அணுக்கரு இயற்பியல் - பாட அறிமுகம் மற்றும் முக்கியக் குறிப்புகள்

அணுக்கரு இயற்பியல் பற்றி

நடுத்தரம் ~120 நிமிடப் படிப்பு

அணுக்கரு இயற்பியல் என்னும் இந்த அத்தியாயம் அணுவின் மையத்தில் அமைந்துள்ள உட்கருவின் அமைப்பு, அதன் நிலைப்புத்தன்மை, அதில் மறைந்துள்ள பிரம்மாண்டமான ஆற்றல் மற்றும் கதிரியக்கத்தின் அடிப்படைகளை மாணவர்களுக்கு மிக எளிய முறையில் அறிமுகப்படுத்துவதற்காகப் பாடத்திட்டத்தில் சேர்க்கப்பட்டுள்ளது. ஹென்றி பெக்கரல், மேரி கியூரி மற்றும் ஐரின் கியூரி போன்ற உலகப் புகழ்பெற்ற அறிவியலாளர்களின் வரலாற்று முக்கியத்துவம் வாய்ந்த அரிய கண்டுபிடிப்புகள் முதல் நவீன அணுசக்தி தொழில்நுட்பங்கள் வரை அணுக்கருவியலின் பரிணாம வளர்ச்சியை இப்பாடம் விரிவாக எடுத்துரைக்கிறது. அணுக்கருவில் ஏற்படும் தொடர்ச்சியான மாற்றங்கள் எவ்வாறு மிக அதிகமான வெப்ப ஆற்றலை வெளியிடுகின்றன என்பதை அறிவியல் பூர்வமாகப் புரிந்துகொள்ள இந்த அத்தியாயம் மாணவர்களுக்கு மிகவும் பயனுள்ளதாக அமைகிறது.

இப்பாடத்தில் விவரிக்கப்பட்டுள்ள அறிவியல் கருத்துக்கள் கதிரியக்கச் சிதைவு என்னும் இயற்கையான நிகழ்விலிருந்து தொடங்கி, அணுக்கரு பிளவு மற்றும் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அணுக்கரு இணைப்பு போன்ற ஆற்றல் வெளியீட்டு வினைகள் வரை ஒன்றோடொன்று மிக நெருக்கமாகத் தொடர்புடையவை ஆகும். இயற்கை கதிரியக்கத்திற்கும் செயற்கை கதிரியக்கத்திற்கும் இடையே உள்ள அடிப்படை வேறுபாடுகள், ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமா கதிர்களின் அயனியாக்கும் திறன், அவற்றின் ஊடுருவுத் திறன் ஒப்பீடுகள் ஆகியவற்றின் மூலம் அணுக்கரு மாற்றங்களின் தாக்கங்களை மாணவர்கள் ஆழமாக அறிந்துகொள்கின்றனர். இத்தகைய உயர்நிலை அறிவியல் கோட்பாடுகள் இன்றைய அணுமின் நிலையங்களின் அணுக்கரு உலைகளின் பாதுகாப்பு மற்றும் பல்வேறு மருத்துவப் பயன்பாடுகளுக்குத் தூணாக அமைகின்றன.

பள்ளிப் பொதுத்தேர்வு நோக்கில் பார்க்கும்போது, இந்த அத்தியாயத்திலிருந்து கதிரியக்கத்தின் அலகுகளான கியூரி, ரூதர்ஃபோர்ட், பெக்கரல் மற்றும் ராண்ட்ஜன் போன்ற வரையறைகளும், ஆல்பா, பீட்டா, காமா சிதைவு வினைகளின் அடிப்படையிலான கணக்கீடுகளும் தொடர்ந்து கேட்கப்படுகின்றன. குறிப்பாக, அணுக்கரு பிளவு மற்றும் அணுக்கரு இணைப்பிற்கான ஒப்பீட்டு வேறுபாடுகள், வேளாண்மை, தொழில் மற்றும் மருத்துவத்தில் கதிரியக்க ஐசோடோப்புகளின் நன்மைகள், பாதுகாப்பு வழிமுறைகள் மற்றும் கதிர்வீச்சுப் பாதிப்புகளைக் கண்டறியும் கருவிகள் போன்ற வினாக்கள் அதிக மதிப்பெண் பிரிவுகளில் அடிக்கடி தேர்வுகளில் கேட்கப்படுகின்றன.

