_ Senzorii de radiații pentru plante de cartofi ar putea monitoriza într-o zi radiații în zonele din jurul centralelor electrice

În timp ce extinderea producției de energie nucleară ar furniza energie fără carbon și ar putea ajuta țările din întreaga lume să-și atingă obiectivele climatice, energia nucleară ar putea prezenta și un anumit risc inerent. Poluarea radioactivă dăunează mediului și este aproape imposibil de detectat fără echipamente specializate. Dar ce se întâmplă dacă plantele care cresc în zona înconjurătoare a unității ar putea detecta poluarea cu radiații?

Detectoarele mecanice de radiații utilizate în prezent, numite dozimetre, nu sunt complet fiabile – în timpul accidentelor nucleare anterioare, cum ar fi Cernobîl, au eșuat. sau a fost îngropat sub dărâmături.

Echipa noastră de oameni de știință a plantelor de la Universitatea din Tennessee a vrut să găsească alternative la acești senzori mecanici de radiații pentru a ajuta la rezolvarea defecțiunilor lor istorice, așa că am decis să construim un senzor pe bază de plante. pentru radiații gamma. Senzorul, numit fitosenzor, este o plantă de cartofi care strălucește verde fluorescent atunci când este expusă la radiații.

Producerea actuală de energie nucleară este considerată sigură de către Asociația Mondială Nucleară. Dar defecțiunile de siguranță încă apar, fie din cauza erorilor umane, fie a dezastrelor naturale, cum ar fi cutremure, care scot senzorii mecanici deconectați – și aici ar putea interveni senzorii din fabricile noastre.

Echipamentele de detectare a radiațiilor mecanice necesită energie electrică și întreținere regulată, ambele le fac mai puțin fiabile în timpul situațiilor de urgență. Un senzor bazat pe plante nu ar necesita niciunul dintre acestea.

Tipul de dezastre care scot senzorii mecanici offline ar putea deteriora senzorii de cartofi, dar cel mai probabil nu ar ucide un întreg câmp plantat de cartofi. Atâta timp cât unele celule vegetale sunt încă în viață, planta ar putea funcționa ca un senzor de radiații.

Deși plantele de cartofi sunt dure, unele dezastre, cum ar fi un incendiu, ar deteriora senzorii plantei mai mult decât senzorii mecanici. Deși senzorii noștri ar putea suplimenta senzorii mecanici, ei nu le-ar înlocui complet utilizarea.

Spre deosebire de mamifere, plantele pot tolera multe radiații înainte de a muri. Plantele de cartofi, de exemplu, pot supraviețui de 10 ori mai mult decât cantitatea de radiații care ar ucide un om.

Am ales cartofii ca organism senzor, deoarece plantele de cartofi pot tolera niveluri ridicate de radiații, sunt ușor de cultivat. folosind tuberculi și pot supraviețui într-o varietate de medii de pe tot globul.

Expunerea la radiații dăunează ADN-ului din interiorul celulelor unui organism. Când se întâmplă acest lucru la plante, acestea intră într-un scenariu de „alerta roșie” și activează multe gene de reparare a ADN-ului pentru a rezolva problema.

Colegii mei și cu mine am cooptat calea de răspuns la deteriorarea ADN-ului în plantele de cartofi, astfel încât atunci când expuse la radiații, frunzele de cartof au făcut o proteină verde fluorescentă. Această proteină fluorescentă face ca plantele senzoriale să emită o strălucire verde fluorescentă unică atunci când sunt expuse la radiații gama.

În timp ce ochiul uman nu poate vedea semnătura verde, dronele utilizate pentru monitorizarea agriculturii și a mediului pot. Cu cât este mai mare fluorescența verde produsă de plantă, cu atât intensitatea radiației este mai mare. Deci, senzorii vă pot spune „da, există radiații”, precum și aproximativ cât de multă radiație există.

În testele noastre, plantele au raportat radiații la opt ore după expunere, dar aceasta a fost și cea mai devreme. Echipa a putut să le verifice.

