فناوری هسته ای نگهبان آب و خاک کشورها

به گزارش خبرنگار مهر، دو عنصر اصلی برای گسترش تمدن انسانی خاک و آب هستند. این درحالی است که اکنون به دلیل فعالیت های انسانی و تغییرات آب و هوایی هر دو این عناصر در معرض نابودی قرار دارند. بنابراین جای تعجبی ندارد خشکسالی در نقاط مختلف جهان دیده می شود.

در همین راستا بسیاری از دولت ها و سازمان های بین المللی سعی دارند با استفاده از روش های مختلف آب و خاک را زنده نگهدارند و تمدن انسانی را نجات دهند.

انرژی هسته ای از خاک محافظت می کند

یکی از روش های حفظ آب و خاک استفاده از فناوری های هسته ای است. این انرژی پاک بدون آسیب رساندن به محیط زیست به ارزیابی خاک، میزان فرسایش و همچنین شیرین سازی آب کمک می کند. آژانس بین‌المللی انرژی اتمی(IAEA) در همین راستا از محققان در سراسر جهان پشتیبانی می کند تا روش هایی برای ارزیابی فرسایش خاک و حفظ خاک را به کار گیرند.

این آژانس همراه سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FAO) با کمک فناوری هسته ای روش های ایزوتوپیک مختلفی به کار می گیرند تا میزان استفاده از آب و مواد مغذی برای هر محصول را تعیین کنند و از سوی دیگر قابلیت باروری خاک و بهره وری آن برای کشاورزی هوشمند و مبتنی بر تغییرات آب و هوایی در شرایط بسیار خشک را ارتقا دهند.

یکی از این روش ها استفاده از رادیونوکلئیدها است که برای تعیین فرسایش خاک و تاثیرگذاری روش های حفظ مواد مغذی خاک به کار می رود. روش دیگر توسعه تکنیک های آبیاری مقیاس کوچک به نام آبیاری قطره ای و استفاده از کاوشگر نوترونی برای تعیین سطح رطوبت خاک و تصمیم گیری درباره میزان آبی است که باید به خاک اضافه شود.

این روش های هسته ای در کشورهای مختلف آفریقا، آسیا و اقیانوسیه و آمریکا لاتین به کار گرفته شده اند. به کارگیری این روش ها بخشی از برنامه همکاری فنی IAEA در پشتبیانی از روش های کشاورزی هوشمند در مالی، موریتانی، نیجریه، سودان، شیلی، مراکش، سریلانکا، تونس، اوگاندا و ویتنام است.

رصد رطوبت خاک با ایزوتوپ ها

در ادامه آنچه گفته شد می توان به نمونه تحقیقات در نیجریه اشاره کرد. در این کشور روش هایی برای کشت محصول با استفاده از میزان کم آب به عنوان کشاورزی هوشمند شکل گرفته است. کارشناسان محلی به دانشجویان دانشگاه فدرال Oye Ekiti شیوه استفاده از آبیاری قطره ای را آموزش داده اند. این آموزش شامل رصد رطوبت خاک و میزان کود مورد نیاز خاک با استفاده از ایزوتوپ های هسته است. اطلاعات جمع آوری شده به کشاورزان منتقل می شود تا تضمین شود آنها داده هایی به روز برای ارتقای کیفیت محصول در اختیار دارند.

در این میان برای بررسی و تعیین میزان استفاده از کود در خاک نیز از فناوری هسته ای استفاده می شود. نیتروژن یکی از مهم ترین مواد مغذی برای تولید محصول است و نقش مهمی در فتو سنتز دارد. همچنین یکی از اجزای اصلی آمینو اسیدها است که در پروتئین مواد غذایی یافت می شود.

نیتروژن ۱۵ یک ایزوتوپ پایدار نیتروزن است که یک نوترون اضافه دارد و می توان آن را از اتم های دیگر تشخیص داد. با استفاده از کود N۱۵ به بخش کوچکی از زمین می توان میزان حرکت و مقدار نیتروژن گیاه را اندازه گرفت تا مشخص کرد چه میزان کود باید استفاده شود.

