توليد راديوايزوتوپ‌ها

توليد راديوايزوتوپ‌ها

راديوايزوتوپ‌ها نيز مانند ايزوتوپ‌هاي پايدار كاربرد گسترده‌اي را در تحقيقات، صنعت پزشكي، آب‌شناسي (هيدرولوژي) و كشاورزي پيدا كرده‌اند. در اينجا توجه خود را به توليد
راديو‌ايزوتوپ‌ها، مخصوصاً ايزوتوپ‌هاي با كاربرد گسترده معطوف مي‌داريم.

راديواكتيويته طبيعي اورانيم در سال 1896 به وسيله بكرل كشف شد و تا سال 1934 تنها مواد راديواكتيو طبيعي شناخته شده بودند. راديوايزوتوپ‌هاي طبيعي دو نوع هستند. راديوايزوتوپ‌هاي با نيمه عمر بالا، K⁴⁰، Rb⁸⁷، U²³⁸، U²³⁵و Th²³² كه از بدو به وجود آمدن عناصر زميني از حدود 10⁹×5_/4 سال پيش باقي مانده‌اند و راديوايزوتوپ‌هاي همانند C¹⁴ كه داراي نيمه عمر نسبتاً كوتاه بوده و به طور مداوم به وسيله برهم‌كنش‌هاي پرتـوهاي كيهاني در اتمسفر بالاتر تشكيل مي‌شوند.

تعداد قابل ملاحظه‌اي از راديوايزوتوپ‌ها با كاربردهاي گوناگون به طور مصنوعي توليد مي‌شوند. اولين راديونوكليد مصنوعي در سال 1934 به وسيله كوري‌ها (Curies) هنگام بمباران آلومينيم با ذرات a حاصل از Po²¹⁰ طبيعي كشف گرديد. واكنش
 فسفر راديواكتيو(radiophosphorus) را توليد نمود. در مراحل بعد چشمه‌هاي نوتروني (a,n) همچون Be -Ra²²⁶ و شتاب‌دهنده‌ها توسعه يافتند. تلاش ها به طرف شتاب ذرات -a، پروتون‌ها و دئوترون‌ها روي هدف‌هاي گوناگون پايدار جهت توليد و شناسايي راديونوكليدهاي جديد هدايت گرديد. با ساخته شدن رآكتورهاي هسته‌اي نوترون‌ها براي توليد ايزوتوپ‌ها قابل استفاده شده‌اند.

 

بررسي‌هاي عمومي

فرآيند هسته‌اي اصلي

عناصر پايدار هنگام تغيير نسبت نوترون ـ پروتون (نسبت N/Z) در هسته تمايل به راديواكتيو شدن دارند. فرآيند توليد راديوايزوتوپ موجب تغيير نسبت N/Z عنصر از طريق بمباران ماده هدف مناسب به وسيله نوترون‌ها يا ذرات باردار مي‌گردد. بمباران نوتروني عموماً ايزوتوپ‌هاي “غني از نوترون” توليد مي‌كنند كه معمولاً به وسيله گسيل^-b (نگاترون) فروپاشي نموده و غالباً همراه با تابش g مي‌باشند. در مقابل آن، بمباران با ذره باردار توليد ايزوتوپ‌هاي با “كمبود نوترون” نموده كه به روش ⁺b (پوزيترون) يا گيراندازي الكترون(EC) فروپاشي مي‌كنند. در اين حالت ممكن است تابش g نيز با آن همراه باشد. اين فرآيند در شكل 12 . 1 توضيح داده شده است.

بمباران نوتروني هدف‌هاي انتخاب شده در رآكتور‌ها تاكنون معمول‌ترين مسير توليد راديوايزوتوپ بوده است. ذرات باردار با انرژي كافي محصولي را توليد مي‌كند كه ايزوتوپ عنصر هدف نيست. لذا جداسازي شيميايي منجر به محصولي با اكتيويته ويژه بالا مي‌گردد.

در حال حاضر 3 رآكتـور تحقيقاتي در بارك، مومبائي، آپسارا، سيروس (CIRUS) و دوروا (Dhruva) وجود دارند كه نيازهاي كشور هندوستان براي توليد ايزوتوپ را تأمين مي‌كنند. حداكثر شار نوترون قابل حصول در آپسارا، سيروس و دوروا به ترتيب 10¹³ ، 10¹³ ×6 و 10¹⁴ ×8_/1 نوترون بر ثانيه به ازاي هر سانتي‌متر مربع مي‌باشد. با توجه به اين كه نوترون از نظر بار الكتريكي خنثي است دفع الكترواستاتيكي هسته هـدف بر آن اثري ندارد. لذا، حتي نوترون‌هاي با انرژي پايين (نوترون‌هاي حرارتي) موجب واكنش‌هاي هسته‌اي مي‌شوند. بسته به انرژي‌زايي واكنش، هسته هدف ابتدا يك نوترون را جذب و يك فوتون-g يا  يك ذره باردار ( مثلاً p يا a) را گسيل مي‌كند. انواع واكنش‌هاي القائي نوتروني كه عموماً براي توليد ايزوتوپ مورد استفاده قرار مي‌گيرند ذيلاً به طور خلاصه شرح داده مي‌شوند.

