیرE_max و دیگر مشخصات را برای برخی از  گسیلنده های بتای ضعیف که غالبا با سنتیلاتورهای مایع شمارش می شوند، نشان می دهد. مقدارE_max  برای C¹⁴ در حدود 9 برابر E_max برای H³ است. این نشان  می دهد که قویترین سنتیلاسیون حاصل از C¹⁴ ، 9 مرتبه روشن تر از سنتیلاسیون H³  است. حال از آنجا که یک تقویت کننده نوری وسیله تناسبی است، در نتیجه بازدهی شمارش C¹⁴ بالاتر از H³  خواهد بود. همیشه آشکار کردن پالسهای بزرگتر C¹⁴ ساده تر از پالسهای حاصل از H³ است. بعضی از آنها به قدری کوچک هستند که قابل مقایسه با پالسهای حاصل از الکترونهای حرارتی فوتوکاتد که بطور گاه و بیگاه گسیل می شوند، می باشد. برای حذف پالسهای کوچک حاصل از نویزهای یونیزاسیون حرارتی در تقویت کننده نوری لازم است، تفکیک کننده ایی بکار گرفته شود و این قسمت بزرگی از طیف H³ را حذف می کند.

 

جدو12-1 مشخصات گسیلنده های بتای ضعیف که اغلب با شمارشگرهای سنتیلاسیون

مایع شمارش می شوند .

رادیوایزوتوپ	Emax(keV)	2/1T	حداکثر اکتیویته مخصوص (MBq/mg atom)
H^3	18	26/12 سال	1079
C^14	156	5730 سال	308/2
S^35	167	2/87 روز	55408

 

در قدیمی ترین سنتیلاتورهای مایع، معمولاً تقویت کننده نوری برای کاهش نویزهای حاصل از یونیزاسیون حرارتی خنک می شد و در نتیجه تفکیک کننده می توانست در سطحی پایین تنظیم گردیده و بدین ترتیب بازدهی شمارش برای تریتیم اصلاح می شد. علیرغم اینکه در حال حاضر بسیاری از شمارشگرهای سنتیلاسیون مایع خنک می شوند، ولی توسعه کیفیت لوله های تقویت کننده نوری و  ورود شمارش انطباقی[1] کمک زیادی برای حذف نویزهای انرژیهای پایین نموده است.

پالسهای خروجی از دو تقویت کننده نوری با هم جمع شده و ایجاد پالسهای «جمع» می کند. این پالس به ورودی سه تقویت کننده پالس جداگانه که هرکدام از آنها به یک تحلیلگر ارتفاع پالس تک کاناله وصل است وارد می شود. خروجی هریک از این تحلیلگرها از طریق درب الکترونیکی به یک ساختار شمارش جداگانه فرستاده می شود. این درب معمولاً بسته بوده و فقط برای زمانی کوتاه وقتیکه مدار همفرودی تشخیص می دهد که هر دو تقویت کننده نوری سنتیلاسیون را در یک زمان مشاهده نموده اند باز می شود. این حالت بطور موثر امکان شمارش پدیدهای ایجاد شده با گسیل الکترون حرارتی از فوتوکاتد را کاهش می دهد، چرا که این پدیده اتفاقی بوده و همزمان با سنتیلاسیون نخواهد بود. البته انطباق اتفاقی وجود خواهد داشت. اما اگر طول عمر پالس درب کوچک انتخاب گردد احتمال انطباق این پدیده با سنتیلاسیون به حداقل خواهد رسید. بعداً خواهیم دید که نور تابی شیمیایی[1] می تواند میزان انطباقهای اتفاقی را افزایش دهد ولی پالایش بیشتر معروف به پایش فوتون می تواند از شمارش نمونه تا تمام شدن نورتابی شیمیای جلوگیری کند.

دلایل متعددی برای داشتن بیشتر از یک کانال شمارش در شکل(12-3) وجود دارد. ممکن است بخواهیم بیشتر از یک رادیوایزوتوپ را که در محلول سنتیلاسیون وجود دارد شمارش کنیم. در عمل مشکلی برای اندازه گیری با هم  2 ، یا حتی 3 رادیو ایزوتوپ مختلف وجود ندارد. مشروط بر اینکه E_max به اندازه کافی از هم دور باشند. برای هر کانال شمارش یک تفکیک کننده بالای و یک تفکیک کننده پایینی وجود دارد. تفکیک کننده بالای برای حذف پالسهای که بزرگتر از پالسهای بوجود آمده از رادیوایزوتوپ اصلی می باشد تنظیم شده است حتی اگر یک رادیوایزوتوپ وجود داشته باشد معمولا پالسهای بزرگی وجود دارند که حاصل از تابشهای گامای کیهانی و طبیعی می باشد و باید دفع شوند. تفکیک کننده پایینی برای حذف پالسهای کوچک که ممکن است بوسیله نویزهای الکترونیکی ایجا د گردند، در انتهای پایین طیف  تنظیم می گردد.

