Radioaktivitet av kjernefysikk: Energi, radioisotoper, bruksområder og sikkerhetsforanstaltninger

Les denne artikkelen for å lære om energi, radioisotoper, bruk, sikkerhetstiltak og radioaktivitet i kjernevitenskap!

Nukleær betyr noe som relaterer seg til atomer og atomkjerners struktur eller oppførsel.

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

Kjernefysikk og teknologi er et avansert studieområde, en del av "hi-tech" -scenariet, hvor energien som frigjøres av atomkjernene, når de gjennomgår visse forandringer, ikke bare er brukt som en kilde til elektrisitet, men har søknader innen landbruk, industri og medisin.

radioaktivitet:

Vanlig hydrogen har en proton og ingen nøytroner, så den har masse nummer 1. Tung hydrogen eller deuterium har masse nummer 2 fordi den har en proton og en nøytron.

En radioaktiv form av hydrogen, tritium, har masse nummer 3. Den har en proton og to nøytroner. Vanlig hydrogen, deuterium og tritium er isotoper av hydrogen. Alle isotoper av et element har de samme kjemiske egenskapene. Urankjernen har 92 protoner.

Den mest rigelige isotopen av uran har 146 nøytroner. Dets massenummer er derfor 238 (summen av 92 og 146). Forskere kaller denne isotopen uran 238 eller u-238. Uranisotopen som nesten alle atomreaktorer bruker brensel som 143 nøytroner, og så er massenummeret 235. Denne isotopen kalles uran 235 eller U-235.

En kjernefysisk reaksjon innebærer endringer i strukturen til en kjerne. Som et resultat av slike endringer, oppnår eller taper kjernen en eller flere nøytroner eller protoner. Det endrer seg således inn i kjernen til en annen isotop eller et element. Hvis kjernen endres i kjernen til et annet element, kalles endringen transmutasjon.

Radioaktivitet er prosessen hvorved atomer avgir stråling, eller atompartikler og stråler av høy energi, fra deres kjerner (kerner). Av mer enn 2300 forskjellige typer kjente atomer er mer enn 2000 radioaktive. Det finnes bare rundt 50 radioaktive typer i naturen. Forskere gjør resten kunstig.

Antoine Henri Becquerel fra Frankrike oppdaget naturlig radioaktivitet i 1896. Han fant ut at uranforbindelser ga ut stråling som påvirket en fotografisk plate, selv når de er pakket inn i svart papir. de ioniserte også en gass. Kort tid etter oppdaget Marie Curie et enda sterkere radioaktivt stoff, nemlig radium.

Hvert element med et atomnummer som er større enn det av bly (82) er radioaktivt. Kjernene til noen av disse elementene kan forfalle ved å splitte i to: dette er spontan fisjon.

Naturlig radioaktivitet forekommer også i ni av de lettere elementene. Av disse er de viktigste ¹⁴ ₆ C (karbon) og ⁴⁰ ₁₉ K (Kalium). Isotopen ble sannsynligvis dannet da jorden ble opprettet.

Dens nåværende eksistens skyldes lang halveringstid på 1, 25 x 10 ⁹ år; selv om den bare utgjør 0, 01% av naturlig kalium, gjør nærværet levende vev betydelig radioaktivt. Det kan forfalle enten ved b-utslipp eller elektronisk fangst. Det produseres kontinuerlig fra nøytronens virkning i kosmiske stråler på atmosfærisk nitrogen ved en kjernefysisk reaksjon.

Av de syvende radelementene er bare fem runde i naturen; radium, actinium, thorium, protactinium og uran.

Utslipp av stråling:

Ulike former for stråling stammer fra kjerne av radioaktive atomer. Det finnes tre typer radioaktiv stråling: alfa partikler, som først ble identifisert av Becquerel; beta stråler; identifisert av Ernest Rutherford i New Zealand; og gammastråler, identifisert av Marie og Pierre Curie fra Frankrike. Utslipp av alfa- eller beta-stråler forårsaker transmutasjon, men gammastråling resulterer ikke i transformasjon.

Alfa partikler har en positiv elektrisk ladning. De består av to protoner og to nøytroner, og er identiske med kjernene til heliumatomer. Alfa partikler utgis med høye energier, men mister energi raskt når de går gjennom materie. Disse stoppes av et tykt ark papir; I luften har de et utvalg av noen få centimeter, som etter hvert blir tatt i ro ved kollisjoner med luftmolekyler.

De forårsaker intens ionisering i en gass (ved å tiltrekke elektroner ut av deres molekyler) og avbøyes av elektriske og meget sterke magnetfelt. Alle alfa-partikler som avgis av et bestemt radioaktivt stoff, har samme hastighet, omtrent en tittedel av lysets hastighet. Americium avgir bare alfa-partikler.

Alfa-stråling oppstår i ²³⁸ U, en isotop av uran. Etter å ha mistet en alfapartikkel, har kjernen 90 protoner og 144 nøytroner. Atomet med atomnummer 90 er ikke lenger uran, men thorium. Den dannede isotopen er ²³⁴ ₉₀ Th.