 

واكنش (n,g)

اين واكنش گيراندازي تابشي ناميده شده و معمول‌ترين شكل برهم‌كنش نوترون حرارتي با هر هسته، اتمي است. محصول واكنش ايزوتوپي از هسته هدف است كه عدد جرمي آن يك واحد بالاتر از هسته هدف مي‌باشد گيراندازي نوترون به دنبال گسيل فوتون -g است. نسبت N/Z كل افزايش پيدا نموده و معمولاً راديونوكليد تشكيل شده با ^-b فروپاشي مي‌كند.

با توجه به اين‌كه محصول واكنش ايزوتوپي از عنصر هدف است، جداسازي شيميايي آن از ايزوتوپ‌هاي پايدار غيرممكن مي‌باشد. اكتيويته ويژه (اكتيويته برگرم) محدود به شار نوتروني قابل دسترس است. واكنش(n,g) براي توليد بيش از نصف راديوايزوتوپ‌ها كه كاربرد متداول دارند مورد استفاده قرار مي‌گيرد

واكنش (n,g) كه با فروپاشي ^-b دنبال مي‌شود

بعضي از واكنش‌هاي(n,g) توليد راديوايزوتوپي با عمر كوتاه مي‌نمايند كه اين راديوايزوتوپ خود

به راديوايزوتوپ ديگري با نيمه عمر بلندتر فروپاشي مي‌كند. واكنش (n,g) با تلـوريوم محصولي

همچون I¹³¹ توليد مي‌كند كه از نظر شيميايي متفاوت از هدف است.

 لذا ايزوتوپ محصول به راحتي قابل جداسازي بوده و منجر به اكتيويته ويژه بالايي مي‌گردد.

 

واكنش (n,p)

پس از اين‌كه يك نوترون به وسيله هسته هدف قاپيده شد، گسيل ذره باردار همچون پروتون يا ذره -a از هسته مركب (CN) تنها زماني امكان‌پذير است كه انرژي برانگيختگي كافي در CN قابل دسترس بوده و به نيروهاي پيوندي آخرين پروتون غلبه نمايد. لذا، اين واكنش نياز به نوترون‌هاي با انرژي بالا (نوترون‌هاي سريع) به جز حالت عناصر سبك دارد. چند مثال از اين واكنش‌ها در جدول 12 . 2 داده شده‌اند.

با توجه به اينكه نوكليد محصول ايزوتوپ عنصر هدف نيست، جداساز شيميايي امكان‌پذير بوده و اكتيويته ويژه بسيار بالا امكان‌پذير مي‌باشد.

 

واكنش (n,a)

در بعضي از هسته‌ها گيراندازي نوترون منجر به گسيل a گشته و محصول راديوايزوتوپي است كه از نظر شيميايي متفاوت از هسته هدف مي‌باشد

فرآيند چندمرحله‌اي گيراندازي نوترون

اين روش مستلزم گيراندازي پي‌درپي نوترون بوده و مخصوصاً در ميان‌ عناصر سنگين داراي اهميت ويژه‌اي است. بعضي از ايزوتوپ‌هاي ترانس اورانيم (مثلاً Am²⁴¹) با به‌كار بردن اين روش توليدشده‌اند.

 

واكنش شكافت

شكافت القائي نوترونيU²³⁵ وPu²³⁹ در طي كار عادي رآكتور تعداد قابل ملاحظه‌اي راديوايزوتوپ را به عنوان محصولات جانبي توليد مي‌كند. حداكثر بهره شكافت 6% به ايزوتوپ‌هاي با اعداد جرمي100-95 و 140-135 مربوط مي‌شود. با توجه به اين كه طي واكنش شكافت علاوه بر راديوايزوتوپ‌ها ايزوتوپ‌هاي پايدار ديگري تشكيل مي‌شوند، اكتيويته‌هاي ويژه ايزوتوپ‌هاي گوناگون از عنصري به عنصر ديگر متفاوت است. مثلاً راديوايزوتوپ Mo⁹⁹ يك محصول شكافت است كه به همراه ايزوتوپ پايدار Mo¹⁰⁰ تشكيل مي‌گردد. محصولات شكافت با نيمه عمر بلند همچون Cs¹³⁷، Sr⁹⁰، Kr⁸⁵ و Pm¹⁴⁷ داراي اهميت صنعتي هستند. اين ايزوتوپ‌ها در طي فرآيند باز فرآوري سوخت مصرف شده از محلول پسمان محصولات شكافت جداسازي مي‌شوند.

محصولات شكافت با نيمه عمركوتاه همچون Mo⁹⁹، Ba¹⁴⁰، Sr⁸⁹، I¹³¹، Xe¹³³ و ... داراي اهميت هستند ولي قبل از اين كه پسمان محصولات شكافت به منظور فرآيند بازيابي در دسترس قرار بگيرند، فروپاشي مي‌كنند. براي توليد اين ايزوتوپ‌ها هدف‌هاي اورانيم طبيعي يا غني شده براي مدت كوتاه در رآكتور پرتودهي شده و به وسيله روش‌هاي معمولي راديوشيمايي جداسازي مي‌شوند. محصولات شكافت Sr⁹⁰، Ru¹⁰⁶، I¹³²، Cs¹³⁷ و Ba¹⁴⁰ را نمي‌توان به وسيله روش(n,g) توليد نمود.

