Kärnteknikens radioaktivitet: Energi, radioisotoper, användningsområden och säkerhetsåtgärder

Läs den här artikeln för att lära dig om energi, radioisotoper, användningar, säkerhetsåtgärder och radioaktivitet i kärnvetenskap!

Nukleär betyder något som hänför sig till atomer och atomkärnans struktur eller beteende.

Image Courtesy: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/ALSEP_Apollo_14_RTG.jpg

Kärnvetenskap och teknik är ett avancerat studieområde, en del av "hi-tech" -scenariot, där den energi som frigörs av atomkärnorna, när de genomgår vissa förändringar, är användbar inte bara som en källa till elektricitet utan har tillämpningar inom jordbruk, industri och medicin.

Radioaktivitet:

Vanligt väte har ett proton och inga neutroner, så det har massnummer 1. Tungt väte eller deuterium har massnummer 2, eftersom det har en proton och en neutron.

En radioaktiv form av väte, tritium, har massnummer 3. Den har en proton och två neutroner. Vanligt väte, deuterium och tritium är isotoper av väte. Alla isotoper av ett element har samma kemiska egenskaper. Urankärnan har 92 protoner.

Den mest rikliga isotopen av uran har 146 neutroner. Dess massnummer är därför 238 (summan av 92 och 146). Forskare kallar detta isotop uran 238 eller U-238. Uranisotopen som nästan alla kärnreaktorer använder bränsle som 143 neutroner, och så är dess massnummer 235. Denna isotop kallas uran 235 eller U-235.

En kärnreaktion innebär förändringar i strukturen hos en kärna. Som ett resultat av sådana förändringar, ökar eller förlorar kärnan en eller flera neutroner eller protoner. Det förändras sålunda i kärnan i en annan isotop eller ett element. Om kärnan ändras till kärnan i ett annat element, kallas förändringen transmutation.

Radioaktivitet är processen genom vilken atomer avger strålning, eller atompartiklar och strålar av hög energi, från deras kärnor (kärnor). Av mer än 2.300 olika typer av kända atomer är mer än 2000 radioaktiva. Endast cirka 50 radioaktiva typer finns i naturen. Forskare gör resten konstgjort.

Antoine Henri Becquerel i Frankrike upptäckte naturlig radioaktivitet 1896. Han fann att uranföreningar avgav strålning som påverkade en fotografisk platta även när de är inslagna i svart papper; de joniserade också en gas. Strax efter upptäckte Marie Curie ett ännu starkare radioaktivt ämne, nämligen radium.

Varje element med ett atomnummer som är större än det av bly (82) är radioaktivt. Kärnorna i några av dessa element kan förfallna genom att dela upp i två: det här är spontan fission.

Naturlig radioaktivitet förekommer också i nio av de lättare elementen. Av dessa är de viktigaste ¹⁴ ₆ C (kol) och ⁴⁰ ₁₉ K (Kalium). Isotopen bildades troligen när jorden skapades.

Dess nuvarande existens beror på dess långa halveringstid på 1, 25 x 10 ⁹ år; även om det bara utgör 0, 01% av naturligt kalium, gör dess närvaro vävnad väsentligt radioaktiv. Det kan sönderfalla antingen genom b-utsläpp eller elektroninfångning. Det produceras kontinuerligt från neutronernas verkan i kosmiska strålar på atmosfäriskt kväve, genom en kärnreaktion.

Av de sjunde radelementen är endast fem runda i naturen; radium, actinium, thorium, protaktinium och uran.

Utsläpp av strålning:

Olika former av strålning härstammar i kärnorna av radioaktiva atomer. Det finns tre typer av radioaktiv strålning: alfapartiklar, som först identifierades av Becquerel; beta strålar; identifierad av Ernest Rutherford i Nya Zeeland; och gammastrålar, identifierade av Marie och Pierre Curie i Frankrike. Utsläpp av alfa- eller beta-strålar orsakar transmutation, men gammastrålning leder inte till transformation.

Alfa partiklar har en positiv elektrisk laddning. De består av två protoner och två neutroner, och är identiska med kärnorna i heliumatomer. Alfa partiklar utges med höga energier, men förlorar energi snabbt när de passerar genom materia. Dessa stoppas av ett tjockt pappersark; i luften har de ett område av några centimeter, som så småningom sätts i vila av kollisioner med luftmolekyler.

De orsakar stark jonisering i en gas (genom att locka elektroner ur sina molekyler) och avböjas av elektriska och mycket starka magnetfält. Alla alfapartiklar som avges av en viss radioaktiv substans har samma hastighet, ungefär en tjugondel av ljusets hastighet. Americium avger endast alfa-partiklar.

Alfa-strålning uppträder i ²³⁸ U, en isotop av uran. Efter att ha förlorat en alfapartikel har kärnan 90 protoner och 144 neutroner. Atomen med atomnummer 90 är inte längre uran, men thorium. Den bildade isotopen är ²³⁴ ₉₀ Th.

Beta strålar är elektroner. Vissa radioaktiva kärnor avger vanliga elektroner, som har negativa elektriska laddningar. Men andra avger positrons, eller positivt laddade elektroner. Till exempel avger en isotop av kol, ¹⁴ ₆ C, negativa elektroner. Kol 14 har åtta neutroner och sex protoner.

