సహజ రేడియోధార్మికత

సహజ రేడియోధార్మికత

ఈ ధర్మాన్ని క్రీ.శ.1896లో హెన్రీ బెకరల్ అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నాడు. ఇతనికి 1903లో నోబెల్ బహుమతి లభించింది. ప్రతి పరమాణు కేంద్రకం పరిమాణం 1 Fermiగా (10–15m) ఉంటుంది. ఈ పరమాణు కేంద్రకంలోని ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లను కేంద్రక బలాలు బంధిస్తాయి. ఈ విశ్వంలో ఇతర బలాలతో పోలిస్తే (అయస్కాంత, విద్యుత్, గురుత్వాకర్షణ మొదలైనవి) కేంద్రక బలాలు అత్యంత బలమైనవి. కేంద్రక బలాల గురించి కూలూంబ్ అనే శాస్త్రవేత్త అధ్యయనం చేసి వాటిని కూలూంబ్ ఆకర్షణ బలాలు, వికర్షణ బలాలు అని రెండు రకాలుగా వర్గీకరించాడు. 1. పరమాణు సంఖ్య 1 నుంచి 30 వరకు గల పరమాణు కేంద్రకాల్లో కూలూంబ్ ఆకర్షణ బలాలు ఎక్కువగా, వికర్షణ బలాలు తక్కువగా ఉంటాయి. అందువల్ల ఇలాంటి పరమాణు కేంద్రకాల్లో స్థిరత్వం ఎక్కువగా ఉండి అవి సహజ రేడియోధార్మికతను ప్రదర్శించవు. ఉదా: 1H1, 6C12, 7N142. పరమాణు సంఖ్య 31 నుంచి 82 వరకు [Pb82] గల పరమాణు కేంద్రకాల్లో కూలూంబ్ ఆకర్షణ బలాలు క్రమక్రమంగా తగ్గి వికర్షణ బలాలు పెరుగుతాయి. కాబట్టి ఇలాంటి పరమాణు కేంద్రకాల్లో అస్థిరత్వం క్రమంగా పెరుగుతుంది. ఉదా:  సహజ రేడియోధార్మికత నిర్వచనంపరమాణు సంఖ్య 82 కంటే ఎక్కువగా ఉన్న పరమాణు కేంద్రకాల్లో కూలూంబ్ వికర్షణ బలాలు ఎక్కువగా, ఆకర్షణ బలాలు తక్కువగా ఉంటాయి. కాబట్టి ఇలాంటి పరమాణు కేంద్రకాల్లో అస్థిరత్వం ఎక్కువగా ఉండి, స్థిరత్వాన్ని పొందేందుకు తమంతట తాముగా α, ß, γ కిరణాలను బయటకు విడుదల చేస్తాయి. ఈ ధర్మాన్ని సహజ రేడియో ధార్మికత అంటారు. ఉదా: 92Th232,. దీన్ని బెర్జిలియస్ అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నాడు. ఉదా: 92Th238,. దీన్ని పెలిగాట్ అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నాడు. 1. సహజ రేడియోధార్మికతలో వెలువడిన α, ß, γ కిరణాలను బెకరల్ కిరణాలు అని కూడా అంటారు. 2. సహజ రేడియోధార్మికత అనేది ఆయా రేడియోధార్మిక పదార్థాల స్వభావంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అంతేకానీ బాహ్య కారకాలైన ఉష్ణోగ్రత, పీడనాలపై ఆధారపడదు. α-(ఆల్ఫా) కణం: ఈ కణం రెండు యూనిట్ల ధనావేశాన్ని, నాలుగు యూనిట్ల ద్రవ్యరాశిని కలిగి అనే జడవాయు కేంద్రకాన్ని పోలి ఉంటుంది. కాబట్టి ఒక రేడియోధార్మిక పదార్థం నుంచి α- కణం విడుదలైతే దాని పరమాణు సంఖ్య రెండు