Ứng dụng của kỹ thuật hạt nhân trong nông nghiệp

Phân loại phản ứng

Khi hai hạt nhân (hoặc nucleon và hạt nhân) gần nhau đến khoảng cách 10-15 m (bán kính hạt nhân) thì xuất hiện hiện tượng tương tác mạnh, dẫn tới sự biến đổi của hạt nhân. Trong phản ứng hạt nhân có sự phân bố lại năng lượng và xung lượng của hai hạt, đồng thời sinh ra một số hạt khác.

Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân 1. Định luật bảo toàn điện tích và số nucleon

Hai định luật nói trên đều đúng với các quá trình: phân rã alpha, phân rã beta, chiếm electron quỹ đạo và phân hạch. Các phản ứng phân rã alpha, phân rã beta và chiếm electron quỹ đạo bảo toàn điện tích và nucleon. Xét trong hạt nhân, điện tích sẽ bằng với số khối A, được gọi là điện tích Barion.

Trong phản ứng hạt nhân, mô men động lượng của các hạt đang tương tác và hình chiếu của nó lên một phương được bảo toàn. Các hạt cùng một họ mezon hay barion có khối lượng gần bằng nhau ghép lại thành một đa tuyến đồng vị. Trong một đa tuyến, các phần tử tương tác mạnh với nhau (hadron), chúng tương tác mạnh như nhau với các phần tử ngoài đa tuyến.

ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT HẠT NHÂN TRONG NÔNG NGHIỆP

Ngày nay nhờ có những công nghệ hiện đại có thể tác động biến dị bằng năng lượng hạt nhân giúp rút ngắn quá trình đột biến tự nhiên hàng triệu năm xuống chỉ còn tính theo tháng giúp đem lại những giống cây trồng năng suất, chất lượng cao, giúp đảm bảo an ninh lương thực và an toàn thực phẩm. Mặc dù các công nghệ tiên tiến như chỉnh sửa gen đã mang lại nhiều phương pháp hiệu quả để tạo ra các giống cây trồng, nhưng việc tăng cường sự đa dạng của tế bào chất thông qua đột biến vẫn là điều không thể thiếu trong chọn giống cây trồng hiện nay. Quá trình nhân giống đột biến bức xạ bắt đầu với sự tương tác giữa bức xạ và DNA, thay đổi trực tiếp cấu trúc và chức năng phân tử DNA thông qua năng lượng bức xạ hoặc gián tiếp từ các gốc tự do tạo ra tương tác thô giữa các phân tử nước và bức xạ ion hóa.

Nhân giống đột biến bằng bức xạ cổ điển là một phương pháp nhân giống cây trồng được thực hiện bằng cách sử dụng tia bức xạ chẳng hạn như tia gamma hoặc tia X, để gây ra các biến đổi trong gen của cây. Trong tự nhiên, các biến đổi gen cũng có thể xảy ra tự nhiên do tác động của các tác nhân môi trường như tia UV từ mặt trời, tuy nhiên, việc sử dụng tia bức xạ trong môi trường kiểm soát được coi là một phương pháp nhân giống đột biến có thể kiểm soát hơn và có thể được áp dụng một cách nhân rộng. Không giống như công nghệ bức xạ gây đột biến bằng tia gamma và tia X cổ điển, công nghệ gây đột biến mới hiện nay là sử dụng các ion nặng hoặc proton được gia tốc (chẳng hạn như hạt alpha hặc beta).

Cho đến nay, các cơ sở máy gia tốc hạt năng lượng trung bình và năng lượng cao được sử dụng để nhân giống đột biến bức xạ hạt bao gồm RIBF của Viện Nghiên cứu Vật lý và Hóa học (RIKEN, Nhật Bản), TIARA của Viện Khoa học và Công nghệ Lượng tử Quốc gia (QST, Nhật Bản), W- MAST của Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Wakasa Wan (WERC, Nhật Bản), LNS của Viện Vật lý Hạt nhân Quốc gia (INFN, Ý), HIRFL của Viện Vật lý Hiện đại, Học viện Khoa học Trung Quốc (CAS-IMP, Trung Quốc) và CYCIAE100 của Viện Năng lượng Nguyên tử Trung Quốc (CIAE, Trung Quốc). Việc sử dụng các kỹ thuật bức xạ có thể giúp điều chỉnh hoặc quản lý côn trùng gây hại, được gọi là kiểm soát sinh vật gây hại, hiệu quả ngăn ngừa các rủi ro liên quan đến côn trùng đối với cây trồng. Kỹ thuật tiệt sinh côn trùng là một phương pháp sử dụng bức xạ ion hóa để tiệt sinh lượng lớn côn trùng được nuôi trong phòng thí nghiệm, sau đó chúng được thả ra các khu vực bị nhiễm dịch để giao phối với quần thể gây dịch hại.

Kiểm soát sinh học là phương pháp có quy mô hàng loạt và phóng thích các loài thiên địch của loài gây hại, như côn trùng săn mồi ăn trứng và ấu trùng của loài gây hại, hoặc ký sinh trùng đẻ trứng vào côn trùng vật chủ của chúng, giết chết côn trùng. Kỹ thuật hạt nhân việc phân tích đất trồng bao gồm các phương pháp sử dụng tia phóng xạ để tương tác với các thành phần trong đất, từ đó xác định được thành phần và hàm lượng của khoáng chất trong đất trong thời gian nhanh chóng với độ chính xác cao. Kỹ thuật hạt nhân bao gồm nhiều phương pháp, sử dụng các tia khác nhau như phương pháp phân tích phổ kích hoạt neutron (Neutron Activation Analysis - NAA), phương pháp quang phổ phát xạ tia X (X-ray fluorescence spectroscopy - XRF),… Các phương pháp này có điểm chung là đều được thực hiện bằng cách chiếu các tia hoặc hạt vi mô vào mẫu đất và ghi nhận sự tương tác giữa các tia và hạt trên và nguyên tử các nguyên tố có trong mẫu đất.

- Đo và phân tích: Các tia phổ gamma được đo bằng cách sử dụng các thiết bị phát hiện phổ, chẳng hạn như máy quang phổ tia gamma (gamma-ray spectrometer) hoặc các loại cảm biến tia gamma khác, để xác định năng lượng và cường độ của chúng. Hạt nhân con 60Co có năng lượng thấp hơn, vẫn có tính phóng xạ, sau đó phát ra một hạt beta, biến nó trở thành hạt nhân 60Ni có năng lượng cao, một lần nữa trải qua một quá trình biến đổi bằng cách phát ra tia gamma. - Quang phổ phát xạ tia X phân tán bước sóng (Wavelength-dispersive X-ray fluorescence - WDXRF): Phương pháp này sử dụng nhiễu xạ để tách các tia X có bước sóng khác nhau, cho phép đo năng lượng của chúng chính xác hơn.

Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là không thể phân tích các nguyên tố nhẹ như hydro và heli và có thể bị ảnh hưởng bởi việc có phân tử nhiều chất khác nhau trong mẫu gây ra sự mờ hoặc chồng chéo trong phổ. + Tiêu diệt vi sinh vật có hại: Bức xạ gamma có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, nấm mốc và vi sinh vật khác trong phân bón, giúp ngăn chặn sự lây lan của bệnh tật trong đất và bảo vệ cây trồng khỏi các bệnh hại.