Betastråler er elektroner. Noen radioaktive kjerner avgir vanlige elektroner, som har negative elektriske ladninger. Men andre avgir positrons, eller positivt ladede elektroner. For eksempel gir en isotop av karbon, ¹⁴ ₆ C, negative elektroner. Carbon 14 har åtte nøytroner og seks protoner.

Når kjernen forvandler seg, endrer et nøytron til et proton, en elektron og en antineutrino. Etter utslipp av elektron og antineutrino inneholder kjernen syv protoner og syv nøytroner. Dets masse nummer forblir det samme, men atomnummer 7 er nitrogen. Dermed endrer ¹⁴ ₆ C til ¹⁴ ₇ N etter utslipp av en negativ beta-partikkel.

En karbonisotop, ¹¹ ₆ C, gir positrons. Karbon 11 har seks protoner og fem nøytroner. Når det avgir en positron, endres en proton til et neutron, en positron og neutrino. Etter utslipp av positron og neutrino inneholder kjernen fem protoner og seks nøytroner. Massenummeret forblir det samme, men atomnummeret faller med en.

Elementet av atomnummer 5 er bor. Således endrer ¹¹ ₆ C til ¹¹ ₅ B etter utslipp av en positron og en neutrino. Strontium gir kun beta-partikler. Beta partikler reiser med nesten lysets hastighet. Noen kan trenge inn i 13 millimeter tre.

Gamma stråling kan forekomme på flere måter. I en prosess bærer alfa- eller beta-partikkelen fra en kjerne ikke all den tilgjengelige energien. Etter utslipp, har kjernen mer energi enn i sin mest stabile tilstand. Det løser seg selv av overskytende ved å sende ut gammastråler. Gamma stråler har ingen elektrisk ladning. De ligner røntgenstråler, men de har vanligvis en kortere bølgelengde.

Mens røntgenstråler skyldes energiendringer utenfor atomkjerner, som alle former for elektromagnetisk stråling, gamma-stråler, som alfa- og beta-partikler, kommer fra indre atomkjerner. Disse strålene er fotoner (partikler av elektromagnetisk stråling) og reiser med lysets hastighet. De er mye mer gjennomtrengende enn alfa- og beta-partikler.

Radium avgir alfa-, beta- og gammastråler. Kobolt er en ren gammakilde.

Radioaktivt forfall og halveringstid:

Radioaktivt henfall er prosessen hvor en kjernen spontant (naturlig) endres i kjernen til en annen isotop eller element. Prosessen frigjør energi hovedsakelig i form av nuklear stråling. Forfallsprosessen skjer for seg selv og kan ikke styres; det er upåvirket av temperaturendringer, og oppstår om materialet er rent eller kombinert kjemisk med andre elementer.

Uran, thorium og flere andre naturlige elementer forfall spontant og så legger til den naturlige eller bakgrunnen stråling som alltid er tilstede på jorden. Kjernereaktorer produserer radioaktivt henfall kunstig. Kjernestråling står for om lag 10 prosent av energien produsert i en atomreaktor.

Forskere måler radioaktivt henfall i tidsenheter som kalles halveringstider. Halveringstiden er den tiden som kreves for halvparten av atomer av et bestemt radioaktivt element eller isotop for å nedbrytes til et annet element eller isotop.

Antallet av partikler som sendes ut i en gitt tidsperiode av en prøve av en radioisotop (radioaktiv isotop) er lik en bestemt prosentandel av antall atomer i prøven. For eksempel, i noen prøve på ¹¹ C bryter ned 3, 5 prosent av atomene hvert minutt. På slutten av et minutt vil bare 96, 5 prosent av prøven forbli.

På slutten av et sekund vil bare 96, 5 prosent av de forrige 96, 5 prosent, eller 93, 1 prosent av det opprinnelige beløpet, forbli. På slutten av 20 minutter forblir bare halvparten av det opprinnelige antallet. Dette viser at halveringstiden på ¹¹ C er 20 minutter. Dette dør bort fra et stoff kalles radioaktivt henfall eller atomformasjon.

Ulike radioisotop har forskjellige halveringstider. De kan variere fra brøkdeler fra et sekund til milliarder av år. Med noen få unntak er den eneste radioisotopen som finnes i naturen i påviselige mengder de med halveringstid på mange millioner eller milliarder år. Forskere mener at når de elementene som dannet jorden ble dannet, var alle mulige isotoper til stede.

Generelt har de med korte halveringstider falt til uoppdagelig små mengder. Men noen naturlig forekommende kortvarig radioisotop har blitt dannet ved forfall av langlivet radioisotop. For eksempel er thorium-234, som har kort levetid, produsert av uran, som har en lang halveringstid.

Hundrevis av kortvarige radioisotoper produseres kunstig ved å bombardere kjerner med nøytroner og andre hurtige nukleare partikler i atomreaktorer. Når et nøytron eller en annen partikkel treffer et atoms kjernekraft, vil kjernen sannsynligvis fange den. I noen tilfeller fanger en nuklein en partikkel og gir umiddelbart av seg noen av sine egne partikler.

Kjernekraft:

Kjerneenergi er energi som er avledet fra nukleare reaksjoner enten ved fisjon av tunge kjerner til lettere eller ved sammensmelting av lette kjerne til tyngre seg. I prinsipper er bindingsenergien til et system av partikler som danner en atomkjerne, kjerneenergi.