ప్రమాణాలు, ద్రవ్యరాశి నాలుగు ప్రమాణాలు తగ్గుతాయి. ß-కిరణం: పరమాణు కేంద్రకంలో ఒక న్యూట్రాన్ విచ్ఛిన్నమైనప్పుడు ఒక ప్రోటాన్, ఒక ఎలక్ట్రాన్‌గా విడిపోతుంది. దీనిలో భారయుత ప్రోటాన్ పరమాణు కేంద్రకంలో ఉంటుంది. తేలికగా ఉన్న ఎలక్ట్రాన్ బయటకు విడుదలవుతుంది. దీన్ని ß- కిరణం అని అంటారు. పరమాణు కేంద్రం నుంచి ß- కణం విడుదలైతే దాని పరమాణు సంఖ్య 1 పెరుగుతుంది. కానీ ద్రవ్యరాశిలో మార్పు ఉండదు.  γ- (గామా) కిరణం: ఇది కేవలం శక్తిని కలిగి ఉన్న ఒక రకమైన విద్యుదయస్కాంత తరంగం మాత్రమే. ఈ కిరణాలకు ద్రవ్యరాశి, ఆవేశం ఉండవు. కాబట్టి ఈ కిరణం విడుదలైనప్పుడు పరమాణు కేంద్రకంలో కొంత శక్తి మాత్రమే తగ్గుతుంది. అంతేకాని పరమాణు సంఖ్యలో, పరమాణు ద్రవ్యరాశిలో ఎలాంటి మార్పు ఉండదు. ఒక పదార్థంలో రేడియోధార్మిక కిరణాలు చొచ్చుకొని వెళ్లే సామర్థ్యం γ > ß > α సహజ రేడియోధార్మికతకు ప్రమాణాలు 1) 1 Curie=3.7× 1010 విఘటనం/ సెకన్ 2) రూథర్‌ఫర్‌‌డ (Rd) = 106 విఘటనం/ సెకన్ 3) బెకరల్ (Bq) = 1 విఘటనం/ సెకన్ (S.I. ప్రమాణం) రేడియోధార్మిక కిరణాల ఉనికిని తెలుసుకునేందుకు ఉపయోగించే సాధనాలు. 1) గిగ్గర్ ముల్లర్ కౌంటర్ 2) సింటిలేషన్ కౌంటర్ 3) క్లౌడ్ చాంబర్ 4) బబుల్ చాంబర్ కృత్రిమ రేడియోధార్మికత స్థిరమైన మూలకాన్ని భారయుత కణాలతో తాడనం చెందించినప్పుడు అది రేడియోధార్మిక పదార్థంగా మారుతుంది. ఈ పద్ధతిని కృత్రిమ రేడియోధార్మికత అంటారు. ఈ ధర్మాన్ని కనుగొన్న శాస్త్రవేత్తలు ఐరిన్ క్యూరీ, ఫ్రెడ్రిక్ జోలిట్ క్యూరీ. ఇప్పటి వరకు అనేక కృత్రిమ రేడియోధార్మిక మూలకాలను కనుగొన్నారు. వాటిలో ముఖ్యమైనవి. 1) ఫ్లూటోనియం 2) నెఫ్ట్యూనియం 3) అమరేషియం 4) లారెన్షియం 5) క్యూరియం 6) ఫెర్మియం 7) ఐన్‌స్టీనియం 8) స్ట్రాన్షియం మొదలైనవి.. వీటిలో ఫ్లూటోనియాన్ని అత్యుత్తమ అణు ఇంధనంగా భావిస్తారు. ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్: ఇతను చేసిన పరిశోధనల్లో ముఖ్యమైనవి. 1) ద్రవ్యరాశి శక్తి తుల్యతానియమం (E=mc2) 2) సాపేక్ష సిద్ధాంతం 3) కాంతి విద్యుత్ ఫలిత సమీకరణం. ఈ పరిశోధనకు ఐన్‌స్టీన్‌కు నోబెల్ బహుమతి (1921లో) లభించింది. కేంద్రక విచ్ఛిత్తి ఒక భారయుత పరమాణు కేంద్రకాన్ని తటస్థ ఆవేశం గల ఒక న్యూట్రాన్‌తో ఢీ కొట్టించినప్పుడు అది విచ్ఛిన్నం చెంది దాదాపు సరి సమానమైన రెండు కొత్త పరమాణు కేంద్రకాలుగా విడిపోయి వాటిలో నుంచి మూడు న్యూట్రాన్లు, కొంత అణుశక్తి విడుదల