بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش طراحی و ساخت نانو چشمهی گامای شکل پذیر به روش کندوسوز لیزری1 با استفاده از لیزر نئودیمیم یاگ و چشمه کبالت - 60 نقطهای، برای تشکیل نانو ذرات ارائه شده است. ابتدا نانو ذرات طلا وکبالت معمولی در محیط کلوئیدی استن و آب طراحی شدند و سپس نانو چشمهی کبالت - 60 در محیط استن ساخته و مشخصهیابی شد. نتایج نشان میدهد که یک روش تولید نانو ذرات، استفاده از تکنیک کندوسوز لیزری در محیط مایع میباشد که با تغییر انرژی و عرض پالس لیزر، ابعاد نانو ذرات نیز میتواند افزایش یا کاهش یابد و همچنین با افزایش و کاهش تعداد نانو ذرات، امکان دسترسی به چشمههای متغیر و شکل پذیر فراهم میشود.
مقدمه :
با توجه به پیشرفت فناوری هسته ای در حوزه های مختلف و همچنین گستردگی نسبی کاربرد چشمه ی کبالت - 60 با نیمه عمر 5,26 سال استفاده از چشمه های رادیو اکتیو با اکتیویته متغیر مورد توجه قرار گرفته است اما مشکلات موجود در زمینه تهیه، بکارگیری، نحوه نگهداری و نیزهزینه بالای نصب و بهره برداری از چشمه های رادیو اکتیو، طراحی و ساخت نانو چشمه گامای شکل پذیر را با استفاده از منبع پرتو گاما - رادیو ایزوتوپ کبالت - - 60 که یک روش تلفیقی از فیزیک هستهای و فناوری نانو به روش کندوسوز لیزری میباشد؛ ارائه میشود.
کبالت - 60 ارسال کننده قوی گاما است. از مهمترین کاربردهای پرتو گاما کارایی آن در زمینه پزشکی است. یکی از منابع رادیواکتیو که در پزشکی کاربردهای مختلفی دارد کبالت - 60 میباشد که به عنوان یک چشمه گاما مورد استفاده قرار می گیرد.[1] امکان تولید اندازه کوچک کبالت - 60 توانایی استفاده از آن را به عنوان یک منبع براکی تراپی دز بالا فراهم میکند. ویژگیهایی شامل ناهمسانگردی، تابع توزیع شعاعی و توزیع کیفی هم تابشی - ایزودوز - که در استفاده از کبالت - 60 بدست آمده است قابل قیاس با ایریدیوم 192 میباشد .[2]
پارامترهای دیگر دزیمتری و خواص دیگر کبالت - 60 به عنوان منبع براکیتراپی در مقالات دیگر بررسی شده است .[3] برای سنتز نانو ذرات کبالت اکتیو، نمیتوان با ایمنی بالا از روشهای شیمیایی استفاده کرد. بدلیل رادیواکتیو بودن ماده با روشهای شیمیایی احتمال انتشار یونهای پرتوزا به محیط اطراف بیشتر خواهد بود. بنابراین مناسبتر است که برای تولید نانو چشمه کبالت از روش فیزیکی کندوسوز به کمک لیزر پالسی بهره جست. علاوه بر ایمنی بیشتر یکی دیگر از مزیتهای تولید نانو چشمه کبالت به روش لیزر پالسی میتوان به کنترل بیشتر در سایز نانو ذرات کبالت اکتیو اشاره کرد .[4]
یکی از روشهای متداول برای ساخت نانو ذرات کندوسوز لیزر تپی در خلاء یا گاز زمینه بی اثر است. نیاز به تجهیزات و ادوات خلاء شامل محفظه، پمپ های خلاء، سیستم انتقال نانو ذرات به محفظه جمع آوری و آهنگ کم تولید نانو ذرات باعث شده است که این روش کمتر گسترش یابد. از این رو این روش نسبت به روش کندوسوز در محیط مایع کمتر متداول است. یکی از قابلیت های کندوسوز لیزری در محیط مایع و به ویژه مایعات واکنش دهنده، انجام واکنش های شیمیایی و کندسوز به طور همزمان است که موجب می شود نانو ذرات حاصل دارای ترکیب شیمیایی متفاوت از ماده هدف باشد.
