انرژی هسته ای و کاربرد آن در کشاورزی - قسمت اول

استفاده از نیروی هسته‌ای از 40 سال پیش آغاز شد و اینک این نیرو همان اندازه از برق جهان را تأمین می‌کند که 40 سال پیش بوسیله تمام منابع انرژی تأمین می‌شد. حدود دو سوم از جمعیت جهان در کشورهایی زندگی می‌کنند که نیروگاههای هسته‌ای آنها در زمینه تولید برق و زیر ساختهای صنعتی نقش مکمل را ایفا می‌کنند. نیمی از مردم جهان در کشورهایی زندگی می‌کنند که نیروگاههای هسته‌ای در آنها در حال برنامه‌ریزی و یا در دست ساخت هستند
      

به این ترتیب ، توسعه سریع نیروی هسته‌ای جهان مستلزم بروز هیچ تغییر بنیادینی نیست و تنها نیازمند تسریع راهبردهای موجود است. امروزه حدود 440 نیروگاه هسته‌ای در 31 کشور جهان برق تولید می‌کنند. بیش از 15 کشور از مجموع این تعداد در زمینه تأمین برق خود تا 25 درصد یا بیشتر ، متکی به نیروی هسته‌ای هستند. در اروپا و ژاپن سهم نیروی هسته‌ای در تأمین برق بیش از 30 درصد است، در آمریکا نیروی هسته‌ای 20 درصد از برق را تأمین می‌کند. در سرتاسر جهان ، دانشمندان بیش از 50 کشور از حدود 300 راکتور تحقیقاتی استفاده می‌کنند تا: درباره فناوریهای هسته‌ای تحقیق کرده و برای تشخیص بیماری و درمان سرطان ، رادیوایزوتوپ تولید کنند.

همچنین در اقیانوسهای جهان راکتورهای هسته‌ای نیروی محرکه بیش از 400 کشتی را بدون اینکه به خدمه آن و یا محیط زیست آسیبی برسانند، تأمین می‌کنند. دوره پس از جنگ سرد ، فعالیت جدیدی برای حذف مواد هسته‌ای از تسلیحات و تبدیل آن به سوخت هسته‌ای غیر نظامی آغاز شد. انرژی هسته‌ای کاربردهای زیاد در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و ... دارد. لازم به ذکر است انرژی هسته‌ای به تمامی انرژیهای دیگر قابل تبدیل است، ولی هیچ انرژی به انرژی هسته‌ای تبدیل نمی‌شود. موارد زیادی از کاربردهای انرژی هسته‌ای در زیر آورده می‌شود.

نیروگاه هسته‌ای

نیروگاه هسته‌ای (Nuclear Power Stotion) یک نیروگاه الکتریکی که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می‌کند. اولین جایگاه از این نوع در 27 ژوئن سال 1958 در شوروی سابق ساخته شد. که قدرت آن 5000 کیلو وات است. چون شکست سوخت هسته‌ای اساسا گرما تولید می‌کند، از گرمای تولید شده راکتورهای هسته‌ای برای تولید بخار استفاده می‌شود. از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربینها و ژنراتورها که نهایتا برای تولید برق استفاده می‌شود.


بمبهای هسته‌ای

این نوع بمبها تا حالا قویترین بمبهای و مخربترینهای جهان محسوب می‌شود. دارندگان این نوع بمبها جزو قدرتهای هسته‌ای جهان محسوب می‌شود.

پیل برق هسته‌ای Nuelear Electric battery

پیل هسته‌ای یا اتمی دستگاه تبدیل کننده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم است، ساده‌ترین پیلها) شامل دو صفحه است. یک پخش کننده بتای خالص مثل استرنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم.

جریان الکترونهای سریعی که بوسیله استرنیوم منتشر می‌شود ازمیان نیم هادی عبور کرده و در حین عبور تعداد زیادی الکترون اضافی را از نیم هادی جدا می‌کند که در هر حال صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم 90 می‌باشد.

کاربردهای پزشکی

در پزشکی تشعشعات هسته‌ای کاربردهای زیادی دارند که اهم آنها عبارتند از:

رادیو گرافی

گاما اسکن

استرلیزه کردن هسته‌ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو‌های هسته‌ای

رادیو بیولوژی

کاربردهای کشاورزی

تشعشعات هسته‌ای کاربردهای زیادی در کشاورزی دارد که مهمترین آنها عبارتست از:

موتاسیون هسته‌ای ژنها در کشاورزی

کنترل حشرات با تشعشعات هسته‌ای

جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما

انبار کردن میوه‌ها

دیرینه شناسی (باستان شناسی) و صخره شناسی (زمین شناسی) که عمر یابی صخره‌ها با C14 در باستان شناسی خیلی مشهور است.