 

واكنش غير مستقيم

ذره گسيل شده از هدف در يك واكنش القائي نوترون مي‌تواند موجب يك واكنش هسته‌اي ديگري گردد. براي مثال ترايتون‌هاي پر انرژي به وسيله واكنش H³(n,a) Li⁶ توليد مي‌شوند. هنگامي كه كربنات ليتيم به وسيله شاري از نوترون‌هاي حرارتي پرتودهي مي‌شود F¹⁸ يك ايزوتوپ گسيل كننده پوزيترون با نيمه عمري معادل110 دقيقه توليد مي‌شود

 

فرآيند زيلارد-چالمرز(SC)

گاهي واكنش(n,g) به دليل انرژي كه به واسطه پس‌زني‌هاي هسته‌اي هنگام گسيل پرتو g حاصل مي‌شود موجب اثرات شيميايي مي‌گردد. اين انرژي پس‌زن براي شكستن پيوندهاي معيني كافي است. چنانچه پس از شكستن پيوند، اتم محصول در يك حالت شيميايي متفاوت و قابل جداسازي از اتم‌هاي هدف باشد، در اين صورت محصول مي‌تواند از جرم بالاي هدف
غيراكتيو جدا گردد. اين فرآيند به نام فرآيند زيلارد- چالمرز شناخته مي‌شود. اگر چه هدف و محصول ايزوتوپ هستند، اين پديده روش‌هايي براي به دست آوردن محصول با اكتيويته ويژه بالا است.

زيلارد(Szilard) و چالمرز (Chalmers) (SC) كشف كردند هنگامي كه يديداتيل با نوترون‌ها پرتودهي مي‌شود، اتم‌هاي I¹²⁸ تشكيل شده از I¹²⁸(n,g) I¹²⁷ از تركيب پس زده شده و مي‌تواند به صورت يد آزاد با آب استخراج گردد.

 

مولدهاي راديوايزوتوپ

يك روش جهت به دست آوردن راديوايزوتوپ با نيمه عمر كوتاه جهت استفاده به عنوان  ردياب در پزشكي و صنعت در مكان‌هاي دور از تجهيزات رآكتور يا سيكلوترون، به كار بردن مولد راديوايزوتوپ مادر- دختر است. در مولد يك مادر با نيمه عمر بلندتر به دختر با نيمه عمر كوتاهتر فروپاشي مي‌كند. بسته به نيمه عمرها اين دو راديونوكليد در يك حالت تعادل‌گذاري يا عام بين خود هستند. نوكليد دختر به طور انتخابي از مولد دوشيده شده اختلافي بين رفتارهاي شيميايي دو عنصر خـواهـد داشـت مثال‌هايي از سيستـم مـولـد عبارتند از: Ba^m137 – Cs¹³⁷،

La ¹⁴⁰ – Ba¹⁴⁰،  ^mTc⁹⁹- Mo⁹⁹،  Y⁹⁰-Sr ⁹⁰ و  In ^m113  - Sn¹¹³.

 راديوايزوتوپ مادر در رآكتور يا سيكلوترون توليد مي‌گردد و معمولاً روي يك ماده پشتيبان مثلاً، يك رزين مبادله كننده در يك ستون بسته جذب مي‌شود. دختر با نيمه عمر كوتاه با به‌كار بردن حلال‌هاي انتخابي دوشيده مي‌شود. نوكليد دختر به رشد خود ادامه داده و پس از يك دوره 4-3 برابر مدت نيمه عمر به اكتيويته ماكزيمم مي‌رسد. لذا دوشيدن تكراري امكان‌پذير خواهد بود.

 

درمان پركاري تيروئيد

درمان پركاري تيروئيد

 

پركاري تيروئيد يك بيماري شايع ناشي از فعاليت زياد هورمون تيروئيد است و از تعدادي از فرآيندهاي بيماري زا ناشي مي شود. راهكارهاي چندي در درمان پركاري تيروئيد بكار گرفته شده است، بعنوان مثال، استفاده از داروهاي آنتي تيروئيد از قبيل پروپيلودراكيل يا متي مازول، تيرودكتومي، اما دارودرماني و معالجه  با ¹³¹I از متداولترين انتخابات هستند.

علت اساسي استفاده از درمان راديويد اينست كه آن در تيروئيد انباشته شده و غده ها را با تابشهاي g و^- b  تابش دهي مي كند، در حدود %90 كل دز تابشي از ذرات ^- b ناشي مي شود. چندين روش انتخاب دز درماني ¹³¹I در حال استفاده است. ساده ترين روش تجويز مقدار يكساني از يديدسديم- ¹³¹I، معمولاً 3 تا 7mCi   معادل (111-259MBq)، براي همه بيماران با شرايط كلينيكي پركاري تيروئيد مشابه مي باشد. تقريباً 60% بيماران از معالجه پركاري تيروئيد در مدت 3 تا 4 ماه بهبودي حاصل مي كنند، و يك معالجه ثانوي براي 25% تا 30 %‌ ساير بيماران بكار مي رود. اين روش اكتيويته ثابت محدوديتهايي دارد، زيرا اكتيويته تجويز شده دلخواه  است و به شدت بيماري يا وزن غدد ارتباطي ندارد.