När dess kärna transformerar, förändras en neutron till en proton, en elektron och en antineutrino. Efter utsläpp av elektronen och antineutrino innehåller kärnan sju protoner och sju neutroner. Dess massantal kvarstår detsamma, men dess atomnummer 7 är kväve. Sålunda ändras ¹⁴ ₆ C till ¹⁴ ₇ N efter emission av en negativ beta-partikel.

En kol isotop, ¹¹ ₆ C, avger positroner. Kol 11 har sex protoner och fem neutroner. När det emitterar en positron, förändras en proton till en neutron, en positron och neutrino. Efter utsläpp av positron och neutrino innehåller kärnan fem protoner och sex neutroner. Massnumret förblir detsamma, men atomnumret sjunker med en.

Elementet i atomnummer 5 är bor. Således förändras ¹¹ ₆ C till ¹¹ ₅ B efter utsläpp av en positron och en neutrino. Strontium avger endast beta partiklar. Betapartiklar reser med nästan ljusets hastighet. Vissa kan tränga igenom 13 millimeter trä.

Gamma strålning kan förekomma på flera sätt. I en process bär inte alfa- eller beta-partikeln från en kärna bort all tillgänglig energi. Efter utsläpp har kärnan mer energi än i sitt mest stabila tillstånd. Det klarar sig av överskott genom att ge gammastrålar. Gamma strålar har ingen elektrisk laddning. De liknar röntgenstrålar, men de brukar ha en kortare våglängd.

Röntgenstrålar beror på energiförändringar utanför atomkärnor, liksom alla former av elektromagnetisk strålning, gammastrålar, som alfa- och beta-partiklar, kommer från inuti atomkärnor. Dessa strålar är fotoner (partiklar av elektromagnetisk strålning) och reser med ljusets hastighet. De är mycket mer penetrerande än alfa- och beta-partiklar.

Radium avger alfa-, beta- och gammastrålar. Kobolt är en ren gammakälla.

Radioaktivt förfall och halveringstid:

Radioaktivt förfall är processen genom vilken en kärna spontant (naturligt) förändras i kärnan hos en annan isotop eller ett element. Processen frigör energi huvudsakligen i form av nukleär strålning. Förfallsprocessen sker på egen hand och kan inte kontrolleras. det påverkas inte av temperaturförändringar och uppstår om materialet är rent eller kombinerat kemiskt med andra element.

Uran, thorium och flera andra naturliga element sönderfaller spontant och så lägger till den naturliga eller bakgrunden strålning som alltid finns på jorden. Kärnreaktorer producerar radioaktivt sönderfall konstgjort. Kärnstrålning står för cirka 10 procent av den energi som produceras i en kärnreaktor.

Forskare mäter radioaktivt förfall i tidsenheter som kallas halveringstider. Halveringstiden är lika med den tid som krävs för att halva atomer av ett särskilt radioaktivt element eller isotop ska förfallna till ett annat element eller isotop.

Antalet partiklar som emitteras under en given tidsperiod av ett prov av en radioisotop (radioaktiv isotop) motsvarar en bestämd procentandel av antalet atomer i provet. Till exempel i varje prov på ¹¹ C bryts 3, 5 procent av atomen ner varje minut. I slutet av en minut kommer endast 96, 5 procent av provet att förbli.

I slutet av en andra minut kommer endast 96, 5 procent av föregående 96, 5 procent, eller 93, 1 procent av det ursprungliga beloppet, att förbli. Vid slutet av 20 minuter kommer endast hälften av originalmängden att förbli. Detta visar att halveringstiden för ¹¹ C är 20 minuter. Denna dör bort av ett ämne kallas radioaktivt förfall eller kärntransformation.

Olika radioisotoper har olika halveringstider. De kan sträcka sig från fraktioner av en sekund till miljarder år. Med några få undantag är den enda radioisotopen som finns i naturen i detekterbara kvantiteter de med halveringstider på många miljoner eller miljarder år. Vetenskapsmän tror att när de element som bildade jorden bildades var alla möjliga isotoper närvarande.

I allmänhet har de med korta halveringstider förfallit till oupptäckt små mängder. Men vissa naturligt förekommande kortlivade radioisotoper har bildats av förfall av långlivad radioisotop. Till exempel är thorium-234, som har en kort livslängd, tillverkad av uran, vilket har en lång halveringstid.

Hundratals kortlivade radioisotoper produceras konstgjort genom bombardiering av kärnor med neutroner och andra snabba kärnpartiklar i kärnreaktorer. När en neutron eller annan partikel träffar en atoms kärna, är kärnan sannolikt att fånga den. I vissa fall fångar en kärna en partikel och ger omedelbart av sina egna partiklar.

Kärnenergi:

Kärnkraft är energi som härrör från kärnreaktioner antingen genom klyvning av tunga kärnor till lättare eller genom sammansmältning av lätta kärnor i tungare. I principer är bindningsenergin hos ett system av partiklar som bildar en atomkärna kärnkraft.

Det beror på förändringar i atomkärnans kärnor. Forskare och ingenjörer har funnit många användningsområden för denna energi, speciellt vid produktion av el. Men de har ännu inte möjlighet att utnyttja kärnkraften fullt ut. Om kärnkraften var fullt utvecklad kunde den leverera all världens el i miljoner år.