Det kommer fra endringer i atomkjernen. Forskere og ingeniører har funnet mange bruksområder for denne energien, spesielt når det gjelder produksjon av elektrisitet. Men de har ennå ikke muligheten til å utnytte kjernekraften fullt ut. Hvis atomkraft var fullt utviklet, kunne den levere all verdens strøm i millioner av år.

En kjerne utgjør det meste av massen av hvert atom, og denne kjernen holdes sammen av en ekstremt kraftig kraft. En stor mengde energi er konsentrert i kjernen på grunn av denne kraften.

Forskere utgav første gang atomkraft i stor skala ved University of Chicago i 1942, tre år etter at andre verdenskrig begynte. Denne prestasjonen førte til utviklingen av atombomben. Siden 1945 har atomkraft blitt satt til fredelige bruksområder som elproduksjon.

Einstein påpekte at hvis en kropps energi endres med en mengde E, endres massen med en mengde m gitt av ligningen, E = mc ² . Implikasjonen er at enhver reaksjon der det er en nedgang i masse, kalt en massefeil, er en energikilde.

Energi- og masseendringer i fysiske og kjemiske endringer er svært små; de i noen kjernereaksjoner, som for eksempel radioaktivt henfall, er millioner av ganger større. Summen av massene av produktene av en atomreaksjon er mindre enn summen av massene av de reagerende partiklene. Denne tapte massen blir omgjort til energi.

Atomfisjon:

Nukleær fisjon er prosessen hvor en atomkjerne bryter opp i to eller flere store fragmenter med utslipp av to eller tre nøytroner. Det ledsages av frigjøring av energi i form av gammastråling og den kinetiske energien til de utstrålede partiklene.

Fisjon skjer spontant i kjerner av uran-235, hovedbrenselet som brukes i atomreaktorer. Imidlertid kan prosessen også induseres ved å bombardere kjerner med nøytroner fordi en kjerne som har absorbert et nøytron blir ustabil og splitter seg raskt.

Massefeilen er stor og fremstår hovedsakelig som ke av fissjonsfragmentene. Disse flyver fra hverandre med stor fart, kolliderer med omgivende atomer og øker sin gjennomsnittlige ke, det vil si deres temperatur. Varme er derfor produsert.

Hvis fissjonsnutronene deler andre uran-235-kjerner, settes en kjedereaksjon opp. I praksis forsvinner noen fissionsnutroner ved å rømme fra overflaten av uranet før dette skjer. Forholdet mellom dem som flyr til de som forårsaker fisjon minker ettersom massen av uran-235 øker.

Dette må overstige en bestemt kritisk masse for at en kjedereaksjon skal starte. Kritisk masse er således den minste masse av fissilt materiale som kan gjennomgå en kontinuerlig kjedereaksjon. Over den kritiske massen, kan reaksjonen akselerere til en atomeksplodering hvis den ikke kontrolleres.

U-238-isotopen ville gjøre et ideelt atomreaktorbrensel fordi det er rikelig i naturen. Men U-238-kjerne absorberer vanligvis frie nøytroner uten fisjonering. Et absorbert neutron blir ganske enkelt en del av kjernen. Den knappe uranisotopen U-235 er det eneste naturlige materialet som atomreaktorer kan bruke til å produsere en kjedereaksjon. Uran med en rikelig mengde U-235 kalles beriket uran.

Kjernereaktor:

En atomreaktor er den sentrale komponenten til et atomkraftverk som genererer kjernekraft under kontrollerte forhold for bruk som en kilde til elektrisk kraft.

Kraftreaktorer består vanligvis av tre hoveddeler. De er (1) reaktoren eller trykket, fartøyet; (2) kjernen; og (3) styrestenger.

Reaktorbeholderen holder de andre reaktordelene. Det er installert nær basen av reaktorbygningen. Fartøyet har stålvegger minst 15 centimeter tykke. Stålrør fører inn og ut av fartøyet for å bære vann og damp.

Kjernen inneholder kjernekraftbrenselet, og så er delen av reaktoren der fisjon oppstår. Kjernen er nær bunnen av reaktorbeholderen. Den består hovedsakelig av kjernekraften som holdes på plass mellom en øvre og en nedre støtteplate.

Kontrollstenger er lange metallstenger som inneholder slike elementer som bor eller kadmium. Disse elementene absorberer frie nøytroner og bidrar dermed til å kontrollere en kjedereaksjon. Kontrollstavene settes inn i kjernen eller trekkes ut for å senke eller øke hastigheten på en kjedereaksjon.

Moderatorer og kjølemidler:

Reaktoroperasjoner er også avhengige av stoffer som kalles moderatorer og kjølemidler. En moderator er et stoff, som vann eller karbon, som senker nøytroner som passerer gjennom det. Reaktorer krever en moderator fordi nøytronene frigjort ved fisjon er hurtige nøytroner. Men sakte nøytroner er nødvendig for å forårsake en kjedereaksjon i blandingen av U-238 og U-235 som reaktorer bruker som drivstoff.

