پاسخگوی نیاز‌های تحقیقاتی و صنعتی جهان امروز

تاریخچه فیزیک هسته‌ای به عنوان رشته‌ای متمایز از فیزیک اتمی با کشف رادیواکتیویته توسط هانری بکرل در سال 1896 آغاز شد. کشف الکترون توسط فیزیک‌دان بریتانیایی ژوزف جان تامپسون در سال 1897، ساختار درونی اتم را آشکارتر کرد.

در سال‌های بعد، فیزیک‌دانان و شیمی‌دانان به‌ویژه ماری‌کوری، پیرکوری، ارنست رادرفورد و دیگران در مورد رادیو اکتیویته به‌طور گسترده تحقیق کردند. در آغاز قرن بیستم، فیزیک‌دانان همچنین سه نوع تابش منتشر شده از اتم‌ها را شناسایی و آنها را تابش‌های آلفا، بتا و گاما نامیدند. آزمایش‌های اتوهان در سال 1911 و جیمز چادویک در سال 1914 نشان دادند که طیف فروپاشی بتا به جای اینکه گسسته باشد، پیوسته است. به این معنا که الکترون‌، به جای مقادیر مجزای انرژی که در واپاشی‌های گاما و آلفا مشاهده می‌شود، با دامنه‌ای از انرژی پیوسته از اتم منتشر می‌شود. در سال 1903، جایزه نوبل فیزیک به طور مشترک به هانری بکرل برای کشف رادیواکتیویته و ماری‌کوری و پیرکوری برای تحقیقات مرتبط با رادیو اکتیویته اهدا شد. ارنست رادرفورد در سال 1908 به خاطر تحقیقاتش در مورد تجزیه عناصر و شیمی مواد رادیواکتیو جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد.

در سال 1905، آلبرت اینشتین ایده هم‌ارزی جرم و انرژی را ارائه کرد. درحالی‌که تحقیقات دامنه‌دار بر روی رادیواکتیویته توسط هانری بکرل و ماری‌کوری پیش از این آغاز شده بود، اما توضیح منبع انرژی رادیواکتیویته باید منتظر کشف این بود که هسته اتم از ذرات کوچک‌تر یعنی نوکلئون‌ها تشکیل شده است.

در سال 1911، فردریک سودی کشف کرد که عناصر رادیواکتیو طبیعی، ایزوتوپ‌های مختلف (رادیونوکلئیدها) ساختاری شیمیایی یکسان دارند. در همان سال، جورج دهیوسی نشان داد که این‌گونه رادیونوکلئیدها در کاربرد ردیابی ارزشمند هستند، زیرا مقادیر بسیار جزئی از آنها را می‌توان به آسانی با ابزارهای ساده شناسایی کرد. در سال 1932 جیمز چادویک نوترون را کشف کرد.

فیزیک هسته‌ای رشته‌ای از فیزیک است که به مطالعه هسته‌‌های اتم، ترکیبات و برهم‌کنش‌های آنها و همچنین مطالعه سایر اشکال مواد هسته‌ا‌ی می‌پردازد. فیزیک هسته‌ا‌ی با فیزیک اتمی که اتم را به عنوان یک واحد کل که شامل هسته و الکترون‌های آن هست مطالعه می‌کند، تفاوت دارد و رشته‌ا‌ی مستقل است.

اکتشــافات در فیزیک هستـــه‌ای، کاربـــردهای بسیاری در زمینه‌های مختلف علمی و فنّاوری صلح‌آمیز را به ارمغان آورده‌اند. از جمله می‌توان از انرژی هسته‌ای، پیش‌ران هسته‌ای، نمک‌زدایی آب‌دریا برای تأمین آب‌شیرین، پزشکی هسته‌ای، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، ایزوتوپ‌های صنعتی و کشاورزی، کاشت یونی در مهندسی مواد و تاریخ‌گذاری رادیوکربن در زمین‌شناسی و باستان‌شناسی نام برد. فنّاوری‌های کاربرد فیزیک هسته‌ای در جهان مدرن، در رشته مهندسی هسته‌ای مورد مطالعه و تحقیق و توسعه قرار می‌گیرند. ازسوی دیگر، فیزیک ذرات بنیادین از فیزیک هسته‌ای ریشه گرفته است و این دو رشته علمی معمولاً در ارتباط نزدیک با یکدیگر تدریس می‌شوند. همچنین در شاخه علوم فضایی، اخترفیزیک هسته‌ای علمی بین‌رشته‌ای از فیزیک هسته‌ای و اخترفیزیک است که واکنش‌های هسته‌ا‌ی در اجرام کیهانی و منشأ ترکیبات عناصر و ایزوتوپ‌ها را در فضا مورد مطالعه قرار می‌دهد.