En kärna utgör den största delen av varje atoms massa och denna kärna hålls samman av en extremt kraftfull kraft. En stor mängd energi är koncentrerad i kärnan på grund av denna kraft.

Forskare släppte först kärnkraft i stor skala vid University of Chicago år 1942, tre år efter andra världskriget började. Denna prestation ledde till atombombens utveckling. Det är sedan 1945 att kärnkraften har satts till fredliga användningsområden som elproduktion.

Einstein påpekade att om en kropps energi förändras med en mängd E, förändras dess massa med en mängd m som ges av ekvationen, E = mc ² . Implikationen är att varje reaktion där det finns en minskning av massan, kallad en massdefekt, är en energikälla.

Energi- och massförändringarna i fysiska och kemiska förändringar är mycket små; de i vissa kärnreaktioner, såsom radioaktivt förfall, är miljoner gånger större. Summan av massorna av produkterna av en kärnreaktion är mindre än summan av massorna hos de reaktiva partiklarna. Denna förlorade massa omvandlas till energi.

Kärnfission:

Kärnfission är processen där en atomkärna bryts upp i två eller flera stora fragment med utsläpp av två eller tre neutroner. Det åtföljs av utsläpp av energi i form av gammastrålning och den kinetiska energin hos de emitterade partiklarna.

Fission sker spontant i kärnor av uran-235, det huvudsakliga bränslet som används i kärnreaktorer. Processen kan emellertid också induceras genom att bombar kärnor med neutroner eftersom en kärna som har absorberat en neutron blir instabil och splittrar snart.

Massdefekten är stor och framträder huvudsakligen som ke av fissionsfragmenten. Dessa flyger ihop med stor hastighet, kolliderar med omgivande atomer och ökar deras genomsnittliga ke, det vill säga deras temperatur. Värme produceras därför.

Om fissionsnutronerna delar upp andra uran-235-kärnor, etableras en kedjereaktion. I praktiken förloras några klyvningsnutroner genom att fly från uranets yta innan detta händer. Förhållandet mellan dem som flyr till de som orsakar fission minskar när massan av uran-235 ökar.

Detta måste överstiga en viss kritisk massa för att en kedjereaktion ska börja. Kritisk massa är således den minsta massan av fissilt material som kan genomgå en kontinuerlig kedjereaktion. Ovanför den kritiska massan kan reaktionen accelerera till en kärnexplosion om den inte kontrolleras.

U-238-isotopen skulle göra en ideell kärnreaktorbränsle eftersom den är riklig i naturen. Men U-238-kärnor absorberar vanligtvis fria neutroner utan klyvning. En absorberad neutron blir helt enkelt en del av kärnan. Den knappa uranisotopen U-235 är det enda naturmaterialet som kärnreaktorer kan använda för att producera en kedjereaktion. Uran med en riklig mängd U-235 kallas berikat uran.

Kärnreaktor:

En kärnreaktor är den centrala komponenten i ett kärnkraftverk som genererar kärnkraft under kontrollerade förhållanden för användning som en energikälla.

Effektreaktorer består i allmänhet av tre huvuddelar. De är (1) reaktorn, eller trycket, kärlet; (2) kärnan; och (3) styrstavar.

Reaktorkärlet håller de andra reaktordelarna. Den är installerad nära basen av reaktorbyggnaden. Fartyget har stålväggar minst 15 centimeter tjocka. Stålrör leder in i och ut ur fartyget för att bära vatten och ånga.

Kärnan innehåller kärnbränslet och det är också reaktorns del där klyvning uppstår. Kärnan är nära botten av reaktorkärlet. Den består huvudsakligen av kärnbränsle som hålls på plats mellan en övre och en nedre stödplatta.

Styrstavar är långa metallstavar som innehåller sådana element som bor eller kadmium. Dessa element absorberar fria neutroner och hjälper sålunda att styra en kedjereaktion. Styrstavarna sätts in i kärnan eller drar ut för att sakta ner eller påskynda en kedjereaktion.

Moderatorer och kylmedel:

Reaktoroperationerna beror också på ämnen som kallas moderatorer och kylmedel. En moderator är ett ämne, som vatten eller kol, som saktar ner neutroner som passerar genom den. Reaktorer kräver en moderator eftersom neutronerna som frigörs genom fission är snabba neutroner. Men långsamma neutroner behövs för att orsaka en kedjereaktion i blandningen av U-238 och U-235 som reaktorerna använder som bränsle.

Ett kylmedel är en substans, som vatten eller koldioxid, som leder värme väl men absorberar inte enkelt fria neutroner. Kylmediet bär värme från kedjereaktionen. Genom att göra så servar kylmedlet båda för att förhindra reaktorkärnan att smälta och producera ånga.

Många kraftreaktorer är lätta vattenreaktorer, som använder lätt (vanligt) vatten som både moderatorn och kylvätskan. Tunga vattenreaktorer använder deuteriumoxid, eller tungt vatten, som både moderatorn och kylvätskan. Grafit är en annan moderator. Indiska reaktorer (förutom den hos Tarapur) använder tungt vatten.