Et kjølevæske er et stoff, som vann eller karbondioksid, som utfører varme godt, men absorberer ikke gratis nøytroner. Kjølevæsken bærer varme fra kjedereaksjonen. Ved å gjøre det, serverer kjølevæsken både for å hindre at reaktorkjernen smelter og til å produsere damp.

Mange kraftreaktorer er lette vannreaktorer, som bruker lett (vanlig) vann som både moderator og kjølevæske. Sterke vannreaktorer bruker deuteriumoksid, eller tungt vann, som både moderator og kjølevæske. Grafitt er en annen moderator. Indiske reaktorer (unntatt den i Tarapur) bruker tungt vann.

Drivstoffforberedelse:

Uran som brukes i reaktorer med lett vann må være beriket, det vil si at prosentandelen av U-235 må økes. Gratis nøytroner har da en bedre sjanse til å slå på en U-235-kjernen.

Dampproduksjon:

Reaktoren oppnår kritikk når en kjedereaksjon i brennstoffet er blitt indusert for å gi, i gjennomsnitt, en ytterligere reaksjon for hver fissjonsreaksjon.

Lysvannreaktorene er av to hovedtyper. En type, trykkvannreaktoren, produserer damp utenfor reaktorkaret. Den andre typen, kokende vannreaktor, gjør damp inne i fartøyet.

De fleste atomkraftverk bruker trykkvannreaktorer. Disse reaktorene varmes opp moderatorvannet i kjernen under ekstremt høyt trykk. Trykket tillater vannet å varme forbi sitt normale kokepunkt på 100 ° C uten å faktisk koke. Kjedereaksjonen oppvarmer vannet til ca. 320 ° C. Rørene bærer dette ekstremt varmt, men ikke kokende, vann til dampgeneratorer utenfor reaktorene. Varm fra trykkvannet koiler vann i dampgeneratoren og produserer dermed damp.

I en kokende vannreaktor koder kjedereaksjonen moderatorvannet i kjernen. Rør bærer dampen produsert fra reaktoren til anleggets turbiner.

I India er standard reaktortypen den trykte tunge vannreaktoren.

Brenselstavene må fjernes og gjenbehandles fra tid til annen for å separere radioaktive avfallsprodukter og små mengder plutonium-239 fra ubrukt uran. Plutonium-239 blir produsert i reaktoren når uran-238 absorberer hurtigfeltnutroner; som uran-235, gjennomgår det fisjon og brukes i hurtigoppdrettere og til å lage atomvåpen.

Eksperimentelle avlesereaktorer:

Den viktigste typen eksperimentelle oppdretter bruker den store uranisotopen-U-238 som sin grunnleggende brensel. Reaktoren endrer U-238 i isotopplutonium 239 (Pu-239) ved radioaktivt henfall. Som U-235 kan Pu-239 skape en kjedereaksjon og kan dermed brukes til energiproduksjon.

En annen oppdretter bruker det naturlige elementet thorium som sin grunnleggende brensel. Det endrer thorium i isotopen U-233, som også kan produsere en kjedereaksjon. India har utviklet en eksperimentell avlesereaktor ved Kalpakkam, Chennai, ved hjelp av blandet karbidbrennstoff og natrium som kjølevæske.

Kjernefysisk fusjon:

Nukleær fusjon oppstår når to lette kjerne smelter sammen (kombinere) og danner en kjerne av et tyngre element. Produktene i fusjonen veier mindre enn de kombinerte vekter av de opprinnelige kjernene. Det tapte saken har derfor blitt forandret til energi. Fusjonsreaksjoner som produserer store mengder energi kan bare opprettes ved hjelp av ekstremt intens varme. Slike reaksjoner kalles termokjernereaksjoner. Termonukleære reaksjoner produserer energien til både solen og hydrogenbomben.

En termokernreaksjon kan bare forekomme i plasma, en spesiell form for materiale som har frie elektroner og frie kjerner. Kjernene avviser vanligvis hverandre.

Men hvis en plasma som inneholder lette atomkjerner oppvarmes mange millioner grader, begynner kjernene å bevege seg så fort at de bryter gjennom hverandres elektriske barrierer og sikringer.

Problemer med kontrollerende fusjon:

Forskere har ennå ikke lykkes i å utnytte fusjonsenergien til å produsere kraft. I sine fusjonsforsøk arbeider forskere generelt med plasmaer som er laget av en eller to isotoper av hydrogen. Deuterium betraktes som et ideelt termokjernen fordi det kan hentes fra vanlig vann. En gitt vekt av deuterium kan gi omtrent fire ganger så mye energi som den samme vekten av uran.

For å produsere en kontrollert termokernreaksjon, må et plasma av deuterium eller tritium eller begge isotoper oppvarmes mange millioner grader. Bui forskere har ennå ikke utviklet en beholder enn kan holde superhot plasma.

De fleste eksperimentelle fusjonsreaktorer er utformet for å inneholde superhot plasma i "magnetiske flasker" vridd i forskjellige spiralformede former. Veggene på flasker er laget av kobber eller noe annet metall. Veggene er omgitt av en magnet.