اکسایش یکی از معمولی ترین واکنشهایی است که در اغلب موارد در آب روی می دهد، برای جلوگیری از واکنش های شیمیایی در محیط آب در این پژوهش از محیط های خنثی مانند استن استفاده شده است. از آنجا که مشخصات نانو ذرات بر خواص آنها اثر زیادی دارد، بنابراین نحوه اندازه گیری و تعیین مشخصات نانو ذرات اهمیت زیادی دارد. بدیهی است پیشرفت های اخیر فناوری نانو مرهون توانایی های موجود در تکنیک های آنالیز است. اگر چه روش های مختلفی برای طبقه بندی این تکنیک ها ارائه شده است که روش مورد استفاده در این پژوهش برای آنالیز نانوذرات، میکروسکوپ الکترونی روبشی - 2SEM - می باشد.[5]
روش کار :
اهمیت و گستردگی حوزه های مختلف کاربرد نانو چشمه ی کبالت - 60 از خواص منحصر بفرد فیزیکی و شیمیایی آن ناشی می شود. ویژگی نانو چشمه شکل پذیر به غلظت و اندازه ذرات بستگی دارد. یکی از روشهای ساخت نانو چشمه ی گامای شکل پذیر در محیط مایع که موضوع این پژوهش نیز هست روش کندوسوز لیزر تپی است. که در قسمت قبل توضیح داده شده است.
برای ساخت و انجام آزمایش و مشخصه یابی نانو چشمه ی گاما شکل پذیر، تجهیزات و وسایلی مورد نیاز است که مهمترین آنها عبارتند از: لیزر تپی با توان مناسب - نئودمیم یاگ با طول موج - 1064، پلاک طلای خالص 24 عیار، کبالت معمولی، رادیو ایزوتوپ کبالت - - 10 Ci - 60، استن. آزمایش ها و تجهیزات مورد نیاز برای مشخصه یابی نانو چشمه تولید شده شامل؛ میکروسکوپ الکترونی روبشی، آشکار ساز گایگر - مولر می باشد.
لیزر تپی با توان 700 وات ، با طول موج 1064 با انرژی بیشینه 250 میلی ژول بر تپ، پهنای تپ 10 نانو ثانیه، قطر پرتو خروجی 3 میلی متر استفاده شده است. لیزر مورد استفاده دارای طول موجهای 532 و 1064 نانومتر می باشد. هارمونیک دوم لیزر نئودیم-یاگ 532 - نانومتر - به دلیل پایین بودن انرژی و در نتیجه کاهش چگالی انرژی پس از عبور از ادوات اپتیکی در پرتودهی نمونه نسبت به هارمونیک اصلی لیزر نئودیم-یاگ سبب کاهش پازده تولید نانوذرات می گردد. در نهایت ساخت نانو ذرات در طول موج 532 نانومتر در عمل بازده عملیاتی بالایی ندارد، انجام آزمایش را با دشواری روبرو ساخته و آهنگ کندوسوز را بشدت کاهش می دهد. از این رو برای کاهش اثرهای برهمکنش لیزر و نانو ذرات در طول انجام آزمایش از طول موج 1064 نانومتر استفاده می شود.
برای سهولت و تسریع در انجام آزمایش و همچنین رعایت اصول ایمنی پرتوگیری و کار با مواد رادیو اکتیو؛ ابتدا نمونه طلای خالص و کبالت معمولی غیر اکتیو جهت کسب مهارت تولید نانو ذرات به روش کندوسوز لیزری و سپس رادیوایزوتوپ کبالت - 60 نقطه ای در آزمایش مد نظر قرار گرفت. از آنجایی که هدف ساخت نانو چشمه گاما می باشد، از نمونه کبالت معمولی غیراکتیو برای مشخصه یابی و اندازه گیری نانو ذرات استفاده گردید. ساخت با انجام آزمایش های تکمیلی و دقیق تر در حجم های مختلف ادامه یافته است.