انرژی هسته‌ای شکلی از انرژی است که از هسته اتم که از پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل شده، آزاد می‌شود. این منبع انرژی می‌تواند به دو صورت آزاد شود. اول شکافت1 هسته‌ای زمانی رخ می‌دهد که هسته اتم به چند هسته کوچک‌تـر تقسیم شود و دوم همجوشــی2 هسته‌ای زمانی رخ می‌دهد که چند هسته با هــم ترکیب شوند و هسته بزرگ‌تری را تشکیل دهند.

انرژی هسته‌ای که امــروزه در سراســر جهان برای تولید الکتریسیته استفاده می‌شود از طریق شکافت‌هسته‌ای است، در حالی‌که فنّاوری تولید برق از طریق هم‌جوشی‌هسته‌ای کمـاکان در مرحله تحقیق و توسعه است.

در شکافت‌هستــه‌ا‌ی، بــا شکافت یک هستــه سنگین به هسته‌های سبک‌تر، نوترون و انرژی آزاد می‌شوند. به عنوان مثال، هنگامی که یک نوترون به هسته اتم اورانیوم U235 برخورد می‌کند، هسته اورانیوم به یک هسته باریم و یک هسته کریپتون و دو یا سه نوترون تقسیم می‌شود. این نوترون‌های اضافی به دیگر اتم‌های اورانیوم 235 برخورد می‌کنند و آنها نیز شکافته شده و نوترون‌های بیشتری آزاد می‌شوند. بنابراین در کسری از ثانیه، یک واکنش زنجیره‌ای ایجاد می‌شود.

هر بار که واکنش شکافت‌هسته‌ای رخ می‌دهد، انرژی به شکل گرما و تشعشع آزاد می‌شود. در یک نیروگاه هسته‌ای، گرمای حاصله از واکنش‌های شکافت‌هسته‌ای به انرژی الکتریسیته تبدیل می‌شود.

سخنرانی مهم رئیس جمهور دوایت آیزنهاور در 8 دسامبر 1953 در مجمع عمومی سازمان ملل متحد تحت عنوان « اتم برای صلح»3، نقطه عطفی در استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای بود و ضرورت بهره‌گیری از آن برای آینده بهتر، برای اولین بار به‌طور رسمی و عمومی مورد تأکید قرار گرفت.

اولین نیروگاه هسته‌ای در مقیاس کوچک صنعتی در سال 1954 در شهر اوبنینسک4 واقع در اتحاد جماهیر شوروی و اولین نیروگاه هسته‌ای در مقیاس بزرگ تجاری به‌منظور تولید الکتریسته در منطقه کامبریا واقع در شمال غربی انگلستان درسال 1956 افتتاح شد.

درحال‌حاضر، حدود 10 درصد از انرژی الکتریسته جهان توسط 454 راکتور فعال تولید می‌شود. انرژی هسته‌ای دومین منبع انرژی غیرکربنی پس از انرژی برقابی است و 29 درصد تولید انرژی الکتریسته از منابع با کربن پایین را به خود اختصاص می دهد. (شکل 1)

 

 

تقریباً 50 راکتور دیگر نیز در دست ساخت است که حدود معادل 15درصد ظرفیت انرژی موجود هسته‌ای را تولید خواهند کرد.

در سال 2020، نیروگاه‌های هسته‌ای مجموعاً 2553 تراوات ساعت برق در سراسر جهان تولید کردند. آمریکا با 790، چین با 344 و فرانسه با 338 تراوات ساعت در رتبه‌های اول تا سوم و ایران با 79/5 تراوات ساعت در رتبه 28 جهانی قرار دارند.

