Nükleer teknolojiler başka nerede kullanılıyor? Hangi sektörlerde?

İnsan hayatının çok geniş alanlarından bahsediyoruz. Endüstriyel teknolojiler, gıda üretiminin yoğunlaştırılması (yeşil devrim), su arzının iyileştirilmesi, tarımda, ilaçta vb.

Tüm bu uygulamalar, nükleer iyonlaştırıcı radyasyonun belirli özelliklerine dayanmaktadır - yüksek penetrasyon kabiliyeti, seçici enstrümantal ölçüm olasılığı, canlı organizmalar üzerinde sterilize edici etki (büyük doz). Buradakiler kullanıldıkları alanlara sadece birkaç örnek.

Navigasyon sistemleri, açık deniz ve uzay keşfi

Radyoaktif bozunma ısı üretir ki bu da, elektrik enerjisine dönüştürülür örneğin termoelektrik ve termiyonik metotlar ile. Isıl çiftler yaygın radyoizotop termoelektrik jeneratörlerinde (RTG) kullanılır. Bir ısıl çift, farklı iletkenlerden veya yarı iletkenlerden oluşan bir devredir. Temas noktaları farklı sıcaklıklarda sabit tutulursa, bunun ardından devrede termal elektromotor kuvveti oluşur ve devre kapatıldığında akım içinden akar. Kontaklardan birini ısıtmak için radyoaktif bozunmayı kullanarak termoelektrik dönüşümü uyguluyoruz ve son derece kararlı ve dayanıklı bir elektrik kaynağı elde ediyoruz. RTG'lerin bu olağanüstü özellikleri; navigasyon sinyali ve radyo sinyali, meteorolojik gözlem istasyonları ve diğer ekipmanlar için enerji kaynakları olarak kullanılmalarını teşvik etmiştir. Uzay ve açık deniz araçlarında kullanımları daha da etkileyici olabilir. Mesela, Amerikan uzay araçları Voyager 1 ve 2, Cassini ve birinci ve ikinci Viking'in derinlik sondaları, bir radyoizotop “kalp” ile teçhiz edilmişti. Bugün, Voyager 1 neredeyse güneş sisteminin sınırında yer alıyor ve güvenilir bir şekilde çalışmaya devam ediyor. Bilim adamları RTG'lerinin 2025 yılına kadar güvenilir bir şekilde çalışacağına inanıyorlar (Voyager 1 1977'de işletmeye alınmıştır). Böylece, bu uzay aracı güneş sisteminin sınırlarını aşan ilk yapay kitle olabilir.

Radyoizotop enerji kaynakları, derin uzayın, artık fotosel kullanılarak elektrik üretmek için güneş ışığının kullanılamayacağı yerlerin incelenmesi için vazgeçilmez konumda.

Gama ışını kusur tespiti yöntemi, yapısal malzemelerin bütünlüğünün temas olmaksızın kontrol edilmesine imkân tanıyor.

İyonlaştırıcı radyasyon kaynakları, fotoğraf malzemeleri, kâğıt ve kauçuk ürünlerinin üretiminde tezgahlarda biriken statik elektriği gidermek için kullanılır. Radyonüklit içeren sensörler, çeşitli seviye göstergeleri, mesafe ölçerler, duman dedektörlerinin üretimi için mühendislik alanında yaygın bir biçimde kullanılmaktadır.

Radyoizotop ışık kaynakları son zamanlarda şeffaf ampullerde güvenli bir şekilde kapatılmış gazlı radyonüklitler (Trityum, Kripton-85) kullanılarak tasarlanmıştır. Özellikle, uzak bölgelerdeki hava alanlarının iniş şeritlerini işaretlemek, çeşitli sinyal sistemleri oluşturmak için vs. kullanılır.

Bilimsel araştırmalar

Radyonüklitler ve bu şekilde yayılan iyonlaştırıcı radyasyon bilimsel araştırmalarda yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. Mesela, bir radyonüklidin incelenen bir moleküle ile birleştirilmesi durumunda, bu, yüksek hassasiyetli radyasyon dedektörleri kullanarak molekülün hareketini ve kimyasal dönüşümlerini gözlemeyi mümkün hâle getirecektir. Bu metot çok karmaşık moleküller ile ilgilenen biyologlar için özel bir öneme sahiptir. Böylece, biyologlar kan kaybının ardından insan vücudunun yoğun olarak demir tükettiğini ve tiroit bezi hastalıkları durumunda ise iyodun yoğun bir şekilde emildiğini tespit edebilmiştir. Aynı şekilde kimyagerler de şanslı; çok az miktarlarda maddenin tespit edilmesi için, radyometrik dedektörlerin yüksek hassasiyetiyle ilişkilendirilen benzersiz bir metot elde etmiş oldular.

