دید کلی:

سوخت هسته ای اورانیوم:‏

• اگر ایزوتوب اورانیوم 235 ( موجود در اورانیوم طبیعی ) قابل شکست نمی بود حتی با داشتن کوهی از اورانیوم طبیعی کسی ‏نمی توانست از انرژی نهانی آن استفاده نماید. این ایزوتوپ به وسیله نوترون هایی با هر مقدار انرژی به خوبی شکسته می شود.‏

• فلز طبیعی اورانیوم محتوی مقادیر بسیار کمی از آن است. فقط 0.7 درصد باقیمانده درصد اورانیوم طبیعی شامل 99.3 ‏درصد اورانیوم 238 می باشد که فقط به وسیله نوترون های سریع شکسته می شود.‏

• اورانیوم 238 به طور بسیار موثری نوترون های کند با انرژی یک تا ده الکترون ولت را جذب می کند.

سوخت هسته ای پلتونیوم:‏

• اگر نوترون های پر انرزی حاصل از شکست اورانیوم 235 را به کمک کند کننده هایی از جمله گرافیت ، آب معمولی یا ‏آب سنگین یا مواد دیگر به این مقدار انرژی (1 تاev 10) کند کنیم، معجزه شروع می شود. هسته اورانیوم 238 چنین نوترون ‏های آهسته ای را جذب می کند. سپس تحریک و تجزیه شده و بالاخره به پلتیونیوم با نیم عمر 24.4 سال تبدیل می شود.

• نکته قابل توجه این که اورانیوم 235 هم به وسیله نوترون های سریع و هم آهسته شکسته می شود. بدین ترتیب در حین ‏مصرف اورانیوم 235 در راکتور ، مقدار معینی اورانیوم 238 (غیر قابل شکست در عمل ) به پلتونیوم 239 ( قابل شکست ) ‏تبد یل می شود.

• در روش فوق در طی مصرف تدریجی اورانیوم 235 (0.7 درصد) و پلتونیوم 239 که به طور غیر راکتور هسته ای ، ‏تبدیل مقدار قابل ملاحظه ای از اورانیوم 238 طبیعی به سوخت هسته ای مناسب ممکن می گردد.‏

• پلتونیوم 238 خالص یک سم قوی است و به سادگی در هوا آتش می گیرد و در حین تجزیه ذرات آلفایی با انرژی حدود Mev‏ 5 آزاد می کند. ‏

• ورود پلتونیوم بویژه در ارگانیسوم انسان یا حیوان خطرناک می باشد. زیرا نمی تواند به وسیله اعمال طبیعی از بدن خارج ‏شود. پلتونیوم در بدن ، به طور شدیدی اشعه گاما ساطع کرده و باعث بیماری های تشعشعی حاد و یا حتی مرگ می شود. ‏

کاربردهای سوخت هسته ای:

• در راکتور هسته ای از این مواد جهت تامین انرژی گداخت هسته ای وشکافت هسته های سنگین استفاده می شود.‏

• در نیروگاه هسته ای جهت تولید انرژی هسته ای و راه اندازی ژنراتورها ، موتورها و دیناموها به کار برده می شود.‏

• در صنایع نظامی کاربرد وسیعی داشته و در ساخت مهمات و سلاحهای پرقدرت از جمله انواع چاشنی ها ، راکت ها ، نارنجک ها ، ‏زیر دریایی های هسته ای ، سفینه های فضایی ، موشکهای دور برد و بمب های هسته ای استفاده فراوان می شود. ‏

در حادثه چرنوبیل تعداد زیادی از مردم در معرض مقدار زیادی پرتو رادیواکتیو قرار گرفتند و دزهای دریافتی آنها تقریبا مشخص بود. این تراژدی در زمان خود می توانست درک بهتری از اثرات رادیواکتیو بر روی مردمی که سطوح مختلف تابش را دریافت نمودند به وجود آورد. امروزه بعد از گذشت سالها کار تحقیق روی دزهای دریافتی و اثرات دقیق آن بر نسل های بعدی کمی دچار چالش شده است.

در حال حاضر بیشتر دانش امروزی در مورد اثرات رادیو اکتیویته بر روی مردم از بازماندگان هیروشیما و ناگازاکی در سال 1324(1945م) بدست آمده است. جایی که دز دریافتی بسیار زیاد به سختی قابل برآورد بود. بدین ترتیب، افزایش آشکاری در انواع خاص لوسمی، لنفوما و سرطان های توپر بین بازماندگان مشاهده شد.

بدن انسان نوعی ساز و کار دفاعی در برابر صدمات ایجاد شده به وسلیه پرتوها و همینطور مواد سرطان زای شیمیایی ایجاد می کند.بنابراین چنانچه بدن در معرض مقدار کمی تابش قرار گیرد می تواند تحریک شود.

