அலகு 6: அணுக்கரு இயற்பியல்#

கற்றல் நோக்கங்கள்#

இந்த அலகினைப் பயின்ற பிறகு மாணவர்களால்

• கதிரியக்கத்தை வரையறுக்க இயலும்.
• இயற்கை மற்றும் செயற்கைக் கதிரியக்கத்தை வேறுபடுத்த இயலும்
• ஆல்பா, பீட்டா, காமாக் கதிர்களின் பண்புகளை ஒப்பிட முடியும்
• அணுக்கரு சிதைவிற்கான சாடி மற்றும் ஃபஜன் இடம்பெயர்வு விதியினைக் கூற இயலும்
• அணுக்கரு இணைவு மற்றும் அணுக்கரு பிளவு ஆகியவற்றின் கருத்துகளைப் புரிந்து கொள்ள முடியும்
• பிளவுக்குட்படும் பொருள்களை அடையாளப்படுத்த இயலும்
• கட்டுப்பாடான மற்றும் கட்டுப்பாடற்ற தொடர்வினைகளைப் பகுத்தாராய இயலும்.
• அணுகுண்டு மற்றும் ஹைட்ரஜன் குண்டுகளின் தத்துவங்களை விவரிக்க இயலும்
• கதிரியக்கத்தின் பயன்களைப் பட்டியலிட முடியும்
• அணுக்கரு உலையின் கூறுகளைப் புரிந்து கொள்ள இயலும்
• கதிரியக்கப் பொருள்களைக் கையாளும்போது மேற்கொள்ள வேண்டிய முன்னெச்சரிக்கைகளை அறிந்து கொள்ளமுடியும்.

அறிமுகம்#

மனித இனம் அணுவைப்பற்றி தெரிந்து கொள்ள அதிக ஆர்வமும், ஈடுபாடும் கொண்டிருந்திருக்கிறது. கி.மு (பொ.ஆ.மு) 400 இல் கிரேக்கத் தத்துவ அறிஞர் டெமோகிரிட்டஸ் என்பவர் பருப்பொருள்கள் அனைத்தும் சிறிய பகுக்க இயலாத அலகுகள் எனக் கருதினார். இவை அணுக்கள் என அழைக்கப்பட்டன, அதாவது நம்மைச் சுற்றியுள்ள பொருள்கள் அனைத்தும் அணுக்களால் ஆனவை, பின்னர் 1803 இல் ஜான் டால்டன் என்பவர் தனிமங்கள் இயற்கையில் ஒரே மாதிரியான அணுக்களால் ஆனவை எனக் கருதினார். பிறகு J.J. தாம்சன் கேத்தோடு (எதிர்மின்) கதிர்கள் எனப்படும் எலக்ட்ரான்களை ஆய்வின் மூலம் கண்டறிந்தார். அதன் பின்னர் கோல்ட்ஸ்டீன், ஆனோடு (நேர்மின்) கதிர்களை கண்டறிந்தார், பின்னாளில் அதனை புரோட்டான்கள் என ரதர்ஃபோர்டு பெயரிட்டு அழைத்தார், மின்சுமையற்ற நியூட்ரான்களை 1932 இல் ஜேம்ஸ் சாட்விக் என்பவர் கண்டறிந்தார். தற்போது ஃபோட்டான்கள், மீசான்கள், பாசிட்ரான்கள் மற்றும் நியூட்ரினோ துகள்கள் போன்ற அடிப்படைத்துகள்கள் அதிக அளவு கண்டறியப்பட்டுள்ளன. 1911 இல் பிரிட்டிஷ் அறிவியல் அறிஞர் எர்னஸ்ட் ரதர்ஃபோர்டு, அணுவின் நிறையானது அதன் மையத்தில் குவிந்து காணப்படுகிறது என்று விளக்கினார். இது அணுக்கரு (உட்கரு) என்றழைக்கப்படுகிறது. அணுவின் அமைப்பினைப் பற்றி நீங்கள் முந்தைய வகுப்புகளில் பயின்றுள்ளீர்கள்.

6.1 கதிரியக்கம்#

6.1.1 கதிரியக்கக் கண்டுபிடிப்பு#

பிரஞ்சு இயற்பியலாளர் ஹென்றி பெக்கெரல் 1896 இல் ஆய்வுப் பணிகளை முடித்து, வாரத்தின் இறுதியில் யுரேனியம் கலந்த கூட்டுப் பொருள்களை இருட்டறையில் விட்டுச்சென்றார். அந்த இருட்டறையில் பதிவு செய்யப்படாத ஒளிப்பேழ் தட்டையும் விட்டுச் சென்றிருந்தார். ஒரு மாதத்திற்கு பிறகு வந்த போது இருட்டறையிலிருந்த ஒளிப்பேழ்த் தட்டு கதிரியக்கத்தால் பாதிக்கப்பட்டிருப்பதைக் கண்டறிந்தார். இதைப் போலவே யுரேனியத்திற்கு அருகில் ஒளிப்பேழ் தட்டு வைக்கப்படும் போதெல்லாம் ஒளிப்பேழ் தட்டு பாதிக்கப்படுவதைக் கண்டார். யுரேனியம் ஒளிப்பேழ் தட்டைப் பாதிக்கும் அளவிற்கு சில கதிர்களை வெளியிடுகிறது என்பதனை உணர்ந்தார். இந்நிகழ்வு ‘கதிரியக்கம்’ என அழைக்கப்படுகிறது. அதன பிறகு யுரேனியம் கதிரியக்கத் தனிமமாக அடையாளப்படுத்தப்பட்டது.

இதனைத் தொடர்ந்து, போலந்து நாட்டு இயற்பியலாளர் மேரி கியூரி மற்றும் அவரது கணவர் பியரி கியூரியும் இணைந்து, பிட்ச் பிளெண்ட் எனப்படும் கருவிநிற சிறிய கதிரியக்கத் தனிமத்தொகுவிலிருந்து கதிரியக்கம் வருவதைக் கண்டறிந்தனர். ஆனால் அதனை யுரேனியத்தின் தூய்மை எனக் கருதியதால் இது குறித்து அவர்களுக்கு வியப்பு இல்லை. இதிலிருந்து வெளியாகும் கதிர்கள் தூய்மையான யுரேனியத்திலிருந்து வரும் கதிர்களை விட அதிக செறிவுடன் இருப்பதை அறிந்தனர். இருப்பினும் பிட்ச் பிளெண்ட் எனப்படும் கதிரியக்கத்தொகுவானது யுரேனியத்தை விட குறைந்த செறிவு உடையது என்பதனை உணர்ந்தனர். ஏதோ ஒரு வகை சில பொருள்கள் இத்தொகுவில் இருப்பதாக முடிவு செய்தனர். அவற்றைப் பிரித்தெடுக்கும் போது அதில் தெரிந்திடாத வெவ்வேறு பண்புகள் கொண்ட புதிய பொருள் இருப்பதைக் கண்டுபிடித்தனர். யுரேனியத்தைப் போன்று இப்புதிய பொருளும் கதிரியக்கத்தை வெளியிடுகிறது. இப்புதிய பொருளுக்கு ‘ரேடியம்’ எனப் பெயரிட்டு அழைத்தனர். இந்தக் கதிரியக்கத் தனிமங்கள் செறிவுமிகுந்த கதிர்களான ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமாக் கதிர்களை வெளிவிடுகின்றன.

