அணுக்கரு இயற்பியல் - Study Notes

அத்தியாயச் சுருக்கம்

இப்பாடம் அணுக்கரு இயற்பியலின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகளை விரிவாக ஆராய்கிறது. இதில் இயற்கை மற்றும் செயற்கைக் கதிரியக்கத்திற்கு இடையேயான ஒப்பீடு, கதிரியக்கத்தின் அலகுகள் மற்றும் ஆல்பா, பீட்டா, காமா கதிர்களின் சிதைவு வினைகள் ஆகியவை விளக்கப்பட்டுள்ளன. மேலும், அணுக்கருப் பிளவு மற்றும் அணுக்கரு இணைவு ஆகிய ஆற்றல் உமிழ் வினைகளும், அணுக்கரு உலையின் செயல்பாடும், கதிரியக்க ஐசோடோப்புகளின் பல்வேறு நல்வாழ்வுப் பயன்களும் இதில் இடம்பெற்றுள்ளன.

கற்றல் நோக்கங்கள்

• கதிரியக்கம் மற்றும் அதன் வரலாற்றுப் பின்னணியைக் கண்டறிதல்.
• இயற்கை மற்றும் செயற்கைக் கதிரியக்கத்தின் பண்புகளை வேறுபடுத்துதல்.
• ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமாக் கதிர்களின் அயனியாக்கும் மற்றும் ஊடுருவும் திறன்களை ஒப்பிடுதல்.
• அணுக்கருப் பிளவு, தொடர்வினை மற்றும் அணுக்கரு இணைவின் கோட்பாடுகளை அறிதல்.
• அணுக்கரு உலையின் முக்கிய உறுப்புகள் மற்றும் அவற்றின் பணிகளைப் புரிந்துகொள்ளுதல்.
• வேளாண்மை, மருத்துவம் மற்றும் தொழிற்சாலைகளில் கதிரியக்கத்தின் ஆக்கப்பூர்வமான பயன்களைக் கற்றல்.

முக்கியக் கருத்துக்கள் மற்றும் வரையறைகள்

கதிரியக்கம் (Radioactivity)

தனிமங்களின் உட்கருக்கள் தன்னிச்சையாகச் சிதைவடைந்து ஆபத்தான கதிர்வீச்சுகளை வெளியிடும் நிகழ்வு கதிரியக்கமாகும். பொதுவாக 82 ஐ விட அதிக அணு எண் கொண்ட தனிமங்கள் இதில் ஈடுபடுகின்றன.

செயற்கைக் கதிரியக்கம் (Artificial Radioactivity)

லேசான தனிமங்களைச் செயற்கை முறையில் கதிரியக்கத் தனிமங்களாக மாற்றும் நிகழ்வு செயற்கைக் கதிரியக்கமாகும். இது மனித முயற்சியால் தூண்டப்படும் வினையாகும்.

நிறைவழு (Mass Defect)

ஒரு உட்கருவின் உட்கூறுகளின் மொத்த நிறைக்கும், அந்த உட்கருவின் உண்மையான நிறைக்கும் இடையே உள்ள வேறுபாடு நிறைவழு என வரையறுக்கப்படுகிறது.

அணுக்கருப் பிளவு (Nuclear Fission)

ஒரு கனமான உட்கருவானது நியூட்ரானால் தாக்கப்படும்போது, தோராயமாக சமமான நிறை கொண்ட இரு நடுத்தர உட்கருக்களாகப் பிளந்து ஆற்றலை வெளியிடும் வினையாகும்.

அணுக்கரு இணைவு (Nuclear Fusion)

இரண்டு இலகுவான உட்கருக்கள் ஒன்றாக இணைந்து ஒரு கனமான உட்கருவை உருவாக்கி, மிக அதிக அளவில் ஆற்றலை உமிழும் நிகழ்வாகும்.

கணக்கீட்டு வழிமுறைகள்

அணுக்கரு இயற்பியலில் முக்கிய கணக்கீடுகள் கதிரியக்கச் சிதைவு மற்றும் நிறை-ஆற்றல் சமன்பாட்டை அடிப்படையாகக் கொண்டவை:

1. ஆல்பா சிதைவு கணக்கீடு

ஒரு அணுக்கரு ஆல்பா சிதைவிற்கு உட்படும்போது, அதன் நிறை எண் 4 அலகுகளும் அணு எண் 2 அலகுகளும் குறையும். எ.கா., யுரேனியம்-238 சிதைவடைந்து தோரியம்-234 ஆக மாறும் வினை: ₉₂U²³⁸ → ₉₀Th²³⁴ + ₂He⁴.