En elektrisk strøm går gjennom magneten og skaper et magnetfelt på innsiden av veggene. Magnetismen skyver plasmaet bort fra veggene og mot midten av hver spole. Denne teknikken kalles magnetisk inneslutning Alle fusjonsenhetene som hittil er utviklet; Bruk imidlertid mye mer energi enn de skaper.

Den mest vellykkede fusjonsreaktoren, kalt tokamak, ble opprinnelig tegnet av russiske forskere. Tokamak betyr sterk strøm på russisk. Som andre eksperimentelle fusjonsreaktorer bruker et tokamak et magnetfelt for å skyve plasma bort fra dets inneholdende vegger. Det passerer også en sterk strøm gjennom plasma. Strømmen virker med magnetfeltet for å bidra til å begrense plasmaet. India har utviklet en tokamak Aditya, for forskningsformål ved Institutt for plasmaforskning, Ahmedabad.

En annen eksperimentell metode for å oppnå fusjon bruker stråler av laser til å komprimere og varme små pellets av frosset deuterium og tritium. Denne prosessen skaper miniatyr termokjerneeksplosjoner som frigjør energi før pellets når de inneholdende veggene. Men alle eksperimenter med denne metoden har ennå ikke produsert brukbare mengder energi.

Atomvåpen:

Kjernevåpen kan være av fissionstypen (atomvåpen) eller fusjonstypen (termonukleære eller hydrogenvåpen).

Fission våpen får sin destruktive kraft fra splittelsen av atomkjerner. Kun tre typer atomer er kjent for å være egnet for fisjonering i slike våpen. Disse atomene er av uran (U) isotoper U-235 og U-238 og av plutonium (Pu) isotop, Pu-239. En akselererende ukontrollert kjedereaksjon oppstår når to stykker av U-235 for eksempel kommer sammen og overskrider den kritiske masse.

Termonukleære våpen får sin kraft fra fusjons atomkjernene under sterk varme. Kjernene fusjonert i termonukleære våpen er av hydrogenisotoper, deuterium og tritium. Fusjonsreaksjoner krever temperaturer som er lik eller større enn de som finnes i solens kjerne.

Den eneste praktiske måten å oppnå en slik temperatur si ved hjelp av en fisjonsexplosjon. Dermed utløses termonukleære eksplosjoner av en fissionanordning av implosjonstypen. (I implosjonsmetoden blir en subkritisk masse superkritisk ved å komprimere den til et mindre volum.)

De første atomvåpen var to fissionsbomber brukt av USA under andre verdenskrig (1939-1945). I krigen ble en droppet på hver av de japanske byene Hiroshima og Nagasaki.

Nukleare eksplosive enheter kan ha et bredt utvalg av utbytter. Noen eldre bomber hadde utbytter på ca 20 megatoner, eller 1.540 Hiroshima-bomber. En megaton er mengden energi utgitt av 907 000 tonn TNT. I dag, på grunn av høyere nøyaktighet av raketter, har de fleste kjernekomponenter utbytter på mindre enn 1 megaton.

radioisotoper:

Ulike former for stråling stammer fra kjerne av radioaktive atomer. Det finnes tre typer radioaktiv stråling: alfa partikler, som først ble identifisert av Becquerel; beta stråler, identifisert av Ernest Rutherford; og gammastråler, identifisert av Marie og Pierre Curie. Utslipp av alfa- eller beta-stråler forårsaker transmutasjon, men gammastråling resulterer ikke i transformasjon.

Et element kan endres til en annen kunstig. Al kunstig radioisotop er produsert ved å lage stabile isotoper radioaktive, dvs. ustabile, deres kjerne brytes fra hverandre for å frigjøre små partikler og energi (radioaktivitet). Hvert element med atomnummer som er større enn bly (82) er radioaktivt.

Kunstige radioisotoper kan produseres ved å bombe atomene med partikler og stråler som utledes av radioaktive elementer i en atomreaktor. De kan også produseres ved å ødelegge atomer i partikkel akseleratorer som cyklotronen. Det faktum at radioaktive materialer kan detekteres av deres stråling gjør dem nyttige på mange felt.

Radioaktive isotoper blir effektivt brukt som sporstoffer for diagnostiske formål i medisin. Arsen-74 brukes til å detektere svulster. Natrium-24 brukes til å oppdage blodpropper i sirkulasjonssystemet. Jod-131 (1-131) brukes til å bestemme aktiviteten til skjoldbruskkjertelen. Kobolt-60 brukes til behandling av kreft; Også i bruk er iridium-192 og cesium-137.

Produksjonen av radioisotoper i India begynte i 1956 med igangsetting av forskningsreaktoren Apsara ved Trombay. Radioisotopproduksjonskapasiteten ble utvidet i 1963 da 40 MWt Cirus ble operert i Trombay. I 1985 ble Dhruva operert av BARC, India ble fremstilt som en stor produsent av bredt spekter av radioisotoper.

Forskningsreaktorene ved Trombay produserer en rekke radioisotoper for ulike bruksområder. Kraftreaktorer er også utstyrt for å produsere kobolt-60 radioisotop.