6.1.2 கதிரியக்கத்தின் வரையறை#

சில தனிமங்களின் உட்கருக்கள் நிலையற்றவையாக உள்ளன. இந்த உட்கருக்கள் தானாகவே சற்று அதிக நிலைத்தன்மை உடைய உட்கருக்களாக மாறுகின்றன. இந்நிகழ்வை ‘கதிரியக்கம்’ என அழைக்கப்படுகிறது. அதாவது சில தனிமங்களின் அணுக்கருக்கள் தானாகவே ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமாக் கதிர்களை வெளிவிடும் நிகழ்வை ‘கதிரியக்கம்’ எனவும் இந்நிகழ்விற்கு உட்படும் தனிமங்கள் அவனத்தும் ‘கதிரியக்கத் தனிமங்கள்’ எனவும் அழைக்கப்படுகின்றன.

6.1.3 இயற்கைக் கதிரியக்கம்#

யுரேனியம் மற்றும் ரேடியம் போன்ற சில தனிமங்கள் கதிரியக்கத்திற்கு உட்பட்டு எவ்வித மனிதக் குறுக்கீடுகளுமின்றி கதிர்வீச்சுகளை வெளியிடுகின்றன. சில தனிமங்கள் புறத்தூண்டுதலின்றி தன்னிச்சையாக கதிர்வீச்சுகளை வெளியிடுகின்றன. இதனை இயற்கைக் கதிரியக்கம் என அழைக்கிறோம்.

அணு எண் 82 ஐ விட அதிகமாக உள்ள தனிமங்கள் தன்னிச்சையாக கதிரியக்கங்களை வெளியிடும் திறன் பெற்றவை. எ.கா. யுரேனியம், ரேடியம், மற்றும் பிற. அணுஎண் 82 ஐ விட குறைவாக உள்ள இரண்டு தனிமங்கள் மட்டுமே இதுவரையில் கதிரியக்கத் தன்மை குறைந்தவை என அடையாளம் காணப்பட்டுள்ளது. அவை டெக்னீடியம் மற்றும் புரோமித்தியம். இந்த தனிமங்களின் அணுஎண்கள் முறையே 43 மற்றும் 61 ஆகும்.

இதுவரையில் 29 கதிரியக்கப் பொருள்கள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்ளன. அவற்றில் பெரும்பான்மையானவை பூமியில் உள்ள அருமண் உலோகங்களாகவும் (rare earth metals), இளநீர் உலோகங்களாகவும் உள்ளன.

6.1.4 செயற்கைக் கதிரியக்கம் அல்லது தூண்டப்பட்ட கதிரியக்கம்#

செயற்கையாக அல்லது தூண்டப்பட்ட முறையில் சில இலேசான தனிமங்களை கதிரியக்கத் தனிமங்களாக மாற்றும் முறைக்கு ‘செயற்கைக் கதிரியக்கம்’ எனப் பெயர். இதனை மனிதர்கள் மூலம் உருவாக்கும் கதிரியக்கம் எனவும் கூறலாம்.

1934 இல் இம்மாதிரியான கதிரியக்கத்தினை ஐரீன் கியூரி மற்றும் F. ஜாலியட் ஆகியோர் கண்டறிந்தனர். போரான், அலுமினியம் போன்ற சில இலேசான தனிமங்களின் உட்கருக்களை ஆல்பாத் துகள்களைக் கொண்டு மோதும் போது அவை தூண்டப்பட்டு செயற்கைக் கதிரியக்கத்தை வெளியிடுகின்றன. இக் கதிரியக்கத்தில் படுபொருளல்லாத கதிர்வீச்சுகளும், அடிப்படைத் துகள்களும் வெளியாகின்றன. கதிரியக்கச் சிதைவின் போது, கதிரியக்கச் சிதைவிற்கு உட்படும் உட்கரு ‘தாய் உட்கரு’ எனவும் சிதைவிற்கு பிறகு உருவாகும் உட்கரு ‘சேய் உட்கரு’ எனவும் அழைக்கப்படுகிறது. செயற்கைக் கதிரியக்கத்தைத் தூண்டப் பயன்படும் துகள் ‘எறிதுகள்’ அல்லது எறிபொருள் எனவும் சிதைவிற்குப பிறகு உருவாகும் துகள் ‘விடுதுகள்’ எனவும் பெயரிடப்பட்டுள்ளது. எறிதுகள், நிலையற்ற தாய் உட்கருவில் மோதும் போது தன்னிச்சையாக விடுதுகளை வெளியிட்டு சேய் உட்கருவாக மாறுகிறது.

அட்டவணை 6.1 இயற்கைக் கதிரியக்கம் மற்றும் செயற்கைக் கதிரியக்கம் ஒப்பீடு

செயல்பாடு 6.1#

தனிம வரிசை அட்டவணையில் கதிரியக்கத் தனிமங்களைப் பட்டியலிடுக. மேலும் அவை இடம் பெற்றுள்ள தொகுதிகளையும் அடையாளம் காண்க.

x மற்றும் y என்பது முறையே தாய் மற்றும் சேய் உட்கரு எனக் குறிப்பிடப்பட்டால், அணுக்கரு சிதைவு கீழ்க்கண்டவாறு குறிப்பிடப்படுகிறது. x ( எ, வி ) y. எ மற்றும் வி என்பது எறிதுகள் மற்றும் விடுதல்கள் எனக் குறிப்பிடப்படுகிறது.

எடுத்துக்காட்டாக#

மேற்கண்ட அணுக்கரு வினையில் \( \mathrm{C}^{13*} \) என்பது நிலைப்புத் தன்மையற்றது. கதிரியக்கத் தன்மையடையது. இவ்வினை \( \mathrm{Be}^{9} \) (a, n) \( \mathrm{C}^{12} \) எனக் குறிப்பிடப்படுகிறது.

6.1.5 கதிரியக்கத்தின் அலகு#

கியூரி: இது கதிரியக்கத்தின் பொன்மையான அலகாகும், ஒரு கதிரியக்கப்பொருளிலிருந்து ஒரு வினாடியில் \( 3.7 \times 10^{10} \) என்ற அளவில் சிதைவுகள் ஏற்பட்டால், அது ஒரு கியூரி எனப்படும், இது தோராயமாக 1 கிராம் ரேடியம் 226 ஏற்படுத்தும் சிதைவிற்குச் சமமாகும்.

1 கியூரி = ஒரு வினாடி நேரத்தில் \( 3.7 \times 10^{10} \) சிதைவுகளைத் தரும் கதிரியக்கத் தனிமத்தின் அளவு

ரூதர்ஃபோர்டு (Rd): இது கதிரியக்கத்தின் மற்றுமோர் அலகாகும், கதிரியக்கப் பொருளானது ஒரு வினாடியில் வெளியிடப்படும் கதிரியக்கச் சிதைவின் அளவு \( 10^6 \) எனில் அது ஒரு ரூதர்ஃபோர்டு என வரையறுக்கப்படுகிறது.

