تعابیر فلسفی مکانیک کوانتومی

تعابير كپنهاگي و فلسفي كوانتوم

براي اینکه از مكانيك كوانتومي تعبيري داشته با شيم به چند تعبير كه توسط فيزيكدانان پايه گذار كوانتوم بيان شده مي پردازيم :

 

 

 

§ تعبير كُپنهاكي مكانيك كوانتومي : تعبيري از مكانيك كوانتومي كه در اواخر دهه 1920 به وسيلهء بور و همكارانش ارائه شد و به زودي به عنوان تعبير معتبر مكانيك كوانتومي در ميان فيزيكدانان رواج يافت. اين تعبير مشتمل بر مجموعه اي از مواضع است كه بنيانگذاران مكانيك كوانتومي اتخاذ كردند(از قبيل مكمليت، عدم قطعيت و...) ،اين تعبير از لحاظ فلسفي قوانين و تعريفهاي فيزيك را صرفاً ابزارهايي براي پيش بيني پديده ها مي داند؛مثلاً رياضيات فقط ابزاري براي توصيف واقعيتهاي كوانتومي است و عين واقعيت نيست . اين ديدگاه در فلسفه پوزيتيويسم(Positivism) نام دارد.

 

 

 

§ در مقابل ديدگاه بالا رئاليسم(Realism) قرار دارد كه پيروان آن واقعيتهاي خارج از ذهن را قبول دارند و هدف علم را مطالعهء ساختار اين واقعيتها مي دانند.

 

 

 

بور، هايزنبرگ و طرفدارانشان ابداع كنندگان مكتب كُپنهاكي هستند كه ريشه در پوزيتيويسم دارد در مقابل اينشتين و برخي فيزيكدانان ديگر از طرفداران رئاليسم هستند. حال كه بحث به اين مقوله كشيده شد، كمي از مكانيك كوانتومي خارج مي شويم و وارد فلسفهء كوانتومي مي شويم . همزمان با پيدايش مكانيك كوانتومي و حتي كمي قبل تر هم فلسفه كوانتومي كم كم مطرح شد كه تا به امروز هم ادامه دارد. علم فلسفه از جمله علومي است كه از چندين قرن قبل از ميلاد هم وجود داشته و از جمله علومي است كه قابل فهم براي هر كسي نيست. فلسفه با پيدايش از چندين قرن قبل از ميلاد به سرعت شروع به پيشرفت كرد و فلاسفه و دانشمندان بزرگي را نيز همواره در طول ترقي خود همراه داشته است و تا اوايل قرن نوزدهم هرگز زير سؤال نرفته بود و داراي قدرت و تسلط زيادي بر تمامي علوم داشته است تا جائيكه قبل از مكانيك نيوتني بر علوم طبيعي هم احاطه داشته است. از جمله مباحثي كه همواره در فلسفه وجود داشته و دارد قانون عليت يا علت و معلول است. ارسطو صحبت از چهار نوع عليت مي كند اما آنچه امروز در اصطلاح بكار مي رود غالباً علت فاعلي است. بر طبق قانون عليت يا ضرورت علي و معلولي يا موجبيت با بودن علت وجود معلول ضرورت دارد و با نبودن آن وجود معلول محال است، يعني علت نه تنها وجود دهندهء معلول است بلكه ضرورت دهندهء آن نيز هست. اين مفهوم فلسفه تا قبل از اوايل قرن نوزدهم مورد قبول كليهء فيلسوفان و فيزيكدانان بوده است. به عنوان مثال لاپلاس به صراحت قانون عليت را مي پذيرد و آنرا مورد نقد و بررسي قرار مي دهد تا جائيكه موجبيت مفهوم لاپلاسي را نيز به خود مي گيرد. موجبيت به مفهوم لاپلاسي آن، مورد قبول فيزيكدانان بود تا آنكه در قرن نوزدهم زمزمه هايي از طرف برخي از فلاسفه عليه آن شروع شد. رنوويه(C.Renouvier) اعتبار مطلق اصل عليت را به عنوان يك امر تنظيم كنندهء فرآيندهاي فيزيكي مورد ترديد قرار داد.

 

طرد موجبيت كلاسيك درسطح اتمي نقش مهمي درنظريهء شانس چارلز پيرس(Charles Pierse) فيلسوف و رياضيدان آمريكائي ايفا كرد. بولتسمن نيز اعتبار موجبيت را مورد ترديد قرار داد و در درسش دربارهء نظريهءگازها در 1895 اعلان كرد:"من اين احتمال را ذكر مي كنم كه ممكن است حركت مولكواهاي منفرد، فرمولهاي تقريبي از آب درآيند كه مقادير متوسط را مي دهند و در نتيجه به حساب احتمالات منجر مي شوند."