برای مقادیر خیلی زیاد تابش، این گونه صدمات می تواند کلیه نقاط بدن را در برگیرد. ده ها هزار نفر از مردمی که در کشورهای پیشرفته در محیط های پزشکی و صنعتی کار می کنند در معرض پرتو های رادیواکتیو بالاتر از زمینه هستند.بنابراین در هنگام کار، فیلم بج های مخصوص به انها داده می شود. این فیلم بج ها آثار پرتوها را در خود ثبت می کنند. در مورد گروهی از افراد، به کمک ابن فیلم بج ها اغلب نشان داده می شود که میزان مرگ و میر در اثر سرطان و مسایل دیگر نسبت به افراد عادی و آنهایی که همان کار را بدون وجود پرتوها انجام می دهند به طور معنی داری کمتر است.

پلوتونیم: این عنصر به ویژه قابل ملاحظه است. این ماده توسط عمل بازآفرینی از سوخت اورانیم مصرف شده در راکتورها و نیروگاه ها جدا می شود. پلوتونیم به عنوان سمی ترین عنصر شناخته شده برای بشر مطرح است و می توان از آن به عنوان مخاطره جدی یاد کرد. اگر چه مناسب است که سمیت شیمیایی آن را با سایر مواد شیمیایی که روزانه با آنها سر و کار داریم مقایسه کنیم. چنانچه پلوتونیم بلعیده شود سمیت آن خیلی کمتر از سیانید یا ارسنات سرب است و دو برابر بیشتر از کنسانتره بدست آمده از قهوه است.

خطر اصلی از آنجا ناشی می شود که این ماده به صورت غبارهای ریز استنشاق شود و جذب ریه گردد. این مورد باعث افزایش احتمال سرطان به میزان 15 برابر یا بیشتر در سال ها بعدی می شود و به صورت یک عامل مرگ و میر از سرطان ناشی از پلوتونیم مطرح است. به هر حال برخلاف آنچه مردم تصور می کنند واقعیتی وجود دارد و آن این است که در طول بیش از 30 سال آزمایش سلاح های هسته ای، بعد از جنگ جهانی دوم، مقدار 7 تن پلوتونیم وارد جو زمین شده است بدون اینکه به طور محسوسی متوجه اثرات آن شده باشیم.

بعضی مواد رادیواکتیو که وارد محیط زیست می شوند، با واپاشی خود طی گذشت روزها، هفته ها و یا سالها به سطح فعالیت مناسب و ایمن می رسند، ولی برخی دیگر از مواد رادیواکتیو اثرات خود را برای زمان های خیلی طولانی حفظ می کنند. همانطور که بعضی از سموم و مواد شیمیایی سرطان زا اینگونه هستند، این یک حقیقت است که اثرات سمی حاصل از فلزات سنگین مانند جیوه، کادمیوم و سرب که بخشی از محیط زیست انسان را تشکیل می دهند، همانند تابش های رادیواکتیو عمل می کنند. این وظیفه مهم دولت و صنعت است که از وارد شدن مقادیر بیشتری از این سموم در محیط زیست چه در حال و چه در آینده جلوگیری کنند. بر اساس تحقیقات بر روی محیط زیست استانداردهایی وصل شده اند که طبق آن افراد جامعه باید تحت پوشش های حفاظتی قرار گیرند.

باید در نظر داشت که اگر چه قرار گرفتن در معرض دز قابل توجهی از تشعشعات رادیواکتیو به عواقب بسیار ناخوشایندی برای سلامتی انسان ها و محیط زیست خواهد انجامید اما امروزه رعایت استانداردهای بسیار بالای ایمنی در راکتورهای اتمی (از جمله راکتور اتمی بوشهر) باعث شده تا امکان ایجاد چنین تشعشعاتی به حداقل برسد. غیر از عایق بندی های بسیار مستحکم و چند لایه دیواره های راکتورهای هسته ای امروزه پیشرفت های قابل توجهی که در نحوه علمی دفع زباله های هسته ای پدید آمده سبب شده تا نگرانی های زیست محیطی تا حد قابل قبولی کاهش یاید اگر چه مطالعات برای کاهش هر چه بیشتر این اثرات همچنان به عنوان موضوع داغی در پژوهش های مربوط به علوم هسته ای مطرح است.

پزشکى هسته اى شاخه اى از علم پزشکى است که در آن از مواد رادیواکتیو براى تشخیص و درمان بیمارى استفاده مى شود. مواد رادیواکتیو مورد استفاده یا رادیو ایزوتوپ هستند و یا داروهایى که با مواد رادیو ایزوتوپ نشاندار شده اند. داروى رادیواکتیو، در روش هاى تشخیصى مواد رادیواکتیو به بیمار تزریق مى شود و میزان اشعه تایید شده، از بیمار اندازه گیرى مى شود. اکثر روش هاى تشخیصى به کمک یک دوربین اشعه گاما، توانایى تشکیل تصویر را دارند. در موارد استفاده درمانى، مواد رادیواکتیو براى درمان مورد استفاده قرار مى گیرند مثل استفاده از ید 131 (131- I)در تشخیص و معالجه کم کاری و یا پر کاری تیروئید مورد استفاده قرار می گیرد.