ஒரு ரூதர்ஃபோர்டு (Rd) = ஒரு வினாடி நேரத்தில் \( 10^6 \) சிதைவுகளைத் தரும் கதிரியக்கத் தனிமத்தின் அளவு

பெக்கெரல் (Bq): கதிரியக்கத்தின் பன்னாட்டு (SI) அலகு பெக்கெரல் ஆகும், இது ஒரு வினாடியில் வெளியிடப்படும் கதிரியக்கச் சிதைவின் அளவு ஒரு பெக்கெரல் என வரையறுக்கப்படுகிறது.

ராண்ட்ஜன்: ராண்ட்ஜன் என்பது காமா (γ) மற்றும் X கதிர்களால் வெளியிடப்படும் கதிரியக்கத்தின் மற்றுமோர் அலகு, ஒரு ராண்ட்ஜன் என்பது நிலையான அழுத்தம், வெப்பநிலை மற்றும் ஈரப்பத நிலையில் 1 கிலோகிராம் காற்றில் கதிரியக்கப் பொருளானது \( 2.58 \times 10^{-4} \) கூலும் மின்னூட்டங்களை உருவாக்கும் அளவாகும்.

6.2 ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமாக் கதிர்கள்#

கதிரியக்கத்திற்கு உட்படும் கதிரியக்க உட்கரு செறிவுமிகு அல்லது அபாயகரமான கதிர்களை உமிழ்கின்றன, வழக்கமாக அவை மூன்று கதிரியக்கத் துகள்களாகத் தரப்பட்டுள்ளன. அவை ஆல்பா (α), பீட்டா (β) மற்றும் காமா (γ) கதிர்களாகும்.

உங்களுக்கு தெரியுமா?#

யூரேனியத்தை ஜெர்மன் வேதியியலாளர் மார்ட்டின் கிளாபிராத் கண்டறிந்தார்.

6.2.1 ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமாக் கதிர்களின் பண்புகள்#

இந்த மூன்று கதிர்களின் பண்புகளில் சில ஒற்றுமைகளும், வேற்றுமைகளும் காணப்படுகின்றன. அட்டவணை 6.2 இல் ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமா கதிர்களின் பண்புகள் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.

அட்டவணை 6.2 ஆல்பா, பீட்டா, காமா கதிர்களின் பண்புகள்

6.2.2 கதிரியக்க இடம்பெயர்வு விதி#

1913 இல் சாடி மற்றும் ஃபஜன் ஆகியோர் கதிரியக்கச் சிதைவின் போது தனிமங்கள் எவ்வாறு இடம்பெயர்கின்றன என்பதனை கதிரியக்க இடம்பெயர்வு விதியின் மூலம் விளக்கினர். கதிரியக்கச் சிதைவு விதி கீழ்க்கண்டவாறு கூறப்படுகிறது.

கதிரியக்கத் தனிமம் ஒன்று ஒரு α- துகளை உமிழும் போது அதன் நிறை எண்ணில் நான்கும், அணு எண்ணில் இரண்டும் என்ற அளவில் குறைந்து புதிய சேய் உட்கரு உருவாகும்.

அணுக்கரு வினையின் போது நிலையற்ற தாய் உட்கருவானது, α துகளை உமிழ்ந்து நிலைப்புத் தன்மையுள்ள சேய் உட்கருவாக மாறுவது α – சிதைவு என்றழைக்கப்படுகிறது.

எடுத்துக்காட்டு: யுரேனியம் 238 (\( \mathrm{U^{238}} \)) சிதைவடைந்து, α துகளை உமிழ்ந்து, தோரியம் -234 (\( \mathrm{Th^{234}} \)) ஆக மாறுகிறது

கதிரியக்கத் தனிமம் ஒன்று β- துகளை உமிழும்போது அதன் நிறை எண்ணில் மாறாமலும், அணு எண்ணில் ஒன்று அதிகரித்தும் புதிய சேய் உட்கரு உருவாகும்.

ஒரு தாய் உட்கருவானது α சிதைவடைந்து அதன் நிறை எண்ணில் நான்கும் அணு எண்ணில் இரண்டும் குறைந்து புதிய சேய் உட்கரு உருவாகும் என்பதனை படம் 6.1 விளக்குகிறது.

6.3 அணுக்கரு பிளவு#

கனமான அணுக்கரு பிளவுற்று இரண்டு சிறிய அணுக்கருகளாக பிளவுறும் போது ஆற்றல் வெளியாகிறது என்பதனைப் பயின்றுள்ளீர்கள் அல்லவா, இதனைப் போன்றே இரண்டு துகள்கள் இணைந்து கனமான உட்கரு உருவாகும் போதும் ஆற்றல் வெளியாகிறது. இந்த நிகழ்வினை அணுக்கரு இணைவு எனலாம்.

6.3.1 அணுக்கரு பிளவிற்கான கண்டுபிடிப்பு#

1938 இல் ஜெர்மன் இயற்பியலாளர்களான ஓட்டோ ஹான் மற்றும் ஃபிரிட்ஸ் ஸ்ட்ராஸ்மேன் ஆகியோர் யுரேனியம் அணுக்கருவை நியூட்ரான்களைக் கொண்டு மோதச் செய்து சிறிய அணுக்கருக்களை உருவாக்கினர். இவ்வினையில் பேரியம் மற்றும் கிரிப்டான் போன்ற இலேசான அணுக்கருக்கள் உருவாகின. இதனை அணுக்கரு பிளவு என அழைக்கின்றனர்.

6.3.2 பிளவுக்குட்படும் பொருள்கள்#

சில கனமான அணுக்கருக்கள் நியூட்ரான்களை உட்கவர்ந்து பிளவடைகின்றன. இவ்வகை அணுக்கருக்கள் பிளவுக்குட்படும் பொருள்கள் (fissile materials) எனப்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டுகள்: யுரேனியம் – 235, புளூட்டோனியம் – 239, யுரேனியம் – 233.

6.3.3 வளமைப் பொருள்கள்#

சில கனமான அணுக்கருக்கள் நியூட்ரான்களை உட்கவர்ந்து, பிளவுக்குட்படும் தனிமங்களாக மாற்றப்படலாம். இவை வளமைப் பொருள்கள் (fertile materials) எனப்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டுகள்: தோரியம் – 232, யுரேனியம் – 238, புளூட்டோனியம் – 240.

6.3.4 அணுக்கரு தொடர்வினை#

மேற்காணும் சமன்பாட்டின் மூலம் யுரேனியம் – 235 நியூட்ரான்களால் தாக்கப்படுகிறது. இதன் விளைவாக பேரியம் – 141, கிரிப்டான் – 92 மற்றும் 3 நியூட்ரான்கள் வெளியாகிறது. வெளியாகும் நியூட்ரான்கள் மற்ற யுரேனியம் அணுக்கருக்களை பிளவடைய செய்கிறது. இவ்வாறு ஒரு அணுக்கரு பிளவினால் தொடங்கி பல அணுக்கருக்கள் பிளவடையும் நிகழ்வு அணுக்கரு தொடர்வினை எனப்படும்.