X-ışını radyasyonunun kullanılması, bilim insanlarının, malzemelerin güçlerini ve diğer yapısal özelliklerini doğrudan etkileyen kristal yapılarını tespit etmelerini mümkün kılar. Radyoaktivasyon ve X-ışını analizi, malzeme bilimi tarihinde yeni bir sayfa açtı. Bir malzemenin (örneğin çelik) bileşimi numuneye temas etmeden, onu tahrip etmeden belirlenebildi. Geleneksel analiz metalin çözünmesini gerektirir. Fakat bu pahalı bir mücevherse ve orijinal olup olmadığını belirlemeniz gerekiyorsa; X-ışını floresan analizi, mücevher maddesini tahrip etmeden bu görevin kolayca üstesinden gelebilir.

Arkeoloji ve jeoloji

Doğal radyonüklitlerin dağılımının çalışılması arkeolojide ve jeolojide önemli bir rol oynamıştır. Karbon 14 yöntemi yaygın bir biçimde bilinir ve 60 bin yıla kadar olan arkeolojik keşiflerin yaşının belirlenmesine imkân tanır. Uranyum, toryum ve bunların bozunma ürünlerinin -kararlı kurşun- konsantrasyon oranı kayaların ve bizatihi dünyanın yaşını tahmin etmeyi mümkün hâle getirdi. 21. yüzyılda galaksimizdeki yıldızların yaşını belirlemek için radyoizotop tarihleme kullanılmaya başlanmıştır. Yaş tespitine ek olarak, nüfuz edici gama radyasyonunun kullanılması sanat eserlerini ve değerli arkeolojik keşifleri korumayı sağlar. Mesela, Mısır'da Firavun II. Ramses mumyası dahi, bir defasında radyasyon yardımıyla kurtarıldı. Mumyanın 1974'te nüfuz edici gama radyasyonu ile işlem görmesi tehlikeli mikroorganizmaların yok edilmesini ve değerli eserin korunmasını sağlamıştır.

Tıp ve teşhis araştırmaları

Radyoaktivitenin keşfi, radyoaktif maddelerin ve radyasyonun özelliklerinin incelenmesi, radyasyon ile ilgili araştırmalardan elde edilen yeni bilgiler bilim insanlarını insanlığın ihtiyaçları için bunları nasıl kullanacaklarıi sorusu ile karşı karşıya bıraktı.

1898'de radyum (Ra) izotopu keşfedildi ve diğer özelliklerinin haricinde Radyumdan yayılan iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalma nedeniyle kanser hücrelerini yok etme yeteneği keşfedildi. O tarihten bu yana barışçıl atom insan sağlığının hizmetine girdi ve nükleer tıbbın kademeli olarak gelişimi başladı.

Nükleer tıp, radyofarmasötikler kullanılarak çeşitli hastalıkların teşhisi ve tedavisi için bir metottur; enjeksiyon, yutma veya soluma yoluyla vücuda giren radyoaktif maddeler. Ağrısız ve güvenlidir ve etkisi fevkaladedir. Vücuttan gelen zayıf radyo emisyonu, çeşitli organlar ve muhtemel patolojiler hakkında doğru bilgiler alınmasını sağlar. Bu türden bilgileri başka yollarla elde etmek maliyetli araştırmalar veya ameliyat gerektirir veya tamamen imkânsızdır. Metodun benzersizliği, radyoaktif emisyonun organ içinden gelmesi ve röntgen, bilgisayarlı tomografi veya manyetik rezonans görüntülemede olduğu gibi dışarıdan iletilmemesidir. Bu durum, ilgilenilen organı daha yüksek bir seviyede keşfetmenize imkân tanır. Ortaya çıkan görüntü, yukarıdaki durumlarda olduğu gibi sadece anatomik anomalileri değil, aynı zamanda biyolojik süreçleri de gösterir. Örneğin, görüntüleme türlerinden biri - PET (pozitron emisyon tomografisi) - sadece bu organda şeker kullanımının doğasıyla birçok hastalığın yerini doğru bir şekilde tespit edebilir.

