علوم و فنون هسته ای جزو فن آوری های پیش رفته و برتر در عصر کنونی است. امروزه تاثیر این علوم در گسترش دانش بشری، تسلط بر طبیعت، تامین رفاه و پیشرفت زندگی بشر غیر قابل تردید بوده و به درستی می توان آن را از عناصر و محور های اصلی توسعه ی پایدار و از عوامل مهم اقتدار یک کشور به شمار آورد.

در واقع، در طول نیم قرن گذشته، در نتیجه تلاش پیگیر پژوهشگران، این فناوری نقش مهمی در رشد صنعت، کشاورزی و پزشکی ایفا کرده است اما کاربردهای فناوری هسته ای در ارتقا سایر علوم و فناوریها در حوزه های مختلفی جای می‌گیرد. در ادامه به اختصار به آنها پرداخته می‌شود:

7-1- کاربرد تکنیک های فناوری هسته ای در بخش تولید الکتریسیته

همانگونه که قبلا نیز اشاره شده است حدود دو سوم از جمعیت جهان در کشورهایی زندگی می‌کنند که نیروگاه‌های هسته‌ای آنها در زمینه تولید برق و زیرساخت‌های صنعتی نقش مکمل را ایفا می‌کنند. نیمی از مردم جهان در کشورهایی زندگی می‌کنند که نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای در آنها در حال برنامه‌ریزی و یا در دست ساخت هستند. به این ترتیب، توسعه سریع نیروی هسته‌ای جهان مستلزم بروز هیچ تغییر بنیادینی نیست و تنها نیازمند تسریع راهبردهای موجود است. مزایای استفاده از این منبع انرژی در تولید زباله های کمتر، انرژی بیشتر و سازگاری با محیط زیست (عدم تولید دی‌اکسیدکربن و گازهای گل خانه ای) می باشد.


7-2- کاربرد تکنیک های فناوری هسته ای در بخش پزشکی و بهداشتی

طبق آمار سازمان های بهداشتی، میزان افراد سرطانی در کشور‌های در حال توسعه تا سال 2015 هر ساله 10 میلیون نفر افزایش یافته است. این در حالی است که شیوه های زندگی در حال تغییر است. اکثر کشور‌های در حال توسعه، دارای متخصصان کافی در این زمینه یا دستگاه‌های رادیو تراپی نیستند تا بتوانند به طور موثر و ایمن با بیماران سرطانی خود تعامل کنند. در حدود 15 کشور آفریقایی و چند کشور آسیایی، حتی یک دستگاه رادیو تراپی نیز وجود ندارد. آژانس بین المللی انرژی اتمی در این زمینه برای کمک به کشور ها، برنامه هایی را تدارک دیده است. هم چنین از تکنیک های هسته ای در ساخت داروهای هسته ای نیز استفاده می شود. به طور کلی، می‌توان موارد ذیل را به عنوان مصادیق کاربرد تکنیک های هسته ای در حوزه ی پزشکی نام برد:

ـ تهیه و تولید رادیو داروی ید - 113، برای تشخیص بیماری های تیروئید و درمان آن ها

ـ تهیه و تولید کیت های رادیو دارویی برای مراکز پزشکی هسته ای

ـ کنترل کیفی رادیو داروهای خوراکی و تزریقی، برای تشخیص و درمان بیماری ها

ـ تهیه و تولید کیت های هورمونی

ـ بررسی مراکز عفونی در بدن

ـ تشخیص سرطان‌های کولون، پانکراس، روده کوچک و برخی سرطان های سینه،سرطان پروستات

ـ شناخت محل تومور های سرطانی و بررسی تومور های مغزی، سینه و ناراحتی های ریوی

ـ تصویر گیری بیماری های قلبی، تشخیص عفونت ها و التهاب مفصلی، آمبولی و لخته های وریدی

ـ تشخیص کم خونی ها یا سندرم اختلال در جذب ویتامین12B

ـ تولید دزیمتر های جیبی و محیطی

ـ استریلیزاسیون لوازم پزشکی یک بار مصرف.