Den variable energisyklotron ved VECC brukes også til fremstilling av radioisotoper, som behandles for medisinske applikasjoner. Stråling og radioisotopbaserte produkter og tjenester som tilbys av DAE gjennom BARC og BRIT inkluderer radiokilder og industriell radiografisk utstyr; radiotracer teknologier i lekkasje deteksjon, silt bevegelse, og applikasjoner i hydrologi; strålebehandling, strålingspolymerisering, jord-saltholdighet og andre.

BRIT har blitt betrodd ansvaret for å behandle en rekke radioisotoper og deres avledede produkter og tilførsel av industriell radiografisk utstyr og gamma-bestrålingsutstyr for bruksområder av denne teknologien.

BARCs strålemedisinske senter (RMC) i Mumbai, et fremtredende senter i landet innen radiodiagnostikk og radioterapi, er et regionalt henvisningssenter for Verdens helseorganisasjon (WHO) for Sørøst-Asia.

Sentrets aktiviteter dekker feltene nukleærmedisin og allierte tjenester, klinisk diagnose og behandling, internutvikling av radiofarmaka, RIA-teknologi for skjoldbruskhormoner og tuberkulært antigen og antistoffer, etc.

Radioisotoper for medisinske applikasjoner produseres også ved bruk av den variable energiklototronen ved Kolkata. Det regionale strålemedisinssenteret (RRMC) oppfyller kravene til radio diagnostikk og strålebehandling i den østlige delen av landet. CAT på Indore har utviklet lasere for medisinske applikasjoner.

I India har stråling vært i bruk i flere tiår for sterilisering av medisinske produkter. Et kommersielt strålingssteriliseringsanlegg (ISOMED) ved Trombay gir steriliseringstjenester til medisinsk industri. Et stort radiofarmasøytisk laboratorium med navnet ISOPHARM er satt opp på Vashi, Mumbai.

Planter som ligner Isomed har jobbet i Bengaluru, New Delhi og Jodhpur. BRIT har til bruk i blodbanker og sykehus utviklet et utstyr for blodbestråling som er en viktig importutbytter.

Bruk av radioisotoper:

I industrien Gamma stråler kan brukes til å undersøke metalliske støpegods eller sveiser i oljerørledninger for svake punkter. Strålene passerer gjennom metallet og mørker en fotografisk film på steder motsatt de svake punktene. Produsenter kan plassere en radioisotop som gir beta-partikler over et ark av materiale.

En beta-partikkel detektor på den andre siden måler styrken av strålingene som kommer gjennom. Hvis arktykkelsen øker, kommer færre partikler til detektoren. Detektoren kan styre ruller og holde arket på ønsket tykkelse. Gamma-stråling kan brukes i skadedyrsbekjempelse, spesielt inngangsbutikker. Bestrålt mat har lengre holdbarhet.

I forskere bruker radioisotoper som sporstoffer, for å bestemme hvordan kjemikalier virker i kroppens planter og dyr. Alle isotoper av et element er kjemisk like, så radioisotopene kan brukes på samme måte som de vanlige isotoper.

For eksempel, for å spore forløpet av fosfor i en plante, kan en botaniker blande radioaktivt fosfor med det vanlige fosforet. For å lære når fosfor når et blad, kan han plassere en Geiger-teller, som oppdager radioaktivitet, på bladet. For å finne hvor fosforet legger inn i bladet, kan han legge bladet på en fotografisk plate. I den utviklede platen, kalt en autoradiograf, viser mørkede regioner posisjonen til radioisotop.

I medisin:

Bruken av radioisotoper er en del av en spesialitet kalt nuklearmedisin. Hovedbruk av radioisotoper er å studere funksjonen til ulike kroppsorganer. For å oppnå dette, administrerer en lege en radioisotop som er festet til et bærersubstans. Bærerstoffet akkumuleres i organet som legen ønsker å studere.

For eksempel, hvis legen ønsker å studere pasientens nyrefunksjon, vil en radioisotop knyttes til et bærestoff som akkumuleres i nyrene. Når radioisotop brytes ned, avgis det gammastråler. Noen av strålene er plukket opp av en enhet kalt en skanner. Legen "leser" bildet på skanneren for å avgjøre om nyrene fungerer som de skal.

Radioisotoper brukes også til å behandle kreft. Stråling i store doser ødelegger levende vev, spesielt celler som gjennomgår divisjon. Fordi kreftceller deler hyppigere enn normale celler, dråper stråling flere kreftceller enn vanlige celler. En lege kan dra nytte av dette ved å administrere en radioisotop som akkumuleres i et kreftorgan.

For eksempel kan en radioisotop av jod, 1-131, brukes til å behandle kreft i skjoldbruskkjertelen, fordi denne kjertelen akkumulerer jod. Som det radioaktive jodet forvandler, gir det av stråling som dreper kreftcellene. Kobolt-60 brukes også til behandling av kreft. Arsen-74 er benyttet for å detektere svulster. Blodpropper i sirkulasjonssystemet ligger ved natrium-24.

I landbruket:

Radioisotoper har blitt brukt til å fremme naturlig genetisk mutasjon i planter for å fremskynde avl, eller for å utvikle planter med nye egenskaper. Effektivitet av gjødsel kan også studeres med radioisotoper. BARC har et program for utvikling og produksjon av fosfor-32 merkede biomolekyler for å støtte forskning innen genteknologi, enzymteknologi og energirelaterte områder.

