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Measurement of transfer factor – TF of radioactive elements in the fast-growing plant culture Helianthus tuberosus L (sunchoke)

यह अध्ययन वोयवोडिना में तेजी से बढ़ने वाले सनचोक पौधे (*Helianthus tuberosus* L.) के विभिन्न भागों में मिट्टी से रेडियोन्यूक्लाइड्स (Cs-137, Ra-226, और K-40) के स्थानांतरण कारकों का मूल्यांकन करता है, जो यह प्रकट करता है कि हालांकि यह पौधा इन तत्वों को संचित करता है, लेकिन यह विशेष रूप से अपने सभी भागों में पोटेशियम-40 को पुन: सांद्रित करता है, जिससे खाद्य सुरक्षा और सार्वजनिक जोखिम के लिए संभावित चिंताएं उत्पन्न होती हैं।

मूल लेखक: Aleksandar Radukin, Jan Hansman, Danijel Velimirović, Jovana Knežević Radić, Dušan Mrdja, Kristina Bikit, Sofija Forkapić

प्रकाशित 2026-07-27

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Aleksandar Radukin, Jan Hansman, Danijel Velimirović, Jovana Knežević Radić, Dušan Mrdja, Kristina Bikit, Sofija Forkapić

मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि पृथ्वी एक विशाल, हलचल भरी रसोई है जहाँ पौधे रसोइये (शेफ) हैं। ये शेफ केवल मसालों के साथ खाना नहीं बनाते; वे सीधे मिट्टी की पेंट्री (भंडार) से सामग्री खींचते हैं। कभी-कभी, इस पेंट्री में सामान्य स्वस्थ चीजें जैसे विटामिन और खनिज होते हैं, लेकिन कभी-कभी इसमें "रेडियोन्यूक्लाइड्स" नामक अदृश्य, ऊर्जावान मेहमान भी होते हैं। ये छोटे, अस्थिर परमाणु हैं जो विकिरण (रेडिएशन) के साथ चमकते हैं, जैसे कि K-40 (पोटेशियम का एक प्राकृतिक संबंधी), Cs-137 (मानवीय परमाणु गतिविधियों से बचा हुआ अवशेष), और Ra-226 तथा Th-232 जैसे अन्य तत्व।

वैज्ञानिक इस बात में बहुत रुचि रखते हैं कि ये शेफ इन रेडियोधर्मी मेहमानों को कैसे संभालते हैं। वे "ट्रांसफर फैक्टर" (TF) नामक एक उपकरण का उपयोग करते हैं, जो मूल रूप से एक स्कोरकार्ड है। यह हमें बताता है कि एक पौधा मिट्टी से कितनी विशिष्ट रेडियोधर्मी सामग्री लेता है और वह अपने पत्तों, तनों या जड़ों में कितनी मात्रा में उसे रखने का निर्णय करता है। यह क्यों मायने रखता है? क्योंकि हम इन पौधों को अपनी ऊर्जा जरूरतों के लिए ईंधन में बदलने की कोशिश कर रहे हैं। यदि हम इन पौधों को हमारे शहरों को शक्ति देने वाले गैस में बदलते हैं, तो हमें यह जानना होगा: क्या हम अनजाने में अपने ईंधन में रेडियोधर्मी धूल को केंद्रित कर रहे हैं, या हम इसे सुरक्षित रूप से जमीन में ही छोड़ रहे हैं? यह हरित ऊर्जा और हमारे भोजन एवं हवा को सुरक्षित रखने के बीच एक संतुलन है।

द सनचोक एक्सपेरिमेंट: एक रेडियोधर्मी रेसिपी

इस अध्ययन में, यूनिवर्सिटी ऑफ नोवी साद के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक बहुत ही भूखे पौधे की जांच करने का निर्णय लिया जिसे Helianthus tuberosus L., या अधिक सामान्यतः, सनचोक कहा जाता है। सनचोक को एक 'सुपर-शेफ' के रूप में सोचें जो अविश्वसनीय रूप से तेजी से बढ़ता है, और भारी मात्रा में बायोमास पैदा करता है—हर साल प्रति हेक्टेयर 150 टन तक! क्योंकि यह बहुत तेजी से बढ़ता है और बड़ा होता है, यह बायोगैस (एक नवीकरणीय ईंधन) बनाने के लिए एक आदर्श उम्मीदवार है। लेकिन यहाँ एक पेंच है: जैसे-जैसे यह बढ़ने के लिए पानी और पोषक तत्वों को सोखता है, यह मिट्टी से उन अदृश्य रेडियोधर्मी मेहमानों को भी सोख सकता है।

शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि सनचोक इन मेहमानों को ठीक कैसे संभालता है। वे सर्बिया के दो अलग-अलग खेतों (एक पिवनिस में और एक ओमोलिका में) में गए और अलग-अलग उम्र के सनचोक पौधों की कटाई की, जिनकी आयु 3 से 6 वर्ष के बीच थी। उन्होंने केवल पूरे पौधे को नहीं देखा; उन्होंने पौधों को चार विशिष्ट भागों में विभाजित करके एक बहुत ही सटीक 'किचन इंस्पेक्टर' की तरह काम किया: ट्यूबर्स (खाने योग्य जड़ें, जैसे आलू), तने, पत्तियाँ, और फूल। उन्होंने पौधों के ठीक बगल की मिट्टी के नमूने भी लिए।

इस अदृश्य विकिरण को मापने के लिए, उन्होंने HPGe डिटेक्टर नामक एक हाई-टेक "सुपर-आई" का उपयोग किया। यह मशीन इतनी संवेदनशील है कि यह रेडियोधर्मी परमाणुओं से आने वाली सूक्ष्म ऊर्जा तरंगों (गामा किरणों) को गिन सकती है, जिससे वैज्ञानिकों को पता चलता है कि पौधे के प्रत्येक भाग और मिट्टी में प्रत्येक तत्व की कितनी मात्रा मौजूद है।

क्या उन्हें मिला: पोटेशियम पार्टी और सीज़ियम स्ट्रैगलर

परिणामों ने एक स्पष्ट तस्वीर पेश की कि सनचोक अपने रेडियोधर्मी तत्वों को कैसे छाँटता है।

सबसे पहले, K-40 (पोटेशियम-40) था। यह एक प्राकृतिक तत्व है जिसे पौधे बहुत पसंद करते हैं क्योंकि जीवित रहने और बढ़ने के लिए उन्हें पोटेशियम की आवश्यकता होती है, ठीक वैसे ही जैसे मनुष्यों को नमक की आवश्यकता होती है। सनचोक ने न केवल K-40 लिया; उसने इसके लिए एक पार्टी आयोजित की। शोधकर्ताओं ने पाया कि पौधे ने वास्तव में K-40 को केंद्रित किया, जिसका अर्थ है कि पौधे में स्तर मिट्टी की तुलना में अधिक था।

ट्यूबर्स में, पौधे ने मिट्टी में मौजूद K-40 की तुलना में लगभग 1.3 से 2.1 गुना अधिक मात्रा को थामे रखा।
पत्तियों और फूलों में, यह सांद्रता और भी अधिक थी, जो मिट्टी के स्तर का 2.6 गुना तक पहुँच गई।
अध्ययन बताता है कि जैसे-जैसे पौधा पुराना होता है, वह अनिवार्य रूप से अधिक विकिरण जमा नहीं करता; सांद्रता अपेक्षाकृत स्थिर रहती है। यह ऐसा है जैसे पौधे की पोटेशियम के लिए एक निश्चित क्षमता होती है, और वह चाहे 3 साल का हो या 6 साल का, वह उस क्षमता को भर देता है।

फिर वहां Cs-137 (सीज़ियम-137) था। यह एक अलग कहानी है। Cs-137 एक मानव-निर्मित तत्व है जिसका पौधे के जीव विज्ञान में कोई काम नहीं है। हालाँकि, क्योंकि यह पोटेशियम के रासायनिक रूप से समान दिखता है, पौधा कभी-कभी इसे असली चीज़ समझकर गलती से अंदर ले लेता है। लेकिन सनचोक चयनात्मक है।

पौधे ने अपने ट्यूबर्स में मुश्किल से ही Cs-137 को प्रवेश दिया (मिट्टी के स्तर का केवल 0.07 से 0.17 गुना)।
तनों में, यह थोड़ा अधिक था लेकिन फिर भी कम था (मिट्टी के स्तर का लगभग 0.49 गुना)।
महत्वपूर्ण रूप से, कई नमूनों में, पत्तियों और फूलों में Cs-137 इतना कम था कि डिटेक्टर इसे बैकग्राउंड शोर से ऊपर पहचान ही नहीं सका।