موارد زیر از مصادیق تکنیک های هسته ای در علم پزشکی است

1- تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته ای

2- تهیه و تولید رادیو دارویی جهت تشخیص بیماری تیروئید و درمان آنها

3- تهیه و تولید کیت های هورمونی

4- تشخیص و درمان سرطان پروستات

5ـ - تشخیص سرطان کولون ، روده کوچک و برخی سرطانهای سینه

6- تشخیص محل تومورهای سرطانی و بررسی تومورهای مغزی ، سینه و ناراحتی وریدی

7- تصویر برداری بیماری های قلبی ، تشخیص عفونت ها و التهاب مفصلی ، آمبولی و لخته های وریدی

8- موارد دیگری چون تشخیص کم خونی ، کنترل رادیو داروهای خوراکی و تزریقی و غیره

9- بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام، بیماری های دام، تغذیه دام، اصلاح نژاد دام و...

10- کاربرد گسترده در صنایع غذایی به منظور از بین بردن ویروس های گیاهی و غذایی، کاهش میزان آلودگی میکروبی و...

کاربرد پزشکی  هسته ای در تصویر برداری      

اساس کار دستگاه هاى مختلف که از فیزیک هسته اى براى تصویربردارى استفاده مى کنند، ایجاد یک سرى تصویر از برش هاى مختلف بدن و از زاویه هاى متفاوت است که این تصاویر با یکدیگر ادغام شده و یک تصویر سه بعدى از محل مورد نظر ایجاد مى کنند.

سى تى اسکن

ComputedTomography با نام CAT scan هم خانواده مى شود و روشى است که طى آن یک سرى تصاویر دوبعدى به دست آمده با اشعه X به تصاویر سه بعدى تبدیل مى شوند. کلمه tomo از واژه tomos به معنى برش گرفته شده است. سیستم CT اسکن در سال 1972 توسط گاد فرى نیوبلد هوزنفیلد از آزمایشگاه مرکزى EMI اختراع شد. آلن مک لئود کدمارک از دانشگاه تافت نیز به طور جداگانه اى همین روش را ابداع کرده بود. این دو نفر به طور مشترک برنده جایزه نوبل سال 1979 شدند. اولین نوع اسکنرها، در انجام اسکن از مغز محدودیت هایى داشتند و در آنها منبع اشعه X به صورت یک امتداد باریک مدادمانند بود که روى یک یا دو آشکارساز ثابت شده بود. منبع اشعه X و آشکارسازها در وضعیتى متناسب با یکدیگر قرار داشتند و در امتداد بدن بیمار حرکت مى کردند و طى این حرکت، چرخشى یک درجه اى نسبت به یکدیگر داشتند. در نسل دوم اسکنرها، تغییراتى در شکل منبع اشعه X و تعداد آشکارسازها به وجود آمد. منبع اشعه x به شکلى شبیه پنکه تغییر پیدا کرد و زمان اسکن به طور قابل ملاحظه اى کاهش یافت. در نسل سوم اسکنرها، تغییر اساسى در زمان اسکن به وجود آمد و امکان تشکیل تصویر نهایى همزمان با اسکن ایجاد شد. در این اسکنرها، منبع پنکه اى شکل اشعه X در امتداد ردیفى از آشکارسازها که در وضعیتى متناسب با منبع اشعه X قرار داشتند ثابت شده بود و سرعت اسکن از هر برش به 10 ثانیه کاهش پیدا کرد.

در نسل چهارم اسکنرها، زمان اسکن نسبت به قبل تغییرى نکرد با این تفاوت که یک حلقه 360 درجه از آشکارسازها دور بدن بیمار را فرامى گرفت و منبع اشعه x نیز در وضعیتى غیرمتناسب با آشکارسازها به دور بیمار مى چرخید. در حالت مدرن اسکنرها که واجد چندین آشکارساز و چند ردیف اسکنر هستند، اسکن از قفسه سینه به مدت یک دم و بازدم زمان مى برد. در سال هاى اخیر توموگرافى در حد میکرومتر نیز قابل انجام است و میکروتوموگرافى خوانده مى شود ولى هنوز در مورد انسان مورد استفاده قرار نگرفته است.

