परमाणु विज्ञान की रेडियोधर्मिता: ऊर्जा, रेडियो आइसोटोप, उपयोग और सुरक्षा उपाय

परमाणु विज्ञान की ऊर्जा, रेडियो आइसोटोप, उपयोग, सुरक्षा उपाय और रेडियोधर्मिता के बारे में जानने के लिए इस लेख को पढ़ें!

'परमाणु' का अर्थ परमाणुओं की संरचना या व्यवहार और परमाणुओं के नाभिक से संबंधित है।

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परमाणु विज्ञान और प्रौद्योगिकी अध्ययन का एक उन्नत क्षेत्र है, जो 'हाई-टेक' परिदृश्य का एक हिस्सा है, जिसमें परमाणुओं के नाभिक द्वारा छोड़ी गई ऊर्जा, जब वे कुछ परिवर्तनों से गुजरते हैं, का उपयोग न केवल बिजली के स्रोत के रूप में होता है, बल्कि कृषि, उद्योग और चिकित्सा में अनुप्रयोग।

रेडियोधर्मिता:

साधारण हाइड्रोजन में एक प्रोटॉन होता है और कोई न्यूट्रॉन नहीं होता, इसलिए इसका द्रव्यमान संख्या 1. भारी हाइड्रोजन, या ड्यूटेरियम होता है, जिसका द्रव्यमान संख्या 2 होता है, क्योंकि इसमें एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है।

हाइड्रोजन, ट्रिटियम के एक रेडियोधर्मी रूप में द्रव्यमान संख्या 3. इसमें एक प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। साधारण हाइड्रोजन, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम हाइड्रोजन के समस्थानिक हैं। किसी तत्व के सभी समस्थानिकों में समान रासायनिक गुण होते हैं। यूरेनियम के नाभिक में 92 प्रोटॉन होते हैं।

यूरेनियम के सबसे भरपूर आइसोटोप में 146 न्यूट्रॉन होते हैं। इसलिए इसका द्रव्यमान संख्या 238 (92 और 146 का योग) है। वैज्ञानिक इसे आइसोटोप यूरेनियम 238 या यू -238 कहते हैं। यूरेनियम समस्थानिक जिसे लगभग सभी परमाणु रिएक्टर ईंधन के रूप में 143 न्यूट्रॉन के रूप में उपयोग करते हैं, और इसलिए इसका द्रव्यमान संख्या 235 है। इस आइसोटोप को यूरेनियम 235 या यू -235 कहा जाता है।

एक परमाणु प्रतिक्रिया में एक नाभिक की संरचना में परिवर्तन शामिल होते हैं। ऐसे परिवर्तनों के परिणामस्वरूप, नाभिक एक या एक से अधिक न्यूट्रॉन या प्रोटॉन प्राप्त करता है या खो देता है। इस प्रकार यह एक अलग आइसोटोप या तत्व के नाभिक में बदल जाता है। यदि नाभिक एक अलग तत्व के नाभिक में परिवर्तित होता है, तो परिवर्तन को प्रसारण कहा जाता है।

रेडियोधर्मिता वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा परमाणु अपने नाभिक (कोरियर) से विकिरण, या परमाणु कणों और उच्च ऊर्जा की किरणों का उत्सर्जन करते हैं। 2, 300 से अधिक विभिन्न प्रकार के ज्ञात परमाणुओं में से 2, 000 से अधिक रेडियोधर्मी हैं। प्रकृति में केवल लगभग 50 रेडियोधर्मी प्रकार मौजूद हैं। बाकी कृत्रिम तरीके से वैज्ञानिक बनाते हैं।

फ्रांस के एंटोनी हेनरी बेकरेल ने 1896 में प्राकृतिक रेडियोधर्मिता की खोज की। उन्होंने पाया कि यूरेनियम यौगिकों ने विकिरण उत्सर्जित किया था जो एक फोटोग्राफिक प्लेट को प्रभावित करते थे जब वे काले कागज में लिपटे होते थे; उन्होंने एक गैस भी आयनित की। इसके तुरंत बाद, मैरी क्यूरी ने एक और भी अधिक दृढ़ता से रेडियोधर्मी पदार्थ की खोज की, जिसका नाम रेडियम था।

लीड (82) की तुलना में अधिक परमाणु संख्या वाला प्रत्येक तत्व रेडियोधर्मी है। इनमें से कुछ तत्वों के नाभिक दो में विभाजित होकर क्षय कर सकते हैं: यह स्पॉन्टेनियस विखंडन है।

प्राकृतिक रेडियोधर्मिता हल्के तत्वों में से नौ में भी होती है। इनमें से सबसे महत्वपूर्ण ¹⁴ ₆ C (कार्बन) और ⁴⁰ ₁₉ K (पोटेशियम) हैं। आइसोटोप शायद तब बनाया गया था जब पृथ्वी बनाई गई थी।

इसका वर्तमान अस्तित्व इसके 1.25 x 10 ⁹ वर्षों के लंबे जीवन के कारण है; हालांकि यह केवल 0.01% प्राकृतिक पोटेशियम का गठन करता है, लेकिन इसकी उपस्थिति जीवित ऊतक को सराहनीय रूप से रेडियोधर्मी बनाती है। यह या तो बी-उत्सर्जन या इलेक्ट्रॉन पर कब्जा करके क्षय हो सकता है। यह एक परमाणु प्रतिक्रिया द्वारा वायुमंडलीय नाइट्रोजन पर कॉस्मिक किरणों में न्यूट्रॉन की कार्रवाई से लगातार उत्पादित होता है।

सातवीं पंक्ति के तत्वों में से, केवल पांच प्रकृति में गोल हैं; रेडियम, एक्टिनियम, थोरियम, प्रोटैक्टीनियम और यूरेनियम।

विकिरण का उत्सर्जन:

विकिरण के विभिन्न रूप रेडियोधर्मी परमाणुओं के नाभिक में उत्पन्न होते हैं। रेडियोधर्मी विकिरण के तीन प्रकार होते हैं: अल्फा कण, जो पहली बार बीकरेल द्वारा पहचाने गए थे; बीटा किरणें; न्यूजीलैंड के अर्नेस्ट रदरफोर्ड द्वारा पहचाना गया; और गामा किरणें, फ्रांस की मैरी और पियरे क्यूरी द्वारा पहचानी जाती हैं। अल्फा या बीटा किरणों के उत्सर्जन से संक्रामण होता है, लेकिन गामा विकिरण के परिणामस्वरूप परिवर्तन नहीं होता है।

अल्फा कणों में एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है। इनमें दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं, और हीलियम परमाणुओं के नाभिक के समान होते हैं। अल्फा कणों को उच्च ऊर्जा के साथ उत्सर्जित किया जाता है, लेकिन पदार्थ से गुजरते समय तेजी से ऊर्जा खो देते हैं। इन्हें कागज़ की मोटी शीट द्वारा रोका जाता है; हवा में उनके पास कुछ सेंटीमीटर की सीमा होती है, अंततः हवा के अणुओं के साथ टकराव द्वारा आराम करने के लिए लाया जाता है।

वे एक गैस में तीव्र आयनीकरण (उनके अणुओं से इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करके) पैदा करते हैं और विद्युत और बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा विक्षेपित होते हैं। किसी विशेष रेडियोधर्मी पदार्थ द्वारा उत्सर्जित सभी अल्फा-कणों में एक ही गति होती है, प्रकाश की गति के बारे में एक-बीसवीं। अमेरीका केवल अल्फा-कणों का उत्सर्जन करता है।

अल्फा विकिरण ²³⁸ यू में होता है, जो यूरेनियम का एक समस्थानिक है। एक अल्फा कण खोने के बाद, नाभिक में 90 प्रोटॉन और 144 न्यूट्रॉन होते हैं। परमाणु संख्या 90 वाला परमाणु अब यूरेनियम नहीं है, बल्कि थोरियम है। गठित आइसोटोप ²³⁴ ₉₀ Th है।

बीटा किरणें इलेक्ट्रॉन्स होती हैं। कुछ रेडियोधर्मी नाभिक साधारण इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करते हैं, जिन पर नकारात्मक विद्युत आवेश होते हैं। लेकिन अन्य पॉज़िट्रॉन या सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करते हैं। उदाहरण के लिए, कार्बन का एक समस्थानिक, ¹⁴ ₆ C, नकारात्मक इलेक्ट्रॉनों को बंद कर देता है। कार्बन 14 में आठ न्यूट्रॉन और छह प्रोटॉन हैं।