متداولترين روش معالجه ¹³¹I‌ تجويز يك مقدار خاصي از ¹³¹I‌ بر حسب ميكروكوري بر گرم از تيروئيد، براساس ارزيابي جذب تيروئيد و جرم غدد مي باشد. فرض بر اين است كه نيمه عمر بيولوژيكي ميانگين ¹³¹I‌ براي كليه بيماران يكسان است. رابطه تجربي براي اين روش به شكل زير داده مي شود.

(%) جذب در 24 ساعت/(100 × (g) جرم تيروئيد ×µCi /g )=تجويزµCi

 

 بسياري از كلينيك ها از يك دز 55 تا 80µCi (2-3 MBq) بر گرم براي بيماري گراوس استفاده مي كنند.

چنانچه فرض شود 1µCi(37KBq) جذب شده در تيروئيد، منجر به 1‌ راد (0/01Gy) دز تابشي شود، آنگاه،  براي مثال، يك دز 80µCi (2/96MBq) بر گرم 6400‌ راد (64Gq) به غدد تيروئيد با ميزان جذب 75%‌  مي دهد. جرم تيروئيد از طريق معاينه يا عكس تيروئيد تخمين زده مي شود. براي بيماران با غدد بسيار بزرگ  و شديداً پركار، دز بزرگتري در حدود 160 تا 200µCi (5/9- 7/4 MBq) بر گرم براي بدست آوردن پاسخ سريعتر تجويز مي شود.

      درمان ¹³¹I‌ براي زنان باردار ممنوع است، زيرا ¹³¹I‌ از ديواره جنيني عبور مي كند و مي تواند باعث مخاطرات تابشي به تيروئيد جنين گردد. تيروئيد جنين در هفته دهم حاملگي شروع به جذب يد مي كند و از اينرو درمان ¹³¹I‌ اين زمان بايد ممنوع شود. همچنين،‌ در دوره زماني قبل از هفته دهم حاملگي،  برخي از درمان ممكن است موجب پرتوگيري تابشي به جنين شده و از اينرو نبايد صورت گيرد. پيشنهاد شده است كه يك آزمون بارداري قبل از شروع درمان با ¹³¹I براي كليه خانمها در سنين پتانسيل حاملگي انجام شود. به بيماران معالجه شده با ¹³¹I توصيه مي شود كه حاملگي را براي 6 ماه پس از درمان به تعويق بيندازيد.

      در بيماري گراوس، بهبود كامل پركاري تيروئيد در 60% بيماران بعد از معالجه بدست مي آيد. براي بيماران با پركاري تيروئيد شديد، بويژه بيماران مسن تر، قبل از شروع درمان با ¹³¹I، درمانهايي با استفاده از داروهاي آنتي تيروئيد بكار گرفته مي شود تا نتايج بهتري حاصل گردد. بازگشت پركار تيروئيد پس از اولين معالجه در حدود 6%‌ تا 14%‌بيماران يافت مي شود و نياز به تكرار درمان با ¹³¹I وجود دارد. پركاري تيروئيد در بين 25% تا 40%‌ بيماران معالجه شده، بويژه آنهايي كه با دزهاي بالايي از ¹³¹I درمان شده اند، مشاهده مي شود. بمنظور كاهش شيوع پركاري تيروئيد، دزهاي كمتر يا تقسيم شده اي از ¹³¹I در يك مدت طولاني تري تجويز مي شود. بعد از درمان با ¹³¹I، داروهايي از قبيل thiomides، يد پايدار، و عوامل مسدود كننده آدرنالين ^- b (پروپرانولول، متوپرولول و...) بمنظور كنترل پركاري تيروئيد به بيماران داده مي شود.

      گواتر چند غده اي سمي (بيماري پلومر) در مقابل درمان ¹³¹I بسيار مقاوم هستند و بطوريكه با چندين دزهاي بالاي ¹³¹I درمان مي شوند. به علت مقاومت در مقابل درمان شيوع پركاري تيروئيد در اين گروه از بيماران پايين است. اين بيماران بايد براي درمان با ¹³¹I با پيش درمان آنتي تيروئيد آماده شوند.

      در تعداد كمي از بيماران، نتايج تشديد پركاري تيروئيد به شرايطي از قبيل نارسايي قلبي و بحران تيروئيد در مدت 3 تا 5 روز بعد از درمان با ¹³¹I بايد توجه شود. اين نتايج ناشي از آزادسازي مفرط 3T و4T از غده تيروئيد درمان شده است. بهرحال، امروزه شيوع پركاري تيروئيد وخيم از طريق استفاده از پيش پروپرانولول براي درمان كاهش يافته است.

 

 

سخنی از بزرگان علم

از چیزهایی که در عمر طولانی خود آموخته ام یکی این است که

دانش ما در مقابل واقعیات جهان در حدی بدوی و کودکانه است

و با این حال این گرانبهاترین چیزی است که داریم.

                                                           آلبرت اینیشتن

معرفی یک سایت

معرفی یک سایت

در سایت زیر می توانید به کلیه رساله های دکتری در رشته های مختلف دانشگاه Duke بصورت رایگان و در قالب pdf دسترسی پیدا کنید.