محلول سنتیلاسیون

در فرایند انتقال انرژی از ذرات بتا به سنتیلاتور، حلال نقش اساسی دارد مولکول حلال باید دارای حالت مولکولی برانگیخته با طول عمر متوسط کافی باشد تا انرژی برانگیختگی در اثر برخورد از مولکولی به مولکول دیگر انتقال یابد. حلالهای حلقوی دارای همچون حالت برانگیخته در پیوند پی(p) که در آن الکترون در هر یک از دو طرف حلقه بنزن قرار می گیرد، می باشند. گسترش زنجیر جانبی باعث پایین آمدن حالت برانگیخته می شود. شکل (12-5) این مطلب را به شکل نمودار برای بنزن تولوئن و متاگزیلن نشان می دهد. با توجه به اینکه سطح انرژی حالت برانگیخته تولوئن دقیقاً برای انتقال انرژی به سنتیلاتور کافی است، تولوئن بیشتر از دیگر حلالها در شمارش با سنتیلاتور مایع بکار می رود. اما این توام با مشکل می باشد وآن اینکه قابل اختلاط با حلالهای آبی نیست.

بعضی از اترها قابل اختلاط با محلولهای آبی بوده و می توانند بعنوان حلال برای شمارش با سنتیلاسیون مایع مورد استفاده قرارگیرند. 1و4 دی اکسان پراستفاده ترین حلال در این دسته می باشد.

---

[1] . Chemiluminescence

---

[1] . Coincidence Counting

---

[1] . Cerenkov

[2] . Bioluminescence

تجهيزات آشكارسازي سنتيلاسيون

تجهيزات آشكارسازي سنتيلاسيون

يك نوع از سنتيلاسيون يا ابزار آشكارسازي پرتو گاما بطور متداول در پزشكي هسته اي بكار مي رود. شمارنده هاي چاهي[1]، به سوندهاي تيروئيد، و تصويربردارهاي گاما يا سنتيلاسيون معمولاً مورد استفاده بيشتري دارند. تمامي اين تجهيزات، ابزاري براي آشكارسازي پرتوگاما هستند و شامل يك موازي ساز[2] ( باستثناي شمارنده چاهي)، آشكارساز يديد سديم، لامپ تکثير كننده نوري[3]، و حافظه يا صفحه نمايش هستند. اساساً، پرتوهاي گاماي ناشي از يك چشمه در آشكارساز يديد سديم برهمكنش انجام داده و فوتونهاي نور گسيل مي شوند. در انتها يك فوتوكاتد به لوله تقويت كننده نوري(PM) متصل شده و يك پالس در انتهاي لوله PM توليد مي شود. پالس در ابتدا توسط يك پيش تقويت كننده و سپس بوسيله يك تقويت كننده خطي تقويت مي شود. يك تحليلگر[4] ارتفاع پالس، پالسهاي تقويت شده خروجي را مطابق انرژي مطلوب پرتو گاما مرتب سازي كرده و در نهايت پالسها به يك مقياس، نوار مغناطيسي، رايانه، لوله پرتو كاتدي و يا فيلم پرتو-X به عنوان خروجي هدايت مي شود.

 

موازي ساز

در همه تجهيزات پزشكي هسته اي براي تصويربرداري، يك موازي ساز به صفحه جلويي آشكارساز يديد سديم بمنظور محدود كردن ميدان ديد متصل شده است، بطوريكه از رسيدن تمامي تابشهاي خارج از ميدان ديد به آشكارساز جلوگيري شود. موازي سازها از سرب ساخته مي شوند و داراي تعدادي حفره با شكلها و اندازه هاي متفاوت هستند. سوندهاي تيروئيد، داراي يك منفذ ساده و استوانه اي شكل هستند. در تصويربردارهاي سنتيلاسيون، موازي سازها بسته به نوع كانوني كردن به حفره موازي، انشعابي، حفره سوزني، و همگرا طبقه بندي مي شوند. زماني كه تعداد حفره ها در يك موازي ساز افزايش يابد، حساسيت آشكارساز نيز افزايش مي يابد، اما يك افت ضخامت جداري قابل مقايسه بوجود خواهد آمد كه باعث نفوذ جداري پرتوهاي گاما با انرژي نسبي بالا مي شود و از اينرو وضوح فضايي كاهش مي يابد. عاملي كه مي تواند وضوح[5] يا جزئيات تصوير را افزايش دهد از طريق كاهش اندازه حفره ها در يك موازي ساز معين يا افزايش طول موازي ساز است. اين باعث يك كاهش در حساسيت (يعني راندمان آشكارسازي پرتو گاما) تصويربردار مي گيرد.