Bränsleförberedelse:

Uran som används i reaktorer med lätt vatten måste berikas, det vill säga procentandelen av U-235 måste ökas. Fria neutroner har då bättre chans att slå en U-235-kärna.

Ångproduktion:

Reaktorn uppnår kritik när en kedjereaktion i bränslet har inducerats för att i genomsnitt ge ytterligare en reaktion för varje fissionsreaktion.

Ljusvattenreaktorerna är av två huvudtyper. En typ, trycksatt vattenreaktor, producerar ånga utanför reaktorkärlet. Den andra typen av kokande vattenreaktor gör ånga inuti kärlet.

De flesta kärnkraftverk använder tryckvattenreaktorer. Dessa reaktorer värmer moderatorvattnet i kärnan under extremt högt tryck. Trycket gör att vattnet kan värmas förbi sin normala kokpunkt på 100 ° C utan att egentligen koka. Kedjereaktionen värmer vattnet till ca 320 ° C. Rör bär denna extremt heta, men inte kokande, vatten till ånggeneratorer utanför reaktorerna. Värme från trycksatt vatten kokar vatten i ånggeneratorn och producerar sålunda ånga.

I en kokande vattenreaktor kokar kedjereaktionen moderatorvattnet i kärnan. Rör bär den ånga som produceras från reaktorn till anläggningens turbiner.

I Indien är standardreaktortypen den trycksatta tungvattenreaktorn.

Bränslestavarna måste avlägsnas och upparbetas från tid till annan för att separera radioaktiva avfallsprodukter och små mängder plutonium-239 från oanvänt uran. Plutonium-239 produceras i reaktorn när uran-238 absorberar snabba fissionsnutroner; som uran-235, det genomgår fission och används i snabbfödareaktorer och att göra kärnvapen.

Experimentella uppfödare Reaktorer:

Den viktigaste typen av experimentella uppfödare använder den rikliga uranisotopen-U-238 som basbränsle. Reaktorn ändrar U-238 i isotopplutonium 239 (Pu-239) genom radioaktivt sönderfall. Liksom U-235 kan Pu-239 skapa en kedjereaktion och kan användas för energiproduktion.

En annan uppfödare använder det naturliga elementet thorium som grundbränsle. Det ändrar thorium i isotopen U-233, som också kan ge en kedjereaktion. Indien har utvecklat en experimentell uppfödarereaktor i Kalpakkam, Chennai, med användning av blandat karbidbränsle och natrium som kylmedel.

Kärnfusion:

Kärnfusion uppstår när två lätta kärnor smälter (kombinerar) och bildar en kärna av ett tyngre element. Fusionsprodukterna väger mindre än de kombinerade vikterna hos de ursprungliga kärnorna. Den förlorade materien har därför förändrats till energi. Fusionsreaktioner som producerar stora mängder energi kan skapas endast genom extremt intensiv värme. Sådana reaktioner kallas termokärnreaktioner. Termonukleära reaktioner producerar energi från både solen och vätebomben.

En termokärnreaktion kan endast ske i plasma, en speciell form av materia som har fria elektroner och fria kärnor. Normalt avstänger kärnor varandra.

Men om en plasma som innehåller lätta atomkärnor upphettas många miljoner grader, börjar kärnorna att flytta så fort att de bryter igenom varandras elektriska barriärer och säkringar.

Problem med kontroll av fusion:

Forskare har ännu inte lyckats utnyttja fusionsenergin för att producera kraft. I sina fusionsexperiment arbetar forskare i allmänhet med plasma som är gjorda av en eller två isotoper av väte. Deuterium anses vara ett idealiskt termokärnbränsle eftersom det kan erhållas från vanligt vatten. En given vikt av deuterium kan ge cirka fyra gånger så mycket energi som samma vikt av uran.

För att producera en kontrollerad termokernreaktion måste en plasma av deuterium eller tritium eller av båda isotoperna upphettas många miljoner grader. Bui forskare har ännu inte utvecklat en behållare än kan hålla superhot plasma.

De flesta experimentella fusionsreaktorer är konstruerade för att innehålla superhot plasma i "magnetiska flaskor" som är vridna i olika spiralformade former. Flaskans väggar är gjorda av koppar eller annan metall. Väggarna är omgivna av en magnet.

En elektrisk ström passerar genom magneten och skapar ett magnetfält på insidan av väggarna. Magnetismen skjuter plasman bort från väggarna och mot mitten av varje spole. Denna teknik kallas magnetisk inneslutning Samtliga fusionsanordningar som hittills utvecklats. Använd dock mycket mer energi än de skapar.

Den mest framgångsrika fusionsreaktorn, kallad tokamak, var ursprungligen designad av ryska forskare. Tokamak betyder stark ström på ryska. Liksom andra experimentella fusionsreaktorer använder en tokamak ett magnetfält för att trycka plasma bort från dess innehållande väggar. Det passerar också en stark ström genom plasma. Strömmen verkar med magnetfältet för att hjälpa till att begränsa plasman. Indien har utvecklat en tokamak Aditya, för forskningsändamål vid Plasmaforskningsinstitutet, Ahmedabad.

En annan experimentell metod för att uppnå fusion använder strålar av laser för att komprimera och värma små pellets av fryst deuterium och tritium. Denna process skapar miniatyr termokärn-explosioner som släpper ut energi innan pellets når de innehållande väggarna. Men alla experiment med denna metod har ännu inte producerat användbara mängder energi.