Isotoper blir brukt til å studere grunnvannslading, seepages i dammer og kanalsystemer, sjøvann inntrenging i kystnære vannkilder.

Radioaktive dating:

Radiokarbon dating er en prosess som brukes til å bestemme alderen til et gammelt objekt ved å måle dets innhold av radioaktivt karbon. Denne teknikken ble utviklet i slutten av 1940-tallet av Willard F. Libby, en amerikansk kjemiker.

Radiokarbonatomer, som alle radioaktive stoffer, forfall i en nøyaktig og jevn hastighet. Halvparten av radiokarbonen forsvinner etter ca. 5700 år. Derfor har radiokarbon en halveringstid av den tidsperioden.

Etter ca 11 400 år forblir en fjerdedel av den opprinnelige mengden radiokarbon. Etter ytterligere 5 700 år, bare en åttende forblir, og så videre.

Radiokarbon i vev av en levende organisme avtar ekstremt sakte, men det fornyes kontinuerlig så lenge organismen lever. Etter at organismen dør, tar den ikke lenger luft eller mat, og det absorberer ikke lenger radiokarbon. Radiokarbonen som allerede er i vevet, fortsetter å synke med konstant hastighet. Dette stadige forfall ved en kjent hastighet - en halveringstid på ca. 5700 år - gjør det mulig for forskere å bestemme en objekts alder.

Etter at forskere har målt et objekts radiokarboninnhold, sammenligner de det med radiokarbonen i tre-ringer hvis aldre er kjent. Denne teknikken gjør det mulig for dem å kompensere for små variasjoner av radioaktivt karboninnhold i atmosfæren på forskjellige tidspunkter tidligere. Ved å gjøre det, kan forskere konvertere et objekts radiokarbonalder til en mer presis dato.

Radioisotoper med svært lange halveringstider brukes til datering av steinprøver som uran-238. Uran-235 som blir bly 207; thorium 232, som blir bly 208; rubidium 87, som endres i strontium 87; og kalium 40, som endres i argon 40, er radioisotop som kan brukes til å beregne alder av bergarter.

Nukleare farer og sikkerhetsproblemer:

Nylig har det vært mye frykt om farene som er forbundet med atomkraftverk - frykt for strålingsfare, avfallshåndtering, katastrofale ulykker. Mens noen av farene er ekte, peker kjernevitenskapsmenn på at mange av dem ikke er basert på vitenskapelige fakta og objektiv observasjon.

Strålingsfare:

Det er ingen tvil om at stråling forårsaker skade på levende celler, men dette avhenger av intensiteten av stråling og eksponeringstidspunktet. Når et atom av en kompleks organisk celle er utsatt for stråling, finner ionisering sted og molekyler disintegrerer, negativt påvirker det biologiske systemet, noen ganger til og med ødelegger cellen.

Mens høye doser er dødelige, kan lave doser ha kumulativ effekt og forårsake kreft, spesielt på huden og leukemi. Det kan påvirke lymfatiske vev, nervesystemet og reproduktive organer. Dør bivirkninger finner imidlertid sted etter betydelig høye og konstante doser av stråling.

Utslipp av radioaktivitet til luft og vann fra reaktorer finner sted, men det holdes godt innenfor de grenser som er foreskrevet av AERB. Jorden blir stadig bombardert av kosmisk stråle-atompartikler (65 prosent av den naturlige strålingen som et menneske opplever, skyldes dette).

Bakgrunnsstråling fra jordbaserte og jordbaserte kilder er mye høyere enn stråling fra atomkraftverk. Under omstendighetene er stråleeksponeringene fra atomkraftverk av en ubetydelig mengde. The fear of radiation arises because most people are unwilling to believe in any “safe level” for radiation exposure.

Hazard from Nuclear Waste:

Another aspect of nuclear hazard is waste management. The general technique of dealing with radioactive wastes is to concentrate and contain as much radioactivity as possible, and discharge to the environment only effluent of as low a concentration level as is possible.

At inland sites like Narora and Rawatbhatta, low level liquid wastes are discharged into the environment at a minimum level. At coastal sites such as Tarapur and Chennai significant dilution in the sea is possible. For solid wastes, different types of containments are used and located at sites selected on the basis of geological and geohydrological evaluation.

The fissioning of U-235 produces many radioactive isotopes, such as strontium 90, caesium 137, and barium 140. These wastes remain radioactive and dangerous for about 600 years because of the strontium and caesium isotopes. If these get into food or water supplies, they can be taken into people's bodies where they can cause harm.

The body is unable to distinguish between radioactive strontium and calcium, for instance. The plutonium and other artificially created elements in the wastes remain radioactive for thousands of years. Even in small amounts, plutonium can cause cancer or genetic (reproductive) damage in humans.

Larger amounts can cause radiation sickness and death. Safe disposal of these wastes is one of the problems involved in nuclear power production. The wastes are carefully managed by incorporating them in inert solid matrices and placing them in canisters which are kept under cooling till the radioactivity comes to desired level. Finally, the canisters are stored in suitable geological media. However, the problem is not entirely resolved.