जब इसका नाभिक बदल जाता है, तो एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो में बदल जाता है। इलेक्ट्रॉन और एंटीन्यूट्रिनो के उत्सर्जन के बाद, नाभिक में सात प्रोटॉन और सात न्यूट्रॉन होते हैं। इसका द्रव्यमान संख्या समान रहता है, लेकिन इसका परमाणु क्रमांक 7 नाइट्रोजन है। इस प्रकार, एक नकारात्मक बीटा कण के उत्सर्जन के बाद ¹⁴ ₆ सी ^{14 14} एन में बदल जाता है।

एक कार्बन समस्थानिक, ¹¹ ₆ C, पॉज़िट्रॉन का उत्सर्जन करता है। कार्बन 11 में छह प्रोटॉन और पांच न्यूट्रॉन हैं। जब यह एक पॉज़िट्रॉन का उत्सर्जन करता है, तो एक प्रोटॉन एक न्यूट्रॉन, एक पॉज़िट्रॉन और न्यूट्रिनो में बदल जाता है। पॉज़िट्रॉन और न्यूट्रिनो के उत्सर्जन के बाद, नाभिक में पांच प्रोटॉन और छह न्यूट्रॉन होते हैं। द्रव्यमान संख्या समान रहती है, लेकिन परमाणु संख्या एक से गिरती है।

परमाणु संख्या 5 का तत्व बोरॉन है। इस प्रकार, एक पॉज़िट्रॉन और एक न्यूट्रिनो के उत्सर्जन के बाद ¹¹ ₆ सी ¹¹ ₅ बी में बदल जाता है। स्ट्रोंटियम केवल बीटा कणों का उत्सर्जन करता है। बीटा कण लगभग प्रकाश की गति से यात्रा करते हैं। कुछ 13 मिलीमीटर लकड़ी में घुस सकते हैं।

गामा विकिरण कई तरीकों से हो सकता है। एक प्रक्रिया में, नाभिक द्वारा उत्सर्जित अल्फा या बीटा कण सभी उपलब्ध ऊर्जा को पूरा नहीं करता है। उत्सर्जन के बाद, नाभिक में अपनी सबसे स्थिर स्थिति की तुलना में अधिक ऊर्जा होती है। यह गामा किरणों को उत्सर्जित करके स्वयं को अतिरिक्त रूप से विभाजित करता है। गामा किरणों में कोई विद्युत आवेश नहीं होता है। वे एक्स-रे के समान हैं, लेकिन उनके पास आमतौर पर एक छोटी तरंग दैर्ध्य होती है।

जबकि परमाणु-नाभिक के बाहर ऊर्जा परिवर्तन के कारण एक्स-रे होते हैं, जैसे कि विद्युत-चुंबकीय विकिरण, गामा-किरण, जैसे अल्फा और बीटा-कण, सभी प्रकार के परमाणु नाभिक के अंदर से आते हैं। ये किरणें फोटॉन (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन के कण) हैं और प्रकाश की गति से यात्रा करती हैं। वे अल्फा और बीटा कणों की तुलना में बहुत अधिक मर्मज्ञ हैं।

रेडियम अल्फा-, बीटा- और गामा-किरणों का उत्सर्जन करता है। कोबाल्ट एक शुद्ध गामा स्रोत है।

रेडियोधर्मी क्षय और आधा जीवन:

रेडियोधर्मी क्षय एक ऐसी प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक नाभिक अनायास (स्वाभाविक रूप से) दूसरे समस्थानिक या तत्व के नाभिक में बदल जाता है। यह प्रक्रिया मुख्य रूप से परमाणु विकिरण के रूप में ऊर्जा जारी करती है। क्षय प्रक्रिया अपने हिसाब से होती है और इसे नियंत्रित नहीं किया जा सकता है; यह तापमान परिवर्तनों से अप्रभावित है, और यह होता है कि क्या सामग्री अन्य तत्वों के साथ शुद्ध या संयुक्त है।

यूरेनियम, थोरियम और कई अन्य प्राकृतिक तत्व अनायास नष्ट हो जाते हैं और इसलिए प्राकृतिक, या पृष्ठभूमि, विकिरण में शामिल होते हैं जो हमेशा पृथ्वी पर मौजूद होते हैं। परमाणु रिएक्टर कृत्रिम रूप से रेडियोधर्मी क्षय का उत्पादन करते हैं। परमाणु विकिरण, परमाणु रिएक्टर में उत्पादित ऊर्जा का लगभग 10 प्रतिशत है।

वैज्ञानिकों ने समय की इकाइयों में रेडियोधर्मी क्षय को आधा जीवन कहा जाता है। एक अर्ध-जीवन एक विशेष रेडियोधर्मी तत्व के आधे परमाणुओं या आइसोटोप को दूसरे तत्व या आइसोटोप में क्षय करने के लिए आवश्यक समय के बराबर होता है।

एक रेडियो-आइसोटोप (रेडियोधर्मी समस्थानिक) के नमूने द्वारा समय की दी गई लंबाई में उत्सर्जित कणों की संख्या नमूने में परमाणुओं की संख्या का एक निश्चित प्रतिशत के बराबर होती है। उदाहरण के लिए, ¹¹ सी के किसी भी नमूने में, 3.5 प्रतिशत परमाणु प्रत्येक मिनट टूट जाते हैं। एक मिनट के अंत में, नमूने का केवल 96.5 प्रतिशत ही रहेगा।

दूसरे मिनट के अंत में, पिछले 96.5 प्रतिशत का केवल 96.5 प्रतिशत, या मूल राशि का 93.1 प्रतिशत ही रहेगा। 20 मिनट के अंत में, मूल मात्रा का केवल आधा हिस्सा ही रहेगा। इससे पता चलता है कि ¹¹ C का आधा जीवन 20 मिनट है। किसी पदार्थ से दूर होने वाले इस पदार्थ को रेडियोधर्मी क्षय या परमाणु परिवर्तन कहा जाता है।

अलग-अलग रेडियो-आइसोटोप में अलग-अलग आधे जीवन होते हैं। वे एक सेकंड के भिन्न से लेकर अरबों साल तक हो सकते हैं। कुछ अपवादों के साथ, पता लगाने योग्य मात्रा में प्रकृति में पाया जाने वाला एकमात्र रेडियो-आइसोटोप वे हैं जो कई लाखों या अरबों वर्षों के आधे जीवन के साथ हैं। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि जब पृथ्वी को बनाने वाले तत्व बने थे, तो सभी संभव समस्थानिक मौजूद थे।

आम तौर पर, कम अर्ध-जीवन वाले लोग अल्प मात्रा में कम मात्रा में क्षय करते हैं। लेकिन कुछ स्वाभाविक रूप से होने वाले अल्पकालिक रेडियो-आइसोटोप का निर्माण लंबे समय तक रहने वाले रेडियो-आइसोटोप के क्षय द्वारा किया गया है। उदाहरण के लिए, थोरियम -234, जिसमें एक अल्प-जीवन है, यूरेनियम से निर्मित होता है, जिसका लंबा आधा जीवन होता है।

परमाणु रिएक्टरों में न्यूट्रॉन और अन्य तेज परमाणु कणों के साथ नाभिक पर बमबारी करके सैकड़ों अल्पकालिक रेडियो-आइसोटोप कृत्रिम रूप से उत्पादित किए जाते हैं। जब एक न्यूट्रॉन या अन्य कण एक परमाणु के नाभिक पर हमला करते हैं, तो नाभिक के इसे पकड़ने की संभावना होती है। कुछ मामलों में, एक नाभिक एक कण को ​​पकड़ लेता है और तुरंत अपने स्वयं के कुछ कणों को बंद कर देता है।

परमाणु ऊर्जा:

नाभिकीय ऊर्जा नाभिकीय अभिक्रियाओं से प्राप्त होती है जो भारी नाभिकों के विखंडन को हल्के में या हल्के नाभिकों के संलयन द्वारा भारी मात्रा में करती है। सिद्धांतों में, परमाणु नाभिक बनाने वाले कणों की प्रणाली की बाध्यकारी ऊर्जा परमाणु ऊर्जा है।

यह परमाणुओं के नाभिक में परिवर्तन के परिणामस्वरूप होता है। वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने इस ऊर्जा के लिए कई उपयोग किए हैं, खासकर बिजली उत्पादन में। लेकिन उनके पास अभी तक परमाणु ऊर्जा का पूर्ण उपयोग करने की क्षमता नहीं है। अगर परमाणु ऊर्जा पूरी तरह से विकसित हो जाती, तो यह दुनिया की लाखों वर्षों की बिजली की आपूर्ति कर सकती थी।