226 راکتور تحقیقاتی نیز در بیش از 50 کشور جهان در حال فعالیت هستند که علاوه بر کاربرد تحقیقاتی، برای تولید ایزوتوپ‌های پزشکی و صنعتی و همچنین آموزش مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند.

مجموع کارکرد نیروگاه‌های هسته‌ای در 32 کشور سراسر جهان از آغاز تاکنون، بالغ بر 18 هزار سال تجربه نیروگاهی می‌شود. در واقع، از طریق شبکه‌های انتقال منطقه‌ای، بسیاری از کشورها هم که نیروگاه هسته‌ای ندارند تا حدی به انرژی هسته‌ای وابسته هستند. برای مثال ایتالیا و دانمارک تقریباً 10 درصد برق خود را از انرژی هسته‌ای وارداتی دریافت می‌کنند. زمانی که صنعت هسته‌ای تجاری در دهه 60 میلادی آغاز شد، مرزهای روشنی بین صنایع هسته‌ای بلوک شرق و غرب وجود داشت. امروزه حوزه‌های جداگانه بلوک آمریکا و شوروی دیگر معنا ندارد و صنعت هسته‌ای با تجارت بین‌المللی پیوند خورده است. راکتوری که امروزه در آسیا در حال ساخت است، ممکن است دارای قطعاتی باشد که از کره‌جنوبی، کانادا، ژاپن، فرانسه، آلمان، روسیه و سایر کشورها تأمین می‌شوند. در چرخه تأمین سوخت هسته‌ای نیز، مواد کانی اورانیوم از استرالیا و یا نامیبیا تأمین و در فرانسه فراوری و در هلند غنی شده و سپس برای سوخت راکتوری در امارات متحده عربی، به آن کشور ارسال می‌شود. متعاقباً، در بریتانیا پسماند سوخت مصرفی بازیافت و در کره‌جنوبی مجدداً به سوخت هسته‌ای تبدیل‌ می‌گردد.

13کشور حداقل یک چهارم برق خود را با استفاده از انرژی هسته‌ای در سال 2020 تولید کردند. از نظر سهم انرژی هسته‌ای در تولید برق فرانسه حدود سه چهارم؛ کره‌جنوبی، مجارستان، بلژیک، اسلوونی، بلغارستان، فنلاند، جمهوری‌چک یک سوم؛ آمریکا، بریتانیا، اسپانیا، رومانی و روسیه حدود یک پنجم و اسلواکی و اوکراین بیش از 50 درصد برق مصرفی خود را از انرژی هسته‌ای تأمین می‌کنند.

آژانس بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) به عنوان سازمانی خودمختار در 29 جولای 1957 تأسیس شد. اگرچه طبق اساسنامه آن، سازمانی مستقل است اما به مجمع عمومی سازمان ملل متحد و شورای امنیت گزارش می‌دهد.

این آژانس، سازمان جهانی است که به دنبال ترویج و همکاری علمی و فنی برای استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای و جلوگیری از استفاده از آن برای هر کاربرد نظامی از جمله ساخت سلاح‌های هسته‌ای است. برنامه‌های آژانس توسعه کاربردهای صلح‌آمیز فیزیک هسته‌ای و فنّاوری و انرژی هسته‌ای را تشویق می‌کند، تضمین‌های بین‌المللی را برای سوء‌استفاده نکردن از فنّاوری و مواد هسته‌ای ارائه می‌کند و ایمنی هسته‌ای از جمله حفاظت در برابر تشعشع و جلوگیری از نشت مواد هسته‌ای و همچنین استانداردهای امنیت هسته‌ای و اجرای آنها را ارتقا می‌دهد.

دفتر مرکزی آژانس بین‌المللی انرژی اتمی در وین است و دو دفتر پادمان منطقه‌ای در تورنتو و توکیو، دو دفتر ارتباطی در نیویورک و ژنو و همچنین آزمایشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی در سیبرزدورف اتریش، موناکو و تریست ایتالیا دارد.