7-3- کاربرد فناوری هسته ای در بخش کشاورزی

8-1-مطالعات پدیده فتوسنتز: پایه واساس رشد گیاهانی که زندگی انسان به آن وابسته است فتوسنتز است در این پدیده گاز دی اکسید کربن از هوا و آب و عناصر معدنی از خاک جذب شده وبه کمک انرزی خورشید در برگ و بخشهای سبز گیاه به ترکیبات پیچیده آلی که همان مواد غذائی(گندم،برنج،سیب زمینی)،پوشاکی (پنبه و کتان) و مصالح ساختمانی چوب است تبدیل می شود.در این پدیده گاز اکسیژن نیز آزاد می شود که وجود آن برای تنفس حیاتی است.علوفه مورد تغذیه دام ها (کاه و یونجه)نیز محصول همین پدیده است که در بدن دام به گوشت و شیر و تخم مرغ تبدیل می شود.با نشاندار کردن کربن (استفاده از کربن رادیو اکتیو)گاز دی اکسید کربن و یا نشاندار کردن اکسیژن آب یا گاز دی اکسید کربن و به کار بردن آنها در مطالعه این پدیده می توان بازدهی فتوسنتز یعنی نرخ تولید مواد غذائی را چندین برابر کرد.

2-ردیابی عناصر غذائی از کود و خاک به گیاه: گیاهان عناصر معدنی خود را از خاک جذب می کنند.با استفاده از ایزوتوپ های رادیو اکتیو (رادیوایزوتوپها)عناصر غذائی از جمله فسفر،آهن،روی،منگنز،و غیره میتوان واکنش های این عناصر در خاک را مطالعه کرده و چگونگی جذب آنها به وسیله گیاه و سپس واکنشهای آنها در گیاه را دنبال کرد و بدین ترتیب بازدهی کود های شیمیائی و سایر مواد اصلاحی به کار رفته در کشاورزی را بالا برد.

3-اصلاح نباتات: با قرار دادن بذر گیاهان تحت تابش پرتوه های ایکس یا گما می توان گیاهانی با صفات مطلوب (برای مثال تولید محصول بیشتر،مقاوم به خشکسالی،متحمل به شوری خاک،یا مقاوم در برابر بیماری های گیاهی)تولید کرد.سپس با تکثیر این گیاهان نژادهای مطلوب هر منطقه را به کشاورز عرضه کرد.

4-دفع آفات گیاهی و دامی: با نشاندار کردن تعداد معینی حشره با مواد رادیو اکتیو بی ضرر و آزاد سازی آنها در منطقه معینی می توان نسبت به تخمین تعداد آن حشرات در آن منطقه اقدام نمود تا بدین ترتیب بتوان نسبت به برنامه ریزی دقیق تری برای کنترل و امحای آنها از منطقه اقدام کرد و انسان ،گیاهان،یا دامهای منطقه را از شر آنها آسوده ساخت بدون آنکه به سمپاشی با سموم نیازی باشد که می تواند برای انسان و محیط زیست او بسیار زیان آور باشد.در همین زمینه با عقیم سازی از طریق تحت تابش پرتو رادیواکتیو قرار دادن تعدادی حشرات نر در آزمایشگاه و سپس آزاد سازی آنها در منطقه میتوان نسبت به کنترل جمعیت و حتی امحا آن حشره از منطقه اقدام کرد.لازم به توضیح است که پرتو تابی نرهای یاد شده به نحوی انجام میشود که این نرها قدرت جفتگیری با ماده های منطقه را دارند ولی تخمهای حاصل بارور نمی باشند.

5-کنترل آفات انباری: هر ساله مقدار زیادی از محصولات کشاورزی در انبار ها طعمه آفات انباری می شوند.با تحت تابش پرتو ایکس یا گاما قرار دادان این محصولات پیش از ورود به انبار می توان تخم و لارو این حشرات انباری را عقیم کرده و بدین ترتیب از کاربرد سموم شیمیائی خطرناک خودداری کرد.

