కృత్రిమ రేడియో ధార్మికత

కృత్రిమ రేడియో ధార్మికత

సహజ రేడియో ధార్మికత
సహజ రేడియో ధార్మికత అనే ధర్మాన్ని క్రీ.శ. 1896లో హెన్రీ బెకరల్ కనుగొన్నాడు. అతడికి 1903లో నోబెల్ బహుమతి లభించింది. పరమాణు కేంద్రకంలో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లను బంధించే బలాలను ‘కేంద్రక బలాలు’ అంటారు. విశ్వంలోని ఇతర బలాలతో పోల్చినప్పుడు కేంద్రక బలాలు అత్యంత బలమైనవి. వీటి గురించి కూలుంబ్ అనే శాస్త్రవేత్త పరిశోధన చేసి రెండు రకాలుగా వర్గీకరించాడు. అవి:
 1)    కూలుంబ్ ఆకర్షణ బలాలు
 2)    కూలుంబ్ వికర్షణ బలాలు
     ఈ బలాల పరిమాణం ఆధారంగా పరమాణు కేంద్రకం స్థిరత్వాన్ని, సహజ రేడియో ధార్మికతలను వివరించవచ్చు.
 1.    పరమాణు సంఖ్య 1 నుంచి 31 వరకు ఉండే మూలకాల పరమాణు కేంద్రకాల్లో కూలుంబ్ ఆకర్షణ బలాలు గరిష్ఠంగా, వికర్షణ బలాలు కనిష్ఠంగా ఉంటాయి. వీటికి స్థిరత్వం ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల సహజ రేడియో ధార్మికతను ప్రదర్శించవు.
 2.    పరమాణు సంఖ్య 31 నుంచి 82 వరకు (సీసం) ఉండే మూలకాల పరమాణు కేంద్రకంలో కూలుంబ్ ఆకర్షణ బలాలు క్రమంగా తగ్గిపోయి, వికర్షణ బలాలు పెరుగుతాయి. వీటి పరమాణు కేంద్రకాల్లో అస్థిరత్వం క్రమంగా పెరుగుతుంది.
     ఉదా: Kr36, Ba56
 3.    పరమాణు సంఖ్య 82 కంటే ఎక్కువగా ఉన్న మూలకాల పరమాణు కేంద్రకాల్లో కూలుంబ్ వికర్షణ బలాలు గరిష్ఠంగా ఉంటాయి. ఆకర్షణ బలాలు కనిష్ఠంగా ఉంటాయి. ఇలాంటి పరమాణు కేంద్రకాల్లో అస్థిరత్వం కనిష్ఠ స్థాయిలో ఉండి, అవి స్థిరత్వం పొందడానికి వాటంతట అవేa, b,జ కిరణాలను విడుదల చేస్తాయి. ఈ ధర్మాన్ని ‘సహజ రేడియో ధార్మికత’  అంటారు. ఉదా: యురేనియం, థోరియం
 4.    సహజ రేడియో ధార్మిక పదార్థం నుంచి ఒకసారి ్చ, ఛ, జ కిరణాల్లో ఏదో ఒకటే విడుదలవుతుంది. ఒకేసారి ఏ రెండు కణాలు బయటకు విడుదల కావు.
 5.    సహజ రేడియో ధార్మిక పదార్థం నుంచి వెలువడే కిరణాలను బెకరల్ కిరణాలు అని కూడా అంటారు.
 6.    సహజ రేడియో ధార్మికత ధర్మం ఆయా పదార్థాల స్వభావంపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది. ఉష్ణోగ్రత, పీడనంపై ఆధారపడి ఉండదు.
 