Kärnvapen:

Kärnvapen kan vara av klyvningstyp (atomvapen) eller fusionstypen (termonukleära eller vätevapen).

Fissionvapen får sin destruktiva kraft från splittringen av atomkärnor. Endast tre typer av atomer är kända för att vara lämpliga för klyvning i sådana vapen. Dessa atomer är uran (U) isotoperna U-235 och U-238 och av plutonium (Pu) isotopen, Pu-239. En accelererande okontrollerad kedjereaktion sker när exempelvis två stycken U-235 kommer samman och överskrider den kritiska massan.

Termonukleära vapen får sin kraft från fusionens atomkärnor under intensiv värme. Kärnorna smält i termonukleära vapen är av väteisotoper, deuterium och tritium. Fusionsreaktioner kräver temperaturer som är lika med eller större än de som finns i solens kärna.

Det enda praktiska sättet att uppnå sådan temperatur si med hjälp av en fissionsexplosion. Således utlöses termonukleära explosioner av en fissionanordning av implosionstyp. (I implosionsmetoden görs en subkritisk massa superkritisk genom att komprimera den till en mindre volym.)

De första kärnvapen var två fission bomber som används av Förenta staterna under andra världskriget (1939-1945). I kriget föll man på var och en av japanska städerna Hiroshima och Nagasaki.

Nukleära explosiva anordningar kan ha ett brett utbud av utbyten. Vissa äldre bomber hade utbyten på ca 20 megatoner, eller 1.540 Hiroshima-bomber. En megaton är mängden energi som släpptes med 907 000 ton TNT. Idag, på grund av den högre noggrannheten hos missiler, har de flesta kärntekniska enheter avkastning på mindre än 1 megaton.

radioisotoper:

Olika former av strålning härstammar i kärnorna av radioaktiva atomer. Det finns tre typer av radioaktiv strålning: alfapartiklar, som först identifierades av Becquerel; beta strålar, identifierad av Ernest Rutherford; och gammastrålar, identifierade av Marie och Pierre Curie. Utsläpp av alfa- eller beta-strålar orsakar transmutation, men gammastrålning leder inte till transformation.

Ett element kan ändras till ett annat konstgjort. Ail artificiell radioisotop produceras genom att göra stabila isotoper radioaktiva, dvs instabila, deras kärnor bryts ihop för att släppa ut små partiklar och energi (radioaktivitet). Varje element med atomnummer som är större än ledningen (82) är radioaktivt.

Artificiella radioisotoper kan framställas genom bombardiering av atomer med partiklar och strålar som emitteras av radioaktiva element i en kärnreaktor. De kan också produceras genom att krossa atomer i partikelacceleratorer, såsom cyklotronen. Det faktum att radioaktiva material kan detekteras genom sin strålning gör dem användbara på många områden.

Radioaktiva isotoper används effektivt som spårämnen för diagnostiska ändamål i medicin. Arsen-74 används för att detektera tumörer. Natrium-24 används för att detektera blodproppar i cirkulationssystemet. Jod 131 (1-131) används för att bestämma aktivitet av sköldkörteln. Kobolt-60 används vid behandling av cancer; Även i bruk är iridium-192 och cesium-137.

Produktionen av radioisotoper i Indien började 1956 med igångsättningen av forskningsreaktorn Apsara vid Trombay. Radioisotopproduktionskapaciteten förstärktes 1963 när 40 MWt Cirus blev operationellt vid Trombay. År 1985 med Dhruva som gjordes av BARC, kom Indien fram som en stor producent av brett spektrum av radioisotoper.

Forskningsreaktorerna vid Trombay producerar en rad olika radioisotoper för olika användningsområden. Effektreaktorer är också utrustade för att producera kobolt-60-radioisotop.

Variationsenergi cyklotron vid VECC används också för tillverkning av radioisotoper, vilka behandlas för medicinska tillämpningar. Strålning och radioisotopbaserade produkter och tjänster som erbjuds av DAE via BARC och BRIT inkluderar radiokällor och industriell radiografiutrustning; radiotracerteknik i läckagedetektering, siltrörelse och applikationer inom hydrologi; strålbehandling, strålningspolymerisation, jordsaltighet och andra.

BRIT har anförtrotts ansvaret för att bearbeta en rad olika radioisotoper och deras härledda produkter och leverans av industriell radiografiutrustning och gamma-bestrålningsutrustning för tillämpningar av denna teknik.

BARCs strålmedicincentrum (RMC) i Mumbai, ett främsta centrum i landet inom radiodiagnostik och radioterapi, är ett regionalt referenscentrum för Världshälsoorganisationen (WHO) för Sydostasien.

Centrumets verksamhet täcker områdena nukleärmedicin och allierade tjänster, klinisk diagnos och behandling, egenutveckling av radioaktiva läkemedel, RIA-teknik för sköldkörtelhormoner och tuberkulärt antigen och antikroppar etc.

Radioisotoper för medicinska tillämpningar tillverkas också genom att använda den variabla energikloppotronen vid Kolkata. Det regionala strålningsmedicinska centrumet (RRMC) uppfyller kraven på radiodiagnostik och strålbehandling i den östra delen av landet. CAT på Indore har utvecklat lasrar för medicinska tillämpningar.