 

جانشين بولتسمن در دانشگاه وين،اكسنر(F.Exner) بود كه شرودينگر همه از شاگردان وي بوده است در 1919 يك نظريه آماري ارائه كرد كه انها را ناشي از تعداد زياد پديده هاي شانسي در سطح ميكروسكوپي تلقي كرد. او نيز اصل عليت را مورد ترديد قرار مي دهد و مي گويد:"اصل عليت براي حوادث ماكروسكوپي صادق است بدون آنكه لزوماً براي جهان ميكروسكوپي صادق باشد. از اينجا نتيجه مي شود كه قوانين جهان بزرگ، قوانين مطلق نيستند، بلكه قوانين احتمال هستند."همچنين وي استدلال كرد كه تمامي قوانين طبيعت سرشت آماري دارند و هيچ قانون مطلق دقيق وجود ندارد. پوآنكاره معتقد بود كه قوانين طبيعي احتمالاً نتيجهء مقادير متوسط هستند. عدم دقت وسايل اندازه گيري كشف بعضي از قوانين را باعث شده است.

 

همچنين برخي ديگر از فيزيكدانان نيز اصل عليت را مورد ترديد قرار مي دهند. اما توجه مي كنيم كه اين موارد قبل از تولد مكانيك كوانتومي مطرح شد، كه كشف مكانيك كوانتومي و از جمله اصل عدم قطعيت نيز بر ترديد اصل عليت افزود و آن را خيلي بيشتر از زمان قبل از تولد كوانتوم مورد شك و ترديد قرار داد. اما در همان زمان يعني قبل از تولد كوانتوم نيز برخي از فيزيكدانان از اصل عليت به شدت دفاع مي كردند و در مقابل ترديد كنندگان اين اصل مي ايستادند و از آن دفاع مي كردند. يك مطالعهء اجمالي از اين بحثهاي فلسفي نشان مي دهد كه اغلب فيزيكداناني كه در هر شاخه اي از فيزيك از آمار استفاده كرده اند به اصل عليت ترديد كرده اند و كساني هم كه در شاخه اي كار كرده اند كه از آمار استفاده نشده است به اصل عليت اعتقاد مطلق داشته اند و از آن دفاع مي كردند از جمله ماكس پلانك كه مكرراً اظهار مي داشت كه فرض وجود قوانين آماري، تنها در پرتو قوانين ديناميكي دقيق براي حوادث فردي ميسر است حتي اگر شناخت آنها، به علت نارسائي حواس ما، ميسر نباشد.

 

نرنست (Nernst) هم معتقد بود كه توصيف طبيعت به وسيلهء قوانين آماري، بيشتر به علت ضعف درك انسانهاست نه آن كه ذاتي خود طبيعت باشد. او طبيعت را محكوم يك عليت دقيق مي دانست و دانش انسان را محدود:"مغز انساني قادر نيست كه اين فرآيندهاي طبيعي رابا جزئي ترين تفصيلاتشان ببيند."

 

بطور خلاصه، حتي قبل از ارائهء اصل عدم قطعيت توسط هايزنبرگ نيز زمزمه هايي دربارهء عدم قطعيت به گوش مي خورد.با بيان اصل عدم قطعيت ترديدات قانون عليت تشديد يافت بطوريكه بعدها در كنار اصل عدم قطعيت شاخه اي نيز به نام تعبير فلسفي روابط عدم قطعيت به وجود آمد. پس از بيان اصل عدم قطعيت ترديدات فوق شدت يافت تا جائيكه بعضي از فيزيكدانان به كل منكر وجود قانون علت و معلول شد و اين بحث از فلسفه را با بيش از سه هزار سال سابقه زير سؤال بردند و در سال تولد فلسفه علمي مي دانستند. تفسير كامل مذاكرات و حتي ذكر كامل مذاكرات فيزيكدانان مكانيك كوانتومي در زمينه فلسفه بسيار طولاني و خارج از حوصله است. لذا فقط چند تن از آنهايي كه عليت را طرد مي كردند به همراه چند جمله از آنها مي آوريم و اين مبحث را تمام مي كنيم . هايزنبرگ پس از ارائهء روابط عدم قطعيت خود و از جمله رابطهء

 

ΔE. Δt ≥ħ/2

 

به تعبير فلسفي آن نيز پي برد و نتيجهء فلسفي خود را در طرد عليت يافت به طوريكه خود بيان مي كند: "اگر حال را دقيقاً بدانيم، آينده را مي توانيم پيش بيني كنيم." و الان كه در دانستن حال عدم قطعيت داريم پس آينده را هم نمي توانيم با قطعيت پيش بيني كنيم ... بنابر اين او وجود علت و معلول را منكر مي شود در حالي كه هايزنبرگ از اثبات بي اعتباري قانون عليت صحبت كرد، بورن تو خالي بودن آن را مطرحكرد. وي اشاره كرد فلسفه كلاسيك مي گويد اگر حالت يك سيستم بسته در يك لحظه معلوم باشد، قوانين طبيعي، حالت آنرا در هر لحظهء بعدي تعيين مي كند. درحاليكه مكانيك كوانتومي نشان مي دهد اينگونه نيست، پس قانون عليت يك قانون توخالي است.