6.3.5 கட்டுப்பாடான தொடர்வினை#

ஒரு நியூட்ரான் உட்கவர்ந்து ஒரு பிளவு ஏற்படும் போது, 2 அல்லது 3 நியூட்ரான்கள் வெளியாகின்றன. இவற்றில் ஒரு நியூட்ரான் மற்றொரு அணுக்கருவை பிளவடையச் செய்யப் பயன்படுகிறது. இவ்வாறு ஒரு பிளவு வினைக்கு ஒரு நியூட்ரான் பயன்படுத்தப்பட்டு, ஒவ்வொரு பிளவு வினையிலும் சராசரியாக ஒரு நியூட்ரான் அடுத்த பிளவு வினையை தொடர பயன்படுகிறது. இது கட்டுப்பாடான தொடர்வினை எனப்படும். இவ்வினை அணுக்கரு உலையில் நிகழ்கிறது.

6.3.6 கட்டுப்பாடற்ற தொடர்வினை#

ஒரு பிளவு வினையில் வெளியாகும் அனைத்து நியூட்ரான்களும் மற்ற அணுக்கருக்களை பிளவடையச் செய்ய பயன்படும் போது, வினையானது கட்டுப்பாடற்று நிகழ்கிறது. இது கட்டுப்பாடற்ற தொடர்வினை எனப்படும். இவ்வினை அணுகுண்டு வெடிப்பில் நிகழ்கிறது.

6.4 அணுக்கரு இணைவு#

மிக இலேசான இரு அணு உட்கருக்கள் இணைந்து கனமான அணுக் கருவினை உருவாக்கும் நிகழ்வு “அணுக்கரு இணைவு” எனலாம்.

எடுத்துக்காட்டு:

\( \mathrm{_1H^2} \) என்பது ஹைட்ரஜனின் ஐசோடோப்பான டியூட்டீரியத்தைக் குறிக்கிறது. ஒவ்வொரு அணுக்கரு இணைவின் போதும் வெளியாகும் சராசரி ஆற்றல் \( 3.814 \times 10^{-12} \ \mathrm{J} \).

6.4.1 அணுக்கரு இணைவிற்கான நிபந்தனைகள்#

பூமியைச் சுற்றியுள்ள வளிமண்டலத்தில் மிகக் குறைந்த அளவு ஹைட்ரஜன் உள்ளது. சாதாரண வெப்பம் மற்றும் அழுத்தத்தில் அணுக்கரு இணைவு நடைபெற்றால் வளிமண்டலத்தில் ஹைட்ரஜன் வெடிப்பு நிகழ்ந்திருக்கக்கூடும் அல்லவா? ஆனால் அதுபோன்று நிகழவில்லையே ஏன்? என்பதனை உங்களால் விளக்கமுடியுமா?

அணுக்கரு இணைவானது கீழ்க்கண்ட நிபந்தனைக்குட்பட்டே நிகழக்கூடும் என்பதே இதற்கான விடை ஆகும்.

\( 10^7 \) முதல் \( 10^8 \mathrm{K} \) என்ற மிக உயர்ந்த வெப்பநிலையிலும், உயர் அழுத்தத்திலும் மட்டுமே அணுக்கரு இணைவு நடைபெறும், அதாவது இந்நிலையில் ஹைட்ரஜன் அணுவின் உட்கருக்கள் ஒன்றோடு ஒன்று அருகருகே சென்று அணுக்கரு இணைவு நடைபெறும், அதனால் இதனை ‘வெப்ப அணுக்கரு இணைவு’ என்கிறோம்.

6.4.2 விண்மீன் ஆற்றல்#

சூரியனைப் போன்ற விண்மீர்கள், அதிக அளவு ஆற்றலை ஒளி மற்றும் வெப்ப வடிவில் உமிழ்கின்றன. இந்த ஆற்றலானது விண்மீன் ஆற்றல் எனப்படும், அதிக அளவு ஆற்றலானது எங்கிருந்து வெளியாகிறது?

அனைத்து விண்மீன்களும் அதிக அளவில் ஹைட்ரஜனை தன்னகத்தேக் கொண்டுள்ளன, விண்மீன்களின் புறப்படப் வெப்பநிலை மிக அதிகம், இந்த வெப்பநிலை ஹைட்ரஜனின் அணுக்கரு இணைவிற்கு போதுமானதாக இருக்கும், மேலும் சூரியன் மற்றும் விண்மீன்களின் உள் அடுக்கில் அணுக்கரு இணைவு நடைபெறுவதால் அதிக அளவு ஆற்றல் உருவாகிறது. இது ‘விண்மீன் ஆற்றல்’ எனப்படும், இதனை ‘அணுக்கரு இணைவு’ அல்லது ‘வெப்ப அணுக்கரு வினை’ எனவும் அழைக்கலாம், இதுவே சூரியன் மற்றும் விண்மீன்களின் ஒளி மற்றும் வெப்ப ஆற்றலுக்கான மூலமாக இருக்கிறது.

எலக்ட்ரான் வோல்ட்#

அணுக்கரு இயற்பியலில் சிறிய துகள்களின் ஆற்றலை அளவிடும் அலகு எலக்ட்ரான் வோல்ட் [eV] ஆகும், அதாவது ஒரு வோல்ட் மின்னழுத்தத்தினைப் பயன்படுத்தி முடுக்குவிக்கப்படும் ஒர் எலக்ட்ரானின் ஆற்றலாகும்.

1 மில்லியன் எலக்ட்ரான் வோல்ட் = 1 MeV = \( 10^6 \) eV (மெகா எலக்ட்ரான் வோல்ட்)

அணுக்கரு பிளவின் மூலம் வெளியேற்றப்படும் சராசரி ஆற்றல் 200 MeV.

அணுக்கரு வினையின் போது இணைவு மற்றும் பிளவு உருவாகும் சேய் உட்கருவின் நிறையானது இரண்டு தாய் உட்கருக்களின் நிறைகளின் கூடுதலை விடக் குறைவாக இருக்கும், தாய் உட்கருவின் நிறைக்கும், சேய் உட்கருவின் நிறைக்கும் இடையே உள்ள நிறைவேறுபாடு ‘நிறைவழு’ என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த நிறைவேறுபாடானது ஆற்றலாக நிறை ஆற்றல் சமன்பாடு மூலம் மாற்றமடைகிறது. இந்தக்கருத்தினை 1905 இல், நிறை ஆற்றல் சமன்பாடு மூலமாக ஐன்ஸ்டீன் முன்மொழிந்தார். அதாவது நிறை ஆற்றலாகவும், ஆற்றல் நிறையாகவும் மாறும் என்பதனை நிறை ஆற்றல் சமன்பாடு வெளியுறுத்துகிறது. நிறை ஆற்றல் சமன்பாட்டிற்கான தொடர்பு \( E = mc^2 \). இதில் c என்பது ஒளியின் திசைவேகம் ஆகும். வெற்றிடத்தில் இதன் மதிப்பு \( 3 \times 10^8 \ \mathrm{m \ s^{-1}} \).

6.4.3 ஹைட்ரஜன் குண்டு#

அணுக்கரு இணைவு தத்துவத்தின் அடிப்படையில் ஹைட்ரஜன் குண்டு செயல்படுகிறது. இதற்குத் தேவையான உயர் வெப்பநிலையையும், அழுத்தத்தையும் உருவாக்க, அணு குண்டு ஒன்று வெடிக்கச் செய்யப்படுகிறது. இதன் பிறகு, ஹைட்ரஜனில் அணுக்கரு இணைவானது நடைபெற்று, கட்டுக்கடங்காத அளவு அதிக ஆற்றல் வெளியாகிறது. ஹைட்ரஜன் குண்டின் மூலம் (அணுக்கரு இணைவு) உருவாகும் ஆற்றலானது, அணுகுண்டின் மூலம் (அணுக்கரு பிளவு) உருவாகும் ஆற்றலை விட அதிகமாகும்.