 aకణం: ఈ కణంలో రెండు ప్రోటాన్లు, రెండు న్యూట్రాన్లు ఉంటాయి. కాబట్టి ఇది రెండు యూనిట్ల ధనావేశం, నాలుగు యూనిట్ల ద్రవ్యరాశితో హీలియం (2He4)పరమాణువు కేంద్రకాన్ని పోలి ఉంటుంది. ఒక రేడియో ధార్మిక పదార్థం నుంచి ్చ కణం విడుదలైనప్పుడు దాని పరమాణు సంఖ్య రెండు ప్రమాణాలు, పరమాణు ద్రవ్యరాశి నాలుగు ప్రమాణాలు తగ్గిపోయి, అది వేరొక మూలకంగా మారుతుంది.
  92U235    2He4             90U231 (Thorium)
      (a కణం)
 
 ఛకణం: పరమాణు కేంద్రకంలోని ఒక న్యూట్రాన్ విచ్ఛిన్నం చెంది ఒక ప్రోటాన్, ఒక ఎలక్ట్రాన్‌గా విడిపోతుంది. భారయుత ప్రోటాన్ పరమాణు కేంద్రకంలో మిగిలిపోగా, తేలికైన ఎలక్ట్రాన్ పరమాణు కేంద్రకం నుంచి బయటకు విడుదలవుతుంది. ఈ ఎలక్ట్రాన్‌ను ఛకిరణం  అంటారు. ఛకిరణం విడుదలైనప్పుడు ఆ పదార్థం పరమాణు సంఖ్య +1 పెరుగుతుంది. పరమాణు ద్రవ్యరాశిలో ఎలాంటి మార్పు ఉండదు.
 ఉదా:    92U235 - 92P++1430n1
     93U235- (92+1) P++1420n1
 
 జకిరణాలు: వీటికి ఎలాంటి ఆవేశం, ద్రవ్యరాశి ఉండవు. జ  కిరణం శక్తిని మోసుకెళ్లే విద్యుదయస్కాంత తరంగం మాత్రమే. అందువల్ల జకిరణాలు విడుదలైనప్పుడు పరమాణు కేంద్రకంలోని శక్తి కొంతమేరకు తగ్గుతుంది. అంతేగానీ ఆ పదార్థం పరమాణు సంఖ్య, ద్రవ్యరాశిలో ఎలాంటి మార్పు ఉండదు.
 1.    విద్యుత్ క్షేత్రం, అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా రేడియో ధార్మిక కిరణాలు ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు ధనావేశం ఉన్న ్చకిరణాలు రుణావేశిత పలకవైపు, రుణావేశం ఉన్న ఛకిరణాలు ధనావేశిత పలకవైపు వంగి ప్రయాణిస్తాయి. కానీ, ఎలాంటి ఆవేశం లేని జ కిరణాలు రుజుమార్గంలో వెళతాయి.
 2.    ఒక పదార్థంలోకి రేడియోధార్మిక కిరణాలు చొచ్చుకు వెళ్లే సామర్థ్యాన్ని కిందివిధంగా తెలుపవచ్చు.g > b > a
 3.    రేడియో ధార్మిక కిరణాల ఉనికిని తెలుసుకోవడానికి ఉపయోగించే సాధనాలు:
     1.Geigger - Muller Counter
     2. Scintillation Counter
     3. Cloud Chamber
     4. Bubble Chamber
 రేడియో ధార్మికత ప్రమాణాలు:
 1.    Curie = 3.7 ´ 1010 విఘటనాలు/సె
     1 Millicurie = (1/1000)´3.7´ 1010
         = 3.7 ´ 107 విఘటనాలు/సె
 2.    Ruther ford = 106వి/సె
 3.    1 Becqural = 1 వి/సె
 
 అర్ధజీవితకాలం: ఒక రేడియో ధార్మిక పదార్థం తనలో నుంచి రేడియో ధార్మిక కిరణాలను విడుదల చేస్తూ, దాని అసలు ద్రవ్యరాశిలో సగం ద్రవ్యరాశిని మార్పు చెందించేందుకు కావాల్సిన కాలాన్ని అర్ధ జీవితకాలం అంటారు. ఈ విలువ ఆయా పదార్థాల స్వభావంపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది.
 ప్రతి రేడియో ధార్మిక పదార్థం తనలో నుంచి రేడియో ధార్మిక కిరణాలను విడుదల చేస్తూ సీసం ఆకృతిని పొందుతుంది. ఈ దశలో స్థిరత్వం పొంది, రేడియో ధార్మికత ఆగిపోతుంది. అందువల్ల సీసం అర్ధజీవితకాలాన్ని అనంతంగా తీసుకుంటారు.
 