6-افزایش عمر انبار داری محصولات کشاورزی:تحت تابش قرار دادن سیب زمینی یا پیاز جوانه زنی آنها را مختل کرده و بدینوسیله عمر انبار داری آنها را افزایش می دهد.

7-پاستوریزه یا استرلیزه کردن محصولات کشاورزی:پرتو های ایکس و گاما می توانند با کنترل میکروب ها یا حتی نابود کردن آنها در محصولات نیاز به نگهداری در یخچال یا فریزر را بسیار کم کرده یا حتی از بین ببرند.

8-تعیین سریع رطوبت خاک:با استفاده از پرتو نوترون(یکی از اجزای هسته اتم)می توان نسبت به تعیین سریع در جای رطوبت خاک اعماق مختلف مزرعه و برنامه ریزی به موقع و صحیح آبیاری اقدام کرده و در مصرف آب این ماده بسیار حیاتی و استراتژیک(بویژه برای شرایط آب و هوایی غالب مناطق ایران)صرفه جوئی بعمل آورد.

9-تعیین وضعیت تراکم خاک:با استفاده از پرتو گاما می توان نسبت به تعیین درجا و سریع چگالی ظاهری خاک(معیاری از تراکم و سختی لایه های خاک) مزرعه اقدام کرده تا بر اساس آن بتوان نسبت به آماده سازی بستر مناسب تری برای رشد و نفوذ ریشه گیاه اقدام کرد

10-تعیین وضعیت فرسایش خاک:با استفاده از مطالعه تغیرات برخی ایزوتوپهای رادیو اکتیو(بویژه سزیم) مناطق مختلف می توان نسبت به تخمین مقدار خاک فرسایش یافته در شرایط مختلف اقدام کرده و بدین ترتیب نسبت به طراحی برنامه های پیشگیری از فرسایش یا کاهش دهنده آن اقدام کرد.لازم به یادآوری است که نرخ فرسایش از خاکهای ایران یکی ار بالاترین نرخها در دنیاست.این موضوع علاوه بر از دست رفتن خاکهای با ارزش سبب رسوب خاکهای فرسایش یافته در دریاچه پشت سدها و کاهش چشمگیر عمر مفید این سدها شده است.

8-1- کاربرد تکنیک های فناوری هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری

فناوری هسته ای باعث ارتقاء چشمگیری صنعت دامپروری دنیا شده است، کاربردهای این فناوری در حوزه دامپروری در ادامه بیان شده است.

* تشخیص، کنترل، پیشگیری و درمان بیماریهای مهم باکتریایی، ویروسی، انگلی و قارچی دام و طیور و خوراک مورد استفاده

* بهبود و اصلاح نژاد دام و طیور

* تعیین ارزش غذایی و بررسی کیفی خوراک مصرف دام و طیور با بهره گیری از رادیو ایزوتوپها

* بررسی کاهش آلودگیهای میکروبی میگو

* طراحی کیت تشخیصی بیماری های دامی

* افزایش تولید جوجه های گوشتی

* تهیه واکسن سالمونلا

* طراحی کیت الایزا برای تشخیص بیماری تب برفکی در دام

8-2- کاربرد فناوری هسته‌ای در بخش منابع آب

کاربرد تکنیک های هسته ای در مدیریت منابع آب برای بهبود و تسریع دسترسی به منابع آب جهان، بعنوان یکی از زمینه های بسیار مهم توسعه شناخته شده است. بیش از یک ششم جمعیت جهان در مناطقی زندگی می‌کنند که دسترسی مناسب به آب آشامیدنی و بهداشتی ندارند لذا از تکنولوژی‌ هسته‌ای در جهت شناسایی سفره‌های آب زیر زمینی و هدایت آبهای سطحی و زیرزمینی استفاده می‌شود. همچنین از این فناوری در کشف و کنترل نشت سدها و ایمنی آنها بهره‌برداری می‌شود. از ایزوتوپهای مختلف آب می توان به منظور ردیابی و تعیین منشا آبهای زیرزمینی استفاده کرد. رادیوایزوتوپها نیز به منظور تعیین سن آبهای زیرزمینی کاربرد دارد. به علاوه سیستم‌های آب شیرین کن نیز از سامانه‌های هسته‌ای بهره می‌برند.