நீங்கள் கற்பவை

• இயற்கை மற்றும் செயற்கை கதிரியக்க நிகழ்வுகளுக்கு இடையே உள்ள அடிப்படை வேறுபாடுகளைப் பட்டியலிடுதல்.
• ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமா கதிர்களின் பண்புகளை ஊடுருவுத்திறன் மற்றும் அயனியாக்கும் திறன் அடிப்படையில் ஒப்பிடுதல்.
• கதிரியக்க இடப்பெயர்ச்சி விதிகளைப் பயன்படுத்தி ஆல்பா மற்றும் பீட்டா சிதைவுகளுக்கான உட்கரு வினைகளை எழுதுதல்.
• அணுக்கரு பிளவு மற்றும் அணுக்கரு இணைப்பிற்கு இடையேயான வேறுபாடுகளைத் தெளிவான அறிவியல் கருத்துக்களுடன் விளக்குதல்.
• நவீன அணுக்கரு உலையின் இன்றியமையாத பாகங்கள் மற்றும் அவற்றின் தனித்துவமான செயல்பாடுகளைக் கண்டறிந்து விவரித்தல்.
• மருத்துவம், வேளாண்மை மற்றும் தொழிற்றுறையில் கதிரியக்க ஐசோடோப்புகளின் அரிய நன்மைகள் மற்றும் பாதுகாப்பு வழிமுறைகளை ஆராய்தல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• அணுவின் அடிப்படை அமைப்பு, புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்கள் பற்றிய முந்தைய வகுப்பு அறிவு.
• தனிமங்கள், அவற்றின் அணு எண் மற்றும் நிறை எண் ஆகியவற்றின் குறியீடுகள் பற்றிய அடிப்படைப் புரிதல்.
• வெப்ப ஆற்றல் மற்றும் பல்வேறு வகையான மின்காந்த அலைகளின் தன்மைகள் பற்றிய பொதுவான அறிவியல் அறிவு.

அணுக்கரு இயற்பியல் — விரிவான விளக்கம்

அணுக்கரு இயற்பியல் அத்தியாயத்தின் கட்டமைப்பு மற்றும் அறிவியல் கோட்பாடுகள்

கதிரியக்கக் கோட்பாடு மற்றும் கண்டுபிடிப்பு

யுரேனியம் மற்றும் ரேடியம் போன்ற அதிக அணு நிறை கொண்ட கனமான தனிமங்களின் அணுக்கருக்கள் நிலைப்புத்தன்மை இல்லாமல் தன்னிச்சையாகச் சிதைவடைந்து ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமா போன்ற ஆபத்தான கதிர்வீச்சுகளை வெளியிடும் இந்த அரிய இயற்கை நிகழ்வே கதிரியக்கம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இயற்கையில் எவ்வித மனிதக் கட்டுப்பாடும் இன்றித் தன்னிச்சையாக நிகழும் இந்த வியக்கத்தக்க கதிரியக்கத்தைக் கண்டறிந்த ஹென்றி பெக்கரலின் அரிய கண்டுபிடிப்புகள் இயற்கை கதிரியக்கக் கோட்பாட்டின் வலுவான அடிப்படையை அமைத்தன. பின்னர் அறிவியல் நவீன ஆய்வகங்களில் லேசான தனிமங்களை அதிவேக நியூட்ரான்கள் போன்ற துகள்களைக் கொண்டு செயற்கையாக மோதச் செய்து தூண்டப்பட்ட செயற்கை கதிரியக்கம் மேரி கியூரி மற்றும் ஐரின் கியூரியால் கண்டறியப்பட்டது. இந்த இரண்டு இன்றியமையாத நிகழ்வுகளும் அணுக்கருவின் நிலைப்புத்தன்மையற்ற தன்மையை விளக்குவதுடன், நவீன அணுசக்தி உற்பத்தியை நோக்கிய புதிய வழிகளைத் திறந்துவிட்டன.

ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமா கதிர்களின் ஒப்பீடு

அணுக்கரு சிதைவின்போது உட்கருவிலிருந்து வெளியாகும் ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமா கதிர்கள் முற்றிலும் மாறுபட்ட தனித்துவமான இயற்பியல் பண்புகளையும் ஆற்றல்களையும் கொண்டுள்ளன. ஆல்பா துகள்கள் என்பது இரண்டு நேர்மின்னூட்டம் கொண்ட புரோட்டான்களையும் இரண்டு நியூட்ரான்களையும் கொண்ட ஹீலியம் உட்கருவாகும்; பீட்டா துகள்கள் என்பது உட்கருவிலிருந்து உமிழப்படும் அதிவேக எலக்ட்ரான்களாகும்; காமா கதிர்கள் என்பது எவ்வித மின்னூட்டமும் இல்லாத அதிக ஆற்றல் கொண்ட மின்காந்த அலைகளாகும். இவற்றில் ஆல்பா கதிர்கள் அவற்றின் அதிக நிறை காரணமாக மிக அதிக அயனியாக்கும் திறனையும், ஆனால் மிகக் குறைந்த ஊடுருவு திறனையும் பெற்றுள்ளன. பீட்டா கதிர்கள் இவ்விரண்டு பண்புகளிலும் நடுத்தரமான நிலையையும், காமா கதிர்கள் மிகக் குறைந்த அயனியாக்கும் திறனுடன் காரீயக் கவசங்களையும் எளிதாக ஊடுருவிச் செல்லும் மிக அதிக ஊடுருவு திறனையும் கொண்டு விளங்குகின்றன.

கதிரியக்க இடப்பெயர்ச்சி விதிகள்

கதிரியக்க உட்கருக்கள் சிதைவடையும்போது முற்றிலும் புதிய தனிமங்களின் சேய் உட்கருக்கள் உருவாவதை சோடி மற்றும் ஃபஜன் ஆகிய அறிவியல் அறிஞர்கள் இடப்பெயர்ச்சி விதிகளாக மிகத் தெளிவாக வரையறுத்துள்ளனர். இக்கோட்பாட்டின்படி, ஒரு தாய் அணுக்கருவிலிருந்து ஒரு ஆல்பா துகள் உமிழப்படும்போது அதன் நிறை எண் நான்கும் அதன் அணு எண் இரண்டும் குறைந்து புதிய தனிமம் உருவாகிறது. மாறாக, அணுவிலிருந்து பீட்டா துகளின் உமிழ்வின்போது நிறை எண் மாறாமல் அணு எண் ஒன்று அதிகரித்து புதிய தனிமம் தோன்றுகிறது. மிக அதிக ஆற்றல் கொண்ட காமா உமிழ்வின்போது அணுக்கருவின் ஆற்றல் நிலை மட்டுமே குன்றி நிலைப்புத்தன்மை அடைகிறதே தவிர, அணு எண் மற்றும் நிறை எண்ணில் எவ்விதமான மாற்றமும் ஏற்படுவதில்லை. இக்கோட்பாடுகள் அணுக்கரு வினைகளை அறிவியல் பூர்வமாகச் சமன்படுத்தவும் ஆராயவும் பெரிதும் பயன்படுகின்றன.

அணுக்கரு பிளவு மற்றும் அணுக்கரு இணைப்பு

அணுக்கரு பிளவு என்பது யுரேனியம் போன்ற ஒரு கனமான அணுக்கருவை மெதுவான நியூட்ரானால் தாக்கி, ஒத்த எடையுள்ள இரு சிறு உட்கருக்களாகப் பிரிக்கப்பட்டு பிரம்மாண்டமான ஆற்றலை வெளியிடும் வினையாகும். இதில் கட்டுப்பாடற்ற மற்றும் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட தொடர் வினைகள் மூலம் நொடிப் பொழுதில் அளவிட முடியாத ஆற்றல் உருவாகிறது, இதுவே அணுகுண்டின் அடிப்படைத் தத்துவமாகும். இதற்கு நேர்மாறாக, அணுக்கரு இணைப்பு என்பது இரண்டு லேசான ஹைட்ரஜன் உட்கருக்கள் இணைந்து ஒரு கனமான ஹீலியம் உட்கருவை உருவாக்கி ஆற்றலை உமிழும் வினையாகும். அணுக்கரு இணைப்பானது பூமியில் சாத்தியமற்ற மிக அதிக வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் மட்டுமே நிகழக்கூடியது. விண்மீன்கள் மற்றும் சூரியனின் மையப்பகுதியில் தொடர்ச்சியாக நிகழும் இந்த வெப்ப அணுக்கரு வினைகளே நமது பிரபஞ்சத்தின் முதன்மை ஒளி மற்றும் வெப்ப ஆற்றல் மூலமாகத் திகழ்கின்றன.