 కృత్రిమ రేడియో ధార్మికత: ఒక స్థిరమైన పరమాణు కేంద్రకాన్ని భారయుత కణాలతో ఢీకొట్టించినప్పుడు అది రేడియో ధార్మికతను ప్రదర్శిస్తుంది. దీన్ని కృత్రిమ రేడియో ధార్మికత అంటారు. ఈ ధర్మాన్ని మేడం క్యూరీ, ఫ్రెడరిక్ జూలియట్ క్యూరీ కనుగొన్నారు.
 ఉదా:    Plutonium, Neptunium, Ameri- cium, Lawrencium, Fermium, Curium, Einsteinium, Strontium.
 యురేనియం, థోరియం, ఫ్లూటోనియంను అణు ఇంధనాలుగా ఉపయోగిస్తారు. ఫ్లూటోనియాన్ని అత్యుత్తమ అణు ఇంధనంగా పరిగణిస్తారు.
 
 ఐన్‌స్టీన్ చేసిన పరిశోధనల్లో ముఖ్యమైనవి:
 1.    {దవ్యరాశి శక్తి - తుల్యత నియమం
     E = mc2,
     m= వస్తువు ద్రవ్యరాశి
     c= కాంతివేగం, ఉ= శక్తి
 2.    సాపేక్ష సిద్ధాంతం
 3.    కాంతి విద్యుత్ ఫలితం: ఈ సమీకరణాన్ని ప్రతిపాదించినందుకు ఐన్‌స్టీన్‌కు 1921లో  నోబెల్ బహుమతి లభించింది.
 
 కేంద్రక విచ్ఛిత్తి: పరమాణు సంఖ్య 82 కంటే ఎక్కువగా ఉన్న పరమాణు కేంద్రకాలను ఒక భారయుత న్యూట్రాన్‌తో ఢీకొట్టించినప్పుడు  అవి విచ్ఛిన్నం చెంది, దాదాపు సరిసమానమైన రెండు కొత్త పరమాణు కేంద్రకాలుగా విడిపోతాయి. వాటి నుంచి కొన్ని న్యూట్రాన్లు, అత్యధిక అణుశక్తి విడుదలవుతుంది. దీన్ని ‘కేంద్రక విచ్ఛిత్తి’ అంటారు. దీన్ని కనుగొన్న శాస్త్రవేత్తలు ఒట్టోమ్, స్ట్రాస్‌మన్.
 ఉదా: ఒక యురేనియం కణాన్ని తటస్థ ఆవేశం ఉన్న న్యూట్రాన్లతో ఢీకొట్టించినప్పుడు అది విచ్ఛిన్నం చెంది క్రిప్టాన్, బేరియంలుగా విడిపోయి, 3 న్యూట్రాన్లు, 200 ఎంఈవీల అణు శక్తిని విడుదల చేస్తుంది.
 ె    సాధారణంగా యురేనియం, థోరియం, ఫ్లూటోనియం కేంద్రక విచ్ఛిత్తికి లోనవుతాయి. కాబట్టి, ఈ పదార్థాలను అణు ఇంధనాలుగా ఉపయోగిస్తారు.
 ె    యురేనియం పిచ్‌బ్లెండ్ రూపంలో, థోరి యం మోనోజైట్ రూపంలో లభిస్తాయి. ఫ్లూటోనియం మానవుడు తయారు చేసిన కృత్రిమ రేడియో ధార్మిక పదార్థం.
 