 

قبلاً برخي فلاسفه ادعا مي كردند اگر اتمهاي بدن ما مثل حركات سيارات از قوانين تخلف ناپذير تبعيت مي كنند پس چرا ما كوشش مي كنيم؟

 

اما با ارائهء اصل عدم قطعيت بعضي از فيزيكدانان فيلسوف مشرب به اين نتيجه رسيدند كه اين مشكل حل شده است. اصل هايزنبرگ اجازه مي دهد كه امكانات مختلفي براي يك سيستم به فعليت برسند... . بور نيز به ترديد قانون عليت معتقد شد و آنرا طرد مي كرد. 

 

برتراند راسل نيز در ابتدا از طرد قانون عليت استقبال كرد و در سال 1929 در كتاب "عرفان و منطق" خود از قانون عليت به عنوان يادگاري از اعصار گذشته ياد كرد كه مثل سلطنت باقي مانده است اما راسل به زودي از اين عقيده برگشت و در طرد عليت ترديد كرد. ديراك هم در ابتدا عليت را طرد كرد اما وي بعداً به صراحت امكان بازگشت به عليت را مطرح كرد و گفت كه توسل به احتمالات به خاطذر دقيق نبودن اطلاعات ماست. به هر حال بسياري از فيزيكدانان و فيلسوفان مطرح در مقابل ادعاي هايزنبرگ ايستادند و به شدت از قانون عليت دفاع كردند و همگي اين اعتقاد را داشتند كه روابط عدم قطعيت هايزنبرگ يك اصل بر دانش بشري است نه يك اصل بر طبيعت.از جمله فيزيكداناني كه با هايزنبرگ، بور، بورن و ... مخالفت مي كرد آلبرت اينشتين بود.

 

علامه محمد تقي جعفري در اين زمينه مي گويد: "دليل هايزنبرگ و طرفداران وي اين بود كه طبيعت محكوم مكانيك كوانتومي است و در مكانيك كوانتومي جايي براي عليت نيست. استدلال مخالفان وي اين بود كه مكانيك كوانتومي در سطح آماري حاكم است و در سطح زيرين عليت جريان دارد، زيرا:

 

اگر يك ذره را برگيري از جاي  خلل يابد همه عالم سرا پاي

 

و نيز مي گفتند هايزنبرگ از يك موضع معرفت شناختي يعني عدم امكان پيش بيني آينده به يك موضع هستي شناختي يعني نفي حاكميت عليت در جهان پريده است.به هر حال با استدلالات و دلايل بسيار فراوان اكثر فيزيكدانان و فيلسوفان به قانون عليت اعتقاد دارند و آن را ضروري مي دانند و اصل عدم قطعيت هايزنبرگ را اصل عدم يقين مي دانند."

به هر حال هايزنبرگ و طرفداران او (بور، بورن، نويمن و...) مكانيك كوانتومي را بسيار كامل مي دانستند تا جايي كه طبيعت را ملزم به تبعيت از آن مي پنداشتند.تفصيل بيشتر اين مقوله خارج از حوصلهء اين گردآوري است ولي اشاره مي كنيم اين موضوع بسيار گسترده است و توصيه مي شود براي مطالعهء اين مقوله به كتاب"تحليلي از ديدگاههاي فلسفي فيزيكدانان معاصر" نوشتهء دكتر مهدي گلشني رجوع شود.با ذكر اين منبع اين قسمت را به پايان مي بريم.

سير تاريخي علم فيزيك

سير تاريخي علم فيزيك

t طلوع علم فيزيك (انسانهاي اوليه )

t دورهء تاريكي و رنسانس (كپلر- گاليله و ...)

t انقلاب نيوتني (نيوتن – هوك – هويگنس – يانگ و...)

t عصر حرارت و ترموديناميك (شارل- گيلوساك- بولتزمن – گيبس- يانگ و ...)

t عصر الكترو مغناطيس(گاوس – اورستد – آمپر – – فارادي – هرتز – ماكسول و...)

t عصر اتم (تامسون – رادرفورد – بور و ...) 

t انقلاب نسبيتي (اينيشتين و... )

t انقلاب كوانتومي (پلانك – دوبروي – شرودينگر – هايزنبرگ – ديراك – فاينمن و ...)

t هسته و ذرات بنيادي (بكرل – فرمي- چادويك – كوري – يوكاوا و... ) 

توموگرافي گسيل پوزيترون (PET)

توموگرافي گسيل پوزيترون (PET)