 

آشكارساز

براي آشكارسازي پرتو گاما، يك بلور يديد سديم كه يك مقدار خيلي كمي از تاليوم بصورت ناخالصي به آن افزوده شده است  بطور معمول استفاده مي شود. ساير آشكارسازها از قبيل آشكارساز ژرمانيوم با ليتيم مهاجر  ، ژرمانات بيسموت( BGB)، فلورايد باريم( BaF₂)، اكسيردو سيليكات گادليم(GSO) و اكسيردو سيليكات لوتسيم(LSO) نيز براي آشكارسازي سنتيلاسيون مورد استفاده هستند. انتخاب بلور(Tl)NaI براي آشكارسازي پرتو گاما در ابتدا بعلت چگالي قابل قبول(3/67g/cm³) و عدد اتمي بالاي يد(Z=53) كه بمحض برهمكنش پرتوهاي گاما با يك اندازه كمي از تاليوم موجود( % مول 0/1-0/4) باعث ايجاد مؤثر فوتونهاي نور( در حدود 1 فوتون نور بازاي تقريباً 30eV) مي شود، است. نور توليد شده در بلور مستقيماً از طريق پوشاندن سطح بيروني بلور با يك ماده بازتاب كننده مانند اكسيد منيزيم يا با استفاده از لوله هاي نوري بين بلور و لوله PM، به لوله PM هدايت مي شود. يديد سديم جاذب آب و نمگير بوده و باعث تغييرات رنگ كه انحراف مسير انتقال نور به لوله هاي PM را دربردارد، می شود. از اينرو، بلورها بطور سربسته و محكم در حفاظ هاي آلومينيومي محكم مهر و موم شده اند. دماي اتاق نبايد بطور ناگهاني تغيير كند، زيرا چنين تغييراتي در دما مي تواند باعث ترك خوردن بلور شود. همچنين، از ضربه هاي مكانيكي در حمل و نقل آنها بايد جلوگيري شود، زيرا بلورهاي NaI بسيار شكننده هستند.

اندازه هاي مختلفي از آشكارسازهايNaI(Tl) در تجهيزات مختلف مورد استفاده است. در نوع چاهي آشكارسازهايNaI(Tl)، بلور در مركز داراي يك حفره با عمق كافي بمنظور اينكه نمونه مورد شمارش را تقريباً بطور كامل پوشش دهد، می باشد. در اين بلورها راندمان شمارش بسيار بالا است و نياز به هيچ موازي سازي نيست. در سوندهاي تيروئيد و شمارنده هاي چاهي، بلورهاي استوانه اي كوچكتر اما ضخيم تر( 7/6×7/6cm يا 12/7×12/7cm) مورد استفاده قرار
مي گيرند، در حاليكه در تصويربردارهاي سنتيلاسيون، بلورهاي بزرگترمستطيلي
( 33-59cm) و نازكتر( 0/64-1/9cm) بكار مي روند.

 

لامپ تکثير کننده نوری

يك لوله PM شامل يك فوتوكاتد حساسيت- بالا در يك انتها و يك سري
( معمولاً 10) الكترودهاي فلزي بنام داينود در وسط، و يك آند در انتهاي ديگر كه همگي در يك لوله شيشه اي تحت خلأ قرار دارند، است. لوله PM به سمت بلور NaI(Tl) با يك روكش فوتوكاتد بلوري با يك روغن مخصوص اپتيكي ثابت شده است. تعداد لوله هاي PM در سوند تيروئيد و شمارنده چاهي يك عدد است، در حاليكه در تصويربردارهاي سنتيلاسيوني از 19 تا 94 عدد متغير است كه به پشت بلورNaI(Tl) متصل شده اند.

يك ولتاژ بالاي حدوداً 1000V از فوتوكاتد به آند لوله PM با گامهاي 100V بين داينودها بكار رفته است.

هنگاميكه يك فوتون نور از بلورNaI(Tl) به فوتوكاتد برخورد مي كند، فوتوالكترونها گسيل مي شوند، كه فوراً از طريق اختلاف ولتاژ بين الكترودها به سمت داينود شتاب مي گيرند. الكترونهاي شتاب گرفته با داينود برخورد و الكترونهاي ثانويه بيشتري گسيل مي شوند، كه مجدداً شتاب مي گيرند. فرايند تكثير الكترونهاي ثانوي بطور پيوسته تا زماني كه به آخرين داينود برسند ادامه دارد، كه در آن يك پالس از10⁵ تا 10⁸ الكترون توليد مي شود. سپس پالس در آند جذب و سرانجام به پيش تقويت كننده منتقل مي شود.