به‌طورخلاصه، ماموریت آژانس بین‌المللی انرژی اتمی چنین برشمرده می‌شود:

- آژانس استانداردها و دستورالعمل‌های بین‌المللی را برای استفاده امن و مطمئن از انرژی هسته‌ای به‌منظور حفاظت از انسان و محیط‌زیست تدوین و ترویج می‌کند.

- آژانس با ارائه پشتیبانی فنی و مدیریت دانش، از برنامه‌های هسته‌ای موجود و در حال توسعه در سراسر جهان حمایت می‌کند.

- آژانس به کشورهایی که می‌خواهند برنامه انرژی هسته‌ای را توسعه دهند و همچنین به کشورهایی که قصد دارند برنامه‌ای را از رده خارج کنند، راهنمایی تخصصی و فنی ارائه می‌کند.

- آژانس از طریق پادمان‌ها و فعالیت‌های راستی‌آزمایی خود، بر عدم انحراف استفاده از مواد و فنّاوری هسته‌ای از کاربردهای صلح‌آمیز نظارت می‌کند.

- خدمات مشاوره‌ای به رهبری آژانس بین‌المللی انرژی اتمی؛ پروتکل‌ها و دستورالعمل‌های مرتبط با فعالیت امن و بهینه در مسیر تولید انرژی هسته‌ای، از استخراج اورانیوم تا ساخت، نگهداری و تعمیرات و همچنین از کار انداختن نیروگاه‌های هسته‌ای قدیمی و مدیریت پسماندهای هسته‌ای را در بر می‌گیرد.

- آژانس ذخایر اورانیوم با غنای پایین را در کشور قزاقستان اداره می‌کند که راه‌حــل مناسبی برای تأمین اورانیوم با غنای پایین برای مصارف صلح‌آمیز شمرده می‌شود.

 

 

بسیاری از راکتورهای هسته‌ای جهان برای تحقیق، آموزش، آزمایش مواد و تولید رادیوایزوتوپ‌ها برای بخش‌های پزشکی و صنعت مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند و اساساً کارخانه‌های نوترونی محسوب می‌شوند.

از نظر ابعاد، راکتورهای تحقیقاتی بسیار کوچک‌تر از نیروگاه هسته‌ای و پیش‌ران هسته‌ای دریایی هستند و اکثراً در مراکز علمی و دانشگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. تعداد 226 راکتور تحقیقاتی در 53 کشور جهان فعالند. از نظر تعداد، روسیه با 52 و آمریکا با 50 راکتور تحقیقاتی در مقام‌های اول و دوم و ایران با چهار راکتور در مقام دهم قرار دارند. برخی از آنها با سوخت اورانیوم با غنای بالا کار می‌کنند اما کشورهای جهان و نظام بین‌الملل تلاش خود را ‌بر جایگزین کردن سوخت با غنای پایین و کیفیت بالاتر متمرکز کرده‌اند.

راکتورهای تحقیقاتی شامل طیف گسترده‌ای از راکتورهای هسته‌ای غیرنظامی و تجاری‌اند و عموماً برای تولید نیرو استفاده نمی‌شوند. هدف اصلی از به‌کارگیری راکتورهای تحقیقاتی تهیه منبع نوترونی برای تحقیقات و مصارف پزشکی، صنعتی و کشاورزی است. پرتو نوترونی، خروجی اصلی یک راکتور تحقیقاتی است و این راکتورها بسته به نوع طراحی‌شان ویژگی‌های متفاوتی دارند. آنها نسبت به راکتورهای قدرت که برای تولید برق، گرما و یا پیش‌رانش استفاده می‌شوند، کوچک هستند. در واقع یک راکتور تحقیقاتی مصرف‌کننده خالص انرژی است. توان متعارف یک راکتور تحقیقاتی در حدود 100 مگاوات است و این بسیار کمتر از یک نیروگاه هسته‌ای 3000 مگاواتی است. توان کل مجموع راکتور تحقیقاتی جهان کمی بیش از 3000 مگاوات برآورد می‌شود.