அட்டவணை 6.3 அணுக்கரு பிளவு மற்றும் அணுக்கரு இணைவின் தன்மைகள்

6.5 அணுகுண்டு#

அமைப்பு#

அணுகுண்டில் குறைமாறுகிறை நிறை கொண்ட பிளவுக்கு உட்படும் பொருளின் ஒரு சிறுபகுதி வைக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த சிறுபகுதியானது உருளை வடிவ வெற்றிடத்தைக் கொண்டுள்ளது. வெற்றிடத்திற்குப் பொருந்தும் வகையில், உருளை வடிவப் பிளவுக்குட்படும் பொருள் ஒன்று வைக்கப்படுகிறது. இதன் நிறை, மாறுகிறை நிறையினை விடக் குறைவாக இருக்க வேண்டும். அணு குண்டு வெடிப்பிற்காக இந்த உருளையானது வெற்றிடத்திற்குள்ளே உந்திச் செய்யப்படுகிறது. இவ்விரு பகுதிகளும் ஒன்றாகச் சேர்ந்து மீமாறுகிறை நிறையை (supercritical mass) அடைந்தவுடன் அணுகுண்டு வெடிப்பு நிகழ்கிறது.

அணுகுண்டு வெடிப்பு நிகழ்வின் போது மிக அதிக அளவு ஆற்றலுடன் வெப்பமும் ஒளியும், கதிரியக்கமும் வெளியாகின்றன, மிகக்குறுகிய வினாடுகளுக்குள் கட்டுக்கடங்காத அழுத்தமும், வெப்பமும் மிக அதிக அளவில் உயர்கிறது. அனைத்து உயிரினங்களுக்கும் தீங்கு விளைவிக்கக்கூடிய காமாக் கதிர்வீச்சுகள் இத்துடன் வெளியாகின்றன. 1945 இல் இரண்டாம் உலகப்போரின்போது ஜப்பானில் உள்ள ஹிரோஷிமா மற்றும் நாகசாகி பகுதிகளில் இவ்வகையான அணுகுண்டுகள் வீசப்பட்டன.

உங்களுக்குத் தெரியுமா?#

இரண்டாவது உலகப் போரின்போது ஹிரோஷிமா நகரத்தில் வீசப்பட்ட அணுகுண்டின் பெயர் “Little boy” இது யுரேனியத்தை உள்ளகமாகக் கொண்ட துப்பாக்கியை ஒத்த அணுகுண்டாகும். அதனைத் தொடர்ந்து நாகசாகியில் வீசப்பட்ட அணுகுண்டானது “Fat man” என அழைக்கப்படுகிறது. இதில் வெடிக்கப்பட்ட அணுகுண்டு புளூட்டோனியத்தை உள்ளகமாகக் கொண்டதாகும்.

6.6 கதிரியக்கத்தின் பயன்கள்#

கதிரியக்கத்தின் மூலமாகப் பல்வேறு கதிரியக்க ஐசோடோப்புகளைப் பயன்படுத்தி, மருத்துவம், வேளாண்மை, தொழிற்சாலை மற்றும் தொல்லியல் ஆய்வு போன்ற பல்வேறு துறைகளில் கதிரியக்க ஐசோடோப்புகள் பயன்படுகின்றன.

6.6.1 வேளாண்மை#

கதிரியக்கப் பாஸ்பரஸ் ஐசோடோப் P-32 பயிர் உற்பத்தியை அதிகரிக்கப் பயன்படுகிறது. பூச்சிகள் மற்றும் நுண்ணுயிரிகள் போன்ற நுண்ணுயிரிகளால் வேளாண் உற்பத்திப் பொருள்கள் கெடுவதைத் தவிர்க்க, நுண்ணுயிரிகளை அழித்து, வேளாண் உற்பத்திப் பொருள்களைப் பாதுகாக்கவும் கதிரியக்க ஐசோடோப்புகள் பயன்படுகின்றன. சேமிக்கப்படும் சிலவகை தானியங்களை கதிரியக்கத்திற்கு உட்படுத்தி, அவைகளை நீண்ட நாள்களுக்கு அதே புதுத் தன்மையோடு பயன்படுத்த இயலும், சிறிதளவு கதிர்வீச்சின் மூலம் வெங்காயம், உருளைக்கிழங்கு ஆகியவற்றை அழுகிப் போகாமல் இருக்கச் செய்யவும், பருப்பு வகைத் தானியங்களைச் சேமிப்புக் காலத்தில் முளைவிடாமல் பாதுகாக்கவும் இயலும்.

6.6.2 மருத்துவம்#

கதிரியக்க ஐசோடோப்புகள் மருத்துவத்துறையில் இரண்டு வகைகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

i. நோயறிதல் ii. கதிரியக்கச் சிகிச்சை

ரத்தச் சுழற்சியில் உள்ள குறைபாடுகளை அறியவும், எலும்புகளில் வளர்ச்சி மாற்றக் குறைபாட்டினை அறியவும், மூளையில் உள்ள கட்டிகளை அறியவும் கதிரியக்க ஐசோடோப்புகள் பயன்படுகின்றன. ஹைட்ரஜன், கார்பன், ஆக்ஸிஜன், சல்பர் போன்ற சில கதிரியக்க ஐசோடோப்புகள் நோய்களைக் கண்டறியப் பயன்படுகின்றன.

• கதிரியக்க சோடியம்-24 (Na-24) இதயத்தை சீராகச் செயல்பட வைக்க உதவுகிறது.
• கதிரியக்க அயோடின்-131 (I-131) முன் கழுத்துக் கழலையைக் குணப்படுத்த உதவுகிறது.
• இரும்பின் ஐசோடோப்பான இரும்பு - 59 (Fe-59) ரத்தச் சோகையை அடையாளம் காணவும் குணப்படுத்தவும் உதவுகிறது.
• கதிரியக்கப் பாஸ்பரஸ்-32 (P-32) தோல் நோயச் சிகிச்சையில் பயன்படுகிறது.
• கதிரியக்க கோபால்ட்-60 (Co-60) மற்றும் தங்கத்தின் ஐசோடோப்பான தங்கம்-198 (Au-198) தோல் புற்று நோயைக் குணப்படுத்தப் பயன்படுகிறது.
• அறுவைச்சிகிச்சைக்குப் பயன்படும் சாதனங்களில் காணப்படும் நுண்கிருமிகளைக் கதிரியக்கத்தின் மூலம் நீக்கி தூய்மை செய்யப்படுகிறது.

6.6.3 தொழிற்சாலை#

தொழிற்சாலைகளில் தயாரிப்பின்போது ஏற்படும் உற்பத்திக் குறைபாடுகளான விரிசல்கள் மற்றும் கசிவுகளைக் கண்டறிய கதிரியக்க ஐசோடோப்புகள் பயன்படுகின்றன. பல்வேறு தொழிற்சாலைகளில் வாயுக்கள், திரவங்கள் மற்றும் திண்மங்களின் அளவுகளைக் கண்டறிய கதிரியக்க மூலங்கள் பயன்படுகின்றன.