کاربردهای صنعتی

در صنعت کاربردهای زیادی دارد، از جمله مهمترین آنها عبارتند از:

نشت یابی با اشعه


دبی سنجی پرتویی(سنجش شدت تشعشعات ، نور و فیزیک امواج)


سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار

سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات

چگالی سنج موادمعدنی با اشعه

کشف عناصر نایاب در معادن

تا اوایل قرن بیستم تصور می شد تمامی اتم ها پایدار هستند، اما با کشف خاصیت پرتوزایی اورانیوم در سال ۱۸۹۶ مشخص شد که برخی عناصر دارای ایزوتوپ های رادیواکتیو هستند؛ یعنی هسته ی اتم آن ها از خود تشعشع ساطع می کند.

تا اوایل قرن بیستم تصور می شد تمامی اتم ها پایدار هستند، اما با کشف خاصیت پرتوزایی اورانیوم در سال ۱۸۹۶ مشخص شد که برخی عناصر دارای ایزوتوپ های رادیواکتیو هستند؛ یعنی هسته ی اتم آن ها از خود تشعشع ساطع می کند. از زمان کشف مواد رادیواکتیو*، اطلاعات زیادی توسط دانشمندان درباره ی خاصیت رادیواکتیویته، خواص ایزوتوپ ها* و رادیوایزوتوپ ها و استفاده از انرژی حاصله از هسته ی اتم ها در علوم مختلف به دست آمده است. از این انرژی در جنبه های مختلف علوم پزشکی، صنعتی، بهداشت،باستان شناسی، زمین شناسی، کشاورزی و دامپروری استفاده می شود. دانش هسته ای دارای قدرت و وسعت زیاد بوده و هر روز بر دامنه ی استفاده از فناوری هسته ای و به ویژه انرژی هسته ای افزوده می شود. کاربرد بخش های مختلف آن به گونه ای است که اگر کشوری فناوری هسته ای را نهادینه نماید، در بسیاری از حوزه های علمی و صنعتی ارتقا پیدا می کند. در این مقاله به بررسی مختصری درباره ی کاربردهای انرژی هسته ای در علوم مختلف کشاورزی پرداخته می شود.


● ضرورت استفاده از دانش هسته ای در علوم کشاورزی:

امروزه هر کشوری که از لحاظ تولیدات کشاورزی جایگاه مناسبی داشته باشد، در بسیاری از جنبه ها، قدرت و موفقیت بین المللی کسب می کند.

یکی از ارکان توسعه ی اقتصادی در بخش کشاورزی، دانایی محوری و تلاش برای خودکفایی است. دانش هسته ای فرآیند تحقق این اهداف را سرعت می بخشد. با افزایش جمعیت، نیاز به غذا افزایش می¬یابد که باعث تولید بیشتر محصولات کشاورزی می شود؛ در نتیجه منابع آبی به تدریج کاهش و فرسایش خاک افزایش می یابد و در صورت ادامه ی این روند، شاهد نابودی منابع آبی و خاکی کشور خواهیم بود.

از طرفی ما نمی توانیم تولید را به دلیل از دست دادن محیط و تخریب منابع متوقف کنیم؛ بلکه باید بین این دو، رابطه ای برقرار سازیم که در آن روش های تولید و نیز روش های حفاظت منابع آب و خاک در تعادل باشند. یکی از راه های استفاده ی بهینه از منابع آب و خاک و تامین امنیت غذای جامعه ی امروز و نسل آینده، استفاده از فناوری هسته ای می باشد. ایران برای رهایی از اقتصاد تک محصولی و کاهش میزان وابستی به درآمدهای نفتی، مجبور است که با استفاده از فناوری های نوین به توسعه ی هر چه بیشتر کشاورزی به عنوان بخش درآمدزا اقدام کند.

ایران با داشتن زمین های حاصل خیز و چهارفصل آب و هوایی می تواند نه تنها تولید داخلی را تأمین کند، بلکه از صادر کنندگان محصولات کشاورزی در منطقه باشد.


● تکنیک های هسته ای در علوم کشاورزی:

تکنیک های هسته ای در علوم کشاورزی به سه گروه اصلی تقسیم می شوند:

۱) تکنیک پرتوتابی: در این روش از ایزوتوپ های رادیواکتیو با دستگاه اشعه ی X، رآکتورها و شتاب دهنده ها، پرتوهای یون ساز تولید می شود و از آن ها در تحقیقات استفاده می شود. ایجاد موتاسیون در گیاهان، کنترل حشرات از طریق عقیم کردن آن ها، مبارزه با آفات انباری و غیره... جزو این روش های نوین می باشند.