از نظر طراحی راکتورهای تحقیقاتی ساده‌تر از راکتورهای قدرت هستند، در دماهای پایین‌تر کار می‌کنند، به سوخت بسیار کمتری نیاز دارند، پسماند هسته‌ای بسیار کمتری برجای می‌گذارند و سوخت آنها اورانیوم 235 - U با غنای 20 درصد است، اگرچه برخی از انواع قدیمی‌تر این راکتورها هنوز از اورانیوم با غنای 93 درصد استفاده می‌کنند. همچنین قلب یک راکتور تحقیقاتی به دلیل دارا بودن چگالی توان بسیار بالا، نیازمند طراحی خاصی است.

بسیاری از راکتورهای تحقیقاتی با همکاری بین‌المللی مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند و محصولات رادیو ایزوتوپی آنها در سطح بین‌المللی مبادله می‌شوند.

ایزوتوپ‌ها انواع یک عنصر شیمیایی با آرایش و عدد اتمی یکسان در جدول تناوبی هستند که فقط از نظر عدد جرمی و تعداد نوترون متفاوت می‌باشند. بنابراین در هسته‌های دو ایزوتوپ از یک عنصر، تعداد پروتون‌ها یکسان اما تعداد نوترون‌ها متفاوت هستند. برخی از ایزوتوپ‌ها پایداراند زیرا در طول زمان تغییر نمی‌کنند. برخی دیگر ناپایدار یا رادیواکتیو می‌باشند، زیرا هسته آنها در طول زمان از طریق از دست دادن ذرات آلفا و بتا دستخوش تغییرات می‌شود. ویژگی‌های اتم‌های در حال فروپاشی طبیعی، معروف به رادیو ایزوتوپ‌ها، باعث شده تا کاربردهای بسیاری در عرصه‌های گوناگون جهان مدرن داشته باشند.

پزشکی هسته‌ای بخش‌هایی در پزشکی از جمله تصویربرداری، فیــزیک پزشکی و پرتونـــگاری مولکولی را در برمی‌گیرد و از خواص مواد هسته‌ای و رادیو ایزوتوپ‌ها برای تشخیص و درمان بیماری‌ها استفاده می‌کند. داروسازی هسته‌ای نیز به این شاخه از علوم پایه پزشکی کمک می‌کند.

ویژگی‌‌های واپاشی طبیعی عناصر رادیواکتیو یا رادیو ایزوتوپ‌ها، کاربردهای بسیاری در زندگی امروزی بشر دارند.

پزشکی هسته‌ای توانایی ارائه‌ اطلاعات تصویری از فرایندها و عملکردهای متابولیکی بدن را در اختیار بخش بهداشت و درمان قرار می‌دهد. این‌درحالی است که دیگر روش‌های تصویربرداری همچون سی‌تی‌اسکن و ام ‌آرآی، عموماً اطلاعات ساختاری و آناتومیک را ارائه می‌کنند.

استفاده از پرتوها و رادیو ایزوتوپ‌ها در پزشکی به‌ویژه برای تشخیص و درمان، کاملاً شناخته شده و معمول است. هر ساله در کشورهای توسعه‌یافته، یک نفر از هر 50 نفر از خدمات پزشکی تشخیصی هسته‌ای بهره‌مند می‌شود. از سوی دیگر، فراوانی درمان با رادیو ایزوتوپ‌ها حدوداً یک دهم خدمات تشخیصی است.

در پزشکی هسته‌ای، پرتوها برای ارائه اطلاعات در مورد عملکرد اندام‌های خاص یک بیمار و یا برای درمان بیماری مورد استفاده قرار می‌گیرند. در بیشتر موارد، پزشکان می‌توانند از اطلاعات حاصله، به‌ سرعت نوع بیماری را تشخیص دهند. اختلالات در عملکرد تیروئید، استخوان‌ها، قلب، کبد و بسیاری از اندام‌های دیگر با پرتونگاری به راحتی قابل تشخیص هستند.