سایت بسیار پر محتوی است و حاصل چندین سال تجربه دانشجویان مقطع دکتری را بصورت رایگان در اختیار شما قرار می دهد.(آنچه که دانشجویان ما از یکدیگر دریغ می دارند!!!!)

http://dukespace.lib.duke.edu/dspace/

كاربردهاي راديوايزوتوپ‌ها در بهداشت و پزشكي

كاربردهاي راديوايزوتوپ‌ها در بهداشت و پزشكي

كاربردهاي راديوايزوتوپ‌ها در زمينه بهداشت به طور عام و پزشكي به‌طور خاص بسيار گسترده است. در كمك به تشخيص و پيش‌بيني در انواع بيماري‌ها و نيز درمان به وسيله علاج بخشي و آرام بخشي با به‌كار بردن تابش شگفت‌انگيز است. روش‌هاي تشخيص مي‌تواند با به‌كار بردن عوامل راديوايمونواسي (RIA) بيروني (in-vitro) و به‌كار بردن راديوداروهاي دروني
(in-vivo) باشد. روش‌هاي درماني مي‌توانند با به‌كار بردن چشمه‌هاي بسته راديوايزوتوپ‌هاي كاشته شده يا قرار گرفته از خارج يا تزريق سيستماتيك راديوداروهاي مقتضي اجراء گردند.

 

كاربردهاي تشخيص

RIA و روش‌هاي مرتبط

راديوايمونواسي (RIA) يك روش گسترده تجزيه‌اي راديواكتيو براي اندازه‌گيري ميكرومول‌ها يا پيكومول‌هاي مواد مورد نظر كلينيكي در گونه‌هاي بيولوژيكي است. حدود سه دهه پيش بود كه برسون(Berson) و يالو(Yalow) اولين مقاله خود را در رابطه با اندازه‌گيري انسولين با
به‌كار بردن يك واكنش آنتي‌ژن – آنتي‌بادي منتشركردند. آنان اين روش ارزيابي جديد را با توجه به اينكه در آن آنتي‌ژن نشان‌دار راديواكتيو و يك آنتي‌بادي براي اندازه‌گيري ماده مورد آناليز به كار رفت “راديوايمونواسي” (RIA) ناميدند. تقريباً در همان زمان اكينز (Ekins) يك روش ارزيابي و سنجش را اساساً مشابه، براي اندازه‌گيري سرم تيروكسين، توسعه داد كه در آن
دي تيروكسين نشان‌دار راديواكتيو و گلوبلين پيوندي تيروكسين (TBG) را به عنوان پيوند دهنده، به جاي آنتي بادي ويژه‌اي با توجه به كشش بالاي TBG براي تيروكسين(L/M10⁹=K) به كار برد. وي اصطلاح عمومي“ تجزيه اشباع” را براي اين سنجش‌ها پيشنهاد نمود. توسعه يك آنتي‌بادي در مقابل يك آنتي‌ژن عمومي‌تر بوده و ممكن است آنتي سرم با كشش بالا را براي هر آنتي‌ژن، بدون توجه به طبيعت و غلظت آن در خون توسعه داد. به دليل گستردگي ذاتي، RIA يك روش مشهوري گرديد. 

از هنگام اختراع، RIA موضوعي با توجه فراوان در زمينه بيوشيميايي بوده و در حال حاضر براي اندازه‌گيري مواد مهم بيولوژيكي همچون هورمون‌ها، داروها، ويتامين‌ها و ويروس به كار مي‌رود. اين روش به طور گسترده‌اي در دانش مادر غده درون‌ريزي شراكت داشته است. با درك منافع مهم حاصل از RIA دكتر روسالين يالو(Rosalyn Yallow)، جايزه نوبل را براي پزشكي در سال 1977 به خود اختصاص داد.

فيزيك بهداشت چیست؟

فيزيك بهداشت چیست؟

فيزيك بهداشت مجموعه قوانيني است كه حفاظت پرتوكاران و همچنين مردم را در مقابل اثرات خطرناك تابش مورد بحث و بررسي قرار مي‌دهد. كاربرد تابش يون‌ساز بلافاصله پس از كشف پرتوهاي -X به وسيله رانتگن در دسامبر 1895 شروع گرديد. سه سال پس از آن در دسامبر 1898، ماري كوري و پيركوري راديم را كشف كردند. شدت تابش اين دو منبع بلافاصله در زمينه پزشكي براي تشخيص و درمان مورد استفاده قرار گرفت. در بسياري از كاربردها موضوع پرتوگيري تابش و اثرات خطرناك آن شناخته نشد. تا سال 1920 بسياري از راديولوژيست‌ها و تكنسين‌هاي آن زمان به سرطان پوست مبتلا شده و بعضي ديگر از كم‌خوني (احتمالاً سرطان خون) فوت مي‌كردند. اين موضوع باعث به وجود آمدن اصل “ دز مقاومت ” براي پرتوكاران شد كه مي‌توان آن را تولد علم فيزيك بهداشت ناميد.

مشكلات نسبيت و مكانيك كوانتوم

مشكلات نسبيت و مكانيك كوانتوم

 

بنا بر نسبيت،  گرانش اثر هندسي جرم بر فضاي اطراف خود است. كه فضا-زمان ناميده مي شود. يعني جرم فضاي اطراف خود را خميده مي كند و مسير نور در اطراف آن خط مستقيم نيست، بلكه منحني است.