۲) تکنیک ردیابی: در این روش با استفاده از ایزوتوپ های مختلف که رادیواکتیو هستند، تمام مسائل مربوط به حرکت و تجمع کود، آب و عناصر مختلف و نیز جذب آن ها را در گیاه با دقت می توان بررسی کرد. در مورد سموم نیز این کار امکان پذیر است.

۳) تکنیک تجزیه به روش اکتیو کردن: این روش بسیار حساس است و به طور عمده برای تعیین مقادیر بسیار جزئی از عناصر موجود در بافت های گیاهی و حیوانی استفاده می شود. بدین ترتیب که یک نمونه را در رآکتور در معرض تشعشع نوترون های حرارتی قرار می دهند و عناصر موجود در نمونه نوترون را جذب می کنند و رادیواکتیو می شوند. در این حالت می توان عناصر موجود در نمونه را تشخیص داد و اندازه گیری کرد.

● معرفی مرکز تحقیقات کشاورزی هسته ای ایران و فعالیت های آن:

مرکز تحقیقات کشاورزی هسته ای ایران از سال ۱۳۵۶ تاسیس و به فعالیت مشغول شده است. این مرکز در ۴ گروه زیر فعال است:

▪ ژنتیک و اصلاح نباتات

▪ مدیریت آب و خاک و تغذیه ی گیاهی

▪ پرتودهی مواد غذایی و کنترل آفات

▪ بهداشت دام و فرآورده های دامی


اهداف این مرکز عبارتند از:

▪ تولید گونه های مقاوم به آفات و کم آبی و بالابردن تحمل گیاهان در مناطق گرم و خشک

▪ تولید ارقام پرمحصول.

▪ کنترل و نابودی آفات

▪ استفاده ی موثر از منابع آبی

▪ جلوگیری از فسادمحصولات هنگام نگهداری آن ها

▪ اصلاح نباتات با پرتوتابی و ایجاد موتاسیون در آن ها

بخشی از فعالیت های انجام شده در مرکز کشاورزی هسته ای کرج:

▪ استفاده از موتاژن* فیزیکی پرتو گاما در ایجاد تنوع ژنتیکی در گیاه برنج.

▪ استفاده از پرتوتابی به منظور افزایش تنوع ژنتیکی برای ایجاد لینه های مقاوم به خوابیدگی، زودرسی و بیماری بلاست در ارقام برنج.

▪ بررسی موتانت های* خالص سویا.

▪ تهیه ی لاین های پاکوتاه و متحمل به بلاست از بعضی از ارقام پابلند محلی در برنج.

▪ القای موتاسیون در نارنگی به منظور تنوع ژنتیکی در جهت تولید موتانت هایی با صفات کیفی برتر (مانند نارنگی بدون هسته(

▪ استفاده از آب و خاک شور در کشاورزی پایدار با استفاده از فنون هسته ای.

▪ بررسی امکان ایجاد موتاسیون با به کارگیری پرتو گاما برای تولید لاین های مقاوم به بیماری پژمردگی در ارقام نخود ایرانی.

▪ ایجاد لاین های زودرس و مقاوم به ریزش در کنجد.

▪ اثر پرتوی گاما در افزایش تولید جوجه های گوشتی.

▪ استفاده از پرتودهی به منظور جلوگیری از ضایعات محصولات کشاورزی و مواد غذایی اولیه ی تبدیل

● اثر مقادیر مختلف پرتو گاما بر روی رشد و نمو گیاه تک لپه گندم و دو لپه لوبیا

افزایش روز افزون جمعیت بشری یکی از معضلات دنیای متمدن امروزی است که خود مشکلات جدیدی از جمله کمبود مواد غذایی در اکثر نقاط جهان و بخصوص کشورهای در حال توسعه به همراه داشته است.