در پرتودرمانی، درمان برخی بیماری‌ها و از بین بردن بافت‌های سرطانی با استفاده از پرتوهای نافذ مانند: پرتوهای ایکس و امواج آلفا، بتا و گاما امکان‌پذیر است. دستاورد علمی پنج برنده جایزه نوبل به کاربرد ردیاب‌های رادیواکتیو در پزشکی ارتباط داشته است.

بیش از 10 هزار بیمارستان در سراسر جهان از رادیو ایزوتوپ‌ها در پزشکی استفاده می‌کنند و حدوداً 90 درصد از روندهای پزشکی هسته‌ای به تشخیص بیماری مربوط می‌شوند. رایج‌ترین رادیو ایزوتوپ مورد استفاده در تشخیص، تکنسیوم-99

(Tc-99)با حدود 40 میلیون روند تشخیصی در سال است که حدود 80 درصد از کل اقدامات پزشکی هسته‌ای و 85 درصد اسکن‌های تشخیصی در پزشکی هسته‌ای در سراسر جهان را دربرمی‌گیرد.

میزان فراوانی روندهای تشخیصی و درمانی در کشور آمریکا 20 میلیون و در کشورهای اروپایی 12 میلیون مورد در سال است. استفاده از رادیو داروهای تشخیصی سالانه بیش از 10 درصد رشد داشته است. استریل کردن تجهیزات پزشکی نیز یکی دیگر از کاربردهای مهم رادیو ایزوتوپ‌هاست.

کاربرد رادیو ایزوتوپ‌ها در صنعت

در علم و صنعت، از رادیو ایزوتوپ‌ها به روش‌های مختلفی برای بهبود بهره‌وری و در برخی موارد برای گردآوری اطلاعاتی استفاده می‌شود که از هیچ راه دیگری نمی‌توان به دست آورد.

منابع رادیواکتیو در رادیوگرافی صنعتی، کاربردهای مهمی در ردیابی، بازرسی، اندازه‌گیری و آنالیز مواد معدنی دارند.

در بخش تولیدات صنعتی، از رادیو ایزوتوپ‌ها به عنوان ردیاب برای نظارت بر جریان سیالات، فیلتراسیون، نشت‌یابی، اندازه‌گیری سایش موتور و خوردگی تجهیزات استفاده می‌شوند. با افزودن مقادیر کمی از مواد رادیواکتیو با نیمه عمر کوتاه به مواد مورد استفاده در فرایندهای مختلف، می‌توان اختلاط و سرعت جریان طیف وسیعی از مواد از جمله مایعات، پودرها و گازها را مطالعه و محل نشتی را تعیین کرد.

رادیو ردیاب‌ها همچنین به طور گسترده برای بررسی فرایندها و شناسایی علل ناکارآمدی در بخش صنعت استفاده می‌شوند. آنها به‌ویژه در مواردی مفید هستند که بهینه‌سازی فرایند می‌تواند مزایای اقتصادی داشته باشد. کاربرد رادیو ردیاب‌ها در صنعت نفت و گاز نیز برای تعیین وسعت میادین و تخمین ذخائر قابل توجه است.

مواد رادیواکتیو برای بازرسی قطعات فلزی و یکپارچگی جوش در طیف وسیعی از صنایع استفاده می‌شوند. در رادیوگرافی صنعتی گاما، از قدرت نفوذ پرتو گاما در مواد استفاده می‌شود. اشعه گاما هرگونه نقص در قطعات ریخته‌گری فلز یا اتصالات جوشکاری را نشان می‌دهد. این تکنیک امکان بررسی اجزای حیاتی از نظر نواقص و عیوب داخلی تجهیزات و محصولات صنعتی را بدون آسیب و یا تخریب فراهم می‌آورد. بنابراین، آزمایش غیرمخرب5 با رادیوگرافی گاما به‌منظور تأیید یکپارچگی بتن، جوشکاری مخازن سیالات و خطوط لوله و دیگر بخش‌های صنایع سنگین، روشی مؤثر و اقتصادی است.

در ورای کاربرد صنعتی، بسیاری از کشورها از ابتکار ســازمان بین‌المللی انــرژی اتمی برای تست غیرمخرب با بهره‌گیری از رادیوگرافی گاما به‌منظور بررسی و بازرسی سازه‌های ساختمانی پس از بروز بلایای طبیعی نظیر زلزله حمایت کرده‌اند.