سنجش رادئونوکلئید ها برای رصد فرسایش خاک

نمونه دیگر ویتنام است. در این کشور سه چهارم زمین ها شیب دار است و فرسایش یک چالش جدی به حساب می آید. IAEA با همکاریFAO در ایالت لام دانگ نرخ فرسایش خاک را با استفاده از روش های هسته ای در ۲۷ منطقه اندازه گرفته اند. به گفته «فان سون های» مدیر مرکز تحقیقات و رصد محیط زیست در انستیتو تحقیقات هسته ای دالات از روش های حفاظتی مناسب مانند کشت درهم، ایجاد حوضچه هایی نزدیک درختان قهوه برای نگهداری و حفظ آب، استفاده کرده اند.

این پروژه در سال ۲۰۱۲ میلادی انجام شد. پس از آن «سون های» با همکاران دیگرش در سراسر این کشور فعالیت کرد تا روش های هسته ای برای رصد فرسایش خاک را به کار گیرد. در این روش از رادیونوکلئیدهای ریزشی(FRNs) استفاده می شود. این مواد به طور کلی هنگام آزمایش تسلیحات هسته ای در منطقه بزرگی از جهان پراکنده می شود. البته این مواد در اتمسفر زمین وجود دارند و به وسیله باران روی سطح خاک ذخیره می شوند.

FRN ها به شناسایی تغییرات در توزیع الگوهای خاک و ارزیابی کارآمدی روش های حفظ و نگهداری خاک کمک می کنند. این مواد را می توان با استفاده از یک دستگاه طیف سنج گاما با وضوح بالا اندازه گیری کرد.

بهبود کشاورزی در مالزی با هسته ای

مالزی هم یکی دیگر از کشورهایی است که برای مقابله با فرسایش خاک و بهبود وضعیت کشاورزی از روش هسته ای استفاده کرده است. مالزی نیز بخشی از پروژه فعالیت های آژانس بین المللی انرژی هسته ای و فائو بود.

فرسایش خاک در ایالت پرلیس مالزی به مدت ۱۰ سال رصد شد و طی دو سال منتهی به ۲۰۱۵ از روش های هسته ای استفاده شد. محققان با کمک روش های جدید به جزئیات بیشتری از وضعیت خاک دست یافتند. پیش از آن محققان فقط می توانستند نرخ رسوبات در دریاچه ها را رصد کنند اما قادر به شناسایی منبع دقیق آن نبودند اما با استفاده از روش های هسته ای توانستند منبع دقیق فرسایش را ردیابی کنند و اقدامات لازم را برای رفع این مشکل به کار گیرند.

انرژی هسته ای برای رصد و پایش آب های زیر زمینی

۷۱ درصد از سطح کره زمین را آب در بر گرفته است اما ۹۸ درصد آب تازه زمین زیر پوسته آن قرار دارد. آب های زیرزمینی منابعی حیاتی برای تامین آب آشامیدنی، کشاورزی، صنعت و توریسم هستند. همچنین آب های زیر زمینی منبعی برای کشت مواد غذایی جهان به شمار می آیند. این درحالی است که بسیاری از منابع زیر زمینی در معرض خطر نابودی، آلودگی و اضافه برداشت قرار دارند. در همین راستا آژانس بین المللی انرژی هسته ای از کشورهایی پشتیبانی می کند که با فناوری هسته ای برای درک دینامیک آب استفاده می کنند. در این روش از ایزوتوپ ها استفاده می شود. محققان می توانند مولکول های آب را در چرخه آب (تبخیر، بارش، فیلتر، آب دور ریز وغیره) ردیابی کنند.