در اوايل سالهاي 1950 اينگونه درک شده بود که راديو نوکليدهاي گسيل کننده پوزيترونها امکانات جامعي از عکس برداري پزشکي را نسبت به SPECT ارائه مي دادند. پوزيترون گسيل شده در فاصله حداکثر چند ميليمتر در بافت، با الکتروني محيطي نابود شده و بطور همزمان دو فوتون نابودي با انرژي يکسان (MeV 0.511/) توليد و مهم تر از آن در دو جهت تقريباً عکس حرکت می کنند. اين گونه درک شده بود که آشکار سازي اين فوتونها با بکار بردن رفتاري که بطور همزمان در دو جهت عکس گسيل مي شوند، توضيح سه بعدي از توزيع راديو نوکليد ها در بدن را خواهد داد. طي ده ها سال توسعه آن PET وسيله اي حياتي در تشخيص پزشکي و عکس برداري فيزيولوژيکي شده است. PET از نظر چگونگي باز ساخت عکس برداري شباهت بسيار زيادي به SPECT دارد با وجود اين به کارگيري دو آشکار ساز در دو طرف مخالف بيمار با لوژيک آشکار ساز منطبق فوتون تفکيک شفاف تر فضائي از محل گسيل در بيمار نسبت به SPECT داشته و لذا باز ساخت بهتر توموگرافي عکس از توزيع اکتيويته در بيمار مي دهد.

عکس برداري PET ابتدا در سالهاي 1960با عکس برداري از يک سطح بر نتيجه و نياز به جابجایی بيمار بين نتايج انجام پذيرفت. در انتهاي سالهاي 1990، اسکنرهاي PET با بيش از 18000 بلور سنتيلاسیون مستقل، قادر به عکس برداري سه بعدي نواحي مصرف، 6 اينچي محوري و 23 اينچي مورب با تفکيک بهتر از 5 ميليمتر در هر دو جهت قابل دسترسي بودند.

 

جدول 14-3: خواص راديو نوکليد هاي بکار رفته در PET

نوکليد	E max (MeV)	Eav (MeV)	بسامد	نيمه عمر	واکنش توليد
^11C	960/0	386/0	998/0	5/20دقیقه	^14N(p,α)
^13N	199/1	492/0	998/0	97/9دقیقه	^13C(p,n)، ^16O(p,α)
^15O	732/1	735/0	999/0	122ثانیه	^15N(p,n)
^18F	634/0	250/0	000/1	110دقیقه	^18O(p,n)

انتخاب تجهیزات شمارش

انتخاب تجهیزات شمارش

شمارش آلفا

برای شمارش مستقیم آلفا شمارنده سنتیلاسیون سولفور روی معمولا بعلت زمینه پائین، زمان تفکیک پائین که منجر به آهنگ شمارش بالا می شود وحقیقت اینکه نیازی به تقویت کننده با بهره  بالا ندارد،  اولین انتخاب می باشد.

اکتیویته آلفا می تواند در حضور یک گسیلنده بتا با اکتیویته 10⁶ برابر آن بدون تداخل قابل ملاحظه تعیین گردد. یک گزینه دیگر برای طیف سنجی آلفا بکار بردن آشکارساز نیمه هادی با سد سیلسیم است. شمارش باید به منظور کاهش پراکندگی به وسیله مولکولهای گاز در خلاء صورت گیرد. خروجی شمارشگر بوسیله یک تقویت کننده اولیه حساس به بار به تقویت کننده اصلی و آنالیزور چند کاناله تغذیه گردد. آنالیزور 1024 کاناله معمولاً مناسب است.

 

شمارش بتا

برای شمارشهای عمومی شمارشگر گایگر با پنجره انتهائی احتمالا مناسب ترین شمارنده است. این آشکارسازها در بازه محدودیت خود پرتوزایی های آلفا، بتا و گاما را آشکار می سازند. لوله Mullard MX 123 در کشورهای اروپائی موارد استفاده وسیعی جهت شمارش اکتیویته هائی مواد جامد روی دیسک یا پلانچت دارد. این لوله دارای پنجره ای با ضخامت^2-mg cm2 بوده و می تواند برای شمارش کربن-14 (C¹⁴)، گسیلنده بتا با انرژیkeV155 E_max=با بازدهی آشکارسازی یک درصد مورد استفاده قرار گیرد. هنگامیکه گسیلنده  بتا پر انرژی نزدیک پنجره شمارش شود بازدهی شمارش تا 200 درصد افزایش می یابد. لولهMx123 «لوله خاموش» شده با برم بوده، معمولا در ولتاژی حدود100 ولت کار می کند و پنجره ای با قطر 14 میلی متر دارد.