 

 

گیج‌ها یا ابزارهای اندازه‌گیری حاوی منابع رادیواکتیو (معمولاً گاما) در تمام صنایعی که اندازه‌گیری سطوح گازها، مایعات و جامدات اهمیت دارند، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. آژانس بین‌المللی انرژی اتمی تخمین می‌زند که چند صد هزار دستگاه از این دست در بخش صنعت در سراسر جهان فعالند.

گیج‌های هسته‌ای در واقع ابزارهای اندازه‌گیری با پرتوهای یونیزه‌کننده هستند و میزان تابش منبع رادیو اکتیوی که در مواد جذب شده است، اندازه‌گیری می‌کنند. این گونه گیج‌ها در جایی کاربرد دارند که گرما، فشار یا مواد خورنده، استفاده از گیج‌های تماس مستقیم را غیرممکن یا دشوار می‌کند. قابلیت استفاده از ایزوتوپ‌های رادیویی برای اندازه‌گیری دقیق ضخامت، کاربرد گسترده‌ای در صنعت تولید انواع ورق دارد.

با ابزارهای اندازه‌گیری هسته‌ای، اندازه‌گیری‌ها را می‌توان بدون تماس فیزیکی با مواد یا محصول مورد بررسی، انجام داد. ضمن اینکه محیط دسترسی گسترش یافته و زمان بازرسی کاهش می‌یابد. بنابراین در این روش نسبت سود به هزینه بسیار مطلوب است.

تاریخ‌گذاری رادیوکربن روشی برای تعیین سن یک جسم حاوی مواد آلی با استفاده از خواص رادیواکتیو ایزوتوپ کربن 14 است که کاربرد فراوانی در زمین‌شناسی، هیدرولوژی، دیرین‌شناسی، رسوب‌شناسی، اقلیم‌شناسی باستانی، انسان‌شناسی و باستان‌شناسی دارد.

کاربرد فنّاوری هسته‌ا‌ی در اکتشافات فضایی

از سال 1961، منابع انرژی رادیو ایزوتوپ تأمین‌کننده مهم انرژی در فضا بوده‌اند. سازمان ملل متحد دفتری برای امور فضای ماورای جو6 دارد که تصمیمات کمیته استفاده صلح‌آمیز از فضای ماورای جو7 را که در سال 1959 تأسیس شد و اکنون 71 کشور عضو دارد، اجرا می‌کند. این دفتر تأیید می‌کند که برای برخی از مأموریت‌ها در فضا، منابع انرژی هسته‌ای به‌دلیل کم‌حجم بودن، عمر طولانی و سایر ویژگی‌ها کاملاً مناسب و یا حتی ضروری‌اند و استفاده از منابع انرژی هسته‌ای در فضا باید بر روی کاربردهایی متمرکز شود که مرتبط با مزیت‌های خاص این منابع هستند. در نتیجه، مجموعه‌ای از اصول فنی را با هدف تولید نیروی الکتریسیته در درون سفاین فضایی برای کاربردهای به غیر از نیروی پیش¬رانش از جمله سامانه‌های رادیو ایزوتوپی و راکتور شکافت هسته‌ای پیشنهاد می‌کند.

ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپی8 اصلی‌ترین منابع نیرو در مأموریت‌های فضایی کشور آمریکا از سال 1961 بوده‌اند. در سفاین فضایی و ماهواره‌ها و کاوشگرها؛ این ژنراتورها گرمای تولید شده در اثر واپاشی پلوتونیوم-238 را به نیروی الکتریسیته تبدیل می‌کنند. کاوشگرهای فضایی وویجر، مأموریت کاسینی به زحل، ماموریت گالیله به مشتری و ماموریت نیو هورایزن به پلوتو همگی توسط ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپی نیرو می‌گیرند. مریخ نوردهای اسپریت و آپورچونیتی از ترکیبی از پنل‌های خورشیدی برای تولید برق و همچنین ژنراتورهای ترمو‌الکتریک رادیوایزوتوپی برای تولید گرما استفاده کرده‌اند. مریخ‌نورد کنجکاوی، بسیار بزرگ‌تر است و از این ژنراتورها برای گرما و برق استفاده می‌کند زیرا پنل‌های خورشیدی قادر به تأمین برق کافی نیستند.