کمال زواری استاد دانشگاه و رییس دانشکده ملی مهندسیSfax در تونس می گوید: با استفاده از این روش محققان می توانند اطلاعات مهمی درباره جریان، مدت زمان جریان یافتن آب و نرخ تجدید آب های زیرزمینی استفاده کنند. در همین راستا آٰژانس بین المللی انرژی هسته ای پروژه همکاری در سال ۲۰۱۲ میلادی با همکاری محققان از الجزیره، بنین، بورکینافاسو، کامریون، چاد، غنا، مالی، موریتانی، نیجریه، سنگال و توگو اجرا کرد.

آب شیرین کن های هسته ای در اقصی نقاط دنیا

یکی از پیامدهای خشکسالی، کمبود آب شیرین است. تخمین زده می شود حدود یک پنجم جمعیت جهان به آب آشامیدنی پاک دسترسی ندارند. ساکنان صحراها و مناطق خشک آسیا و شمال آفریقا بیش از بقیه مناطق با این روند درگیر هستند.

یکی از راه های تامین آب آشامیدنی در حال حاضر نیز استفاده از آب شیرین کن ها است.

به طور معمول از منابع مختلفی برای شیرین سازی آب استفاده می شود که سوخت های فسیلی یکی از آنها هستند. اما انرژی هسته ای به عنوان یک منبع پاک، برای شیرین سازی آب و تولید برق کاربردهای فراوانی دارد.

گاهی اوقات نگرانی هایی درخصوص تاثیرات زیست محیطی استفاده از این انرژی وجود دارد. اما در سال ۲۰۱۸ میلادی نتایج یک تحقیق ۶ ساله در استرالیا منتشر شد و نشان داد تاثیرات استفاده از این انرژی بر محیط زیست اندک است.

راکتورهای کوچک و متوسط برای شیرین سازی آب مناسب هستند. بیشتر اوقات این راکتورها با استفاده از بخار آب ناشی از توربین ها، الکتریسیته نیز تولید می کنند.

شیرین سازی آب حتی برای مناطق دچار خشکسالی نیز برق فراهم می کند. قابلیت اجرایی واحدهای آب شیرین به خصوص در قزاقستان، هند و ژاپن تایید شده است.

یکی از نمونه های آب شیرین کن هسته ای، راکتور BN-۳۵۰ در آکتائو واقع در قزاقستان است که به طور موفقیت آمیزی MWe ۱۳۵ برق تامین می کند و همزمان ۸۰ هزار مترمربع آب آشامیدنی در روز تولید می کند. این راکتور از سال ۱۹۹۹ مشغول کار است.

تولید برق با آب شیرین کن هسته ای و تجربه کشورها

در ژاپن حدود ۱۰ واحد آب شیرین کن با راکتورهای آب پرفشار برق تولید می کنند و روزانه ۱۴ هزارمترمکعب آب شیرین نیز می سازند.

هند نیز از دهه ۱۹۷۰ میلادی تحقیقات درباره آب شیرین کن را آغاز کرد. در سال ۲۰۰۲ میلادی یک واحد همراه دو راکتور دوقلوی ۱۷۰MWe در ایستگاه انرژی اتمی در جنوب شرقی هند راه اندازی شدند. این پروژه هیبریدی آب شیرین کن هسته ای ظرفیت تولید ۱۸۰۰ مترمکعب آب در روز و یک واحد تقطیر ناگهانی چند مرحله ای(MSF ) نیز ظرفیت تولید ۴۵۰۰ مترمکعب آب در روز را دارد.

از سال ۲۰۱۰ نیروگاه اتمی روستوف روسیه در ولگودونسک با استفاده از ۸ واحد MED در مجموع ۹۶۰۰ متر مکعب در روز آب تولید کرده است. سایر واحد های دیگر نیز از MED و RO برای نمک زدایی استفاده می کنند.

از سوی دیگر کره جنوبی نیز راکتورهای هسته ای کوچکی را توسعه داده که برای تولید برق و آب آشامیدنی مناسب هستند.

راکتور ۳۳۰ MWt SMART طوری طراحی شده تا چرخه عمر طولانی داشته باشد و هر ۳ سال یک بار نیازمند سوختگیری است.