 గొలుసు చర్య: విచ్ఛిత్తి శిల పదార్థంలో కేంద్రక విచ్ఛిత్తి దానంతట అదే అన్ని కణాలకు విస్తరించడాన్ని గొలుసుచర్య లేదా శృంఖల చర్య  అంటారు. గొలుసు చర్య రేటు అనేది రెండు అంశాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
 1.    అణుఇంధన స్వభావం
 2.    గొలుసు చర్యలో పాల్గొంటున్న న్యూట్రాన్ల వేగం.
 గొలుసు చర్యలో వెలువడే న్యూట్రాన్ల సగటు సంఖ్య 2.5గా ఉంటుంది. గొలుసు చర్య పూర్త వడానికి పట్టే సమయం 10-8 సెకండ్లు మాత్రమే. దీన్ని ఒక జ్చిజ్ఛు అంటారు.
 1-Shake = 10&8 sec
 కాలాన్ని కొలవడానికి ఉపయోగించే అతి చిన్న ప్రమాణం - Shake.కాలాన్ని కొలవడానికి ఉపయోగించే అతి పెద్ద ప్రమాణం -Cosmic year.
 1 -Cosmic year = 250 Million Years.
 సూర్యుడు ఒకసారి విశ్వం చుట్టూ తిరిగి రావడానికి కావాల్సిన సమయాన్ని కాస్మిక్ సంవత్సరం అంటారు.
 గొలుసు చర్యను రెండు రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు. అవి:
 అనియంత్రిత గొలుసు చర్య: గొలుసు చర్యలో పాల్గొంటున్న న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని ఏ దశలోనూ అదుపు చేయలేకపోతే అది నిరంతరంగా కొనసాగుతుంది. దీన్ని అనియంత్రిత గొలుసు చర్య అంటారు.
 ఉదా: అణుబాంబులు
 అణుబాంబు కేంద్రక విచ్ఛిత్తి సూత్రం ఆధారంగా పనిచేస్తుంది. ఈ అణుబాంబు నుంచి అనియంత్రిత గొలుసు చర్య పద్ధతిలో అణుశక్తి విడుదలవుతుంది.
 నియంత్రిత గొలుసు చర్య: గొలుసు చర్యలో పాల్గొంటున్న న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని అదుపు చేస్తే, గొలుసు చర్య అదుపులోకి వస్తుంది. దీన్ని నియంత్రిత గొలుసు చర్య అంటారు. ఈ పద్ధతిలో వెలువడిన అణుశక్తిని మానవాళి ప్రయోజనం కోసం ఉపయోగించుకోవచ్చు.
 ఉదా: అణు రియాక్టర్
 