 

در سال 1919 انحنای فضا را هنگام كسوف كامل خورشید با نوری كه از طرف ستاره ی مورد نظری به سوی زمین در حركت بود و از كنار خورشيد می گذشت مورد تحقيق قرار دادند كه با پیشگویی نسبيت تطبیق می كرد. این موفقيت بسيار بزرگی برای نسبيت بود. از آن زمان به بعد توجه به ساختار هندسی و خواص توپولوژيك فضا بررسی واقعیت های فيز يكی  را به حاشیه راند. مضافاً اين كه گرانش را از فهرست نیروهای اساسی طبيعت در فيزيك نظری حذف كرد.

 

مشكلات اساسی نسبيت را می توان به صورت زير فهرست كرد:

 

 

 

1- مشكل نسبيت با مكانيك كوانتوم: مكانيك كوانتوم ساختار ریز و كوانتومی كميت ها و واكنش متقابل آنها را مورد بررسی قرار می دهد. به عبارت ديگر نگرش مكانيك كوانتوم بر مبنای كوانتومی شكل گرفته است. در این زمينه تا جايی پيش رفته كه حتی اندازه حركت و برخی دیگر از كميتها را كوانتومی معرفی می كند. این نتايج بر مبنای يكسری شواهد تجربی مطرح شده و قابل پذيرش است. علاوه بر آن تلاشهای زيادی انجام می شود تا پديده های بزرگ جهان را با قوانين شناخته شده در مكانيك كوانتوم توجيه كنند. حال به نسبيت توجه كنيد كه فضا-زمان را پيوسته در نظر می گيرد. بنابراين نسبیت با مكانيك كوانتوم ناسازگار است. تلاشهای زيادی انجام شده تا به طريقی يك همانگی منطقی و قابل قبول بين نسبيت و مكانيك كوانتوم ايحاد شود. در اين مورد كارهای ديراك شايان توجه است كه مكانيك كوانتوم نسبيتی را پايه گذاری كرد و آن را توسعه داد. اما در مورد نسبيت عام موفقیت چندانی نصيب فيزيكدانان نشده است.

 

 

 

2- پيچيدگی و عدم وجود تفاهم در نسبيت: پيچيدگی نسبيت موجب شده كه تفاهم منطقی بين فيزيكدانان در مورد نتايج و پيشگويی های نسبيت وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر نسبيت شديداً قابل تفسير است. اين تفاسيرگاهی چنان متناقض هستند. البته اين برداشتهای متفاوت از نسبيت ناشی از گذشت زمان نيست، بلكه از آغاز حتی برای خود اينشتين كه نسبيت را مطرح كرد وجود داشت. به عنوان مثال: اينشتين از سال 1917 شروع به تدوين يك نظريه قابل تعميم به عالم کرد. وی با مشكلات حل نشدنی رياضی برخورد كرد. به همين دليل در معادلات گرانش عبارت مشهور " پارامتر عالم " را وارد كرد. ملاحظات وی در اين موضوع بر دو فرضيه مبتنی بود.

 

 

 

الف- ماده دارای چگالی متوسطی در فضاست كه در همه جا ثابت و مخالف صفر است.

 

ب- بزرگی " شعاع " فضا به زمان بستگی ندارد.

 

 

 

در سال 1922 فریدمان نشان داد كه اگر از فرضیه دوم چشم پوشی شود، می توان فرضیه اول را حفظ كرد بی آنكه در معادلات به پارامتر عالم نيازی باشد. فريدمان بر اين اساس يك معادله ی دیفرانسيل به صورت زير ارائه كرد:

 

(dR/dt)^2 - C/R+K=0

 

در واقع سالها قبل از كشف هابل در مورد انبساط فضا، فریدمان دقیقاً كشفيات او را پيش بينی كرده بود. معادله ی فريدمان معادله ی اصلی كيهان شناخت نيوتنی است و بدون تغيير در نظريه نسبيت عام نيز صادق است. اينشتين بر همه نتايج به دست آمده توسط فريدمان اعتراض كرد و مقاله ای نيز در اين باب انتشار داد. سپس حقايق را در فرضيه فريدمان ديد و با شجاعت كم نظيری طی نامه ای كه برای سردبير مجله آلمانی فرستاد به اشتباه خود در محاسباتش اعتراف كرد.

 

بيشتر مشکلات نسبيت ناشی از خواصی است كه به علت وجود ماده برای فضا قايل می شوند. كه در آن هندسه جای فیزيك را می گيرد. زمانی پوانكاره گفته بود كه اگر مشاهدات ما نشان دهد كه فضا نااقلبدسی است، فيزيكدانان می توانند فضای اقليدسی را قبول كرده و نيروهای جديدی وارد نظريه های خود كنند. اما نسبيت چنین نكرد و ماهيت پديده های فيزيكی را به دست فراموشی سپرد. هرچند پديده های فيزيكی را بدون ابزار محاسباتی، اعم از جبری و هندسی نمی توان توجيه كرد، اما فيزيك نه هندسه است و نه جبر، فيزيك، فيزيك است وبس!!!