शोधकर्ताओं ने Ra-226 और Th-232 को भी देखा। ये तत्व अलग तरह से व्यवहार करते थे, जिसमें पौधे के कुछ हिस्से उन्हें अन्य हिस्सों की तुलना में अधिक पकड़ते थे, लेकिन आम तौर पर, पौधे ने उन्हें पोटेशियम की तरह आक्रामक रूप से केंद्रित नहीं किया।

बड़ी तस्वीर: ग्रीन एनर्जी के लिए इसका क्या अर्थ है

इस पेपर का सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह है कि सनचोक पोटेशियम का एक "रीकोंसेंट्रेटर" (पुनः केंद्रित करने वाला) है। यदि हम बायोगैस बनाने के लिए इस पौधे का उपयोग करते हैं, तो पोटेशियम (और इसके रेडियोधर्मी जुड़वां K-40) गैस बनने के बाद बचे हुए तरल उर्वरक और ठोस अवशेष में चला जाता है। चूंकि इस अवशेष को अक्सर अगली फसल को उगाने में मदद करने के लिए वापस मिट्टी में डाला जाता है, इसलिए रेडियोधर्मी पोटेशियम सीधे वापस जमीन में पुनर्चक्रित (रिसाइकिल) हो जाता है।

शोधकर्ताओं ने गणना की कि एक मानक 1-मेगावाट बायोगैस संयंत्र के लिए, आपको सालाना लगभग 7,100 टन सनचोक बायोमास की आवश्यकता होगी। उनके माप के आधार पर, इस मात्रा को संसाधित करने से मिट्टी में लगभग 3.6 बिलियन बेकरल (Bq) रेडियोधर्मी तत्व वापस लौट आएंगे, जिसमें अधिकांश हिस्सा K-40 से आएगा।

हालाँकि, अध्ययन एक उम्मीद की किरण भी प्रदान करता है। क्योंकि पौधा अपने पत्तों और तनों (जो ईंधन के लिए आमतौर पर एकत्र किए जाते हैं) में खतरनाक, मानव-निर्मित Cs-137 को जमा नहीं करता है, इसलिए ईंधन चक्र के माध्यम से उस विशिष्ट प्रकार के प्रदूषण को फैलाने का जोखिम कम लगता है। पौधा "बुरे" तत्वों को मुख्य रूप से अपनी जड़ों या उन पत्तियों में रखता है जिन्हें वह कुशलता से परिवहन नहीं करता है।

संक्षेप में, सनचोक एक कुशल ऊर्जा मशीन है जो पोटेशियम से इतना प्यार करती है कि वह इसे सीधे मिट्टी से खींच लेती है, लेकिन यह परमाणु दुर्घटनाओं के रेडियोधर्मी अवशेषों को पकड़ने के लिए उतनी उत्सुक नहीं है। यह वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद करता है कि अनजाने में अपनी मिट्टी में रेडियोधर्मी लूप बनाए बिना इन तेजी से बढ़ने वाले पौधों का ऊर्जा के लिए सुरक्षित रूप से उपयोग कैसे किया जाए।

तकनीकी सारांश: Helianthus tuberosus L. में रेडियोधर्मी तत्वों के स्थानांतरण कारक (TF) का मापन

समस्या विवरण
नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन (बायोगैस) के लिए तेजी से बढ़ने वाली बायोमास फसलों, विशेष रूप से Helianthus tuberosus L. (सनचोक) का उपयोग एक दोहरी चुनौती प्रस्तुत करता है: जबकि ये फसलें उच्च बायोमास उपज और कार्बन पृथक्करण की क्षमता प्रदान करती हैं, वे मिट्टी से रेडियोन्यूक्लाइड्स को भी संचित करती हैं। अवायवीय पाचन (anaerobic digestion) के बाद, परिणामी तरल उर्वरक और ठोस अवशेष, जिनमें ये संचित रेडियोन्यूक्लाइड्स होते हैं, वापस मिट्टी में डाल दिए जाते हैं। यह चक्र खाद्य श्रृंखला में रेडियोधर्मी तत्वों को पुन: प्रवेश कराने का जोखिम पैदा करता है। फलस्वरूप, विशिष्ट पौधों के अंगों (कंद, तना, पत्तियां, फूल) में रेडियोन्यूक्लाइड्स के स्थानांतरण कारकों (TF) का मूल्यांकन करने के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता है ताकि संभावित जोखिमों का आकलन किया जा सके और बायोमास उपयोग की सुरक्षा सुनिश्चित की जा सके।