ممکن است مایعات را با بکار بردن لوله گایگر توام با محفظه حلقوی در اطراف بیرونی لوله شیشه ای نازک جهت نگهداری مایع شمارش نمود. لوله MuIIard Mx 142 از این نوع می باشد. این لوله دارای ضخامت^2-mg cm5 بوده و می تواند 5 تا 7 میلی لیتر مایع را درخود جای دهد و معمولا در حدود420 ولت کار می کند. لوله های گایگر مایع فقط برای گسیلنده های بتا پر انرژی قابل استفاده می باشند، چرا که پرتوهای کم انرژی براحتی در مایع  و در دیواره لوله جذب می گردند. هر لوله گایگر برای هر مدار شمارنده ای مناسب نیست. مقدار ظرفیت ورودی و مقاومت، خواص لوله را تحت تاثیر قرار می دهند. اگر شکی در مقادیر ترکیبات مدار ورودی وجود دارد، بهتر است که با سازنده تماس گرفته شود.

برای ذرات بتا با انرژی کمتر از100 کیلو الکترون ولت مناسبترین روش شمارش سنتیلاسیون مایع می باشد. مزیت این روش در داشتن بازدهی آشکارسازی بیشتر از90  درصد برای C¹⁴ و60 درصد برای H³ است. در حال حاضر روشهای تصحیح خاموشی به خوبی توسعه یافته اند که در فصل 12 توضیح داده شدند. تهیه نمونه ممکن است نامطلوب و پرهزینه باشد ولی صرفه جوئی در مصرف مقادیر کم رادیوایزوتوپها با توجه به بازدهی آشکارسازی بالای این روش سریعاً هزینه را جبران می نماید. همانگونه که در فصل 13 توضیح داده شد با بکاربردن دترژانها مانند تریتون- ایکس 100، محلولهای آبی براحتی با شمارش سنتیلاسیون مایع شمارش می شوند.

ممکن است شمارش گازی برای شمارش بعضی از گسیلنده های بتا کم انرژی بکار روند. ترکیب حاوی C¹⁴ می تواند با سوزاندن به ₂CO¹⁴ تبدیل شده و سپس برای ورود به شمارشگر با آرگون و متان مخلوط شود. هر چند این روش متضمن داشتن یک خط عملیات گازی است ولی هنوز هم برای سالیابی با C¹⁴ بکار می رود. یک شمارشگر تناسبی گازی با پنجره و یا بدون پنجره می تواند برای شمارش گسیلنده های بتا کم انرژی بکار رود. مزیت این نوع سیستم ها پایداری طولانی آنهاست و اغلب در آزمایشگاههای سنجش رادیوایزوتوپ بکار می روند ولی نیاز به تهیه گاز مخصوص و امکانات خشک کردن دارند.

دیسکهای نازک آنتراسن و یا یدیدسدیم نیز می توانند بعنوان آشکارسازهای سنتیلاسیون برای تابش بتا بکار روند. اینها برای اندازه گیری اکتیویته بتا در حضور زمینه بالا گاما مورد استفاده قرار می گیرد. هر اندازه دیسک نازکتر باشد دفع تابش گاما از آن آسانتر انجام می گیرد ولی حتی دیسک های نازک  می توانند هنوز تابش بتا را آشکار نمایند. این نوع آشکار سازها برای اندازه گیری اکتیویته بتای جذب شده روی الکترود فلزی از محلول احاطه کننده که حاوی اکتیویته بالائی از گاما است بکار می روند. بالاخره آشکار سازهای نیمه هادی می توانند برای طیف سنجی بتا مورد استفاده قرار گیرند. شمارشگرهایGe(Li)  و سیلیسیم  با مانع سطح هر دو بکار می روند. با توجه به اینکه آشکارسازهای سیلسیم در درجات حرارت معمولی عمل می کنند مناسبتر از آشکار سازها ی ژرمانیوم که باید در درجه حرارت ازت مایع کار کنند می باشند.

 

شمارش گاما

شمارش گاما زمانی بازدهی بیشتری خواهد داشت، که چشمه دورتر از آشکارسازها قرار گرفته باشد. این چنین حالت زمانی اتفاق می افتد که رادیوایزوتوپ در داخل بدن انسان بوده در لوله آزمایشی احاطه شده و یا اینکه در داخل دستگاه شیمیائی قرار گرفته باشد. پرتو گاما  اندازه گیری از فاصله دور را امکان پذیر می سازد. شمارش سنتیلاسیون با کریستال یدید سدیم بعنوان  پس تاب دارای بازدهی بیشتری نسبت به شمارشگرهای گایگر می باشد. مقدار حقیقی بازدهی آشکار سازی بستگی به فاکتورهای متعددی دارد- نسبت انشعاب فرو پاشی انرژی گاما و ژئومتری شمارش مهمترین آنها هستند.