8-3- کاربرد تکنیک های فناوری هسته ای در بخش صنعت

از آنجا که یک نیروگاه به معنای ایجاد یک صنعت مهم و حساس است لذا دستاوردهای علمی و تکنولوژیکی آن قابل استفاده در سایر صنایع نیز می باشد که در ادامه به مواردی از آن اشاره می شود.

* طراحی و ساخت انواع سیستم های هسته ای جهت کاربردهای صنعتی مانند سیستم‌های سطح سنجی و ضخامت سنجی

* اندازه گیری خاکستر زغال سنگ

* بررسی کوره های مذاب شیشه سازی جهت تعیین اشکالات آنها

* نشتیابی در لوله‌های انتقال سیال با استفاده از تکنیک هسته‌ای

* سنجش پرتویی میزان سائیدگی و خوردگی قطعات در حین کار

* چگالی سنجی مواد معدنی

* دبی سنجی پرتویی(سنجش شدت تشعشعات، نور و فیزیک امواج)

* کنترل بسیار دقیق سیالات استفاده شونده در صنایع

* کنترل پساب های نیروگاهی

* تولید چشمه‌های ایریدیم برای کاربردهای صنعتی و بررسی جوشکاری در لوله های انتقال نفت و گاز

* تصویربرداری هسته‌ای و تشخیص عیوب داخلی قطعات صنعتی

* تشخیص نوع نفت مناطق

* علامت گذاری ابتدای انتقال هر محموله نفتی، در لوله های نفتی مشترک

* تعیین درجه خالص بودن مواد نفتی

8-4- بکارگیری فناوری های موجود در ساخت نیروگاه های هسته ای در سایر فناوریها

در این بخش دستاوردهای علمی که از ساخت نیروگاه هسته ای حاصل می شود و در خدمت سایر فناوریهای روز دنیا قرار می‌گیرد شرح داده می شود:

¯علوم و فنون مربوط به علوم زمین شناسی

در مکانیابی و پی ریزی نیروگاه های هسته ای به مراتب نسبت به دیگر کاربردها مانند پلها، سدها و ... از مرتبه مهندسی بالاتری از این علوم را بکار گرفته اند و به عرصه ظهور رسانده اند. به عنوان مثال حجم خاکبرداری پی نیروگاههای موجود بیش از حجم دیوار بزرگ چین می باشد.
¯علوم و فنون مربوط به علوم مهندسی صنایع، بهره وری و کنترل پروژه

در پیاده سازی نیروگاههای هسته ای با توجه به حجم و دقت عمل لازم بالا و الزامات و ملاحظات ایمنی و کیفی و همچنین دستیابی به توجیهات اقتصادی به سطح بالایی از بهره وری وکنترل پروژه با توجه به هزینه ها مورد نیاز می باشد. لذا عطش ایجاد شده در این خصوص باعث ایجاد انگیزه و خیزش این شاخه از علم در برپایی نیروگاههای هسته ای شده است. که هم اکنون ژاپن به رکورد ساخت 36 ماه در در ساخت راکتورهای خود نائل شده است.

¯ کاربرد علوم و فنون هسته ای در علوم مهندسی سازه

در مکان‌یابی و پی‌ریزی نیروگاه‌های هسته ای به مراتب نسبت به دیگر کاربردهای مشابه همانند پلها، سدها و ... از مرتبه مهندسی بالاتری از این علوم را بکار گرفته اند و به عرصه ظهور رسانده اند. به عنوان مثال حجم خاکبرداری پی نیروگاه‌های موجود بیش از حجم دیوار بزرگ چین می با شد.