2. பீட்டா சிதைவு கணக்கீடு

பீட்டா சிதைவின் போது அணு எண் 1 அலகு அதிகரிக்கும், நிறை எண் மாறாமல் இருக்கும். எ.கா., பாஸ்பரஸ்-32 சிதைவடைந்து சல்பர்-32 ஆக மாறும் வினை: ₁₅P³² → ₁₆S³² + _-1e⁰.

3. ஐன்ஸ்டீனின் நிறை-ஆற்றல் கணக்கீடு

விளைவுகளில் ஏற்படும் நிறை இழப்பை ஆற்றலாக மாற்ற E = mc² சமன்பாடு பயன்படுகிறது. இதில் நிறை கிலோகிராமிலும் (kg), ஒளியின் வேகம் c = 3 × 10⁸ மீ/வி என்றும் பிரதியிடப்பட்டு ஆற்றல் ஜூலில் (J) பெறப்படுகிறது.

பொதுவான தேர்வுத் தவறுகள்

• தவறு: ஆல்பா மற்றும் பீட்டா சிதைவுகளில் நிறை எண் மற்றும் அணு எண்களில் ஏற்படும் மாற்றங்களை மாற்றி எழுதுவது.திருத்தம்: ஆல்பா துகள் என்பது ஹீலியம் உட்கரு (₂He⁴). எனவே நிறை எண்ணில் 4-ஐக் குறைத்து, அணு எண்ணில் 2-ஐக் குறைக்க வேண்டும். பீட்டா துகள் என்பது எலக்ட்ரான் (_-1e⁰), எனவே நிறை எண் மாறாது, அணு எண்ணில் 1-ஐக் கூட்ட வேண்டும் என்பதை நினைவில் கொள்க.
• தவறு: அணுக்கருப் பிளவு மற்றும் இணைவு வினைகளின் ஆற்றல் அலகுகளைத் தவறாகக் குறிப்பிடுவது.திருத்தம்: அணுக்கருப் பிளவின் போது தோராயமாக 200 MeV ஆற்றலும், அணுக்கரு இணைவின் போது 3.8 × 10^-12 J ஆற்றலும் வெளியாகின்றன. இரண்டின் அலகுகளையும் (MeV மற்றும் Joule) சரியாக எழுத வேண்டும்.
• தவறு: அணுக்கரு உலையில் பயன்படும் தணிப்பான் மற்றும் கட்டுப்பாட்டுக் கழிகளின் பணிகளைக் குழப்பிக் கொள்வது.திருத்தம்: தணிப்பான் (கனநீர், கிராஃபைட்) நியூட்ரான்களின் வேகத்தைக் குறைக்கும்; கட்டுப்பாட்டுக் கழி (போரான், காட்மியம்) நியூட்ரான்களை உறிஞ்சி தொடர்வினையைக் கட்டுப்படுத்தும்.

தேர்வு குறிப்புகள்

• முக்கிய அட்டவணை: இயற்கை மற்றும் செயற்கைக் கதிரியக்கத்தை வேறுபடுத்தும் அட்டவணையை நன்றாகப் படித்துக் கொள்ளுங்கள், இது மிக முக்கிய ஐந்து மதிப்பெண் வினாவாகும்.
• குறுகிய விடைகள்: கதிரியக்கத்தின் அலகுகளான கியூரி, ரூதர்ஃபோர்டு, பெக்கரல் மற்றும் ராண்ட்ஜன் ஆகியவற்றின் வரையறைகளையும் அவற்றின் எண் மதிப்புகளையும் தெளிவாக நினைவில் வைத்துக் கொள்ளுங்கள்.
• பயன்பாடுகள்: வேளாண்மை (பாஸ்பரஸ்-32), மருத்துவம் (கோபால்ட்-60, சோடியம்-24, அயோடின்-131) மற்றும் தொழிற்சாலைகளில் (கார்பன்-14) பயன்படும் கதிரியக்க ஐசோடோப்புகளின் பட்டியலைத் தேர்வுக்கு முன் ஒருமுறை முழுமையாகத் திருப்புதல் செய்யவும்.