I Indien har strålning varit i bruk i årtionden för sterilisering av medicinska produkter. En kommersiell strålningssteriliseringsanläggning (ISOMED) hos Trombay ger steriliseringstjänster till läkemedelsindustrin. Ett stort laboratorium för radioaktiva läkemedel med namnet ISOPHARM har upprättats vid Vashi, Mumbai.

Växter som liknar Isomed har arbetat i Bengaluru, New Delhi och Jodhpur. BRIT har för användning i blodbanker och sjukhus utvecklat en utrustning för blodbestrålning som är en viktig importbytes.

Användningar av radioisotoper:

I industri Gamma strålar kan användas för att undersöka metallgjutningar eller svetsar i oljeledningar för svaga punkter. Strålarna passerar genom metallen och mörker en fotografisk film på ställen motsatt de svaga fläckarna. Tillverkare kan placera en radioisotop som avger beta-partiklar ovanför ett ark av material.

En beta-partikeldetektor på andra sidan mäter styrkan i strålningarna som kommer igenom. Om arktjockleken ökar, når färre partiklar detektorn. Detektorn kan styra rullar och hålla arket vid önskad tjocklek. Gamma strålning kan användas i skadedjursbekämpning, speciellt ingrain butiker. Bestrålad mat har en längre hållbarhetstid.

Forskningsforskare använder radioisotoper som spårämnen för att bestämma hur kemikalier verkar i växter och djur. Alla isotoper av ett element är kemiskt lika, så radioisotopen kan användas på samma sätt som de vanliga isotoperna.

Till exempel, för att spåra fosforförloppet i en växt, kan en botaniker blanda radioaktiv fosfor med den vanliga fosforen. Att lära sig när fosfor når ett löv kan han placera en Geiger-räknare, som upptäcker radioaktivitet, på bladet. För att hitta var fosforen loggar in i bladet får han placera bladet på en fotografisk platta. I den utvecklade plattan, kallad en autoradiograf, visar mörkare regioner radionisotopens position.

I medicin:

Användningen av radioisotoper är en del av en specialitet som kallas nukleärmedicin. Den främsta användningen av radioisotoper är att studera funktionen hos olika kroppsorgan. För att uppnå detta administrerar en läkare en radioisotop som är fäst vid en bärarmedel. Bärmedelssubstansen ackumuleras i det organ som läkaren vill studera.

Om läkaren exempelvis vill studera patientens njurefunktion, kommer en radioisotop att bindas till ett bärarämne som ackumuleras i njurarna. När radionisotopen bryts ner sänder den gammastrålar. Några av strålarna hämtas av en enhet som heter skannern. Läkaren "läser" bilden på skannern för att avgöra om njurarna fungerar ordentligt.

Radioisotoper används också för att behandla cancer. Strålning i stora doser förstör levande vävnader, speciellt celler som genomgår division. Eftersom cancerceller delas oftare än normala celler dödar strålning mer cancerceller än normala celler. En läkare kan utnyttja detta faktum genom att administrera en radioisotop som ackumuleras i ett cancerorgan.

Till exempel kan en radioisotop av jod, 1-131 användas för att behandla cancer i sköldkörteln, eftersom denna körtel ackumulerar jod. När det radioaktiva jodet omvandlar, avger det strålning som dödar cancercellerna. Kobolt-60 används också vid behandling av cancer. Arsen-74 används för att detektera tumörer. Blodproppar i cirkulationssystemet ligger vid natrium-24.

I jordbruket:

Radioisotoper har använts för att främja naturlig genetisk mutation i växter för att påskynda avel, eller att utveckla växter med nya egenskaper. Effektivitet av gödselmedel kan också studeras med radioisotoper. BARC har ett program för utveckling och produktion av fosfor-32 märkta biomolekyler för att stödja forskning inom genteknik, enzymteknik och energirelaterade områden.

Isotoper används för att studera grundvattenpåfyllning, sikt i dammar och kanalsystem, havsvattenintrång i kustvattenförekomster.

Radioaktiv dating:

Radiocarbon dating är en process som används för att bestämma åldern för ett gammalt föremål genom mätning av dess radioaktiva innehåll. Denna teknik utvecklades i slutet av 1940-talet av Willard F. Libby, en amerikansk kemist.

Radikarbonatatomer, som all radioaktiv substans, sönderfallas exakt och enhetligt. Halvdelen av radiokolven försvinner efter ca 5 700 år. Därför har radiokarbon halveringstid under denna tidsperiod.

Efter ca 11 400 år kvarstår en fjärdedel av den ursprungliga mängden radiokarbon. Efter ytterligare 5 700 år, bara en åttonde kvarstår, och så vidare.

Radikarbonen i en levande organisms vävnader avtar extremt långsamt, men den förnyas kontinuerligt så länge organismen lever. Efter att organismen dör, tar den inte längre luft eller mat, och absorberar inte längre radiokarbonat. Den radiokarbon som redan finns i vävnaderna fortsätter att minska med en konstant hastighet. Detta stabila förfall med en känd frekvens, en halveringstid på cirka 5 700 år, gör det möjligt för forskare att bestämma ett objekts ålder.