¯ علوم و فنون مربوط به مهندسی مکانیک

با توجه به اینکه ایجاد حوادث معمول در دیگر صنایع در صنعت نیروگاه های هسته ای ممکن است منجر به نشت مواد رادیو اکتیو و مخاطرات جدی‌تری را رقم زند، از اینرو تاسیسات نیروگاه های هسته‌ای از علوم مهندسی مکانیک جامدات و سیالات در بالاترین سطح کاربردی به خدمت گرفته شده تا بالاترین قابلیت اطمینان را در بهره برداری فراهم آورند. به عنوان مثال قلب راکتورهای هسته ای و مولد های تولید بخار آن، از پیشرفته ترین مبدلهای انتقال حرارت محسوب شده و اتکاپذیری آنها بسیار بالاست.

¯ علوم و فنون مربوط به صنایع سنگین

با توجه به ابعاد تجهیزات و ویژگیهای آنها اغلب قطعات اصلی نیروگاه‌های هسته ای نه تنها به جهت تکنولوژکی بلکه به جهت یکپارچگی لازم در ساخت اغلب دستگاه‌های اصلی همانند راکتور و تولید کننده بخار دارای ابعاد چند ده‌متری بوده و لذا احداث صنایع سنگین علم و تکنیک ویژه‌ای را طلب می کند که داشتن این صنایع سنگین در ارتقاء و بستر‌های لازم تامین تجهیزات دیگر صنایع نیز موثرند.


¯ علوم و فنون مربوط به مهندسی زلزله

با توجه به این که مخاطرات ایجاد یک زلزله و عواقب آن در نیروگاه‌های هسته ای ممکن است به صدمات جبران ناپذیری نسبت به سایر صنایع منجر شود لذا ملاحظات زلزله در این تاسیسات به مراتب بیشتر از دیگر صنایع مد نظر قرار گرفته است. به عنوان مثال بزرگترین میز زلزله جهان در ژاپن جهت تست قلب راکتور استفاده میشود.

علوم و فنون مربوط به مهندسی مواد

مهندسی مواد و مهندسی هسته ای اثرات متقابل گسترده ای بر هم داشته اند و دارند به نحوی که تعداد زیادی از پدیده های تاثیرات پرتو ها بر ساختار مواد شناسایی شده است و تکنیک های هسته ای در شناسایی و تغییرات لازم در ساختار مواد استفاده می شود و نیازهای صنعت هسته ای باعث شده است که کاربردهای متفاوتی جهت تولید مواد با ویژگیهای متفاوت فراهم گردد که در دیگر علوم مهندسی نیز استفاده های دیگری داشته و دارند. از طرفی از آنجا که تاسیسات هسته ای جزو بزرگترین تاسیسات سنگین به شمار می‌آیند، در ارتقای دانش صنایع سنگین نقش مهمی را در کشور های صاحب این تکنولوژی معرفی می کند.

¯علوم و فنون مربوط به مهندسی ایمنی و اتکاپذیری وتحلیل ریسک

با توجه به این که رخداد حوادث معمول در صنایع کم وبیش دارای احتمال تاثیر گذاری بر روی حفاظهای در نظر گرفته شده در مقابل مواد رادیو اکتیو موجود را دارند، در نیروگاه های هسته ای مهندسی ایمنی و اتکاپذیری به حدی ارتقا داده شده که وقوع حوادث معمولی نیز که در دیگر نیروگاه های معمول اجازه وقوع دارند را غیر محتمل تر سازد. در این راستا نیاز به ایمنی بالا سبب گسترش این علم در حوزه نیروگاههای هسته ای گردید که دستاوردهای آن در بسیاری از صنایع پیشرفته دیگر هم اکنون بکارگرفته می‌شود.

لذا علوم وفنون هسته ای بستر ایمنی و اتکاپذیری وتحلیل ریسک مدرن تلقی گردیده و از بالاترین سطح کاربردی خود در این نیروگاه های هسته ای بکار گرفته می‌شوند.