அணுக்கரு உலை மற்றும் கதிரியக்கப் பாதுகாப்பு

அணுக்கரு உலை என்பது அணுக்கரு பிளவு வினையைத் தகுந்த தணிப்பான்கள், கட்டுப்பாட்டுத் தண்டுகள் மற்றும் குளிர்விப்பான்களைக் கொண்டு கட்டுப்படுத்தப்பட்ட தொடர்வினையாக நடத்தி பாதுகாப்பான முறையில் மின்சாரம் தயாரிக்கும் ஒரு மிக முக்கிய நவீன தொழில்நுட்ப அமைப்பாகும். எனினும், இத்தகைய கதிரியக்கத் தனிமங்களைக் கையாளும்போது மிகக் கடுமையான பாதுகாப்பு வழிமுறைகளைப் பின்பற்றுவது இன்றியமையாதது. கதிர்வீச்சுப் பாதிப்பிலிருந்து உடலைக் காக்க காரீயக் கவசங்கள், தடிமனான கான்கிரீட் சுவர்கள் மற்றும் தொலைக்கட்டுப்பாட்டுக் கருவிகளைப் பயன்படுத்துவது சட்டப்படி கட்டாயமாகும். ஒரு மனிதனுக்கு அனுமதிக்கப்பட்ட பாதுகாப்பான கதிர்வீச்சு அளவான ஒரு வாரத்திற்கு நூறு மில்லி ராண்ட்ஜன் என்ற வரம்பைத் தாண்டாமல் கதிர்வீச்சு கண்காணிப்பு அட்டை (Dosimeter) மூலம் தொடர்ந்து கண்காணிப்பது பணியாளர்களின் பாதுகாப்பை நூறு சதவீதம் உறுதி செய்கிறது.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• தவறு: ஆல்பா மற்றும் பீட்டா சிதைவின் போது நிறை எண்ணையும் அணு எண்ணையும் தவறாகக் கணக்கிடுதல். திருத்தம்: ஆல்பா உமிழ்வின் போது நிறை எண் நான்கும் அணு எண் இரண்டும் குறைகிறது, பீட்டா உமிழ்வின் போது நிறை எண் மாறாமல் அணு எண் ஒன்று அதிகரிக்கிறது என்பதை நினைவில் கொள்ள வேண்டும்.
• தவறு: அணுக்கரு பிளவு மற்றும் அணுக்கரு இணைப்பு ஆகிய வினைகளை ஒன்றோடொன்று குழப்பிக் கொள்ளுதல். திருத்தம்: பிளவு என்பது கனமான உட்கரு பிரியும் வினையாகும், இணைப்பு என்பது லேசான உட்கருக்கள் இணையும் வினையாகும் என்பதைத் தெளிவாகப் புரிந்துகொள்ள வேண்டும்.
• தவறு: கதிரியக்கப் பாதுகாப்பு அலகான ராண்ட்ஜன் என்பதைப் பொதுவான கதிரியக்கச் சிதைவு அலகுகளுடன் குழப்புவது. திருத்தம்: கியூரி, பெக்கரல் போன்றவை சிதைவு வீதத்தின் அலகுகள் ஆகும், ராண்ட்ஜன் என்பது காமா மற்றும் எக்ஸ் கதிர்களின் கதிர்வீச்சு வீச்சளவுக்கான அலகு ஆகும்.
• தவறு: அணுக்கரு உலையில் உள்ள கட்டுப்பாட்டுத் தண்டுகள் மற்றும் தணிப்பான்களின் பணிகளை மாற்றி எழுதுவது. திருத்தம்: தணிப்பான்கள் நியூட்ரான்களின் வேகத்தைக் குறைக்கின்றன, கட்டுப்பாட்டுத் தண்டுகள் நியூட்ரான்களை உறிஞ்சி தொடர்வினையைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன என்பதைத் தெளிவாக வேறுபடுத்த வேண்டும்.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

இயற்கை கதிரியக்கத்திற்கும் செயற்கை கதிரியக்கத்திற்கும் என்ன அடிப்படை வேறுபாடு?

இயற்கை கதிரியக்கம் என்பது அணு எண் எண்பத்திரண்டை விட அதிகமான கனமான தனிமங்களில் தானாகவே எவ்வித வெளிப்புறத் தூண்டுதலும் இன்றித் தன்னிச்சையாக நிகழும் ஒரு இயற்கையான நிகழ்வாகும். ஆனால், செயற்கை கதிரியக்கம் என்பது அணு எண் எண்பத்திரண்டை விடக் குறைவான லேசான தனிமங்களை அதிவேகத் துகள்கள் கொண்டு ஆய்வகத்தில் மோதச் செய்து செயற்கையாக உட்கருவைச் சிதைக்க வைக்கும் ஒரு மனிதத் தூண்டல் நிகழ்வாகும்.

ஆல்பாச் சிதைவின் போது அணுவின் உட்கருவில் என்ன மாற்றம் நிகழ்கிறது?