När forskare mäter ett objekts radioaktiva innehåll, jämför de det med radioaktivt kol i trädringar, vars ålder är kända. Denna teknik gör det möjligt för dem att kompensera för små variationer av radioaktivt karboninnehåll i atmosfären vid olika tidpunkter tidigare. Genom att göra det kan forskare konvertera ett objekts radioaktiva ålder till ett mer exakt datum.

Radioisotoper med mycket lång halveringstid används för datering av rockprover som uran-238. Uran-235 som blir bly 207; thorium 232, som blir bly 208; rubidium 87, som förändras i strontium 87; och kalium 40, som ändras till argon 40, är ​​radioisotop som kan användas för att beräkna åldern av stenar.

Kärnrisker och säkerhetsfrågor:

Nyligen har det varit mycket oro över de faror som är förknippade med kärnkraftverk, rädsla för strålningsfara, avfallshantering, katastrofala olyckor. Medan några av farorna är verkliga påpekar kärnforskare att många av dem inte bygger på vetenskapliga fakta och objektiv observation.

Strålningsrisk:

Det råder ingen tvekan om att strålning orsakar skador på levande celler, men detta beror på strålningsintensiteten och exponeringstiden. När en atom i en komplex organisk cell utsätts för strålning sker jonisering och molekyler sönderdelas, vilket påverkar det biologiska systemet negativt, ibland förstör cellerna.

Medan höga doser är dödliga kan låga doser ha kumulativ effekt och orsaka cancer, särskilt hud och leukemi. Det kan påverka lymfatiska vävnader, nervsystemet och reproduktionsorganen. Däremot dömer biverkningar efter betydligt höga och konstanta strålningsdoser.

Utsläpp av radioaktivitet i luft och vatten från reaktorer sker, men den hålls väl inom de gränser som föreskrivs av AERB. Jorden bombarderas hela tiden av kosmiska strålkärnämnen (65 procent av den naturliga strålningen som upplevs av en människa beror på detta).

Bakgrundsstrålning från markbundna och utomjordiska källor är mycket högre än strålning från kärnkraftverk. Under dessa omständigheter är strålningsexponeringarna från kärnkraftverk av en försumbar mängd. Rädslan för strålning uppstår eftersom de flesta människor inte vill tro på någon "säker nivå" för strålningsexponering.

Risk för kärnavfall:

En annan aspekt av kärnkraftsrisk är avfallshantering. Den allmänna tekniken för hantering av radioaktivt avfall är att koncentrera sig och innehålla så mycket radioaktivitet som möjligt och utsläpp till miljön endast avlopp av så låg koncentration som möjligt.

På inlandssidor som Narora och Rawatbhatta släpps flytande avfall på ett lågt nivå i miljön på en minsta nivå. På kustplatser som Tarapur och Chennai är betydande utspädning i havet möjligt. För fast avfall används olika typer av inneslutningar och lokaliseras på platser som väljs utifrån geologisk och geohydrologisk utvärdering.

Klyvningen av U-235 producerar många radioaktiva isotoper, såsom strontium 90, cesium 137 och barium 140. Dessa avfall förblir radioaktiva och farliga i ca 600 år på grund av strontium- och cesiumisotoperna. Om dessa kommer i mat eller vattenförsörjning kan de tas in i människors kroppar där de kan orsaka skada.

Kroppen kan inte skilja mellan radioaktivt strontium och kalcium, till exempel. Plutonium och andra konstgjorda element i avfallet förblir radioaktiva i tusentals år. Även i små mängder kan plutonium orsaka cancer eller genetisk (reproduktiv) skada hos människor.

Större mängder kan orsaka strålningssjuka och dödsfall. Säkert bortskaffande av avfallet är ett av problemen med kärnkraftsproduktionen. Avfallet hanteras noggrant genom att inkorporera dem i inerta fasta matriser och placera dem i behållare som hålls under kylning tills radioaktiviteten kommer till önskad nivå. Slutligen lagras behållarna i lämpliga geologiska medier. Problemet är dock inte helt löst.

Effekter av en kärn explosion:

Effekterna som en kärnexplosion har på människor, byggnader och miljö kan variera kraftigt beroende på ett antal faktorer. Dessa faktorer inkluderar väder, terräng, explosionspunkten i förhållande till jordens yta och vapnet utbyte.

Vapnet explosion skulle ge fyra grundläggande effekter:

(i) sprängvåg:

Explosionen börjar med bildandet av en eldboll, som består av ett moln av damm och extremt heta gaser under mycket högt tryck. En bråkdel av en sekund efter explosionen börjar gaserna att expandera och bilda en sprängvåg, kallad även en chockvåg.

Blastvågan och vinden skulle antagligen döda majoriteten av människor inom 5 kilometer från mark noll och några av människorna mellan 5 och 10 kilometer från mark noll. Många andra personer inom 10 kilometer från grupp noll skulle skadas.

(ii) Termisk strålning:

Detta består av ultraviolett, synlig och infraröd strålning avgiven av eldboll. Den ultravioletta strålningen absorberas snabbt av partiklar i luften, och det gör så lite skada. Den synliga och infraröda strålningen kan dock orsaka ögonskador och hudförbränningar som kallas flashbrännskador.