¯ مهندسی برق و کنترل ( ارتقاء فناوری امنیت فضای سایبری)

با توجه به این که بروز اشکالات جزئی در نیروگاه های هسته ای که ممکن است در دیگر نیروگاه ها عادی باشد به طور حد نگران کننده است. لذا در خصوص خدمات علمی و فنی مهندسی قدرت به مراتب از سطح بالاتری در علوم و فنون هسته ای توجه می شود. همچنین چون مهمترین مساله نیروگاه های هسته ای مانیتور کردن و تشخیص بسیار سریع عیوب راکتور و فعال کردن بسیار دقیق و سریع سیستم های کنترل کننده و ایمنی مربوط به بهره برداری ایمن از نیروگاه ها می باشد. لذا علم مانیتورینگ و کنترل در این نیروگاه ها از بالاترین سطح کاربردی خود بهره مند هستند.

از آنجا که در سالهای اخیر حملات سایبری و تهدیدات مربوط به آن روز به روز افزایش داشته و یکی از اهداف آنها مراکز هسته ای کشورهاست، وجود این مراکز باعث افزایش توانمندی کشور در برابر حملات سایبری نیز شده است. به گونه ای که از دستاوردهای این موضوع می توان در ایمن سازی سایر صنایع نیز استفاده نمود.

نمایی از اتاق نیروگاه‌های هسته‌ای

¯کاربرد مهندسی شیمی در صنایع هسته ای

در نیروگاه های هسته ای برخی از کاربردهای دانش مهندسی شیمی در نهایت درجه اهمیت مورد استفاده گرفته است که به همین جهت باعث رشد و شکوفایی دو طرفه دانش هسته ای و مهندسی شیمی شده است. از آن جمله می توان به کنترل بسیار دقیق سیالات استفاده شونده در پروسه های نیروگاهی همانند سیال خنک کننده قلب از نقطه نظرات مختلفی مثل ترکیبات؛ کنترل خورندگی و اثرات نوترونیک و .... و یا مسائل فیلتراسیونهای مختلف و نحوه کنترل پسابهای نیروگاهی اشاره کرد. همچنین اهمیت دستاوردهای دانش فرآوری سوخت هسته ای و تاثیر پذیری متقابل دانش هسته ای و مهندسی شیمی نیز بر همه متخصصان واضح و آشکار است.


¯ مدیریت و تربیت نیروی انسانی (فاکتورهای انسانی)

از انجا که تاسیسات هسته ای بسیار حساس بوده و نیاز به نیروی متخصص مجرب و کار آزموده دارند لذا سیستم تربیت نیروی انسانی و بازآموزی های مربوطه باعث شده است که دستاوردهای دانشهای مربوط به فاکتورهای انسانی از این صنعت در دیگر صنایع استفاده شده و این علم در سایه علوم و فنون هسته ای ارتقاء شگرفی داشته باشد. همچنین مدیران نیروگاه ها به سبب اینکه می‌بایستی یک سیستم بسیار پیشرفته با احتمال ایجاد مخاطرات بالا را مدیریت کنند لذا از دانش بالای مدیریتی چه در شرایط معمول و چه در شرایط حادثه می بایستی برخوردار گردند به عنوان مثال مدیریت حوادث نیروگاهی یکی از علوم مدیریتی است که از صنعت هسته ای تاثیرپذیری شگرفی داشته است. لذا به همین جهت در بالاترین سطح دانش و مسئولیت پذیری و شایستگی تربیت و به خدمت گرفته می شوند و در ارتقاء سیستم های مدیریتی در کشور نیز سهم ویژه‌ای را خواهند داشت.

¯ بکارگیری یافته های صنعت هسته ای در صنایع دریایی

امروزه بسیاری از زیردریایی‌ها و کشتی‌های غول‌پیکر دنیا از انرژی هسته‌ای بعنوان موتور پیشران خود استفاده می‌کنند و به نوعی نیروگاه‌های کوچک هسته‌ای نقش موتور پیشران آنها را برعهده دارند. از سوی دیگر از دستاوردهای دیگر فناوری هسته‌ای در بدنه و سایر بخشهای آنها استفاده می‌شود.