कार्यप्रणाली
अध्ययन में मिट्टी और विभिन्न पादप ऊतकों में विशिष्ट रेडियोन्यूक्लाइड्स की सक्रियता को मापने के लिए गामा स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग किया गया।

नमूनाकरण: नमूने अक्टूबर 2024 में वोजोविना, सर्बिया (पिवनिस और ओमोलजिका) के दो अलग-अलग कृषि स्थलों से एकत्र किए गए थे। इन स्थलों में गैर-सिंचित, गैर-उर्वरित सनचोक के पौधे विभिन्न आयु (3 से 6 वर्ष) के थे।
नमूना तैयार करना: पौधों को कंद (राइजोम), तने, पत्तियों और फूलों में अलग किया गया। मिट्टी को हटाने के लिए कंदों को धोया गया। सभी नमूनों को स्थिर द्रव्यमान तक 105°C पर सुखाया गया, कुचला गया और प्लास्टिक कंटेनरों में सील किया गया। रेडॉन संतुलन स्थापित करने के लिए मापन से पहले नमूनों को 30 दिनों तक संग्रहीत किया गया।
डिटेक्शन सिस्टम: माप एक ORTEC GMx-HPGe डिटेक्टर (32% दक्षता) का उपयोग करके किया गया था, जो एक कस्टम लेड शील्ड (12 cm Pb, 1 mm Cu, 1 mm Sn) में रखा गया था। स्पेक्ट्रा को GENIE-2000 सॉफ्टवेयर का उपयोग करके संसाधित किया गया।
कैलिब्रेशन: प्रणाली को मानक मल्टी-रेडियोन्यूक्लाइड स्रोतों और IAEA संदर्भ सामग्रियों ("मॉस सॉइल" और "आयरिश सी सेडिमेंट") का उपयोग करके कैलिब्रेट किया गया।
विश्लेषण: स्थानांतरण कारक (TF) की गणना IAEA TRS-472 पद्धति के अनुसार मिट्टी में रेडियोन्यूक्लाइड सांद्रता ( $C_{soil}$ ) और पौधे के द्रव्यमान में सांद्रता ( $C_{plant}$ ) के अनुपात के रूप में की गई। मिट्टी की सांद्रता और TF के बीच रैखिक और गैर-रैखिक कार्यात्मक निर्भरता का विश्लेषण Origin 2018 का उपयोग करके किया गया।

मुख्य परिणाम
अध्ययन ने मिट्टी और पौधों के विभिन्न भागों में $^{40}$ K, $^{226}$ Ra, $^{137}$ Cs और $^{232}$ Th की गतिविधि सांद्रता को निर्धारित किया:

गतिविधि सांद्रता:
- $^{137}$ Cs: मिट्टी (2.84–12.5 Bq/kg) और कंदों (0.6–1.67 Bq/kg) में पाया गया। तनों, पत्तियों और फूलों में, गतिविधि आम तौर पर न्यूनतम पता लगाने योग्य गतिविधि (MDA) से नीचे थी।
- $^{226}$ Ra: मिट्टी (21.7–37.3 Bq/kg) और तनों (4.8–17.9 Bq/kg) में मापा गया।
- $^{40}$ K: इसने उच्चतम संचय दिखाया, जिसमें मिट्टी की सांद्रता 399–553 Bq/kg के बीच थी और पौधों के हिस्सों (पत्तियों/फूलों) में यह 1330 Bq/kg तक पहुँच गई।
स्थानांतरण कारक (TF):
- $^{40}$ K: इसने उच्चतम TF मान प्रदर्शित किए, जो पौधे द्वारा महत्वपूर्ण पुनर्संकेंद्रण का संकेत देते हैं। औसत TF मान कंदों के लिए लगभग 1.66, तनों के लिए 0.74, पत्तियों के लिए 1.22 और फूलों के लिए 2.3 थे। ये मान समान फसलों (जैसे सूरजमुखी) के लिए संदर्भ तालिका मानों से सामान्यतः अधिक थे, जिसका कारण पौधे का पोटेशियम के प्रति उच्च आकर्षण है।
- $^{137}$ Cs: इसने कम TF मान दिखाए (जैसे कंदों के लिए 0.12, तनों के लिए 0.49), जो पोटेशियम की तुलना में इसकी सीमित जैविक कार्यक्षमता और गतिशीलता के अनुरूप है।
- $^{226}$ Ra और $^{232}$ Th: पौधे के भाग और नमूना स्थान के आधार पर परिवर्तनशील TF मान प्रदर्शित किए, जो सामान्यतः $^{40}$ K से कम थे।
कार्यात्मक निर्भरता: डेटासेट के विश्लेषण के लिए रैखिक फिटिंग (Linear fitting) ने गैर-रैखिक फिटिंग की तुलना में मिट्टी की सांद्रता और TF (या पौधे की सांद्रता) के बीच बेहतर सहसंबंध प्रदान किया। अध्ययन में पौधे की आयु के साथ रेडियोन्यूक्लाइड सांद्रता में कोई महत्वपूर्ण वृद्धि नहीं पाई गई; $^{40}$ K सांद्रता पौधे की आयु (3 से 6 वर्ष) के बावजूद अपेक्षाकृत स्थिर रही।