 

 

 

 3- مشكل گرانش نيوتنی در نسبيت همچنان باقی است: در نسبيت فضا-زمان دارای انحناست. هرچه ماده بيشتر و چگالتر باشد، انحنای فضا بيشتر است. سئوال اين است كه اين انحنای فضا تا كجا می انجامد؟ در نسبيت فضا می تواند چنان تابيده شود كه حجم به صفر برسد. برای آنكه ماده بتواند چنان بر فضا اثر بگذارد كه حجم به صفر برسد، بايد جرم به سمت بی نهايت ميل كند. يعنی نسبيت نتوانست مشكل قانون گرانش را در مورد تراكم ماده در فضا حل كند، علاوه بر آن بر مشكل افزود. زيرا قانون نيوتن می پذيرد كه ماده تا بی نهايت می تواند متمركز شود، اما حجم صفر با آن سازگار نيست. اما نسبيت علاوه بر آن كه می پذيرد ماده می تواند تا بی نهايت متراكم شود، پيشگويی می كند كه حجم آن نيز به صفر می رسد.  

غني سازي اورانيوم

غني سازي اورانيوم

 

امروزه در سرتاسردنيا رآكتورهای آب سبك بيشتري نسبت به رآكتورهاي ديگر در حال كار هستند.

كاركرد اين رآكتورها بوسيله اورانيوم طبيعي امكان پذير نيست. براي شروع و پايدار نمودن يك واكنش زنجيره‌اي ايزوتوپ-235 اورانيوم در سوخت هسته‌اي بسته به نوع و طراحي رآكتور بايد داراي غلظت تا5 درصد باشد. اورانيوم-235 تنها ايزوتوپ اورانيوم است كه مي تواند بوسيله نوترونهاي حرارتي شكافته شود. با وجود اين، اورانيوم طبيعي، تنها داراي 0.71 درصد ایزوتوپ-235 مي‌باشد. بخش باقيمانده بطور چشمگيري از ايزوتوپ 238-U تشکیل شده كه قابل شكافت نمي‌باشد. لذا غني‌سازي اورانيوم-235 سبكتر مرحله فني لازم در ساخت سوخت هسته‌اي از اورانيوم طبيعي است.

براي بارگذاري مجدد ساليانه رآکتور آب تحت فشار استاندارد با ظرفيت الکتریکی MW 1300 و ميزان سوختي معادل tU/GWd50در حدود 24 تن اورانيوم با غلظت معادل 95/3 درصد از 235-U لازم است در اين صورت با فرض تهي‌شدن 235-U تا 3/0 درصد تقريباً 213 تن اورانيوم طبيعي بكار می رود و در حدود 124 تن كارجداسازي براي غني‌سازي لازم است. كارجداسازي سنجشی از موارد تلاش براي غني‌سازي اورآنيوم بوده ومفصلاً درفصل بعد توضيح داده شده است. براي غني‌سازي اورانيوم تعدادي فرایند‌هاي جداسازي اختراع و بنوبه خود توسعه يافته‌است .ازآنجا كه اصول اين فرایندها می تواند براي غني‌سازي اورانيوم تا غلظتهاي بسيار بالاي 235-U  بکاررود که می تواند منجر به ساخت سلاحهاي هسته‌اي شود، تفصيل فني تقريباً كليه فرایندهای غني‌سازي تابع مقررات شديد امنیتی بوده و تنها بصورت محدود در اين جا مورد بحث قرار مي گیرند.

امروزه تنها فرايندهاي دیفيوژن گازي و سانتريفيوژ در مقياس صنعتي مورد بهره‌برداري قرار گرفته‌اند. مطالعات اساسي دررابطة با فرايند‌هاي جديد غني‌سازي نيزدرسطح جهاني(بوسيله روش ليزر)انجام پذيرفته است. اگرچه انتظار می رود فرايند ليزر از نظر اقتصادي از ديفيوژن  گازي موثرتر باشد، نشانه‌هائي وجود دارد كه بتواند با فرايند صنعتی سانتريفيوژ رقابت نمايد.

تعريف يك راديودارو

يك راديودارو تركيب راديواكتيوي است كه براي تشخيص و درمان بيماريهاي انسان بكار مي رود. در پزشكي هسته اي حدود 95 درصد راديوداروها براي مقاصد تشخيص بكار رفته در حاليكه مابقي براي عمليات درماني مورد استفاده قرار مي گيرند. راديوداروها معمولاً داراي حداقل اثر داروئي هستند، چرا كه در بسياري از حالات آنها در مقادير جزئي بكار مي روند. راديوداروهاي درماني مي توانند از طریق تابش موجب تخريب بافت شوند. با توجه به اين كه اين رادیوداروها به انسان تزريق مي شوند، بايد استريل و عاري از تب زائي بوده، و بايد تحت شرايط كنترل كيفي لازم همانند داروي عادي باشند. يك راديودارو ممكن است عنصري راديواكتيو همچون ¹³³Xe بوده، يا تركيبي نشاندار همچون پروتئين يدينه – ¹³¹I و تركيباتي نشاندار با ^99mTc باشند.