 این حالت به وضوح بیشتر ساختارهایى مثل رگ هاى خونى که ممکن است از بافت هاى اطراف متمایز نباشد، کمک مى کند. استفاده از این مواد در برخى موارد به بررسى نحوه عملکرد بعضى از اعضاى بدن نیز کمک مى کند. پیشرفت و فناورى CT اسکن باعث شده که دوز تابش اشعه X و زمان اسکن کاهش پیدا کند و اما هنوز هم دوز اشعه تابشى در این روش بسیار بالاتر از رادیوگرافى معمولى با اشعه X است.

اسکن غده تیروئید

تیروئید نخستین عضو بدن است که پس از دسترسی به جاروبگر خطی در سال 1950 از آن نـگـاره رادیوایزوتوپی گرفته شد . تیروئید گــاهــی دارای گــره هـا یـا  تـکـمـه‌هـایـی اسـت کـه جذب کننده مولکول‌های نشاندار نبوده و سرد نامیده می شوند و نسبت به بافت سالم تیروئید کـه جـذب کـننده مولکول‌های نشان دار با مواد رادیواکتیو است ، احتمال سرطانی شدن ، بیشتر است.

در گذشته برای اسکن تیروئید ، یک روز پیش از نـگـاره بـرداری بـه بیمار خورانده می شد . دز پرتوی که از این‌راه به بیمار داده می شد ،بالا بود رادیوایزوتوپ دیگری که از عنصر ید می‌تواند در ایـن روش به کار رود  135 I با نیمه عمر سه ساعت است که این رادیوایزوتوپ هم به علت دردسـرهـای تـکـنیکی کاربرد ندارد . تکنسیم به صورت یون پرتکنتات m99 Tc به وسیله همان بـافـت هـایـی کـه یـد را جـذب مـی کـنـنـد ، جذب می‌شود . از آن جا که m99 Tc تابش کمتری به بـیـمار می دهد ، به دیگر رادیونوکلئیدها برتری دارد . زمـان لازم برای وارد شدن مولکول‌های نشاندار به غده تیروئید پس از تزریق با   m99 Tc نزدیک به 20 دقیقه است.

اسکن غده پاراتیروئید

برای اسکن این غده تکنسیم تالیوم یا Mibi به کـــــار مـــــی‌رود . یـــکـــــی از روش‌هـــــای اســکــــن پاراتیروئید، تزریق (500mci15MBq ) تکنسیم است که پس از 15 دقیقه اسکن گرفته می شود . اگر نیاز باشد اسکن هر ساعت یا هر دو ساعت پس از نخستین اسکن انجام می گیرد.

اسکن جمجمه:

تشخیص ضربه مغزى و خونریزى داخلى معمولى ترین دلیل براى اسکن از سر است. این اسکن بدون تزریق ماده حاجب انجام مى شود و خونریزى حالت متمایزترى خواهد داشت. براى تشخیص تومور نیز از این روش به همراه تزریق ماده حاجب استفاده مى شود که البته دقت MRI را ندارد. از CT اسکن سر و گردن و منطقه دهانى معمولاً براى آمادگى جراحى استخوان صورت و فک و گاهى تشخیص تومور یا کیست در ناحیه فک ها و سینوس ها و تیغه بینى استفاده مى شود.

اسکن ریه:

بررسی بیماری های ششی به روش پزشکی هـسـتـه‌ای آسـان و ارزان انـجام می گیرد. در این روش‌ها گازهای رادیواکتیو مانند گزنون133 54 Xeیا مولکول‌های درشت نشان‌دار به کار می‌روند .

بسته شدن یک سرخرگ بزرگ در شش با لخته خون یعنی آمبولی شش در پزشکی دردسـر بـزرگـی اسـت . در پـزشـکـی هسته‌ای برای آزمایش آمبولی ششی نزدیک  سه  MBq( 100 mci) آلـبـومـیـن نـشـاندار با   m99 Tc را در سیاهرگ بیمار تزریق می کنند . مـولکول‌های درشت این ماده پس از تزریق به قلب و پس از آن به شش‌ها می‌رسند. مولکول‌های درشت ،بزرگ‌تر از آن هستند که از میان مویرگ‌های ششی بگذرند و به صــورت مــوقـتــی در ورودی بــرخــی از مــویــرگ‌هــای فـعــال گــرفـتــار مــی شــونـد. ایـن مولکول‌های درشت کمتر از 1% مویرگ‌ها را می‌بندند و پس از یک تا دو ساعت خرد می‌شوند و راه خون باز می شود.

.

مـی تـوان چـگـونـگـی گـردش هـوا در شـش‌هـا را بـا یک گاز رادیواکتیو مانند گزنون (54133 Xe )کــه دارای نـیـمــه عـمــر 5.3 روزه اســت بــررسـی کـرد. چـگـونـگـی پـخـش رادیواکتیویته و مدت زمان باقی ماندن آن در یک ناحیه از شش ، داده های تشخیصی را که نیاز داریم به دست می دهد.