मुख्य योगदान

अनुभवजन्य डेटा: यह शोध सनचोक के लिए विशिष्ट गतिविधि सांद्रता और गणना किए गए TF मान प्रदान करता है, जो मानक कृषि फसलों की तुलना में मौजूदा रेडियोइकोलॉजिकल डेटाबेस में व्यापक रूप से प्रलेखित नहीं है।
भाग-विशिष्ट विश्लेषण: इस शोध के विपरीत जो बायोमास को एक सजातीय इकाई के रूप में मानते हैं, यह अनुसंधान कंद, तने, पत्तियों और फूलों के बीच अंतर करता है, जिससे पता चलता है कि $^{40}$ K का संचय हवाई भागों (aerial parts) में अधिक होता है जबकि $^{137}$ Cs भूमिगत भागों (कंदों) में रहने की प्रवृत्ति रखता है।
कार्यप्रणाली अनुप्रयोग: अध्ययन एक विशिष्ट औद्योगिक फसल संदर्भ में मानक IAEA पद्धतियों को लागू करता है, जो इस प्रजाति में रेडियोन्यूक्लाइड स्थानांतरण की भविष्यवाणी करने के लिए रैखिक मॉडल के उपयोग को मान्य करता है।

महत्व और दावे
लेखकों का दावा है कि यह शोध सनचोक की मिट्टी के खनिज संरचना का उपयोग करने की दक्षता, विशेष रूप से पोटेशियम ( $^{40}$ K) को पुनर्संकेंद्रित करने की इसकी क्षमता को उजागर करता है। इसके खाद्य उत्पादन की सुरक्षा और जनसंख्या जोखिम के लिए सीधे निहितार्थ हैं, क्योंकि बायोगास उत्पादन से प्राप्त जैविक उर्वरक इन केंद्रित रेडियोन्यूक्लाइड्स को वापस मिट्टी में डाल देता है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि सनचोक कार्बन पृथक्करण (लगभग 396 टन CO $_2$ प्रति हेक्टेयर अवशोषित करना) के लिए एक व्यवहार्य उच्च-उपज बायोमास फसल है, लेकिन रेडियोन्यूक्लाइड्स के संचय का प्रबंधन किया जाना चाहिए। लेखक नोट करते हैं कि 1 MW $_{el}$ बायोगैस संयंत्र के लिए, जैविक उर्वरक की वापसी सालाना लगभग $3.6 \times 10^9$ Bq रेडियोधर्मी तत्वों (मुख्य रूप से $^{40}$ K) को वापस मिट्टी में डाल देगी। निष्कर्ष बताते हैं कि हवाई भागों (जो बायोगास के लिए उपयोग किए जाते हैं) में $^{40}$ K का स्थानांतरण महत्वपूर्ण है, जबकि $^{137}$ Cs कम गतिशील है और कंदों में रहने की प्रवृत्ति रखता है। पेपर का दावा है कि ये परिणाम पोटेशियम के जैविक अपटेक बनाम मानवजनित सीज़ियम के संबंध में सामान्य रेडियोइकोलॉजिकल सिद्धांतों के अनुरूप हैं।

तकनीकी सारांश: Helianthus tuberosus L. में रेडियोधर्मी तत्वों के स्थानांतरण कारक (TF) का मापन

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