ایزوتوپ‌

مقدمه:
کل جهان هستی، از اتم‌ها و مولکول‌های عناصر مختلف تشکیل شده است. دانشمندان در مسیر گشودن رازهای آفرینش، با شناخت هرچه بیشتر اجزای تشکیل دهنده آن توانستند نیروها و قوای طبیعت را به خدمت انسان در بیاورند. در دنیای فیزیک اتم‌ها و ایزوتوپ‌ آنها از مقولات مهمی هستند که کاربردهای آن تمام جنبه‌های زندگی انسان را در برمی‌گیرد. بشر از آنها می‌تواند در راستای بهبود زندگی انسانی و در جهت مخالف آن، یعنی انهدام و تخریب به‌طور همزمان استفاده کند.

هم‌چنانکه رژیم آخوندی از این دست آوردهای علمی، در جهت تخریب و ساختن بمب اتمی استفاده می‌کند.

لغت ایزوتوپ: اصطلاح علمی ایزوتوپ از کلمه یونانی Ισότοπο گرفته شده است. در فارسی واژه‌های «همجا» و «هم‌مکان» در برابر واژه ایزوتوپ پیشنهاد شده است.
 

اتم‌های یک عنصر از اجتماع ذرات بنیادی به نام پرتون، نوترون و الکترون تشکیل یافته‌اند. پروتون بار مثبت و الکترون بار منفی و نوترون فاقد بار است. با تعداد پروتون‌ها نام و محل قرار گرفتن عنصر در جدول تناوبی (جدول مندلیف) مشخص می‌شود. ایزوتوپ‌های عناصر مختلف با تعداد پروتون‌ آنها برابر می‌باشد.

برای نمونه، اتم اورانیوم در خانه شماره 92 قرار دارد. یعنی دارای 92 پروتون است.
 

اتم‌های مختلف یک عنصر را ایزوتوپ می‌گویند. ایزوتوپ‌ها، اتم‌های یک نوع عنصر هستند که عدد اتمی (Z) یکسان و عدد جرمی (A) متفاوتی دارند.

عدد اتمی (Z) بیانگر تعداد پروتونهای هسته اتم و عدد جرمی (A) تعداد پروتون‌ها و نوترونهای یک اتم می‌باشد. بنابراین ایزوتوپ‌های یک عنصر، تعداد پروتونهای مساوی دارند. ایزوتوپ‌ها با عدد جرمی آنها مشخص می‌شوند. در حالت پایه بسیاری از ایزوتوپ‌ها ناپایدارند و آنها را رادیو ایزوتوپ می‌گویند.

به‌عنوان نمونه:
عنصر هیدروژن 3ایزوتوپ دارد:
هیدروژن معمولی که فقط یک پروتون دارد و فاقد نوترون است.

هیدروژن سنگین یک پروتون و یک نوترون دارد که به آن دوتریوم گویند.

تریتیوم که از دو نوترون و یک پروتون تشکیل شده و ناپایدار است و طی زمان، تجزیه می‌شود.

ایزوتوپ سنگین هیدروژن یعنی دوتریم در نیروگاههای اتمی کاربرد دارد و از الکترولیز آب به‌دست می‌آید.

عنصر اورانیوم، 4ایزوتوپ دارد که فقط 2ایزوتوپ آن به‌علت داشتن نیمه عمر نسبتاًً بالا، در طبیعت و در سنگ معدن یافت می‌شوند.

کاربرد ایزوتوپ‌های اورانیوم
در راکتورهای هسته‌یی به‌عنوان سوخت بکار می‌روند.‌
در نیروگاههای هسته‌یی برای تولید انرژی الکتریکی بکار برده می‌شود.‌

در ساخت انواع مهمات هسته‌یی ازجمله بمبهای هسته‌ای، بمب هیدروژنی و... کاربرد دارند.‌
 

 

ایزوتوپ پایدار به‌عنوان ایزوتوپی تعریف می‌شود که تا کنون هیچ شکلی از واپاشی آن مشاهده نشده‌است.

هسته دیرینه (ایزوتوپ ناپایدار)
هسته دیرینه، به ایزوتوپی گفته می‌شود که ناپایدار است. در حالت پایه بسیاری از ایزوتوپ‌ها ناپایدارند که به آنها رادیو ایزوتوپ می‌گویند.

هسته دیرینه، نیم‌عمر آن بیشتر از عمر زمین است و هم‌چنان در پوسته زمین یافت می‌شود. البته هسته دیرینه نیز نوعی ایزوتوپ پرتوزا است، ولی به‌دلیل پرتوزایی بسیار پایین آن، به‌عنوان یک گروه جداگانه در نظر گرفته می‌شود.
 