در تامین غذا برای چنین جمعیت در حال رشدی، کشت گیاهان زراعتی گندم(گیاه تک لپه) و لوبیا (گیاه دو لپه) به دلیل دارابودن ارزش غذایی بالا اهمیت ویژه أی پید کرده است. در این تحقیق با استفاده از تیمار بذرهای گندم(رقم مهدوی) و لوبیا (رقم لوبیا سفید دانشکده) و مقادیر مختلف پرتو گاما (صفر، ۵۰، ۱۰۰، ۱۵۰، ۲۰۰، ۲۵۰، ۳۰۰، ۳۵۰، ۴۰۰ گری) تغییرات مورفولوژیکی و برخی از پارمترهای رشد (ارتفاع گیاه، سطح برگ، تعداد برگ، وزن تر و خشک اندام هوایی، وزن خاکستر اندام هوایی، مقدار خاکستر اندام هوایی، خاکستر اندام هوایی، مقدار فسفر و پتاسیم گیاه، تعداد سنبله و تعداد دانه در هر گیاه، وزن دانه، درصد جوانه زنی و رشد بذر) مطالعه گردید. برای هر تیمار مذکور سه تکرار در نظر گرفته شد و در هر تکرار(هرگلدان) پانزده بذر کاشته شد. قبل از اعمال هر تیمار بذرها به دو گروه خشک و مرطوب تقسیم بندی شدند. میزان رطوبت در بذرهای گندم بین ۱۴-۱۲ درصد و در لوبیا بین ۵/۱۳-۱۳ درصد در نظر گرفته شد. شرایط کاشت و آبیاری در هر یک از ارقام مورد آزمایش یکسان در نظر گرفته شد.

پس از رشد گیاهان نسل والد و تولید خوشه (در گندم) و لگوم(در لوبیا) بذرهای حاصل از آنها بدون اینکه عملیات پرتوتابی راپشت سر بگذارند، در شرایطی همانند والدین کاشته شدند. در گیاهان نسل M۱ نیز تغییرات مورفولوژیکی و برخی از پارامترهای رشد بررسی گردید.

در تمام صفات مورد مطالعه با افزایش مقدار پر تو، پارامترهای رشد کاهش می یابد. به نظر می رسد که در مقادیر بالا پرتو شدت نقص های کروموزومی و فیزیولوژیکی بیشتر شده باشد. از جمله تغییرات مورفولوژیکی در گندم باریک شدن برگها و کوتاه شدن میانگره ها رامی توان ذکر کرد که در مقادیر ۱۵۰ و ۳۰۰ گری پرتو گاما در نسلهای M و M۱مشاهده می شود. این تغییرات در گیاهان حاصل از بذرهای مرطوب لوبیا به صورت تقسیم لپه به سه یا چهار قسمت با اندازه نامساوی، تغییر شکل برگی، رشد نامتعادل پهنک و کلروز برگی در مقادیر ۲۵۰ تا ۳۰۰ گری در گیاهان حاصل از بذرهای خشک در مقادیر ۵۰ گری پرتو گاما نمایان است.

مطالعه پارامترهای رشد در گیاهان نسل M گندم و لوبیا نشان می دهد که مقادیر ۱۰۰ و ۱۵۰ گری پرتو گاما موجب افزایش عملکرد گیاه می گردد. مطالعه پارامترهای رشد در گیاهان M۱ و مقایسه آن با نسل M نشان داد که از نظر درصد رشد، سطح برگ، تعداد برگ تفاوتی بین نسلها وجود ندارد. در حالیکه ارتفاع گیاهان حاصل از بذرهای مرطوب در نسل M در مقادیر بالاتر از ۱۵۰ گری و در نسل M۱ در مقادیر بالاتر از ۲۰۰ گری کاهش معنی داری راو نسبت به شاهد نشان می دهد. همچنین وزن تر اندام هوایی در گیاهان حاصل از بذرهای مرطوب در نسل M در مقادیر ۲۰۰ گری و در نسل M۱در مقادیر ۱۰۰ و ۲۰۰ گری افزایش معنی داری در مقایسه با شاهد نشان می دهد.
وزن خشک اندام هوایی در گیاهان نسل M۱ در مقایسه با نسل M کاهش داشت ولی در مقدار ۳۰۰ گری پرتو گاما استثنائاً افزایش چشمگیری رانشان داد . به نظر می رسد که وقوع موتاسیون چنین تغییری راموجب شده است. البته اثبات صحت و یا سقم فرضیه فوق نیاز به مطالعات بیشتر در نسلهای بعدی دارد، مقایسه نتایج حاصل از گیاهان نسل M و M۱ لوبیا نشان می دهد که در دو نسل درصد رشد، سطح برگ، ارتفاع گیاه و وزن خشک از یک روند مشابهی تبعیت می کند. در گیاهان نسل M وزن تر اندام هوایی در مقادیر بالاتر از ۱۵۰ گری کاهش معنی داری در مقایسه با شاهد دارد در حالیکه در مقادیر ۵۰ تا ۱۵۰ گری تعداد برگ نسبت به شاهد افزایش معنی داری رادارد.
در حالیکه در نسل M۱ وزن تر اندام هوایی در مقادیر بالاتر از ۱۰۰ گری کاهش معنی داری نسبت به شاهد داشته در حالیکه تعداد برگ در مقدار مذکور افزایش معنی داری رادر مقایسه با شاهد

---