بر اساس چهارمین مطالعه تفصیلی انتشارگازهای گلخانه‌ای IMO در سال 2020، سهم صنعت کشتیرانی (بین‌المللـــی، داخلی، ماهیگیری) از انتشار گازهای گلخانــــه‌ای در سال 2018 بالغ بر 89/2 درصد بوده و انتشـــار این گازها، از جمله دی‌اکسیدکربن، متان و اکسید نیتروژن در حمل‌و‌نقل دریایی از 977 میلیون تُن در سال 2012 به یک میلیارد و 76 میلیون تُن در سال 2018 افزایش یافته است. سازمان IMO متعهد به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای است و به عنوان یک ضرورت فوری قصد دارد در میان‌مدت آنها را از کشتیرانی بین‌المللی حذف کند.

چشم‌انداز استراتژی اولیه سازمان IMO در مورد کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از کشتی‌ها که در ماه آوریل 2018 تصویب شد، دارای دو سطح است.

1) کاهش انتشار اکسیدکربن به میزان 40 درصد تا سال 2030 و 70 درصد تا سال 2050 نسبت به سال 2008؛

2) کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای به میزان 50 درصد تا سال 2050 نسبت به سال 2008 و هم‌زمان پیگیری تلاش‌ها برای حذف کامل آنها برای دستیابی به کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن منطبق با اهداف توافق‌نامه پاریس.

از سوی دیگر، سازمان IMO موضعی قوی در برابر انتشار اکسید سولفور اتخاذ و دستورالعمل IMO 2020 را برای محدود کردن انتشار آن در اول ژانویه 2020 ابلاغ کرد. بر اساس این دستورالعمل، همه کشتی‌ها باید به یک سوخت جایگزین که حاوی کمتر از 5/0 درصد سولفور است، روی آورند.

انرژی هسته‌ای به‌ویژه برای کشتی‌هایی که نیاز به حضور طولانی‌مدت بدون سوخت‌گیری در دریا دارند یا برای پیش‌رانه‌های قدرتمند زیردریایی مناسب است. درحال‌حاضر، نیروی پیش‌رانش بیش از 160 شناور در بخش نظامی و همچنین یخ‌شکن‌های مسیرهای دریایی در مدار قطبی از راکتور هسته‌ای کوچک تأمین می‌شود.

با نگرش به محدودیت‌های استفاده از سوخت‌های فسیلی در حمل‌ونقل دریایی، پاک بودن انرژی هسته‌ای از نظر انتشار گازهای گلخانه‌ای و سابقه مطلوب ناوها و زیردریایی‌های هسته‌ای و همچنین یخ‌شکن‌های هسته‌ای از نظر ایمنی، توجه به نیروی پیش‌ران هسته‌ای در بخش حمل‌ونقل دریایی و همچنین استفاده از انرژی هسته‌ای برای تولید هیدروژن برای سوخت کشتی‌های سبز، جلب شده است.

اواسط سال 2021، مؤسسه جهانی حمل‌و‌نقل هسته‌ای9 راه‌اندازی کارگروه کاربردهای دریایی و پیش‌ران هسته‌ای را برای بحث و توسعه چارچوب‌های قانون‌گذاری به‌منظور به‌کارگیری راکتورهای نسل بعدی در دریا اعلام کرد که موضوعاتی همچون پیش‌ران هسته‌ای در بخش حمل‌ونقل تجاری، نیروگاه‌های هسته‌ای شناور، راکتورهای مدولار کوچک دریایی برای تولید هیدروژن و همچنین حمل‌و‌نقل دریایی راکتورهای مدولار به مناطق مختلف جهان از جمله مناطق قطبی را در بر می‌گیرد.

1- Fission

2 - Fussion

3- Atoms for Peace

4 – Obninsk

5 - Nondestructive Testing (NDT)