• வானூர்திகளில் எடுத்துச் செல்லப்படும் சுமைகளில் வெடி பொருள்கள் உள்ளனவா? என்பதனைக் கண்டறிய கலிபோர்ணியம்-252 (Cf-252) பயன்படுகிறது.
• பல்வேறு தொழிற்சாலைகளில் புகையை உணரும் கண்டுணர்வியாக அமெரிசியம்-241 (Am-241) ஐசோடோப்புகள் பயன்படுகின்றன.

6.6.4 தொல்லியல் ஆய்வு#

கதிரியக்கக் கார்பன் வயது கணிப்பு நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி பூமியின் வயது, படிமப் பொருள்கள், பழமையான ஒவியங்கள் மற்றும் நினைவிடங்கள் ஆகியவற்றின் வயதினை அறியப் பயன்படுகிறது. அதாவது கார்பன் வயது கணிப்பு மூலம் பொருள்களில் பொதிந்துள்ள கதிரியக்கக் கார்பனின் அளவைக் கொண்டு அவற்றின் வயதினைக் கணிக்கலாம்.

6.7 பாதுகாப்பு வழிமுறைகள்#

அன்றாடம் நீங்கள் சூரியனிடமிருந்து சில இயற்கைக் கதிரியக்கங்களைப் பெறுகின்றீர்கள், மேலும் மண் மற்றும் பாறைகள், வீட்டு உபயோகப் பொருள்களான தொலைக்காட்சி, நுண்ணலைச் சுடேற்றி (micro oven), அலை பேசி மற்றும் மருத்துவ துறையில் பயன்படும் x கதிர்கள் ஆகியவற்றிலிருந்து கதிரியக்கங்கள் வெளியாகின்றன. இவை மிகக் குறைந்த செறிவைப் பெற்றுள்ளதால் கடுமையான பாதிப்புகளை ஏற்படுத்துவதில்லை.

அணுக்கரு சோதனைகளை வளிமண்டலத்திலும், பூமிக்கடியிலும் நிகழ்த்துவதால் வெளியாகும் கதிர்வீச்சுகளும், அணுக்கரு உலையிலிருந்து வெளியாகும் கதிர்வீச்சுகளுமே மனிதன் உருவாக்கிய இரண்டாவது கதிரியக்க மூலமாகக் கருதப்படுகிறது. கவனக் குறைவாகவும் முறையின்றியும் கதிரியக்கப் பொருள்களை கையாள்வதால், மனிதர்களுக்குத் தீங்கினை ஏற்படுத்தக்கூடிய அபாயகரமானக் கதிர்வீச்சுகள் வெளியாகின்றன, மேலும் நீண்ட காலம் கதிரியக்கங்களுக்கு மிக அருகில் பணி புரியும் ஒருவரின் உடல்நலம் மிகுந்த பாதிப்புக்குள்ளாவதுடன் மரபியல் ரீதியாகவும் பாதிக்கப் படக்கூடும்.

6.7.1 அனுமதிக்கப்பட்ட அளவு#

மனித உடலின்மீது கதிர்வீச்சுப் படும்போது பாதிப்பை பரப்பாத கதிர்வீச்சின் பெரும அளவை பன்னாட்டு கதிரியக்கப் பாதுகாப்புக் கழகம் (ICRP) பரிந்துரை செய்துள்ளது. ஓர் ஆண்டிற்கான கதிரியக்கப் பாதிப்பின் பாதுகாப்பான அளவு 20 மில்லி சிவர்ட் ஆகும். இதனை ராண்ட்ஜென் அலகில் குறிப்பிடும்போது கதிர்வீச்சு ஒரு வாரத்திற்கு 100 மில்லி ராண்ட்ஜென் என்ற அளவில் இருக்க வேண்டும். கதிர்வீச்சுப் பாதிப்பு 100 R என்றிருந்தால் மிகவும் அபாயகரமான பாதிப்பான ரத்தப் புற்றுநோயை (ரத்தச் சிவப்பணுக்களின் அழிவு) ஏற்படுத்தும். கதிர்வீச்சுப் பாதிப்பு 600 R என்ற அளவில் இருக்கும்போது இறப்பு உண்டாகும்.

6.7.2 தடுப்பு வழிமுறைகள்#

• கதிரியக்கப் பொருள்களைத் தடிமனான காரீயச் சுவர்களால் ஆன பொள்கலனில் வைக்க வேண்டும்.
• அபாயகரமான கதிரியக்கப்பகுதிகளில் பணிபுரிவோர் காரீய கையுறைகளும் காரீயத்தினாலான மேலாடையும் கட்டாயமாக அணிய வேண்டும்.
• கதிரியக்கப் பொருள்களைக் கையாளும் போது உணவருந்துவதை தவிர்க்க வேண்டும்.
• கதிரியக்கப் பொருள்களை இடுக்கிகள் அல்லது தொலைக்கட்டுப்பாட்டு கருவி (remote) ஆகியவற்றை பயன்படுத்தி மட்டுமே கையாளவேண்டும், நேரடியாக பொட்டுப்பயன்படுத்தக் கூடாது.
• போசியீட்டறு அணிந்து கொள்வதன் மூலம் கதிரியக்கத்தினைப் பயன்படுத்துவோர் எடுத்துக் கொள்ளும் கதிரியக்க அளவினை அவ்வப்போது அறிந்து கொள்ள இயலும்.

6.8 அணுக்கரு உலை#

அணுக்கரு உலை என்பது முழுவதும் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அணுக்கரு பிளவு வினை நடைபெற்று மின் உற்பத்தி செய்யும் இடமாகும். 1942 இல் அமெரிக்காவில் உள்ள சிகாகோ நகரில் முதல் அணுக்கரு உலை கட்டப்பட்டது.

6.8.1 அணுக்கரு உலையின் வகைகள்#

உற்பத்தி உலை, வேக உற்பத்தி உலை, அழுத்த நீர்ம உலை, கன அழுத்த நீர்ம உலை, கொதிகல் நீர் உலை, குளிர்விக்கப்பட்ட நீர்ம உலை, குளிர்விக்கப்பட்ட வாயு உலை, அணுக்கரு இணைவு உலை மற்றும் உருவாக்கும் அணுக்கரு உலை ஆகியவை உலக அளவில் பயன்பாட்டில் உள்ள சில அணுக்கரு உலைகளாகும்.

6.8.2 அணுக்கரு உலையின் பகுதிக் கூறுகள்#

(அ) முதன்மையான பாகங்கள்

அணுக்கரு உலையின் இன்றியமையாத பாகங்கள் (i) எரிபொருள் (ii) தணிப்பான்கள் (iii) கட்டுப்படுத்தும் கழிகள் (iv) குளிர்விப்பான் மற்றும் (v) தடுப்புக்கூர்

(i) எரிபொருள்: பிளவுக்குட்படும் பொருளே எரிபொருளாகும். அணுக்கரு உலையில் பொதுவாகப் பயன்படும் எரிபொருள் யுரேனியம் ஆகும்.