एक नाभिक हर परमाणु के द्रव्यमान का अधिकांश भाग बनाता है और इस नाभिक को एक अत्यंत शक्तिशाली बल द्वारा एक साथ रखा जाता है। इस बल के कारण नाभिक में भारी मात्रा में ऊर्जा केंद्रित है।

वैज्ञानिकों ने पहली बार द्वितीय विश्व युद्ध शुरू होने के तीन साल बाद 1942 में शिकागो विश्वविद्यालय में बड़े पैमाने पर परमाणु ऊर्जा जारी की। इस उपलब्धि से परमाणु बम का विकास हुआ। यह 1945 से है कि परमाणु ऊर्जा को बिजली के उत्पादन जैसे शांतिपूर्ण उपयोग के लिए रखा गया है।

आइंस्टीन ने बताया कि यदि शरीर की ऊर्जा एक राशि E से बदलती है, तो इसका द्रव्यमान समीकरण, E = mc ² द्वारा दी गई राशि m से बदल जाता है। निहितार्थ यह है कि कोई भी प्रतिक्रिया जिसमें द्रव्यमान की कमी होती है, जिसे जन दोष कहा जाता है, ऊर्जा का एक स्रोत है।

भौतिक और रासायनिक परिवर्तनों में ऊर्जा और बड़े पैमाने पर परिवर्तन होते हैं; कुछ परमाणु प्रतिक्रियाओं में, जैसे कि रेडियोधर्मी क्षय, लाखों गुना अधिक हैं। परमाणु प्रतिक्रिया के उत्पादों के द्रव्यमान का योग, प्रतिक्रियाशील कणों के द्रव्यमान के योग से कम होता है। यह खोया हुआ द्रव्यमान ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है।

परमाणु विखंडन:

नाभिकीय विखंडन वह प्रक्रिया है जिससे दो या तीन न्यूट्रॉन के उत्सर्जन के साथ एक परमाणु नाभिक दो या अधिक बड़े टुकड़ों में टूट जाता है। यह गामा विकिरण और उत्सर्जित कणों की गतिज ऊर्जा के रूप में ऊर्जा की रिहाई के साथ है।

यूरेनियम -235 के नाभिक में विखंडन अनायास होता है, परमाणु रिएक्टरों में प्रयुक्त मुख्य ईंधन। हालांकि, न्यूट्रॉन के साथ नाभिक पर बमबारी करके भी इस प्रक्रिया को प्रेरित किया जा सकता है क्योंकि न्यूट्रॉन को अवशोषित करने वाला एक नाभिक अस्थिर हो जाता है और जल्द ही विभाजित हो जाता है।

द्रव्यमान दोष बड़ा है और ज्यादातर विखंडन के टुकड़े के रूप में प्रकट होता है। ये बड़ी तेजी से उड़ते हैं, आसपास के परमाणुओं से टकराते हैं और उनका औसत बढ़ाते हैं, यानी उनका तापमान। इसलिए ऊष्मा उत्पन्न होती है।

यदि विखंडन न्यूट्रॉन अन्य यूरेनियम -235 नाभिक को विभाजित करते हैं, तो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया स्थापित की जाती है। व्यवहार में, ऐसा होने से पहले यूरेनियम की सतह से बचकर कुछ विखंडन न्यूट्रॉन खो जाते हैं। यूरेनियम -235 का द्रव्यमान बढ़ने के कारण विखंडन करने वालों से बचने का अनुपात कम हो जाता है।

इसे शुरू करने के लिए श्रृंखला प्रतिक्रिया के लिए एक निश्चित महत्वपूर्ण द्रव्यमान से अधिक होना चाहिए। गंभीर द्रव्यमान इस प्रकार विखंडनीय सामग्री का न्यूनतम द्रव्यमान है जो एक सतत श्रृंखला प्रतिक्रिया से गुजर सकता है। महत्वपूर्ण द्रव्यमान से ऊपर, प्रतिक्रिया अनियंत्रित होने पर परमाणु विस्फोट में तेजी ला सकती है।

U-238 आइसोटोप एक आदर्श परमाणु रिएक्टर ईंधन बना देगा क्योंकि यह प्रकृति में प्रचुर मात्रा में है। लेकिन U-238 नाभिक आमतौर पर विखंडन के बिना मुक्त न्यूट्रॉन अवशोषित करते हैं। एक अवशोषित न्यूट्रॉन बस नाभिक का हिस्सा बन जाता है। दुर्लभ यूरेनियम आइसोटोप U-235 एकमात्र प्राकृतिक सामग्री है जिसका उपयोग परमाणु रिएक्टर श्रृंखला प्रतिक्रिया का उत्पादन करने के लिए कर सकते हैं। U-235 की प्रचुर मात्रा वाले यूरेनियम को समृद्ध यूरेनियम कहा जाता है।

परमाणु रिऐक्टर:

एक परमाणु रिएक्टर एक परमाणु ऊर्जा स्टेशन का केंद्रीय घटक है जो विद्युत ऊर्जा के स्रोत के रूप में उपयोग के लिए नियंत्रित परिस्थितियों में परमाणु ऊर्जा उत्पन्न करता है।

पावर रिएक्टर में आमतौर पर तीन मुख्य भाग होते हैं। वे (1) रिएक्टर, या दबाव, पोत हैं; (२) कोर; और (3) नियंत्रण छड़।

रिएक्टर पोत अन्य रिएक्टर भागों रखता है। यह रिएक्टर भवन के आधार के पास स्थापित है। पोत में स्टील की दीवारें कम से कम 15 सेंटीमीटर मोटी होती हैं। स्टील पाइप पानी और भाप ले जाने के लिए जहाज से बाहर और अंदर जाते हैं।

कोर में परमाणु ईंधन होता है और ऐसा रिएक्टर का हिस्सा होता है जहां विखंडन होता है। कोर रिएक्टर पोत के नीचे के पास है। इसमें मुख्य रूप से एक ऊपरी और निचले समर्थन प्लेट के बीच में स्थित परमाणु ईंधन होता है।

नियंत्रण छड़ लंबी धातु की छड़ होती है जिसमें बोरान या कैडमियम जैसे तत्व होते हैं। ये तत्व मुक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित करते हैं और इस प्रकार एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने में मदद करते हैं। नियंत्रण छड़ को कोर में डाला जाता है या एक चेन रिएक्शन को धीमा करने या गति देने के लिए वापस लिया जाता है।

मॉडरेटर और शीतलक:

रिएक्टर संचालन भी पदार्थों पर निर्भर करता है जिन्हें मध्यस्थ और शीतलक कहा जाता है। एक मॉडरेटर एक पदार्थ है, जैसे पानी या कार्बन, जो न्यूट्रॉन को धीमा कर देता है जो इससे गुजरता है। रिएक्टरों को एक मध्यस्थ की आवश्यकता होती है क्योंकि विखंडन द्वारा जारी न्यूट्रॉन तेजी से न्यूट्रॉन होते हैं। लेकिन धीमी न्यूट्रॉन को U-238 और U-235 के मिश्रण में एक चेन रिएक्शन का कारण बनने की आवश्यकता होती है जो रिएक्टर ईंधन के रूप में उपयोग करते हैं।

शीतलक एक पदार्थ है, जैसे पानी या कार्बन डाइऑक्साइड, जो अच्छी तरह से गर्मी का संचालन करता है लेकिन आसानी से मुक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित नहीं करता है। शीतलक चेन रिएक्शन से गर्मी वहन करता है। ऐसा करने से, शीतलक सर्वर दोनों रिएक्टर कोर को पिघलने से रोकने और भाप का उत्पादन करने के लिए करते हैं।

कई पावर रिएक्टर हल्के पानी के रिएक्टर होते हैं, जो मॉडरेटर और शीतलक दोनों के रूप में हल्के (साधारण) पानी का उपयोग करते हैं। भारी पानी के रिएक्टरों में ड्यूटेरियम ऑक्साइड या भारी पानी का उपयोग किया जाता है, जो कि मॉडरेटर और शीतलक दोनों के रूप में होता है। ग्रेफाइट एक और मॉडरेटर है। भारतीय रिएक्टर (तारापुर को छोड़कर) भारी पानी का उपयोग करते हैं।

ईंधन तैयारी:

हल्के जल रिएक्टरों में उपयोग किए गए यूरेनियम को समृद्ध किया जाना चाहिए - अर्थात, U-235 का प्रतिशत बढ़ाना चाहिए। नि: शुल्क न्यूट्रॉन फिर U-235 नाभिक हड़ताली का एक बेहतर मौका है।

भाप उत्पादन:

रिएक्टर महत्वपूर्णता प्राप्त करता है जब ईंधन में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए प्रेरित किया गया है, औसतन, प्रत्येक विखंडन प्रतिक्रिया के लिए एक और प्रतिक्रिया।

प्रकाश जल रिएक्टर दो मुख्य प्रकार के होते हैं। एक प्रकार, दबावयुक्त पानी रिएक्टर, रिएक्टर पोत के बाहर भाप का उत्पादन करता है। अन्य प्रकार, उबलते पानी के रिएक्टर, बर्तन के अंदर भाप बनाता है।

अधिकांश परमाणु संयंत्र दबाव वाले पानी रिएक्टरों का उपयोग करते हैं। ये रिएक्टर बेहद उच्च दबाव में कोर में मॉडरेटर-पानी को गर्म करते हैं। दबाव वास्तव में उबलने के बिना पानी को 100 ° C के अपने सामान्य क्वथनांक से गर्म करने की अनुमति देता है। श्रृंखला प्रतिक्रिया पानी को लगभग 320 ° C तक गर्म करती है। पाइप इस बेहद गर्म ले जाते हैं, हालांकि उबलते नहीं, रिएक्टरों के बाहर भाप जनरेटर के लिए पानी। भाप जनरेटर में दबाव वाले पानी को उबालने से पानी गर्म होता है और इससे भाप बनती है।

एक उबलते पानी के रिएक्टर में, चेन रिएक्शन कोर में मॉडरेटर- पानी को उबालता है। पाइप रिएक्टर से निकलने वाली भाप को प्लांट की टर्बाइन तक ले जाते हैं।

भारत में, मानक रिएक्टर प्रकार दबावयुक्त भारी जल रिएक्टर है।

ईंधन की छड़ को समय-समय पर हटाया जाना चाहिए और समय-समय पर रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पादों और छोटी मात्रा में प्लूटोनियम -239 को अप्रयुक्त यूरेनियम से अलग करना होगा। प्लूटोनियम -239 का उत्पादन रिएक्टर में होता है जब यूरेनियम -238 तेजी से विखंडन न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है; यूरेनियम -235 की तरह, यह विखंडन से गुजरता है और फास्ट-ब्रीडर रिएक्टरों में और परमाणु हथियार बनाने के लिए उपयोग किया जाता है।

प्रायोगिक ब्रीडर रिएक्टर:

सबसे महत्वपूर्ण प्रकार का प्रायोगिक प्रजनक अपने मूल ईंधन के रूप में भरपूर मात्रा में यूरेनियम आइसोटोप-यू -238 का उपयोग करता है। रिएक्टर यू -238 को आइसोटोप प्लूटोनियम 239 (पु- 239) में रेडियोधर्मी क्षय द्वारा बदल देता है। U-235 की तरह, Pu-239 एक चेन रिएक्शन बना सकता है और इसलिए इसका इस्तेमाल ऊर्जा उत्पादन के लिए किया जा सकता है।

एक अन्य ब्रीडर प्राकृतिक तत्व थोरियम को अपने मूल ईंधन के रूप में उपयोग करता है। यह थोरियम को आइसोटोप U-233 में बदल देता है, जो श्रृंखला प्रतिक्रिया भी उत्पन्न कर सकता है। भारत ने चेन्नई के कलपक्कम में एक प्रायोगिक ब्रीडर रिएक्टर विकसित किया है, जिसमें मिश्रित कार्बाइड ईंधन और सोडियम को शीतलक के रूप में इस्तेमाल किया गया है।

परमाणु संलयन:

परमाणु संलयन तब होता है जब दो हल्के नाभिक फ्यूज (संयोजन) और एक भारी तत्व के नाभिक का निर्माण करते हैं। संलयन के उत्पाद मूल नाभिक के संयुक्त भार से कम वजन के होते हैं। इसलिए खोई हुई वस्तु को ऊर्जा में बदल दिया गया है। बड़ी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न करने वाली संलयन प्रतिक्रियाएं केवल अत्यधिक तीव्र गर्मी के माध्यम से बनाई जा सकती हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं को थर्मो-परमाणु प्रतिक्रिया कहा जाता है। थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं सूर्य और हाइड्रोजन बम दोनों की ऊर्जा का उत्पादन करती हैं।

एक थर्मो-परमाणु प्रतिक्रिया केवल प्लाज्मा में हो सकती है, पदार्थ का एक विशेष रूप जिसमें मुक्त इलेक्ट्रॉनों और मुक्त नाभिक होते हैं। आम तौर पर, नाभिक एक दूसरे को पीछे हटाते हैं।

लेकिन अगर हल्के परमाणु नाभिक वाले प्लाज्मा को कई लाखों डिग्री गर्म किया जाता है, तो नाभिक इतनी तेजी से बढ़ने लगता है कि वे एक दूसरे के विद्युत अवरोधों और फ्यूज से टूट जाते हैं।

फ्यूजन को नियंत्रित करने की समस्याएं:

वैज्ञानिक अभी तक बिजली उत्पादन के लिए संलयन की ऊर्जा का उपयोग करने में सफल नहीं हुए हैं। उनके संलयन प्रयोगों में, वैज्ञानिक आम तौर पर उन प्लास्मों के साथ काम करते हैं जो हाइड्रोजन के एक या दो समस्थानिकों से बने होते हैं। ड्यूटेरियम को एक आदर्श थर्मो-परमाणु ईंधन माना जाता है क्योंकि यह साधारण पानी से प्राप्त किया जा सकता है। ड्यूटेरियम का एक दिया गया वजन यूरेनियम के समान वजन के रूप में लगभग चार गुना अधिक ऊर्जा की आपूर्ति कर सकता है।

एक नियंत्रित थर्मो-परमाणु प्रतिक्रिया का उत्पादन करने के लिए, ड्यूटेरियम या ट्रिटियम या दोनों समस्थानिकों के एक प्लाज्मा को कई लाखों डिग्री गरम किया जाना चाहिए। Bui वैज्ञानिकों ने अभी तक एक कंटेनर विकसित करने की तुलना में सुपरहॉट प्लाज्मा धारण किया है।

अधिकांश प्रायोगिक संलयन रिएक्टरों को "चुंबकीय बोतलों" में सुपरहॉट प्लाज्मा को विभिन्न कॉइल जैसी आकृतियों में घुमाया जाता है। बोतलों की दीवारें तांबे या किसी अन्य धातु से बनी होती हैं। दीवारें एक चुंबक से घिरी हुई हैं।

एक विद्युत प्रवाह चुंबक के माध्यम से पारित किया जाता है और दीवारों के अंदर पर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। चुंबकत्व प्लाज्मा को दीवारों से दूर और प्रत्येक कॉइल के केंद्र की ओर धकेलता है। इस तकनीक को चुंबकीय कारावास कहा जाता है सभी फ्यूजन डिवाइस इस प्रकार विकसित हुए हैं; हालाँकि, वे बनाने की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा का उपयोग करते हैं।

सबसे सफल फ्यूजन रिएक्टर, जिसे एक टोकामक कहा जाता है, मूल रूप से रूसी वैज्ञानिकों द्वारा डिजाइन किया गया था। टोकामक का अर्थ है रूसी में मजबूत धारा। अन्य प्रायोगिक संलयन रिएक्टरों की तरह, एक टोकामक एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है जो प्लाज्मा को अपनी दीवारों से दूर धकेलता है। यह प्लाज्मा के माध्यम से एक मजबूत प्रवाह भी गुजरता है। प्लाज्मा को परिभाषित करने में चुंबकीय क्षेत्र के साथ वर्तमान कार्य करता है। इंस्टीट्यूट ऑफ प्लाज़्मा रिसर्च, अहमदाबाद में शोध के उद्देश्य से भारत ने एक टोमाकम आदित्य विकसित किया है।

संलयन को प्राप्त करने के लिए एक अन्य प्रयोगात्मक विधि जमे हुए ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के छोटे छर्रों को संपीड़ित करने और गर्म करने के लिए लेजर के बीम का उपयोग करता है। यह प्रक्रिया लघु थर्मो-परमाणु विस्फोट बनाती है जो छर्रों से युक्त दीवारों तक पहुंचने से पहले ऊर्जा जारी करती है। लेकिन इस पद्धति के साथ सभी प्रयोगों ने अभी तक उपयोग करने योग्य ऊर्जा का उत्पादन नहीं किया है।

परमाणु हथियार:

परमाणु हथियार विखंडन प्रकार (परमाणु हथियार) या फ्यूजन प्रकार (थर्मोन्यूक्लियर या हाइड्रोजन हथियार) के हो सकते हैं।