علیرغم اینکه بازدهی شمارش50 درصد با آشکارسازهای یدیدسدیم قابل دسترسی است مقادیر معمولی در حدود 10درصد می باشند. با وجود این حتی بازدهی 10درصد آن با بازدهی یک درصد لوله های گایگر یا آشکارساز ژرمانیوم با ناخالصی لیتیم قابل مقایسه است. زمان تفکیک کریستال یدیدسدیم درحدود یک میکرو ثانیه بوده و لذا آهنگ های شمارش بالا می توانند بدون نیاز به تصحیح شمارش از دست رفته بدست آیند. اهمیت زمینه حاصل از پرتوهای کیهانی و منابع طبیعی متناسب با حجم کریستال بوده و بنابراین یک کریستال نازک با حفاظ مناسب برای شمارش گسیلنده های گاما کم انرژی بهتر است. بسیاری از سازندگان آشکار ساز یدید سدیم را توام با رشته داینود و  گسیلنده های متعاقب مربوط عرضه می کنند.

چشمه ها با قدرت بالا

چشمه ها 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 (1) 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 1 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.

دارویی برای حفاظت در برابر تابش

دارویی برای حفاظت در برابر تابش

 

دارویی که ممکن است از بدن در برابر زیان ناشی از تابش حفاظت کند توسط دانشمندان ایالات متحده تهیه شده است.

 

امید می رود که این دارو بتواند پرتودرمانی ایمن برای افرادی که سرطان دارند ایجاد کند و همچنین در یک حادثه "بمب کثیف" یا سانحه هسته ای نیز مورد استفاده قرار گیرد.

 این دارو تحت عنوانCBLB502  شناخته شده و تاکنون در حیوانات مورد آزمایش قرار گرفته است، این دارو موجب تغییر بروی مکانیسم بیولوژیکی که کمک می کند تا سلولهای سالم در برخورد تابش زنده بمانند، می گردد.

یافته هایی که از آزمایشات کلینیکی بدست آمده در مجله "Science" قرار گرفته است.

تابش، سلولها را بوسیله زیانی که موجب ترغیب خودکشی سلول یا " آپوپتوسیس" می گردد، می کشد.

اما ممکن است در طی فرایند سلولهای سالم در کنار سلولهای تومور کشته شوند چرا که رادیولوژیست ها صریحا به هدف تومور تا حد امکان نیاز دارند.

 

چنانچه خواص حفاظتی که در این مطالعه آزمایشگاهی دیده شده است در افراد سرطانی مجددا بعمل آید، این دارو  می تواند یک گام مهم در کاهش اثرات جانبی در افرادی که پرتودرمانی انجام می دهند باشند.  

دکتر جوآنا اونز، مرکز تحقیقات سرطان بریتانیا

 

 

محققان دارو را پس از اینکه مشاهده کردند چطور برخی از سلولهای سرطانی مقاوم قادر به تحمل پرتودرمانی هستند تهیه و توسعه دادند.

این دارو بر اساس ممانعت از پروتئین که برنامه خودکشی سلول را بنیان می نهد عمل می کند.

مطالعات در حیوانات ، پیشنهاد می کند  که CBLB502 از سلولهای سالم در ریشه استخوان و مجرای گوارشی در برابر تابش محافظت می کند اما به نظر نمی رسد که از سلولهای تومور باقی مانده آسیب پذیر نسبت به درمان محافظت کند.

محققان دریافتند که موش و میمون هایی که 45 دقیقه تا 24 ساعت قبل از اینکه بطور عادی  در معرض تابش کشنده قرار گیرند دارو به آنها تزریق شده است احتمال زنده ماندن یا زندگی طولانی تری نسبت به حیوانات درمان نشده دارند.

 

 

اثرات جانبی

 

یک ریسک ، جلوگیری از مرگ سلولی است که ممکن است به سلولهای معیوب اجازه دهد تا مجددا سرطانی شوند. با اینحال ، محققان هیچ علامتی از این اتفاق را در تستهای آزمایشگاهی بروی موشها پیذا نکردند.

همچنین ، هیچ اثرات جانبی مشهودی وجود نداشت.

حفاظت از سلولهای سالم در برابر اثرات تابشی ممکن است به بیماران سرطانی اجازه دهد تا دزهای بالاتری از پرتودرمانی دریافت کنند، یا نوبتهای طولانی تری از درمان را بگذرانند.

همچنین دارو ممکن است در حفاظت در برابررخداد حادثه هسته ای، از قبیل چرنوبیل ، یا اثرات یک " بمب کثیف" هسته ای مورد استفاده قرار گیرد.

دکتر آندری گادکوف از پژوهشگاه تحقیقاتی لرنر در سلولند، اوهایو ، می گوید که آنها شروع به قادر ساختن سلولهای سالم به تبع توانایی سلولهای توموری برای جلوگیری از مرگ سلول، می کنند.

اما آنها مجبور به توسعه روشی از ایجاد اثر موقتی و برگشت پذیر هستند.

" ما ثابت کردیم که تزریق دارو قبل و بعد از تابش موثر است."