Nükleer tıp, floroskopide kullanılanlara benzer gama ışınları kullanmaktadır. İnceleme yapılan organdan gelen zayıf radyasyon, hastanın vücudundan birkaç santimetre uzağa yerleştirilen özel bir kamera tarafından kaydedilir. Bu birkaç dakika kadar sürmektedir. Kameralar hastayı rahatsız etmeden sessiz bir biçimde çalışır ve kalp fonksiyonu ve beyin kan dolaşımını incelerken, beyin hücrelerini, böbreklerin, akciğerlerin ve midenin gereği gibi çalışmasını, vitaminlerin sindirilebilirliği ve kemik dokusunun yoğunluğunu incelerken elde edilen bilgiler birçok durumda paha biçilmez değerde olabilir.

Nükleer tıp, röntgenle ile görülebilir olmalarından önce en küçük kemik kırıklarını tespit edebilir. Bu metot ayrıca kanseri ve tedavi edilebilirliğini tespit edebilir, epileptik kasılmaların yerini, Parkinson ve Alzheimer hastalıklarının, kalp krizinin sonuçlarını ve nakledilen organların durumunu tespit edebilir. Tanıya ek olarak, nükleer tıp iyileştirici işlevleri yerine getirmektedir. Belirli kanser türleri, kemik kanseri ve Graves-Basedow hastalığının tedavisinde etkili bir şekilde kullanılır.

Nükleer tıpta kullanılan radyoaktif madde miktarı çok azdır, bu nedenle maruz kalma riski geleneksel floroskopi riskinden daha fazla değildir. Çoğu insan, günümüzde insanlığın bu hastalıkla radyasyon kullanarak mücadele ettiğini hâlen bilmiyor.

Tarım

Bilim, radyasyonun yeryüzündeki evrim için ana unsurlardan biri olduğunu kanıtlamıştır. Biyologlara göre, hayatın oluşmasından bu yana geçen süre boyunca gezegende ilkel yosunlardan devasa dinozorlara kadar yaklaşık 1 milyar canlı organizma türü gelişmiştir. Radyasyon artalanı, dünyadaki hayatın mükemmelliğinin ön koşullarından biridir. Radyasyona ışık ve ısı kadar ihtiyaç duyulmaktadır. Artalan radyasyonunda hafif bir artışla, insan bedenindeki metabolizma hızlanır ve artalanda oluşan bir azalmayla metabolizma %30-50 oranında azalır. "Sıfır" radyasyonla bitki tohumları büyümeyi durdurur ve canlı organizmalar artık çoğalmaz.

21. yüzyılda radyasyon teknolojisinin kullanımı, tarım ürünlerinin verimini ve korunmasını %5-20 oranında artırarak çağımızın ana global problemlerinden biri olan açlık sorununun çözümünde etkili olabilir.

İtalya'da endüstriyel bir tesis patates ve soğanların radyasyonla ışınlanması için uzun süredir faaliyet göstermektedir.

Uluslararası Uzay İstasyonundaki Amerikan astronotları dahi radyasyonla sterilize edilmiş yiyecekler tüketmektedir. Gerçek şu ki, gıdalar bu tür işlemlerden sonra çok uzun süre saklanırlar ve lezzetlerinden bir şey kaybetmezler. Işınlama ile sterilizasyon teknolojisi sadece dünyanın gelişmiş ülkelerinde değil, aynı zamanda Dünya Sağlık Örgütü, Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu ve BM Gıda ve Tarım Örgütü tarafından da kesinlikle güvenli kabul edilmektedir.

İyonlaştırıcı radyasyon başka nerede uygulanır?

Dünya pratiğinde, atık su ve atıkları dezenfekte etmede, çeşitli malzemelerin özelliklerini sentezlemek ve değiştirmekte, su kaynaklarını araştırmakta, toprak erozyonunu teşhis etmekte, tohum çimlenmesini arttırmada, yeni bitki türlerini yetiştirmede, böcek sayısını kontrolünde, insanların kitlesel hastalıklarını kontrol etmede, uçak buzlanma alarmında ve üretim süreçlerinin otomasyonunda radyasyon kullanımına dair örnekler vardır.

Radyasyon ve nükleer teknolojiler en umut vaat eden teknolojilerdendir. Gelişme göstermeleri ülkenin modernizasyonunda önemli bir faktördür.