परमाणु अणु के विभाजन से विखंडन हथियारों को अपनी विनाशकारी शक्ति मिलती है। ऐसे हथियारों में विखंडन के लिए केवल तीन प्रकार के परमाणुओं को उपयुक्त माना जाता है। ये परमाणु यूरेनियम (U) समस्थानिक U-235 और U-238 के हैं और प्लूटोनियम (Pu) समस्थानिक, पु -239 हैं। एक अनियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया में तेजी आती है, उदाहरण के लिए, U-235 के दो टुकड़े एक साथ आते हैं और महत्वपूर्ण द्रव्यमान को पार कर जाते हैं।

तीव्र गर्मी के तहत संलयन परमाणु नाभिक से थर्मोन्यूक्लियर हथियार अपनी शक्ति प्राप्त करते हैं। थर्मोन्यूक्लियर हथियारों में लगे न्यूक्लियर हाइड्रोजन के समस्थानिक, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम हैं। संलयन प्रतिक्रियाओं को सूर्य के कोर में पाए जाने वाले तापमान की तुलना में अधिक या उससे अधिक तापमान की आवश्यकता होती है।

विखंडन विस्फोट के माध्यम से ऐसे तापमान सी को प्राप्त करने का एकमात्र व्यावहारिक तरीका है। इस प्रकार, थर्मोन्यूक्लियर विस्फोट एक प्रत्यारोपण-प्रकार के विखंडन उपकरण द्वारा ट्रिगर होते हैं। (प्रत्यारोपण विधि में, एक उप-राजनीतिक द्रव्यमान को छोटी मात्रा में संपीड़ित करके सुपरक्रिटिकल बनाया जाता है।)

प्रथम परमाणु हथियार दो विखंडन बम थे जिनका उपयोग संयुक्त राज्य अमेरिका ने द्वितीय विश्व युद्ध (1939-1945) के दौरान किया था। युद्ध में, प्रत्येक जापानी शहर हिरोशिमा और नागासाकी पर गिरा दिया गया था।

परमाणु विस्फोटक उपकरणों की एक विस्तृत विविधता हो सकती है। कुछ पुराने बमों में लगभग 20 मेगाटन या 1, 540 हिरोशिमा बम थे। एक मेगाटन 907, 000 मीट्रिक टन टीएनटी द्वारा जारी ऊर्जा की मात्रा है। आज, मिसाइलों की अधिक सटीकता के कारण, अधिकांश परमाणु उपकरणों में 1 मेगाटन से कम की पैदावार होती है।

radioisotopes:

विकिरण के विभिन्न रूप रेडियोधर्मी परमाणुओं के नाभिक में उत्पन्न होते हैं। रेडियोधर्मी विकिरण के तीन प्रकार होते हैं: अल्फा कण, जो पहली बार बीकरेल द्वारा पहचाने गए थे; बीटा किरणों की पहचान, अर्नेस्ट रदरफोर्ड द्वारा की गई; और गामा किरणें, मैरी और पियरे क्यूरी द्वारा पहचानी जाती हैं। अल्फा या बीटा किरणों के उत्सर्जन से संक्रामण होता है, लेकिन गामा विकिरण के परिणामस्वरूप परिवर्तन नहीं होता है।

एक तत्व को दूसरे कृत्रिम रूप से बदला जा सकता है। Ail कृत्रिम रेडियो आइसोटोप को स्थिर आइसोटोप रेडियोधर्मी बनाकर निर्मित किया जाता है - अर्थात, अस्थिर, उनके नाभिक को तोड़ने के लिए छोटे कणों और ऊर्जा (रेडियोधर्मिता) को छोड़ते हैं। लीड (82) की तुलना में परमाणु संख्या के साथ प्रत्येक तत्व रेडियोधर्मी है।

परमाणु रिएक्टर में रेडियोधर्मी तत्वों द्वारा उत्सर्जित कणों और किरणों के साथ कृत्रिम रेडियोसोटोप का उत्पादन किया जा सकता है। वे साइक्लोट्रॉन जैसे कण त्वरक में परमाणुओं को तोड़कर भी उत्पादित कर सकते हैं। यह तथ्य कि रेडियोधर्मी पदार्थों का उनके विकिरण से पता लगाया जा सकता है, उन्हें कई क्षेत्रों में उपयोगी बनाता है।

रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग चिकित्सा में नैदानिक ​​उद्देश्यों के लिए प्रभावी रूप से किया जाता है। अर्सेनिक -74 का उपयोग ट्यूमर का पता लगाने के लिए किया जाता है। सोडियम -24 का उपयोग संचार प्रणाली में रक्त के थक्कों का पता लगाने के लिए किया जाता है। थायरॉयड ग्रंथि की गतिविधि को निर्धारित करने के लिए आयोडीन -131 (1-131) का उपयोग किया जाता है। कोबाल्ट -60 का उपयोग कैंसर के उपचार में किया जाता है; उपयोग में भी इरिडियम -192, और सीज़ियम -137 हैं।

भारत में रेडियो आइसोटोप का उत्पादन 1956 में ट्रॉम्बे में अनुसंधान रिएक्टर अप्सरा के कमीशन के साथ शुरू हुआ। रेडियोएमोटोप उत्पादन क्षमता 1963 में संवर्धित की गई जब 40MWt वायरस ट्रॉम्बे में सक्रिय हो गया। 1985 में ध्रुव को BARC द्वारा परिचालन में लाने के साथ, भारत रेडियोआइसोटोप के व्यापक स्पेक्ट्रम के प्रमुख उत्पादक के रूप में सामने आया।

ट्रॉम्बे के अनुसंधान रिएक्टर विभिन्न उपयोगों के लिए कई प्रकार के रेडियो आइसोटोप का उत्पादन करते हैं। पावर रिएक्टर कोबाल्ट -60 रेडियोआइसोटोप का उत्पादन करने के लिए भी सुसज्जित हैं।

VECC पर चर ऊर्जा साइक्लोट्रॉन का उपयोग रेडियो आइसोटोप के निर्माण के लिए भी किया जाता है, जो चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए संसाधित होते हैं। BARC और BRIT के माध्यम से DAE द्वारा दी जाने वाली विकिरण और रेडियो आइसोटोप आधारित उत्पादों और सेवाओं में रेडियो स्रोत और औद्योगिक रेडियोग्राफी उपकरण शामिल हैं; विकिरण का पता लगाने, गाद आंदोलन, और जल विज्ञान में अनुप्रयोगों में रेडियोधर्मी प्रौद्योगिकियां; विकिरण प्रसंस्करण, विकिरण बहुलकीकरण, मिट्टी-लवणता और अन्य।

BRIT को इस तकनीक के अनुप्रयोगों के लिए विभिन्न रेडियोसोटोप और उनके व्युत्पन्न उत्पादों और औद्योगिक रेडियोग्राफी उपकरण और गामा विकिरण उपकरणों की आपूर्ति के लिए जिम्मेदारी सौंपी गई है।

मुंबई में BARC का रेडिएशन मेडिसिन सेंटर (RMC), रेडियो निदान और रेडियोथेरेपी के क्षेत्र में देश का एक प्रमुख केंद्र, दक्षिण-पूर्व-एशिया के लिए विश्व स्वास्थ्य संगठन (WHO) का एक क्षेत्रीय रेफरल केंद्र है।

केंद्र की गतिविधियां परमाणु चिकित्सा और संबद्ध सेवाओं, नैदानिक ​​निदान और उपचार, रेडियोफार्मास्यूटिकल्स के इन-हाउस विकास, थायरॉयड हार्मोन और ट्यूबरकुलर एंटीजन और एंटीबॉडी आदि के लिए आरआईए प्रौद्योगिकी के क्षेत्र को कवर करती हैं।

चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए रेडियो आइसोटोप भी कोलकाता में चर ऊर्जा साइक्लोट्रॉन का उपयोग करके निर्मित होते हैं। क्षेत्रीय विकिरण चिकित्सा केंद्र (आरआरएमसी) देश के पूर्वी क्षेत्र की रेडियो नैदानिक ​​और रेडियोथेरेपी आवश्यकताओं को पूरा करता है। इंदौर में कैट ने चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए लेजर विकसित किए हैं।

भारत में, विकिरण चिकित्सा उत्पादों के नसबंदी के लिए दशकों से उपयोग में है। ट्रॉम्बे में एक वाणिज्यिक विकिरण नसबंदी संयंत्र (ISOMED) चिकित्सा उद्योग को नसबंदी सेवाएं प्रदान करता है। मुंबई के वाशी में ISOPHARM नाम की एक बड़ी रेडियोफार्मास्युटिकल प्रयोगशाला स्थापित की गई है।