కావడాన్ని కేంద్రక విచ్ఛిత్తి అంటారు. కేంద్రక విచ్ఛిత్తి అనే ప్రక్రియను ఆటోహాన్, స్ట్రాస్‌మన్ కనుగొన్నారు. యురేనియం బేరియం క్రిప్టాన్ న్యూట్రాన్ కేంద్రక విచ్ఛిత్తికి లోనయ్యే యురేనియం, థోరియం, ఫ్లూటోనియం అనే వాటిని అణు ఇంధనాలుగా ఉపయోగిస్తారు. యురేనియం అనేది పిచ్‌బ్లెండ్ రూపంలో, థోరియం మోనోజైట్ రూపంలో లభిస్తుంది. థోరియం నిల్వల రీత్యా ప్రపంచంలో భారత్ తొలి స్థానంలో ఉంది. ఈ నిల్వలు ఎక్కువగా కేరళ తీరంలోని ఇసుకలో ఉన్నాయి. సహజసిద్ధంగా లభిస్తున్న మూలకాల్లో భారయుత మూలకం యురేనియం. యురేనియాన్ని 'Yellow Cake' అంటారు. ఫ్లూటోనియాన్ని ల్యాబ్‌లో తయారు చేస్తారు. శృంఖల చర్య లేదా గొలుసు చర్య విచ్ఛిత్తిశీల పదార్థంలో కేంద్రక విచ్ఛిత్తి అనేది తనంతట తానుగా అన్ని కణాలకు విస్త్తరించడాన్ని గొలుసు చర్య (లేదా) శృంఖల చర్య అంటారు. ఒక సెకను కాలంలో విచ్ఛిన్నం చెందుతున్న కణాల సంఖ్యను విచ్ఛిత్తి రేటు (లేదా) గొలుసు చర్య రేటు అని అంటారు. ఈ గొలుసు చర్య రేటు అనేది రెండు అంశాలపై ఆధారపడుతుంది. 1) విచ్ఛిత్తిశీల పదార్థ స్వభావం 2) గొలుసు చర్యలో పాల్గొంటున్న న్యూట్రాన్ల వేగం. గొలుసు చర్య అనేది కేవలం 10-8 sec కాలంలో జరుగుతుంది. ఈ కాలాన్ని ఒక SHAKE అని అంటారు. కాలాన్ని కొలిచేందుకు ఉపయోగించే అతి చిన్న ప్రమాణం SHAKE గమనిక: కాలాన్ని కొలిచేందుకు ఉపయోగించే అతిపెద్ద ప్రమాణం - కాస్మిక్ సంవత్సరం. అంటే సూర్యుడు ఒకసారి ఈ విశ్వం చుట్టూ తిరిగి రావడానికి పట్టే సమయం. 1 కాస్మిక్ సంవత్సరం = 250 మిలియన్ సంవత్సరాలు (సుమారుగా) గొలుసు చర్యలో వెలువడే న్యూట్రాన్ల సగటు సంఖ్య 2.5 మాత్రమే. గొలుసు చర్యను రెండు రకాలుగా వర్గీకరించొచ్చు. 1) అనియంత్రిత 2) నియంత్రిత గొలుసు చర్య 1. అనియంత్రిత గొలుసు చర్య గొలుసు చర్యలో పాల్గొంటున్న న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని అదుపు చేయకుంటే అది నిరంతరంగా జరుగుతుంది. దీన్ని అనియంత్రిత గొలుసు చర్య అంటారు. అనువర్తనాలు: అణుబాంబు తయారీలో ఉపయోగించే సూత్రం కేంద్రక విచ్ఛిత్తి. శక్తి అనియంత్రిత గొలుసు పద్ధతిలో విడుదల. 2. నియంత్రిత గొలుసు చర్య గొలుసు చర్యలో పాల్గొంటున్న న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని తగ్గిస్తే గొలుసు చర్య అదుపులోకి వస్తుంది. కాబట్టి దాన్ని నియంత్రిత గొలుసు చర్య అంటారు. ఈ పద్ధతిలో వెలువడిన అణుశక్తిని మానవాళి ప్రయోజనం కోసం వినియోగించొచ్చు.