" بطور خلاصه، CBLB502  بدون افت اثر درمانی تابش ضد-تومور و بدون افزایش سرطان زایی تابش-القا شده، سمیت تابشی را کاهش می دهد.

دکتر جوآنا اونز، مسئول اطلاعات علمی در مرکز تحقیقات سرطان ایالات متحده، گفت: " نتایج جالبی وجود دارد و ما به دنبال ارتقا CBLB502 بواسطه آزمایشات کلینیکی با برنامه هستیم.

" در صورتیکه خواص حفاظتی در این مطالعه آزمایشگاهی دیده شود، می توانیم آن را در افراد سرطانی بازتولید کنیم، این می تواند یک گام مهم در کاهش اثرات جانبی برای افرادی که پرتودرمانی دارند باشد.

پیام

دوستان عزیز اگر به مطالب خاصی در زمینه های مختلف فناوری هسته ای نیاز دارید در قسمت نظردهی یا از طریق ایمیل بیان کنید تا در صورت امکان در اختیارتان قرار گیرد.

در ضمن حتما نظرات خود را جهت ارائه مطالبی که بیشتر مورد نیاز شما دانش پژوهان محترم است ارسال نمایید.

ماموگرافی چیست؟

ماموگرافي

استفاده از پرتو x- براي نشان دادن بیماری های بدخیم سينه عملاً کاربرد گسترده­اي دارد. دو حالت مورد نظر است: کلسيفیکاسیونهای ريز که گاهي نشاندهنده سرطان گاهی و تومورهاي واقعي داراي اندازه اي از جزئي از يک سآنتیمتر، معمولاً در بافت لنفاوي و با ترکيبي مشابه بافت اطراف سينه مي باشند. عکس برداري کلسيفيکاسيونها ريز نياز به تفکيک بالا و عکس برداري تومور نياز به کنتراست بالا دارد. تراکم سينه قدرت تکفيک را بهبود بخشيده و بصورت  ايده آل، تقريباً پرتوهايx- تک انرژي و کم انرژی مي­تواند بکار رود. اين حالت  با بکار بردن يک آند پرتوx- همچون Mo و با محدود نمودن باريکه الکترون به يک نقطه کانوني بسيار کوچک روي آند حاصل مي گردد. اولين کار عملي در ماموگرافي به زمان معرفي هدف Mo بوسيله گروس[1] در سال 1995 بر مي گردد. اين و بقيه پيشرفتها بوسيله هندي[2] در سال 1995 توضيح داده شده­اند. از جدول 14-2 ملاحظه مي­کنيم که پرتوهايx- لايه-  K  براي Mo داراي انرژيهاي 6/17 و 6/19 کيلو ولت و انرژي بستگی لايه­K- تقريباً براي 20 کيلو ولت است. لذا يک فيلتر Mo در باريکه پرتوx- قرارداده مي­شود. در اين فيلتر پرتوx-  لايه- K عبور مي­ دهد ولي انرژي­هاي بالاتر يا پائين تر ضعيف می کند. به اين صورت باريکه که به سينه مي رسد، اکثراً داراي مشخصات پرتوهايx- مي­باشند. براي افزايش قدرت تفکيک، فيلم­هاي تک امولسيوني بايد با پرده هاي تقويت يافته بکار روند. شبکه هاي با 30 تا 50 خط بر سآنتیمتر و نسبتهاي 5 به 1 نيز اساساً برای بهبود کنتراست با کاهش تابش پراکنده ای که به فيلم می رسد، به کار می روند.

---

[1] . Gros

[2] . Hendee

کاربرد هاي پزشکي فناوري هسته اي

 

 