 مواد راديوشيمي بمنظور مصرف برای انسان بدليل احتمال عدم استريل بودن و غير تب زائي قابل استفاده نيستند، در حالیکه راديوداروها استريل و غير تب زا بوده و بطور ايمن به انسانها تجويز مي شوند. 

يك راديودارو داراي دو جز‌ء است : يك راديونوكليد و يك دارو. مفيد فايده بودن يك راديودارو با ويژگيهاي اين دو جزء مشخص مي گردد. در طراحي يك راديودارو، ابتدا دارو براساس تمركز ترجيحي در يك عضو معين يا شراكت در فعاليت فيزيولوژيكي عضو انتخاب مي گردد. سپس يك راديونوكليد مناسب به داروي انتخاب شده وصل مي گردد بطوري كه پس از مصرف راديودارو، تابشهاي گسيل شده از آن بوسيله يك آشكارساز تابش آشكارسازي مي گردد. لذا، ساختار مورفولوژي يا فعاليت فيزيولوژيكي عضو قابل ارزيابي خواهد بود. داروي انتخابي بايد ايمن بوده و براي استفاده انساني غير سمي باشد. تابشهايي از راديونوكليد انتخابي بايد بوسيله دستگاه هاي هسته اي آشكارسازي شده و دز براي بيمار در حداقل باشد.

كشف پاد ذرات بر اساس كوانتوم

كشف پاد ذرات بر اساس كوانتوم

با گذشت زمان كوانتوم بسيار پيشرفت كرد. يكي ديگر از دستاوردهاي مكانيك كوانتومي كه توسط معادلهء ديراك بوجود آمد كشف پادذرات بود. پس از ارائهء معادلهء نسبيت كوانتومي توسط ديراك با تمام حسني كه داشت فوراً به اشكالاتي بسيار جديدي منجر شد و علتش همان توفيقي بود كه در پيوند دادن نسبيت و كوانتوم بدست آورده بود. اشكال از اين واقعيت برخاست كه مكانيك نسبيتي به امكان وجود دو جهان متاوت منجر مي شود: يكي جهان"مثبت" كه در آن زندگي مي كنيم و ديگري جهان شگفت "منفي"كه با قوهء تصور و تخيل ما مبارزه مي كند. در اين جهان منفي هر جسمي داراي جرم منفي است يعني بر هر سو كه رانده شود در سوي خلاف نيرو شروع به حركت مي كند، جهان شگفتي كه در آن براي راندن جسمي به جلوبايد آنرا به عقب بكشيم و بر عكس. با يك تشبيه آشكار مي توان الكترونهايي را كه جرم منفي دارند "الكترونهاي خر"ناميد. در اين حالت نيز اگر دو الكترون را به هم نزديك كنيم و يكي الكترون خر باشد بر خلاف تصور ذهن ما بجاي اينكه دو الكترون با دافعه از يكديگر دور شوند، نيروي دافعه موجب خواهد شد كه الكترون خر به سوي الكترون ديگر حركت كند و حال آنكهالكترون معمولي از آن دور مي شود. در اين مورد هيچ تناقضي با قانون بقاي انرژي وجود ندارد. كسي هرگز الكترون هاي خر يا سنگهاي خر يا سيارات خر را مشاهده نكرده است. اين فقط حل فرضي معادلات مكانيك اينشتين است و پيش از آنكه ديراك نسبيت كوانتوم را به هم پيوستگي دهد موجبي براي اعتراض در ميان نبوده است.

معادلات ديراك در مورد جهشهاي الكترون از ترازي به تراز ديگر نيز دچار مشكلاتي شد.استفاده از محاسبات رياضي پائولي نيز كار را مشكلتر مي كرد تنها راهي كه بوسيلهء ديراك توانست اين اشكال را مورد بحث قرار دهد،بطوريكه اصل طرد پائولي رعايت شود وبا واقعيت تجربي هم سازگار باشد و در عين حال گسستگي ترازهاي انرژي را مكانيك كوانتومي اوليه پيش بيني كرده بود را نقض نكند، وجود الكترونهايي با بار مثبت بود. در سال 1931 فيزيكدان آمريكائي كارل اندرسن در حالي كه در يك آزمايش الكترونهاي پر انرژي موجود در رگبارهاي اشعهء كيهاني را در يك "اتاق ابري" پي جويي مي كرد،پي به وجود الكترونهايي با بار مثبت كه بعدها پوزيترون ناميده شد، برد. البته امروزه پوزيترونها به وفور در آزمايشات هسته اي مشاهده ميشوند و خواص آنها نيز كاملاً شناخته شده است.

پس از كشف الكترونهاي مثبت، فيزيكدانان به فكر امكان وجود پروتونهاي منفي افتادند كه در برابر پروتونهاي مثبت معمولي همان وضع را دارند كه پوزيترونها در برابر الكترونها دارند كه سرانجام در 1959 وجود پروتونهايي با بار منفي در آزمايشات اميليو جينو سگره(Emilio Gino Segrel) و اوئن چمبرلن(Owen Chamberlian) و چند تن ديگر در كاليفرنيااعلام شد. يكسال پس از اعلام كشف پاد پروتونها در 1956 تئوري وجود پادنوترونها نيز مطرح شد. سگره و چمبرلن به خاطر اين كشف توانستند جايزهء نوبل 1959 را مشتركاً كسب كنند.