ஒரு நிலைப்புத்தன்மையற்ற தாய் அணுக்கருவானது ஆல்பாச் சிதைவுக்கு உட்படும்போது, அதிலிருந்து இரண்டு புரோட்டான்களும் இரண்டு நியூட்ரான்களும் கொண்ட ஒரு ஹீலியம் உட்கரு உமிழப்படுகிறது. இதனால் புதிதாக உருவாகும் சேய் உட்கருவின் நிறை எண்ணானது அதன் தாய் உட்கருவின் நிறை எண்ணை விட நான்கும், அதன் அணு எண்ணானது தாய் அணுக்கருவின் அணு எண்ணை விட இரண்டும் குறைந்து புதிய தனிமமாக மாறுகிறது.

பீட்டாச் சிதைவு என்றால் என்ன மற்றும் அதன் போது அணு எண் எவ்வாறு மாறுகிறது?

கதிரியக்கச் சிதைவின் போது உட்கருவிலிருந்து ஒரு அதிவேக எலக்ட்ரான் உமிழப்படும் நிகழ்வே பீட்டாச் சிதைவு என அழைக்கப்படுகிறது. இந்தச் சிதைவின் போது தாய் அணுக்கருவின் நிறை எண்ணில் எவ்விதமான மாற்றமும் ஏற்படுவதில்லை. ஆனால், புதிய சேய் உட்கருவின் அணு எண்ணானது தாய் உட்கருவின் அணு எண்ணை விட ஒன்று அதிகரித்து தனிம வரிசை அட்டவணையில் அதற்கு அடுத்த இடத்தில் உள்ள புதிய தனிமமாக மாறுகிறது.

அணுக்கரு பிளவு மற்றும் அணுக்கரு இணைப்பு ஆகியவற்றிற்கு இடையே உள்ள முக்கிய வேறுபாடு என்ன?

அணுக்கரு பிளவு என்பது யுரேனியம் போன்ற ஒரு கனமான அணுக்கருவை நியூட்ரான் கொண்டு தாக்கி ஒத்த எடையுள்ள இரு சிறிய உட்கருக்களாகப் பிளந்து அதிக ஆற்றலை வெளியிடும் வினையாகும். இதற்கு நேர்மாறாக, அணுக்கரு இணைப்பு என்பது இரண்டு மிக லேசான அணுக்கருக்கள் ஒன்றுசேர்ந்து ஒரு கனமான புதிய உட்கருவை உருவாக்கி பிரம்மாண்டமான வெப்ப ஆற்றலை உமிழும் வினையாகும், இதுவே சூரியன் மற்றும் விண்மீன்களில் தொடர்ந்து நிகழ்கிறது.

அணுக்கரு உலையில் உள்ள கட்டுப்பாட்டுத் தண்டுகளின் முக்கிய பணி என்ன?

அணுக்கரு உலையில் தொடர்வினையைத் தகுந்த முறையில் கட்டுப்படுத்துவதற்கு போரான் அல்லது காட்மியம் போன்ற தனிமங்களால் செய்யப்பட்ட கட்டுப்பாட்டுத் தண்டுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இவை பிளவு வினையின் போது வெளிவரும் உபரி நியூட்ரான்களைத் தங்களின் உடலுக்குள் உறிஞ்சிக் கொள்வதன் மூலம் தொடர்வினை கட்டுப்பாட்டை மீறிச் செல்லாமல் தடுத்து அணு உலை வெடித்துச் சிதறுவதைத் தவிர்த்து முழுமையான பாதுகாப்பைத் தொடர்ந்து உறுதி செய்கின்றன.

கதிரியக்கப் பொருட்களைக் கையாளும்போது நாம் மேற்கொள்ள வேண்டிய பாதுகாப்பு வழிமுறைகள் யாவை?

கதிரியக்கப் பொருட்களைக் கையாளும்போது அவற்றின் கதிர்வீச்சுப் பாதிப்பிலிருந்து உடலைப் பாதுகாக்க தடிமனான காரீயக் கவசங்கள் மற்றும் காரீயத்தினாலான கையுறைகளை அணிவது இன்றியமையாதது. மேலும், கதிரியக்கப் பொருட்களை நேரடியாகத் தொடாமல் தொலைக்கட்டுப்பாட்டுக் கருவிகள் மற்றும் இடுக்கிகளை மட்டுமே பயன்படுத்த வேண்டும். பணியாளர்கள் தங்களின் உடலில் படும் கதிர்வீச்சின் அளவை Dosimeter அட்டை மூலம் தொடர்ந்து அளவிட்டு எச்சரிக்கையுடன் இருக்க வேண்டும்.