ایزوتوپ پرتوزا، گونه‌یی از ایزوتوپ ناپایدار است که نیم‌عمر پایینی دارد.

ایزوتوپ پرتوزای مصنوعی
به ایزوتوپ‌های پرتوزایی گفته می‌شود که در طبیعت یافت نمی‌شوند و یا نیمه عمر بسیار کوتاهی دارند.
 

از آنجا که ایزوتوپ‌های یک عنصر ساختار الکترونی مشابهی دارند، بنابراین ویژگی‌های شیمیایی آنها نیز یکسان است.
 

تعداد نوترون‌ها و پروتونهای یک عنصر، تأثیر قابل توجهی بر پایداری آن دارد. در نیتجه تفاوت تعداد آنها در ایزوتوپ‌های مختلف باعث تفاوت ویژگی‌های هسته‌یی آنها می‌شود.
 

راکتورهای اتمی، ابزار اصلی ساخت رادیو ایزوتوپ‌های مصنوعی هستند.

رادیو ایزوتوپ‌ها یا عناصر رادیو اکتیو در رآکتورهای هسته‌یی عموماً از دو طریق تولید می‌شوند:
شکافت
بمباران نوترونی

 

در پزشکی کاربرد رادیو ایزوتوپ‌ها در 3زمینه متمرکز است که عبارتند از تشخیص، درمان و تحقیق در رابطه با بیماریها (مانند درمان یک نوع بیماری خونی یا سرطانها و...)

ایزوتوپ – آب سنگین و کاربردهای آن
آب سنگین واژه‌ای ‌است که معمولاً به اکسید هیدروژن سنگین D2O یا 2H2O نسبت داده می‌شود و نوع خاصی از مولکول‌های آب است.

هیدروژن سنگین یا دوتریوم (Deuterium) ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است و خواص فیزیکی و شیمیایی آن به نوعی مشابه آب سبک H2O است.

این نوع از آب کلید اصلی تهیه پلوتونیوم از اورانیوم طبیعی است و به همین علت تولید و تجارت آن با نظر قوانین بین‌المللی انجام شده و به‌شدت کنترل می‌شود.

با کمک این نوع از آب، بدون نیاز به غنی‌سازی بالای اورانیوم، می‌توان پلوتونیوم لازم را برای سلاح‌ اتمی، تهیه کرد.

همچنین از این آب می‌توان در رآکتورهای هسته‌یی با سوخت اورانیوم استفاده کرد.
 

رآکتورهای آب سبک با آب معمولی (ایزوتوپ یک نوترونی از هیدروژن) کار می‌کنند. برای استفاده از این رآکتورها، به اورانیوم غنی شده نیاز داریم، اما در رآکتورهای آب سنگین (ایزتوپ دو نوترونی از هیدروژن) از اورانیوم معمولی استفاده می‌شود. رآکتورهای تولید آب سنگین را می‌توان به‌گونه‌یی ساخت که بدون نیاز به تجهیزات غنی‌سازی، اورانیوم را به پلوتونیوم قابل استفاده در بمب اتمی تبدیل کند.

در رآکتورهای آب سبک باید از اورانیوم غنی شده یا اورانیوم با خلوص زیاد استفاده کرد؛ اما در رآکتور آب‌سنگین، از اورانیوم معمولی یا غنی نشده استفاده می‌شود. برای جلوگیری از توسعه سلاحهای هسته‌ای، ساخت و کاربرد رآکتورهای آب سنگین به‌خاطر کاربردهای دوگانه نظامی و غیرنظامی زیر نظر آژانس انرژی اتمی، می‌باشد.

در راکتور آب سنگین اراک، پلوتونیوم تولیدی آن کاربرد دوگانه دارد. یکی در سلاح‌ اتمی که با پلوتونیوم ناشی از فعالیت کار راکتور آب سنگین اراک، رژیم آخوندی توانایی تولید 2بمب اتم در سال را به‌دست می‌آورد. از این‌رو، پس از افشاگریهای مقاومت ایران در مورد برنامه مخفی دیکتاتوری آخوندی، یکی از مراکزی که جامعه جهانی فشار می‌آورد تا رژیم آخوندی ببندد، راکتور آب سنگین اراک است. کما این‌که، در متن توافق لوزان، این موضوع به رژیم آخوندی دیکته شده است. یعنی این مجتمع هسته‌یی طوری تغییر داده می‌شود که دیگر فروارده‌های تولیدی آن قابل استفاده برای تولید بمب هسته‌یی نباشد.