(ii) தணிப்பான்: உயர் ஆற்றல் கொண்ட நியூட்ரான்களைக் குறைந்த ஆற்றல் கொண்ட நியூட்ரான்களாகக் குறைப்பதற்குத் தணிப்பான் பயன்படுகிறது. கிராபைட் மற்றும் கனநீர் ஆகியவை பொதுவாகப் பயன்படும் தணிப்பான்களாகும்.

(iii) கட்டுப்படுத்தும் கழி: தொடர்வினையை நிலை நிறுத்தி நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையைக் கட்டுப்படுத்துவதற்காகப் பயன்படுவது கட்டுப்படுத்தும் கழியாகும். போரான் மற்றும் காட்மியம் கழிகளே பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் கட்டுப்படுத்தும் கழிகளாகும். இவை நியூட்ரான்களை உட்கவரும் திறன் பெற்றவை.

(iv) குளிர்விப்பான்: அணுக்கரு உலையினுள் உருவாகும் வெப்பத்தை நீக்குவதற்காகக் குளிர்விப்பான் பயன்படுகிறது. இதில் உருவாகும் நீராவியைக் கொண்டு விசையாழியை இயக்கி மின் உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுகிறது. நீர், காற்று மற்றும் ஹீலியம் ஆகியவை சில குளிர்விப்பான்களாகும்.

(v) தடுப்புக்கூர்: அபாயகரமான கதிர்வீச்சு சுற்றுப்புறச் சூழலில் பரவாமல் தடுத்து பாதுகாப்பதற்காகத் தடிமனான காரீயத்தாலான சுவர் அணுக்கரு உலையைச் சுற்றி கட்டப்படுகிறது.

6.8.3 அணுக்கரு உலையின் பயன்கள்#

• அணுக்கரு உலையானது அதிக அளவில் மின் உற்பத்திக்காகப் பயன்படுகிறது.
• பல விதமான பயன்பாடுகளை உடைய கதிரியக்க ஐசோடோப்புகளை உருவாக்கப் பயன்படுகிறது.
• அணுக்கரு இயற்பியல் துறையில் ஆய்வினை மேற்கொள்வதற்காகச் சில அணுக்கரு உலைகள் பயன்படுகின்றன.
• பிளவுக்கு உட்படாத பொருள்களைப் பிளவுக்குட்படும் பொருள்களாக மாற்றுவதற்கு உற்பத்தி உலைகள் பயன்படுகின்றன.

6.8.4 இந்திய அணுமின் நிலையங்கள்#

1948 ஆம் ஆண்டு ஆகஸ்டு மாதத்தில் இந்திய அறிவியல் ஆராய்ச்சித் துறையால் இந்திய அணுசக்தி ஆணையம் (AEC) மும்பையில் அமைக்கப்பட்டது. இதன் தலைவராக டாக்டர் ஹோமி ஜஹாங்கிர் பாபா முதன்முதலில் பொறுப்பு வகித்துள்ளார். அணுசக்தி துறையில் நடைபெறும் அனைத்து ஆய்வுகளும் இந்த நிறுவனத்தின் மூலமே மேற்கொள்ளப்படுகிறது. இது தற்போது பாபா அணு ஆராய்ச்சி மையம் (BARC) என அழைக்கப்படுகிறது.

இந்திய மின் உற்பத்தியில், அணு சக்தியானது ஐந்தாவது வளமாக உள்ளது. தாராப்பூர் அணுமின் நிலையம் இந்தியாவின் முதல் அணுமின் நிலையமாகும். மகாராஷ்டிரா, ராஜஸ்தான், குஜராத், உத்திரப்பிரதேசம், கர்நாடகா ஆகிய மாநிலங்களில் தலா ஒரு அணுமின் நிலையமும் தமிழ்நாட்டில் இரண்டு அணுமின் நிலையங்கள் என ஏழு அணுமின் நிலையங்கள் உள்ளன. தமிழ்நாட்டில் கல்பாக்கம் மற்றும் கூடங்குளம் ஆகிய இரண்டு இடங்களில் அணுமின் நிலையங்கள் அமைந்துள்ளன. ஆசியா மற்றும் இந்தியாவில் கட்டப்பட்ட முதல் அணுக்கரு உலை அப்சரா ஆகும். இந்தியாவில் தற்போது 22 அணுக்கரு உலைகள் செயல்பாட்டில் உள்ளன. மற்ற சில செயல்படும் அணுக்கரு உலைகள்:

• சைரஸ்
• துருவா
• பூர்ணிமா

தீர்க்கப்பட்ட கணக்குகள்#

கணக்கு 6.1#

கீழ்க்கண்ட அணுக்கரு வினையிலிருந்து A, B, C மற்றும் D ஆகியவற்றைக் காண்க.

(i) \( \mathrm{_{13}Al^{27}} + A \rightarrow \mathrm{_{15}P^{30}} + B \) (ii) \( \mathrm{_{12}Mg^{24}} + B \rightarrow \mathrm{_{11}Na^{24}} + C \) (iii) \( \mathrm{_{92}U^{238}} + B \rightarrow \mathrm{_{93}Np^{239}} + D \)

தீர்வு:

(i) \( \mathrm{_{13}Al^{27}} + \mathrm{_2He^4} \rightarrow \mathrm{_{15}P^{30}} + \mathrm{_0n^1} \) (ii) \( \mathrm{_{12}Mg^{24}} + \mathrm{_0n^1} \rightarrow \mathrm{_{11}Na^{24}} + \mathrm{_1H^1} \) (iii) \( \mathrm{_{92}U^{238}} + \mathrm{_0n^1} \rightarrow \mathrm{_{93}Np^{239}} + \mathrm{_{-1}e^0} \)

A என்பது ஆல்பாத் துகள், B என்பது நியூட்ரான், C என்பது புரோட்டான் மற்றும் D என்பது எலக்ட்ரான்.

கணக்கு 6.2#

ஒரு ரேடான் மாதிரியிலிருந்து ஒரு வினாடியில் \( 3.7 \times 10^{-3} \) GBq கதிரியக்கம் வெளியாகிறது எனில் இச்சிதைவினை கியூரி அலகாக மாற்றுக.

ஒரு கியூரி = \( 3.7 \times 10^{10} \) Bq (ஒரு வினாடியில் ஏற்படும் சிதைவு)

தீர்வு:

1 Bq = ஒரு வினாடியில் ஏற்படும் சிதைவு

1 கியூரி = \( 3.7 \times 10^{10} \) Bq

1 Bq = \( \frac{1}{3.7 \times 10^{10}} \) கியூரி

\( 3.7 \times 10^{-3} \) GBq = \( 3.7 \times 10^{-3} \times 10^9 \times \frac{1}{3.7 \times 10^{10}} \)

= 100 கியூரி

கணக்கு 6.3#

\( \mathrm{_{92}U^{235}} \) ஒரு ஆல்பா சிதைவிற்கும் ஒரு பீட்டா சிதைவிற்கும் உட்படுகிறது. இறுதியில் புதிதாகத் தோன்றும் உட்கருவில் உள்ள நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையைக் காண்க.