Effects of a Nuclear Explosion:

The effects that a nuclear explosion has on people, buildings, and the environment can vary greatly, depending on a number of factors. These factors include weather, terrain, the point of explosion in relation to the earth's surface, and the weapon's yield.

The weapon's explosion would produce four basic effects:

(i) Blast Wave:

The explosion begins with the formation of a fireball, which consists of a cloud of dust and of extremely hot gases under very high pressure. A fraction of a second after the explosion, the gases begin to expand and form a blast wave, also called a shock wave.

The blast wave and wind probably would kill the majority of people within 5 kilometers of ground zero and some of the people between 5 and 10 kilometers from ground zero. Many other people within 10 kilometers of groupd zero would be injured.

(ii) Thermal radiation:

This consists of ultraviolet, visible, and infrared radiation given off by the fireball. The ultraviolet radiation is rapidly absorbed by particles in the air, and so it does little harm. However, the visible and infrared radiation can cause eye injuries as well as skin burns called flash burns.

Between 20 and 30 per cent of the deaths of Hiroshima and Nagasaki resulted from flash burns. Thermal radiation also can ignite such highly flammable materials as newspapers and dry leaves. The burning of these materials can lead to large fires.

(iii) Initial nuclear radiation:

This is given off within the first minute after the explosion. 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.

Sikkerhetstiltak:

De viktigste farene ved kjernekraftproduksjonen skyldes store mengder radioaktivt materiale som en reaktor produserer. Disse materialene avgir stråling i form av alfa-, beta- og gammastråler. Derfor er områdene for atomkraftverk valgt med sikkerhetsparametere i tankene. Planten er konstruert for sikker drift gjennom en rekke beskyttende tiltak. Anerkjennelse av mulighetene for menneskelig feil, utstyrets funksjonsfeil og ekstreme naturfenomener, er plantene designet på konseptet "forsvarsdybde"

Et reaktorkar er omgitt av tykke betongblokker som kalles skjold, som vanligvis hindrer nesten all stråling fra å rømme ut.

I land med kjernekraft begrenser regelverket mengden stråling som er tillatt fra atomkraftverk. Hver plante har instrumenter som kontinuerlig måler radioaktiviteten i og rundt anlegget. De setter automatisk av en alarm hvis radioaktiviteten stiger over et forutbestemt nivå. Om nødvendig stenger reaktoren seg.

En anleggs rutinemessige sikkerhetsforanstaltninger reduserer kraftig muligheten for alvorlig ulykke. Likevel har hver plante nødssikkerhetssystemer. Mulige nødsituasjoner spenner fra en pause i et reaktorvannrør til en strålelekkasje fra reaktorkaret. Enhver nødstilfelle aktiverer automatisk et system som umiddelbart slår ned reaktoren, en prosess som kalles scramming. Scramming oppnås vanligvis ved rask innsetting av kontrollstenger inn i kjernen.

En lekkasje eller brudd i et reaktorens vannrør kan få alvorlige konsekvenser dersom det fører til tap av kjølevæske. Selv etter at en reaktor er stengt, kan de radioaktive materialer som gjenstår i reaktorkjernen bli så varmt uten tilstrekkelig kjølevæske at kjernen smelter. Denne tilstanden, kalt en nedsmelting, kan resultere i utslipp av farlige mengder stråling.

I de fleste tilfeller vil den store inneslutningsstrukturen som inneholder en reaktor, forhindre at radioaktiviteten kommer ut i atmosfæren. Imidlertid er det en liten mulighet for at den smeltede kjernen kan bli varm nok til å brenne gjennom gulvet i inneslutningsstrukturen og gå dypt inn i jorden.

Kjernefysikere kaller denne typen situasjon "Kinas syndrom." For å forhindre at en slik ulykke oppstår, er alle reaktorer utstyrt med et nødkjernekjølesystem som automatisk oversvømmer kjernen med vann i tilfelle tap av kjølevæske.

De eksterne stråledosene mottatt av arbeidstakere fra hele landet overvåkes månedlig. Filmovervåkningstjeneste gis til personer som arbeider i medisinske, industrielle og forskningsinstitusjoner. Termo-luminescerende dosimeter overvåkningstjeneste og rask nøytron overvåkningstjeneste leveres til de som arbeider i reaktorer, drivstoffreprosesseringsanlegg og akseleratorer.

Den internasjonale kommisjonen for radiologisk beskyttelse (ICRP) har anbefalt til strålingsarbeidere en effektiv dose grense på 20 MSV per år i gjennomsnitt over fem år med den ytterligere bestemmelsen om at den effektive dosen ikke skal overstige 50 MSV i løpet av ett år.

IAEA klassifiserer hendelser på International Nuclear Event Scale-en skala fra 0-7 avhengig av alvorlighetsgraden. Hendelser som kan betegnes som ulykker 4 og over på skalaen - har så langt skjedd i Vesten (Tsjernobyl var 7 på skalaen, Narora-brannen ble satt på nivå 3). I tillegg har våpekomplekser en langt større grad av sikkerhetsrelaterte problemer.