Pe baza testelor noastre, actualul fitosenzor de radiații poate raporta o doză totală minimă de 10 gri de radiații — o doză foarte letală pentru un om. Senzorii au raportat radiații la opt ore după expunerea la ea și au continuat să o facă timp de 10 sau mai multe zile, în funcție de doză.

Senzorii mecanici pot detecta niveluri mult mai mici de radiație în timp real, mai degrabă decât ca doză cumulată, așa cum o detectează fitosenzorii. Acest lucru face ca senzorii mecanici să fie ideali pentru monitorizarea zilnică a radiațiilor periculoase dintr-o centrală electrică, în timp ce fitosenzorii sunt mai potriviți pentru a monitoriza suprafețele mai mari de teren din jurul unei centrale electrice.

Senzorul actual ar putea monitoriza nivelurile de radiație pentru generalul. public într-un scenariu de urgență în care materialul radioactiv ar putea fi oriunde într-o zonă mare de dezastru. Cernobîl a contaminat o zonă de dimensiunea Nebraska, în timp ce Fukushima a contaminat o zonă de dimensiunea New Jersey. Majoritatea acestei zone a avut un nivel scăzut de contaminare, cu unele puncte fierbinți.

În comparație cu senzorii mecanici, fitosenzorii sunt mai lenți și mai puțin sensibili, astfel încât nu ar salva pe nimeni care lucrează în interiorul centralei, chiar dacă ar fi au fost cultivate în interior. Senzorul actual ar putea spune primilor care au intervenit unde sunt zonele cele mai fierbinți în timpul unui dezastru pe scară largă. După un dezastru, ar putea informa autoritățile de reglementare unde este sigur pentru lucrători și, eventual, pentru public, să se întoarcă.

Am testat senzorul folosind un laser și o cameră în laborator, care sunt de putere redusă și dispozitive cu rezoluție scăzută. Dronele reale cu sisteme de detectare specializate ar fi probabil capabile să detecteze praguri mai mici de radiație.

Pe lângă funcționarea similară cu senzorii mecanici de radiație, fitosenzorul de radiații pe bază de cartofi este un organism viu și în creștere care își obține energia din lumina soarelui. Aceasta înseamnă că fitosenzorul se auto-repara, se autopropaga și se autoalimentează, spre deosebire de senzorii mecanici. Deoarece cartofii cresc din tuberculi, nu trebuie să fie replantați în fiecare an.

Un dezavantaj evident al senzorului actual este că plantele de cartofi mor în timpul iernii, așa că în acest sezon ați pierde senzorul. . Gena senzorului nostru ar putea fi introdusă într-o specie veșnic verde, cum ar fi un pin, dar acest senzor ar trebui să fie retestat pentru a înțelege minimele sale de detectare și performanța în timp.

Când este utilizat în combinație cu senzori mecanici mai sensibili. , actualul fitosenzor de radiații ar putea acționa ca un dispozitiv de siguranță dacă s-ar produce un dezastru similar celui de la Fukushima Daiichi.

Deși există multe posibilități de încorporare a fitosenzorilor în sistemele noastre actuale de monitorizare, echipa noastră are încă obstacole de traversează înainte ca centralele să poată fi desfășurate în câmp.

În primul rând, autoritățile de reglementare nucleară ar trebui să stabilească dacă această tehnologie este sigură și utilă, având în vedere așteptările lor pentru echipamentele de monitorizare a radiațiilor. Apoi, senzorul de plante va fi supus unei evaluări riguroase de către USDA pentru a determina dacă fitosenzorii ar afecta negativ ecosistemele dacă sunt eliberați.

Depășirea acestor obstacole va necesita mai multe cercetări, care ar putea dura luni de zile, având în vedere timpul de creștere a plantelor. În ciuda lucrărilor care urmează, fitosenzorii de radiații ar putea ajuta la protejarea oamenilor și a mediului în viitor, deoarece țările continuă să producă energie nucleară.

Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.

(Fluierul)