इसोमेड के समान पौधे बेंगलुरु, नई दिल्ली और जोधपुर में काम कर रहे हैं। ब्लड बैंकों और अस्पतालों में उपयोग के लिए, BRIT ने एक रक्त विकिरण उपकरण विकसित किया है जो एक महत्वपूर्ण आयात विकल्प है।

रेडियो आइसोटोप के उपयोग:

उद्योग में गामा किरणों का उपयोग धातु के कास्टिंग या कमजोर बिंदुओं के लिए तेल पाइपलाइनों में वेल्ड की जांच के लिए किया जा सकता है। धातु के माध्यम से किरणें गुजरती हैं और कमजोर स्थानों के विपरीत स्थानों पर एक फोटोग्राफिक फिल्म को गहरा करती हैं। निर्माता एक रेडियो-आइसोटोप रख सकते हैं जो सामग्री की शीट के ऊपर बीटा कणों का उत्सर्जन करता है।

दूसरी तरफ एक बीटा-कण डिटेक्टर विकिरणों की ताकत को मापता है। यदि शीट की मोटाई बढ़ जाती है, तो कम कण डिटेक्टर तक पहुंचते हैं। डिटेक्टर रोलर्स को नियंत्रित कर सकता है और वांछित मोटाई पर शीट रख सकता है। गामा विकिरण का उपयोग कीट नियंत्रण में किया जा सकता है, विशेषकर भंडार में। विकिरणित भोजन का एक लंबा शैल्फ जीवन होता है।

रिसर्च में वैज्ञानिक पौधों और जानवरों के शरीर में रसायन कैसे काम करते हैं, यह निर्धारित करने के लिए, रेडियो-आइसोटोप का उपयोग कैंसर के रूप में करते हैं। किसी तत्व के सभी समस्थानिक रासायनिक रूप से समान होते हैं, इसलिए रेडियो-आइसोटोप का उपयोग उसी तरह से किया जा सकता है जैसे कि साधारण आइसोटोप का।

उदाहरण के लिए, एक पौधे में फास्फोरस के पाठ्यक्रम का पता लगाने के लिए, एक वनस्पति विज्ञानी साधारण फास्फोरस के साथ रेडियोधर्मी फास्फोरस मिला सकता है। यह जानने के लिए कि जब फास्फोरस एक पत्ती तक पहुँचता है, वह एक गीजर काउंटर रख सकता है, जो पत्ती पर रेडियोधर्मिता का पता लगाता है। यह पता लगाने के लिए कि फास्फोरस पत्ती में कहां रहता है, वह पत्ती को फोटोग्राफिक प्लेट पर रख सकता है। विकसित प्लेट में, एक ऑटोरैडियोोग्राफ कहा जाता है, अंधेरे क्षेत्र रेडियो-आइसोटोप की स्थिति दिखाते हैं।

चिकित्सा में:

रेडियो-आइसोटोप का उपयोग परमाणु चिकित्सा नामक एक विशेषता का हिस्सा है। रेडियो-आइसोटोप का मुख्य उपयोग शरीर के विभिन्न अंगों के कार्य का अध्ययन करना है। इसे पूरा करने के लिए, एक डॉक्टर एक वाहक पदार्थ से जुड़े रेडियोएसोटोप को प्रशासित करता है। वाहक पदार्थ उस अंग में जमा हो जाता है जिसे डॉक्टर अध्ययन करना चाहते हैं।

उदाहरण के लिए, यदि चिकित्सक किसी मरीज के गुर्दे के कार्य का अध्ययन करना चाहता है, तो एक रेडियो-आइसोटोप एक वाहक पदार्थ से जुड़ा होगा जो गुर्दे में जमा होता है। जैसे ही रेडियो-आइसोटोप टूट जाता है, यह गामा किरणों का उत्सर्जन करता है। कुछ किरणों को एक उपकरण द्वारा उठाया जाता है जिसे स्कैनर कहा जाता है। डॉक्टर यह निर्धारित करने के लिए स्कैनर पर छवि पढ़ता है कि क्या गुर्दे ठीक से काम कर रहे हैं।

रेडियोसिसोटोप का उपयोग कैंसर के इलाज के लिए भी किया जाता है। बड़ी खुराक में विकिरण जीवित ऊतकों, विशेष रूप से विभाजन के दौर से गुजरने वाली कोशिकाओं को नष्ट कर देता है। क्योंकि कैंसर कोशिकाएं सामान्य कोशिकाओं की तुलना में अधिक बार विभाजित होती हैं, विकिरण सामान्य लोगों की तुलना में अधिक कैंसर कोशिकाओं को मारता है। एक डॉक्टर एक रेडियो-आइसोटोप का उपयोग करके इस तथ्य का लाभ उठा सकता है जो एक कैंसर अंग में जमा होता है।

उदाहरण के लिए, आयोडीन के एक रेडियो-आइसोटोप, 1-131 का उपयोग थायरॉयड ग्रंथि के कैंसर के इलाज के लिए किया जा सकता है, क्योंकि यह ग्रंथि आयोडीन जमा करती है। जैसे ही रेडियोएक्टिव आयोडीन परिवर्तित होता है, यह कैंसर कोशिकाओं को मारने वाले विकिरण को बंद कर देता है। कोबाल्ट -60 का उपयोग कैंसर के उपचार में भी किया जाता है। आर्सेनिक- 74 ट्यूमर का पता लगाने के लिए कार्यरत है। संचार प्रणाली में रक्त के थक्के सोडियम -24 द्वारा स्थित हैं।

कृषि में:

रेडियोसोटोप का उपयोग पौधों में प्राकृतिक आनुवंशिक उत्परिवर्तन को बढ़ावा देने के लिए किया गया है ताकि जल्दबाजी में प्रजनन हो, या नई विशेषताओं के साथ पौधों को विकसित किया जा सके। रेडियोसोटोप से उर्वरकों की दक्षता का भी अध्ययन किया जा सकता है। बीएआरसी के पास आनुवंशिक इंजीनियरिंग, एंजाइम प्रौद्योगिकी और ऊर्जा से संबंधित क्षेत्रों में अनुसंधान में सहायता के लिए फॉस्फोरस -32 लेबल बायोमोलेक्यूलस के विकास और उत्पादन का कार्यक्रम है।

भू-जल पुनर्भरण, बांधों और नहर प्रणालियों में सीपेज, तटीय जल में समुद्री जल घुसपैठ का अध्ययन करने के लिए आइसोटोप का उपयोग किया जा रहा है।

रेडियोधर्मी डेटिंग:

रेडियोकार्बन डेटिंग एक प्रक्रिया है जिसका उपयोग किसी प्राचीन वस्तु की आयु का निर्धारण उसकी रेडियोकार्बन सामग्री को मापने के लिए किया जाता है। यह तकनीक 1940 के दशक के अंत में अमेरिकी रसायनज्ञ विलार्ड एफ। लिब्बी द्वारा विकसित की गई थी।

रेडियोकार्बन परमाणु, सभी रेडियोधर्मी पदार्थ की तरह, एक सटीक और समान दर पर क्षय। रेडियोकार्बन का आधा लगभग 5, 700 वर्षों के बाद गायब हो जाता है। इसलिए, रेडियोकार्बन में उस अवधि का आधा जीवन होता है।

लगभग 11, 400 वर्षों के बाद, रेडियोकार्बन की मूल मात्रा का एक चौथाई अवशेष। एक और 5, 700 वर्षों के बाद, केवल एक आठवीं बनी हुई है, और इसी तरह।

एक जीवित जीव के ऊतकों में रेडियोकार्बन बेहद धीरे-धीरे कम हो जाता है, लेकिन जब तक जीव जीवित रहता है तब तक इसे लगातार नवीनीकृत किया जाता है। जीव के मरने के बाद, यह अब हवा या भोजन में नहीं लेता है, और इसलिए यह अब रेडियोकार्बन को अवशोषित नहीं करता है। ऊतकों में पहले से मौजूद रेडियोकार्बन निरंतर दर से घटता रहता है। ज्ञात दर पर यह स्थिर क्षय - लगभग 5, 700 वर्षों का आधा जीवन - वैज्ञानिकों को एक वस्तु की आयु निर्धारित करने में सक्षम बनाता है।

वैज्ञानिकों द्वारा किसी ऑब्जेक्ट के रेडियोकार्बन सामग्री को मापने के बाद, वे इसकी तुलना ट्री-रिंग में रेडियोकार्बन से करते हैं जिनकी उम्र ज्ञात है। यह तकनीक उन्हें अतीत में अलग-अलग समय में वायुमंडल में रेडियोकार्बन सामग्री की छोटी विविधता की भरपाई करने में सक्षम बनाती है। ऐसा करने से, वैज्ञानिक किसी वस्तु के रेडियोकार्बन युग को अधिक सटीक तिथि में परिवर्तित कर सकते हैं।