 

پيش تقويت كننده

پالس ناشي از لوله PM داراي دامنه كوچك است و بايد قبل از ساير فرآيندها تقويت شود. اين تقويت اساساً با يك پيش تقويت كننده كه در انتهاي لوله PM قرار گرفته انجام مي شود. يك پيش تقويت كننده نياز به تنظيم ولتاژ شكل پالس و تطابق سطوح امپدانس بين آشكارساز و اجزاء بعدي دارد بطوريكه پالس بطور مناسب توسط سيستم مورد پردازش قرار گيرد.

 

تقويت كننده خطي

پالس خروجي از پيش تقويت كننده نياز به تقويت بيشتري دارد و بطور مناسبی توسط تقويت كننده خطي شكل مي گيرد. سپس پالس تقويت شده بمنظور تحليل ولتاژ آن به تحليلگر ارتفاع پالس هدايت مي شود. تقويت پالس توسط بهره مشخص تقويت كننده از طريق نسبت دامنه پالس خروجي به دامنه پالس ورودي تعريف مي شود، و بهره مي تواند در محدوده 1 تا 1000 توسط كنترلهاي بهره فراهم شده بروي تقويت كننده تنظيم شود.

دامنه هاي پالسهاي خروجي معمولاً از 0 تا 10 ولت مرتب مي شوند.

 

تحليلگر ارتفاع پالس

انرژيهاي متفاوتي از پرتوهاي گاما مي تواند از يك چشمه، يا از راديونوكليدهاي يكسان و يا راديونوكليدهاي مختلف، يا بعلت پراكندگي پرتوهاي گاما در يك چشمه ساطع شود. پالس هاي خروجي از تقويت كننده ممكن است دامنه هاي مختلفي ناشي از اختلاف انرژيهاي پرتوهاي گاماي آن داشته باشند.

تحليلگر ارتفاع پالس((PHA ابزاري براي انتخاب شمارش تنها پالسهايي كه بين فاصله دامنه ولتاژ از پيش تعيين شده يا "كانال" و ساير آنهايي كه خارج از آن قرار گرفته اند، است. اين انتخاب پالسها بوسيله دكمه هاي كنترل كه سطح پايين و سطح بالا ناميده مي شود، يا پايه و پنجره، بر PHA فراهم شده، ساخته مي شود. انتخاب صحيح تنظيمات اين دكمه ها، محدوده انرژيهاي پرتو گاما را تعيين مي كند بطوريكه براي ساير پردازش ها از قبيل ثبت، شمارش و... قابل قبول خواهد بود. در تصويربردارهاي سنتيلاسيون، اين دو دكمه ها معمولاً از طريق يك كنترل پالس ولتاژ و كنترل درصد پنجره، جايگزين مي شود. كنترل ولتاژ پالس به انرژي پرتو گاما مطلوب مربوط مي شود و كنترل درصد پنجره، عرض پنجره در درصد مربوط به انرژي مطلوب را مشخص مي نمايد، كه بطور قرينه در هر طرف پالس ولتاژ تنظيم مي گردد.

روش شمارش فوق، شمارش تفاضلي ناميده مي شود، كه فقط پالسهاي مربوط به انرژي از پيش تعيين شده را مي شمارد. چنانچه نياز به شمارش پرتوهاي گاماي همه انرژيها يا همه پرتوهاي گاماي انرژيهاي بيشتر از يك انرژي از پيش تعيين شده معين باشد، روش شمارش، شمارش كامل ناميده مي شود، كه دو حالت تنها سطح پايين تر يا خط زمينه عمل كننده است و مكانيسم پنجره جنبي است.

يك تحليلگر ارتفاع پالس معمولاً فقط يك محدوده از پالسها را انتخاب مي كند و تحليلگر تك كاناله(SCA) ناميده مي شود. يك تحليلگر چند کاناله (MCA) يك ابزاري است كه مي تواند بطور همزمان پالسهاي خروجي انرژيهاي مختلف را در يك تعداد از كانالها طبقه بندي كند. با بكارگيري يك MCA، مي توان بطور همزمان يك طيف از پرتوهاي گاما با انرژيهاي متفاوت كه از يك چشمه دريافت مي شود را بدست آورد.

---

[1] - Well Counters

[2] - Collimator

[3] - Photomultiplier Tube

[4] - Analyzer

 [5]  وضوح، كمترين فاصله بين دو نقطه در يك تصوير است كه مي تواند بوسيله ابزار آشكارسازي، آشكار شود.