Mellan 20 och 30 procent av dödsfallet av Hiroshima och Nagasaki berodde på flamskador. Termisk strålning kan också antända sådana mycket brandfarliga material som tidningar och torra blad. Bränningen av dessa material kan leda till stora bränder.

iii) Inledande nukleär strålning:

Detta avges inom den första minuten efter explosionen. It consists of neutrons and gamma rays. The neutrons and some of the gamma rays are emitted from the fireball almost instantaneously. The rest of the gamma rays are given off by a huge mushroom-shaped cloud of radioactive material that is formed by the explosion. Nuclear radiation can cause the swelling and destruction of human cells and prevent normal cell replacement.

Large doses of radiation can cause death. The amount of harm a person would suffer from initial nuclear radiation depends in part on the person's location in relation to ground zero. Initial radiation decreases rapidly in strength as it moves away from ground zero.

(iv) Residual Nuclear Radiation:

This comes later than one minute after the explosion. Residual radiation created by fission consists of gamma rays and beta particles. Residual radiation produced by fusion is made up primarily of neutrons. It strikes particles of rock, soil, water, and other materials that make up the mushroom-shaped cloud. As a result, these particles become radioactive. When the particles fall back to earth, they are known as fallout. The closer an explosion occurs to the earth's surface, the more fallout it produces.

Early fallout consists of heavier particles that reach the ground during the first 24 hours after the explosion. These particles fall mostly downwind from ground zero. Early fallout is highly radioactive and will kill or severely damage living things.

Delayed fallout reaches the ground from 24 hours to a number of years after the explosion. It consists of tiny, often invisible, particles that may eventually fall in small amounts over large areas of the earth. Delayed fallout causes only long-term radiation damage to living things. However, this damage can be serious for certain individuals.

Säkerhetsåtgärder:

De viktigaste riskerna med kärnkraftproduktion är resultatet av de stora mängder radioaktivt material som en reaktor producerar. Dessa material avger strålning i form av alfa-, beta- och gammastrålar. Därför väljs platserna för kärnkraftverk med säkerhetsparametrar i åtanke. Växterna är konstruerade för säker drift genom en rad skyddsåtgärder. Att erkänna möjligheterna till mänskligt fel, utrustningens funktionsfel och extrema naturfenomen är växterna utformade på begreppet "försvarsfördjupning"

Ett reaktorkärl är omgivet av tjocka betongblock som kallas en skärm, som normalt förhindrar att nästan all strålning släpper ut.

I länder med kärnenergi begränsar föreskrifterna mängden strålning som tillåts från kärnkraftverk. Varje växt har instrument som kontinuerligt mäter radioaktiviteten i och runt växten. De stänger automatiskt av ett larm om radioaktiviteten stiger över en förutbestämd nivå. Om nödvändigt stängs reaktorn av.

En anläggnings rutinmässiga säkerhetsåtgärder minskar risken för en allvarlig olycka. Ändå har varje anläggning nödsäkerhetssystem. Eventuella nödsituationer sträcker sig från en paus i ett reaktorvattenrör till en strålningslek från reaktorkärlet. En sådan nödsituation aktiverar automatiskt ett system som omedelbart stänger reaktorn, en process som kallas scramming. Scramming uppnås vanligtvis genom snabb inläggning av styrstavarna i kärnan.

En läckage eller brytning i ett reaktorvattenrör kan få allvarliga följder om det leder till förlust av kylvätska. Även efter att en reaktor har stängts av kan de radioaktiva materialen som återstår i reaktorkärnan bli så heta utan tillräcklig kylvätska att kärnan skulle smälta. Detta tillstånd, kallat en smältning, kan resultera i utsläpp av farliga mängder strålning.

I de flesta fall kommer den stora inneslutningsstrukturen som rymmer en reaktor att förhindra radioaktiviteten att fly från atmosfären. Det finns emellertid en liten möjlighet att den smälta kärnan kan bli tillräckligt varm för att bränna genom inneslutningens golv och gå djupt in i jorden.

Kärntekniker kallar denna typ av situation "Kinas syndrom". För att förhindra en sådan olycka är alla reaktorer utrustade med ett nödkärnkylsystem, vilket automatiskt översvämmer kärnan med vatten i händelse av förlust av kylvätska.

De externa stråldoserna som tas emot av arbetstagare från hela landet övervakas varje månad. Filmövervakningstjänst ges till personer som arbetar inom medicinska, industriella och forskningsinstitutioner. Termoluminiserande dosimeterövervakningstjänst och snabb neutronövervakningstjänst tillhandahålls till personer som arbetar i reaktorer, bränsleupparbetningsanläggningar och acceleratorer.

Den internationella kommissionen för radiologiskt skydd (ICRP) har rekommenderat strålningsarbetare en effektiv dosgräns på 20 MSV per år i genomsnitt över fem år med den ytterligare bestämmelsen att den effektiva dosen inte får överstiga 50 MSV under ett år.

IAEA klassificerar händelser på International Nuclear Event Scale-en skala av 0-7 beroende på svårighetsgraden. Händelser som kan kallas olyckor 4 och högre på skalaen har hittills hänt i väst (Tjernobyl var 7 på skalan, Narora-elden satt på nivå 3). Vapenkomplexen har dessutom en mycket större grad av säkerhetsrelaterade problem.