यूरेनियम -238 जैसे रॉक नमूनों की डेटिंग के लिए बहुत लंबे जीवन वाले रेडियो आइसोटोप का उपयोग किया जाता है। यूरेनियम -235 जो लीड 207 हो जाता है; थोरियम 232, जो लीड 208 हो जाता है; रुबिडियम 87, जो स्ट्रोंटियम 87 में बदलता है; और पोटेशियम 40, जो आर्गन 40 में बदलता है, रेडियोसोटोप है जिसका उपयोग चट्टानों की आयु की गणना करने के लिए किया जा सकता है।

परमाणु खतरे और सुरक्षा मुद्दे:

हाल ही में परमाणु संयंत्रों में निहित खतरों के बारे में बहुत आशंका है - विकिरण के खतरे, अपशिष्ट निपटान, विनाशकारी दुर्घटनाओं की आशंका। हालांकि कुछ खतरे वास्तविक हैं, परमाणु वैज्ञानिक बताते हैं कि उनमें से कई वैज्ञानिक तथ्यों और निष्पक्ष अवलोकन पर आधारित नहीं हैं।

विकिरण खतरा:

इसमें कोई संदेह नहीं है कि विकिरण जीवित कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाता है - लेकिन यह विकिरण की तीव्रता और जोखिम के समय पर निर्भर करता है। जब एक जटिल कार्बनिक कोशिका का एक परमाणु विकिरण के संपर्क में होता है, तो आयनीकरण होता है और अणु विघटित हो जाते हैं, जैविक प्रणाली पर प्रतिकूल प्रभाव डालते हैं, कभी-कभी तो कोशिका को नष्ट भी कर देते हैं।

जबकि उच्च खुराक घातक हैं, कम खुराक का संचयी प्रभाव हो सकता है और कैंसर का कारण हो सकता है, विशेषकर त्वचा और ल्यूकेमिया का। यह लसीका ऊतकों, तंत्रिका तंत्र और प्रजनन अंगों को प्रभावित कर सकता है। हालांकि, मरने के प्रतिकूल प्रभाव विकिरण की उच्च और निरंतर खुराक के बाद होता है।

रिएक्टरों से हवा और पानी में रेडियोधर्मिता की रिहाई होती है, लेकिन इसे एईआरबी द्वारा निर्धारित सीमा के भीतर अच्छी तरह से रखा जाता है। ब्रह्माण्डीय किरण परमाणु कणों द्वारा पृथ्वी पर लगातार बमबारी की जा रही है (एक मानव द्वारा अनुभव किया जाने वाला 65 प्रतिशत प्राकृतिक विकिरण इसी के कारण है)।

स्थलीय और अतिरिक्त-स्थलीय स्रोतों से पृष्ठभूमि विकिरण परमाणु संयंत्रों से विकिरण की तुलना में बहुत अधिक है। परिस्थितियों में, परमाणु संयंत्रों से विकिरण जोखिम एक नगण्य मात्रा का है। विकिरण का डर इसलिए पैदा होता है क्योंकि अधिकांश लोग विकिरण जोखिम के लिए किसी भी "सुरक्षित स्तर" पर विश्वास करने को तैयार नहीं होते हैं।

परमाणु अपशिष्ट से खतरा:

परमाणु खतरे का दूसरा पहलू कचरा प्रबंधन है। रेडियोधर्मी कचरे से निपटने की सामान्य तकनीक में अधिक से अधिक रेडियोधर्मिता को संकेंद्रित और समाहित करना है, और पर्यावरण को केवल कम सांद्रता स्तर के रूप में जितना संभव हो उतना कम प्रवाहित करना है।

नरोरा और रावतभाटा जैसे अंतर्देशीय स्थलों पर, निम्न स्तर के तरल कचरे को न्यूनतम स्तर पर पर्यावरण में छुट्टी दे दी जाती है। तारापुर और चेन्नई जैसे तटीय स्थलों पर समुद्र में महत्वपूर्ण फैलाव संभव है। ठोस कचरे के लिए, विभिन्न प्रकार के युक्तियों का उपयोग किया जाता है और भूवैज्ञानिक और जियोहाइड्रोलॉजिकल मूल्यांकन के आधार पर चयनित साइटों पर स्थित होते हैं।

U-235 का विखंडन कई रेडियोएक्टिव समस्थानिकों का निर्माण करता है, जैसे स्ट्रोंटियम 90, सीज़ियम 137, और बेरियम 140। स्ट्रॉन्शियम और सीज़ियम समस्थानिकों के कारण ये अपशिष्ट लगभग 600 वर्षों तक रेडियोधर्मी और खतरनाक बने रहते हैं। यदि ये भोजन या पानी की आपूर्ति में मिल जाते हैं, तो उन्हें लोगों के शरीर में ले जाया जा सकता है, जहां वे नुकसान पहुंचा सकते हैं।

उदाहरण के लिए, शरीर रेडियोधर्मी स्ट्रोंटियम और कैल्शियम के बीच अंतर करने में असमर्थ है। कचरे में प्लूटोनियम और अन्य कृत्रिम रूप से बनाए गए तत्व हजारों वर्षों तक रेडियोधर्मी बने रहते हैं। यहां तक ​​कि कम मात्रा में, प्लूटोनियम मनुष्यों में कैंसर या आनुवंशिक (प्रजनन) क्षति का कारण बन सकता है।

बड़ी मात्रा में विकिरण बीमारी और मृत्यु का कारण बन सकता है। इन कचरे का सुरक्षित निपटान परमाणु ऊर्जा उत्पादन में शामिल समस्याओं में से एक है। कचरे को सावधानीपूर्वक अक्रिय ठोस मैट्रिस में शामिल करके और कनस्तरों में रखकर उन्हें प्रबंधित किया जाता है, जिन्हें रेडियोधर्मिता से वांछित स्तर तक ठंडा होने तक रखा जाता है। अंत में, कनस्तरों को उपयुक्त भूवैज्ञानिक मीडिया में संग्रहीत किया जाता है। हालाँकि, समस्या पूरी तरह से हल नहीं हुई है।

परमाणु विस्फोट के प्रभाव:

लोगों, इमारतों, और पर्यावरण पर परमाणु विस्फोट के जो प्रभाव होते हैं, वे कई कारकों के आधार पर बहुत भिन्न हो सकते हैं। इन कारकों में मौसम, इलाक़ा, पृथ्वी की सतह के संबंध में विस्फोट का बिंदु और हथियार की उपज शामिल हैं।

हथियार के विस्फोट से चार बुनियादी प्रभाव पैदा होंगे:

(i) ब्लास्ट वेव:

विस्फोट एक आग के गोले के गठन के साथ शुरू होता है, जिसमें धूल के बादल होते हैं और बहुत उच्च दबाव में बेहद गर्म गैसों के होते हैं। विस्फोट के बाद एक सेकंड का एक हिस्सा, गैसों का विस्तार करना शुरू कर देता है और एक विस्फोट लहर बनाता है, जिसे एक सदमे की लहर भी कहा जाता है।

ब्लास्ट वेव और विंड संभवत: 5 किलोमीटर ग्राउंड जीरो से 5 किलोमीटर और ग्राउंड जीरो से 5 से 10 किलोमीटर के बीच के अधिकांश लोगों को मार देंगे। समूह शून्य के 10 किलोमीटर के भीतर कई अन्य लोग घायल हो जाएंगे।

(ii) थर्मल विकिरण:

इसमें आग के गोले द्वारा दिया गया पराबैंगनी, दृश्यमान और अवरक्त विकिरण शामिल हैं। पराबैंगनी विकिरण हवा में कणों द्वारा तेजी से अवशोषित होता है, और इसलिए यह थोड़ा नुकसान पहुंचाता है। हालांकि, दृश्य और अवरक्त विकिरण आंखों की चोटों के साथ-साथ त्वचा के जलने का कारण बन सकता है जिसे फ्लैश बर्न कहा जाता है।

हिरोशिमा और नागासाकी की 20 से 30 फीसदी मौतें फ्लैश बर्न के कारण हुईं। थर्मल विकिरण समाचार पत्रों और सूखी पत्तियों जैसे अत्यधिक ज्वलनशील पदार्थों को भी प्रज्वलित कर सकता है। इन सामग्रियों के जलने से बड़ी आग लग सकती है।

(iii) प्रारंभिक परमाणु विकिरण:

यह विस्फोट के बाद पहले मिनट के भीतर बंद कर दिया जाता है। इसमें न्यूट्रॉन और गामा किरणें होती हैं। न्यूट्रॉन और कुछ गामा किरणें आग के गोले से लगभग तुरंत निकलती हैं। गामा किरणों के बाकी हिस्सों को रेडियोधर्मी सामग्री के एक विशाल मशरूम के आकार के बादल द्वारा दिया जाता है जो विस्फोट से बनता है। परमाणु विकिरण मानव कोशिकाओं की सूजन और विनाश का कारण बन सकता है और सामान्य सेल प्रतिस्थापन को रोक सकता है।

विकिरण की बड़ी खुराक मौत का कारण बन सकती है। प्रारंभिक परमाणु विकिरण से किसी व्यक्ति को कितना नुकसान होगा, यह ग्राउंड ज़ीरो के संबंध में व्यक्ति के स्थान पर निर्भर करता है। प्रारंभिक विकिरण ताकत में तेजी से घटता है क्योंकि यह ग्राउंड जीरो से दूर जाता है।

(iv) अवशिष्ट परमाणु विकिरण:

यह विस्फोट के एक मिनट बाद आता है। विखंडन द्वारा बनाई गई अवशिष्ट विकिरण में गामा किरणें और बीटा कण होते हैं। संलयन द्वारा निर्मित अवशिष्ट विकिरण मुख्य रूप से न्यूट्रॉन से बना होता है। यह पत्थर, मिट्टी, पानी और अन्य सामग्रियों के कणों पर हमला करता है जो मशरूम के आकार के बादल बनाते हैं। परिणामस्वरूप, ये कण रेडियोधर्मी हो जाते हैं। जब कण पृथ्वी पर वापस आते हैं, तो उन्हें फॉलआउट के रूप में जाना जाता है। पृथ्वी की सतह के करीब एक विस्फोट होता है, जितना अधिक उत्पादन होता है।

शुरुआती फॉलआउट में भारी कण होते हैं जो विस्फोट के बाद पहले 24 घंटों के दौरान जमीन तक पहुंचते हैं। ये कण जमीनी शून्य से ज्यादातर नीचे की ओर गिरते हैं। शुरुआती नतीजे अत्यधिक रेडियोधर्मी हैं और जीवित चीजों को मारेंगे या गंभीर रूप से नुकसान पहुंचाएंगे।

विस्फोट के बाद विलंबित फॉलआउट 24 घंटे से लेकर कई वर्षों तक जमीन पर पहुंचता है। इसमें छोटे, अक्सर अदृश्य होते हैं, कण जो अंततः पृथ्वी के बड़े क्षेत्रों में कम मात्रा में गिर सकते हैं। विलंबित फॉलआउट केवल जीवित चीजों के लिए दीर्घकालिक विकिरण क्षति का कारण बनता है। हालांकि, यह क्षति कुछ व्यक्तियों के लिए गंभीर हो सकती है।

सुरक्षा उपाय:

परमाणु ऊर्जा उत्पादन के मुख्य खतरों में एक रिएक्टर द्वारा उत्पादित रेडियोधर्मी सामग्री की बड़ी मात्रा होती है। ये सामग्रियां अल्फा, बीटा और गामा किरणों के रूप में विकिरण को बंद कर देती हैं। इसलिए, परमाणु संयंत्रों के लिए साइटों को सुरक्षा मानकों को ध्यान में रखते हुए चुना जाता है। पौधों को सुरक्षात्मक उपायों की एक श्रृंखला के माध्यम से सुरक्षित संचालन के लिए डिज़ाइन किया गया है। मानव त्रुटि, उपकरणों की खराबी, और अत्यधिक प्राकृतिक घटनाओं की संभावनाओं को पहचानते हुए, पौधों को "रक्षा-गहराई" की अवधारणा पर डिज़ाइन किया गया है।

एक रिएक्टर पोत मोटे कंक्रीट ब्लॉकों से घिरा हुआ है जिसे ढाल कहा जाता है, जो सामान्य रूप से लगभग सभी विकिरण को भागने से रोकता है।

परमाणु ऊर्जा वाले देशों में, नियम परमाणु संयंत्रों से अनुमत विकिरण की मात्रा को सीमित करते हैं। प्रत्येक पौधे में ऐसे उपकरण होते हैं जो लगातार पौधे के अंदर और आसपास रेडियोधर्मिता को मापते हैं। यदि रेडियोधर्मिता पूर्व निर्धारित स्तर से ऊपर उठती है तो वे स्वचालित रूप से अलार्म सेट कर देते हैं। यदि आवश्यक हो, तो रिएक्टर बंद हो जाता है।

एक पौधे की नियमित सुरक्षा के उपाय गंभीर दुर्घटना की संभावना को कम करते हैं। फिर भी, हर संयंत्र में आपातकालीन सुरक्षा प्रणाली होती है। संभव आपात स्थिति एक रिएक्टर पानी के पाइप में एक ब्रेक से रिएक्टर पोत से विकिरण के रिसाव तक होती है। ऐसी कोई भी आपात स्थिति स्वतः ही एक प्रणाली को सक्रिय कर देती है जो तुरंत रिएक्टर को बंद कर देती है, एक प्रक्रिया जिसे स्क्रैमिंग कहा जाता है। स्क्रैमिंग को आमतौर पर नियंत्रण छड़ के तेजी से सम्मिलन द्वारा पूरा किया जाता है।

रिएक्टर के पानी के पाइप में रिसाव या टूटने के गंभीर परिणाम हो सकते हैं अगर इसके परिणामस्वरूप कूलेंट का नुकसान होता है। एक रिएक्टर बंद होने के बाद भी, रिएक्टर कोर में बची रेडियोधर्मी सामग्री पर्याप्त शीतलक के बिना इतनी गर्म हो सकती है कि कोर पिघल जाएगी। मेल्टडाउन नामक इस स्थिति के परिणामस्वरूप खतरनाक मात्रा में विकिरण निकल सकता है।

ज्यादातर मामलों में, एक बड़ी रिएक्टर संरचना जो एक रिएक्टर का निर्माण करती है, रेडियोधर्मिता को वायुमंडल में जाने से रोकती है। हालाँकि, इस बात की बहुत कम संभावना है कि पिघले हुए कोर, कंस्ट्रक्शन संरचना के फर्श के माध्यम से जलने और पृथ्वी की गहराई में जाने के लिए पर्याप्त गर्म हो सकते हैं।

परमाणु इंजीनियरों ने इस प्रकार की स्थिति को "चीन सिंड्रोम" कहा है। इस तरह की दुर्घटना को होने से रोकने के लिए, सभी रिएक्टर एक आपातकालीन कोर शीतलन प्रणाली से सुसज्जित हैं, जो शीतलक के नुकसान के मामले में स्वचालित रूप से पानी के साथ कोर को बाढ़ कर देता है।

देश भर के व्यावसायिक श्रमिकों द्वारा प्राप्त बाहरी विकिरण खुराक की निगरानी मासिक आधार पर की जाती है। फिल्म निगरानी सेवा चिकित्सा, औद्योगिक और अनुसंधान संस्थानों में काम करने वाले लोगों को प्रदान की जाती है। रिएक्टरों में काम करने वाले लोगों, ईंधन के पुनर्संसाधन संयंत्रों और एक्सेलेरेटरों को थर्मो-ल्यूमिनेटस डोसमीटर निगरानी सेवा और तेज़ न्यूट्रॉन निगरानी सेवा प्रदान की जाती है।

रेडियोलॉजिकल प्रोटेक्शन पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग (ICRP) ने विकिरण श्रमिकों के लिए 20 MSV प्रति वर्ष की एक प्रभावी खुराक सीमा की सिफारिश की है जो आगे के प्रावधान के साथ पांच वर्षों में औसतन है कि प्रभावी खुराक किसी भी एक वर्ष में 50 MSV से अधिक नहीं होनी चाहिए।

IAEA अंतर्राष्ट्रीय परमाणु घटना पैमाने पर घटनाओं को वर्गीकृत करता है- गंभीरता के आधार पर 4-7 का एक पैमाना। जिन घटनाओं को 'दुर्घटनाएँ' कहा जा सकता है - स्तर 4 और उससे ऊपर के पैमाने - सभी अब तक पश्चिम में हुआ है (चेरनोबिल 7 पैमाने पर था; नरोरा की आग 3 स्तर पर लगाई गई थी)। क्या अधिक है, हथियार परिसरों में सुरक्षा से संबंधित समस्याओं की अधिक से अधिक डिग्री है।