کاربرد هاي پزشکي فناوري هسته اي

 برجستگی فناوری هسته اي در کاربردهاي پزشکي تقريباً از لحظه کشف پرتوx- بوسيله رونتگن در سال 1895 و کشف راديو اکتيويته بوسيله بکرل در سال 1896 شروع گرديد[1]. اهميت پرتوهايx- در تشخيص پزشکي بلافاصله آشکار شده و در مدت چند ماه پس از کشف آنها، عملکرد باکتري کشی پرتوهايx- و توانائي آنها براي نابودي تومورها آشکار گرديد. بعلاوه، اثر عناصر راديواکتيو کشف شده جديد راديم و رادون در درمان تومورهاي خاصي ابتدا کشف شده و در فعاليتهاي پزشکي مورد استفاده قرار گرفت. امروزه پزشکي تشخيصی و درماني و نيز تحقيقات پزشکي به شدت به بسياري از کاربردهاي ظريف و پيچيده تابش هسته اي و راديو ايزوتوپها بستگی دارد. در پزشکي تشخيصی، توانائي راديولوژيست براي توليد عکسهاي اعضاء و بافتهاي گوناگون بدن انسان بي نهايت مفيد است. شروع به کاربرد پرتوهایx- در اوايل قرن بيستم جهت توليد سايه نگارهاي استخوانها روي فيلم، فناوري عکس برداري پزشکي پالايش پيوسته اي را بخود ديده است. تا سالهاي 1920، باريم براي برجستگي عکس برداري پرتوx- سيستم گوارش تامين گرديده بود. محيط کنتراست داخل وريدی از قبيل ترکيبات يد در سالهاي 1930 و کاربردهاي آنژيوگرافي تا سالهاي 1940معرفي شدند. تشديد کننده هاي عکس فلوروسکوپي در سالهاي 1950 و تشديد کننده پرده اي نادر- خاکي در سالهاي 1960 مورد استفاده قرار گرفتند. استفاده بالينی از توموگرافي کامپيوتري (CT)، توموگرافي گسيل پوزيترون (PET)، و توموگرافي گسيل فوتون تنها (SPECT) در سالهاي 1960 و 1970 شروع شدند. استفاده از آرشيو عکس و سيستم هاي مخابراتي (PACS) در سالهاي 1990 شروع گرديد. همچنين سالهاي 1990 راديولوژي مداخله­ای در فعاليت پزشکي بويژه در روش های آنژيوپلاتی قلبی تثبيت گرديد.

  در امتداد پيشرفتهائي در پزشکي تشخيصی، پيشرفتهاي مطابق آن با بکارگيري فناوري هسته اي براي درمان بوقوع پيوسته است. سه کلاس عمومي درمان با تابش وجود دارد. در براکي تراپي، کاشت مستقيم يک راديو ايزوتوپ براي انتقال يک دز غليظ به آن ناحيه در داخل يک تومور انجام مي پذيرد. در تله تراپي، باريکه اي از تابش به ناحيه خاصي از بدن يا حتي کل بدن داده می شود. در درمان راديو نوکليدي، راديو داروهاي باز جهت مقاصد درمان يا تسکين درد به مريض تجويز يا تزريق مي گردد.

در واقع کاربردهاي هسته اي به صورت يک قسمت روزمره از آزمایشات پزشکی جدید گرديده است به طوريکه تقريباً همه ما، روزي با بعضي از آنها روبرو گشته ايم. جدول 14-1 روشهاي راديولوژيکي پزشکي و درمان تابش شخص و بسامدهاي آنها را در دنيا و در کشورهاي توسعه يافته نشان مي دهد. امروزه تغييرات زياد و کاربردهاي جديدي از فناوري هسته اي را در پزشکي ملاحظه می کنيم. بکارگيري اسکنرهاي مستقيم بسرعت در حال کاهش است، در حاليکه استفاده از دوربين هاي پرتو- گاما اسکنرهاي PET و CT در حال

 

جدول 14-1: مصرف جهاني راديولوژي پزشکي (1991-1996)، از UN(2000).

کميت		تعداد بر 10^6 نفر جمعيت
		سطح I ^(الف)	جهاني
پزشکان
کل پزشکان		2800	1100
پزشکان راديولوژي		110	80.
عکس برداري پرتوX-
تجهيزات	پزشکی	290	110
	دندانپزشکی	440	115
	مامايي	24	7
	CT	17	6
آزمايشات به ازای سال	پزشکی	920000	330000
	دندانپزشکی	310000	90000
عکس برداري راديو نوکليد
تجهيزات:	دوربين هاي گاما	2/7	1/2
	اسکنرهاي خطي	9/0	4/0
	اسکنرهاي PET	2/0	05/0
تعداد آزمايش بر سال		19000	5600
درمان راديو نوکليدي
تعداد بيمار بر سال		170	65
تله تراپي
تجهيزات	پرتوx-	8/2	9/0
	راديو نوکليد	6/1	7/0
	ليناک	3	9/0
تعداد بيمار بر سال		1500	820
براکي تراپي
واحدهاي پس از بارگذاري		7/1	7/0
تعداد بيمار بر سال		200	70

(الف) سطح I نشاندهنده کشورهاي با يک يا چند متخصص در هر 1000 نفر جمعيت

 

 

 

افزايش می باشند. راديولوژي تشخيصی مدتهاي مديدي است که براي عکس -

برداري و مطالعه آناتومي بدن بکار مي رود. در سالهاي اخير با بکار گيري CT، PET و پرتو گاما و نيز MRI (عکس برداري ارتعاشي مغناطيسي)، علم پزشکي براي عکس برداري فيزيولوژي و متابوليسم بدن انسان پيشرفت نموده است.

---

[1] - تاريخچه کاربردهاي پزشکي تابش از سال 1895 تا 1995 بطور مفصل در يک سري مقالات در شماره نوامبر 1995 Radiation Protection Journal : Health Physics انتشار يافته است.

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 71/0 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 MW 1300الکتریکی 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.