 న్యూక్లియర్ రియాక్టర్: ఇది కేంద్రక విచ్ఛిత్తి  సూత్రం ఆధారంగా పనిచేస్తుంది. దీంట్లో నియంత్రిత గొలుసు చర్య పద్ధతిలో అణుశక్తి విడుదలవుతుంది. మొదటిసారిగా అణు రియాక్టర్‌ను 1942 డిసెంబరులో అమెరికాలోని చికాగోలో ఫెర్మీ అనే శాస్త్రవేత్త నిర్మించారు. ఇతడిని ఫాదర్ ఆఫ్ న్యూక్లియర్ రియాక్టర్ అంటారు.
 రియాక్టర్‌లో ఉండే భాగాలు:
 1.    అణు ఇంధనాలు: యురేనియం, థోరి యం, ఫ్లూటోనియం మొదలైనవి. వీటిని చిన్న కడ్డీలుగా రూపొందించి అణు రియాక్టర్‌లో వివిధ వరుసలలో పేర్చుతారు.
 2.    మితకారులు: అణు రియాక్టర్‌లో న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని తగ్గించి, గొలుసు చర్యను అదుపు చేసేందుకు మితకారులను వాడతారు.
     ఉదా: భారజలం (D2O), గ్రాఫైట్, దృఢ ప్లాస్టిక్ పదార్థాలు. భారజలాన్ని ్ఖట్చడ  కనుగొన్నాడు. హైడ్రోజన్ ఐసోటోపు అయిన డ్యుటేరియాన్ని ఉపయోగించి దీన్ని ఉత్పత్తి చేస్తారు. అందువల్ల భారజలాన్ని డ్యుటేరియం ఆక్సైడ్ (D2O) అంటారు.
 3.    నియంత్రకాలు: అణు రియాక్టర్‌లో న్యూట్రాన్లను శోషించుకొని, గొలుసు చర్యను పూర్తిగా ఆపేసేందుకు నియంత్రకాలను ఉపయోగిస్తారు.
     ఉదా: కాడ్మియం, బోరాన్, స్టీల్ కడ్డీలు.
 4.    కూలెంట్: అణు రియాక్టర్‌లో స్టీల్ పైపులను అమర్చి, వాటి ద్వారా చల్లని నీటిని, భారజలాన్ని ప్రవహింపజేస్తారు. ఇవి రియాక్టర్‌లోని ఉష్ణాన్ని శోషించుకొని వేడెక్కి బయటకి వెళతాయి.
 5.    {పత్యేకమైన పైకప్పు: అణు రియాక్టర్‌లో గొలుసు చర్య జరుగుతున్నప్పుడు హానికర రేడియో ధార్మిక కిరణాలు వెలువడి పరిసరాల్లోని జీవావరణం, వాతావరణం, జలావరణం లాంటి వాటికి తీవ్రమైన హాని కలిగిస్తాయి. అందువల్ల ఈ కిరణాలు బయటకు వెళ్లకుండా రియాక్టర్‌పై ప్రత్యేకమైన పైకప్పును అల్యూమినియం, సీసం, కాంక్రీట్‌ల మిశ్రమాన్ని ఉపయోగించి నిర్మిస్తారు.  ఈ రేడియోధార్మిక కిరణాలు పైకప్పును తాకి పరావర్తనం చెంది తిరిగి వెనుకకు వస్తాయి. అణు రియాక్టర్ సామర్థ్యాన్ని బట్టి పైకప్పు మందం ఏడు ఫీట్ల నుంచి 10 మీటర్లుగా ఉంటుంది.
 
 కేంద్రక సంలీనం: రెండు తేలికైన పరమాణు కేంద్రకాలు కలిసి ఏక కేంద్రంగా మారినప్పుడు వాటిలో నుంచి అధిక శక్తి విడుదలవుతుంది. దీన్ని కేంద్రక సంలీనం అంటారు.
 ఉదా: రెండు ప్రోటాన్లు కేంద్రక సంలీనంలో పాల్గొని డ్యుటేరియంగా మారినప్పుడు సుమారు 26.8 మిలియన్ ్ఛగ శక్తి విడుదలవుతుంది.
 
     1H1+1H1 ®1H2 + 26.8 meV
     ¯    ¯       ¯            ¯    
     {పోటాన్ ప్రోటాన్   డ్యుటేరియం     అణుశక్తి
 సాధారణ గది ఉష్ణోగ్రత, పీడనాల వద్ద ప్రోటాన్‌లు వికర్షించుకొని ఒకదాని నుంచి మరొకటి దూరంగా వెళ్లడం వల్ల కేంద్రక సంలీనం జరుగదు. కానీ, సుమారు 20 మిలియన్ సెంటీగ్రేడ్ ఉష్ణోగ్రత, అత్యధిక పీడనం వద్ద ప్రోటాన్లు తమ మధ్య ఉండే వికర్షణ బలాన్ని అధిగమించి కేంద్రక సంలీనంలో పాల్గొంటాయి. ఇది అత్యధిక ఉష్ణోగ్రత, పీడనాల వద్ద జరగడం వల్ల దీన్ని ఉష్ణకేంద్రక చర్య అంటారు. సూర్యుడు, నక్షత్రాల్లో అత్యధిక ఉష్ణోగ్రత, పీడనాల వద్ద ప్రోటాన్‌లు కేంద్రక సంలీనంలో పాల్గొనడం వల్ల కాంతిశక్తి విడుదలవుతోంది.