தீர்வு:

X மற்றும் Y என்பன ஆல்பா மற்றும் பீட்டா துகள் உமிழ்விற்குப் பிறகு முறையே உருவாகும் புதிய தனிமங்களாகும்.

நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = நிறை எண் – அணு எண்

= 231 – 91 = 140

கணக்கு 6.4#

2 கிகி நிறையுடைய ஒரு கதிரியக்கப் பொருளானது அணுக்கரு இணைவின்போது வெளியாகும் மொத்த ஆற்றலைக் கணக்கிடுக.

தீர்வு:

வினையின் போது நிறைவழு, ஒளியின் திசைவேகம், ஐன்ஸ்டீன் நிறை ஆற்றல் சமன்பாடு

m = 2 கிகி c = \( 3 \times 10^8 \ \mathrm{m \ s^{-1}} \)

E = mc\( ^2 \)

E = 2 × \( (3 \times 10^8)^2 \) = \( 1.8 \times 10^{17} \ \mathrm{J} \)

நினைவில் கொள்க#

• ஹீலியம் உட்கரு (\( \mathrm{_2He^4} \)) என்பது இரண்டு புரோட்டான்கள் மற்றும் இரண்டு நியூட்ரான்களைக் கொண்ட ஆல்பாத் துகள் ஆகும்.
• பீட்டா துகள்கள் என்பன எல்லா அணுக்களிலும் அமைந்துள்ள அடிப்படைத்துகள்களான எலக்ட்ரான்கள் (\( \mathrm{_{-1}e^0} \)) ஆகும்.
• நிலைப்புத் தன்மையற்ற தாய் உட்கருவிலிருந்து ஆல்பாத் துகளை உமிழ்ந்து நிலைப்புத் தன்மையுள்ள சேய் உட்கருவாக மாறும் அணுக்கரு சிதைவினை ஆல்பாச் சிதைவு என்றழைக்கிறோம்.
• நிலைப்புத் தன்மையற்ற தாய் உட்கருவிலிருந்து பீட்டா துகளை உமிழ்ந்து நிலைப்புத் தன்மையுள்ள சேய் உட்கருவாக மாறும் அணுக்கரு சிதைவினைப் பீட்டாச் சிதைவு என்றழைக்கிறோம்.
• காமா துகள்கள் எனப்படுபவை ஃபோட்டான்களைக் கொண்ட மின்காந்த அலைகளாகும்.
• கனமான அணுக்கருக்கள் பிளவுற்று இரண்டு இலேசான அணுக்கருக்களாக மாறும்போது அதிக அளவு ஆற்றல் வெளியாகும் நிகழ்வு அணுக்கரு பிளவு ஆகும்.
• அணுக்கரு பிளவின் போது வெளியாகும் சராசரி ஆற்றல் 200 MeV ஆகும்.
• புறத்தூண்டுதலின்றி தன்னிச்சையாக நடைபெறும் கதிரியக்க உமிழ்வு இயற்கைக் கதிரியக்கம் என்றழைக்கப்படுகிறது.
• கதிரியக்கப் பொருளானது ஒரு வினாடியில் வெளியிடப்படும் கதிரியக்கத்தின் அளவு \( 3.7 \times 10^{10} \) எனில் அது ஒரு கியூரி எனப்படும்.

1 கியூரி = \( 3.7 \times 10^{10} \) ஒரு வினாடியில் நிகழும் சிதைவு

• ரூதர்ஃபோர்டு Rd : கதிரியக்கப் பொருளானது ஒரு வினாடியில் வெளியிடப்படும் கதிரியக்கச் சிதைவின் அளவு \( 10^6 \) எனில் அது ஒரு ரூதர்ஃபோர்டு என வரையறுக்கப்படுகிறது.

1 Rd = \( 10^6 \) ஒரு வினாடியில் நிகழும் சிதைவு

• கதிரியக்கத்தின் பன்னாட்டு அலகு 1 பெக்கெரல். ஒரு வினாடியில் வெளியிடப்படும் கதிரியக்கச் சிதைவின் அளவு ஒரு பெக்கெரல் என வரையறுக்கப்படுகிறது.
• ஒரு சில கதிரியக்கத் தனிமங்கள் பிளவுக்குட்படும் பொருள்களாக மாற்றப்படுகின்றன. இவை வளமைப் பொருள்கள் என்றழைக்கப்படுகின்றன. எ.கா யுரேனியம் – 238, தோரியம் – 232, புளூட்டோனியம் – 240
• கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அணுக்கரு தொடர்வினையானது அணுக்கரு உலையில் நிலைநிறுத்தப்பட்ட, கட்டுப்படுத்தப்பட்ட முறையில் ஆற்றலை வெளியிடப் பயன்படுகிறது.
• இரண்டு இலேசான அணுக்கருக்கள் ஒன்றிணைந்து கனமான உட்கருக்களாக மாறும் நிகழ்வு அணுக்கரு இணைவு என அழைக்கப்படுகிறது.
• சூரியன் மற்றும் விண்மீன்களில் நடைபெறும் அணுக்கரு இணைவு அல்லது வெப்ப அணுக்கரு இணைவு வினையே ஒளி மற்றும் வெப்ப ஆற்றலின் மூலமாக உள்ளது.
• பாதுகாப்பான கதிர்வீச்சின் அளவு ஒரு வாரத்திற்கு 100 மில்லி ராண்ட்ஜென் ஆகும்.

பயிற்சி வினாக்கள்#

I. சரியான விடையைத் தேர்ந்தெடு.#

1. மனிதனால் உருவாக்கப்பட்ட கதிரியக்கம் எனக் கருதப்படுகிறது.

   அ) தூண்டப்பட்ட கதிரியக்கம் ஆ) தன்னிச்சையான கதிரியக்கம் இ) செயற்கைக் கதிரியக்கம் ஈ) அ மற்றும் இ

2. கதிரியக்கத்தின் அலகு

   அ) ராண்ட்ஜென் ஆ) கியூரி இ) பெக்கெரல் ஈ) இவை அனைத்தும்

3. செயற்கைக் கதிரியக்கத்தினைக் கண்டறிந்தவர்

   அ) பெக்கெரல் ஆ) ஐரீன் கியூரி இ) ராண்ட்ஜென் ஈ) நீல்ஸ் போர்

4. கீழ்க்கண்ட எந்த வினையில் சேய் உட்கருவின் நிறை எண் மாறாமல் இருக்கும்

   (i) α-சிதைவு (ii) β-சிதைவு (iii) γ-சிதைவு (iv) நியூட்ரான் சிதைவு

   அ) (i) மட்டும் சரி ஆ) (ii) மற்றும் (iii) சரி இ) (i) மற்றும் (iv) சரி ஈ) (ii) மற்றும் (iv) சரி

5. புற்றுநோய் சிகிச்சையில் பயன்படும் கதிரியக்க ஐசோடோப்பு

   அ) ரேடியோ அயோடின் ஆ) ரேடியோ கார்பன் இ) ரேடியோ கோபால்ட் ஈ) ரேடியோ நிக்கல்

6. காமாக் கதிர்கள் அபாயகரமானது காரணம் அவை

   அ) கண்கள் மற்றும் எலும்புகளைப் பாதிக்கும் ஆ) திசுக்களைப் பாதிக்கும் இ) மரபியல் குறைபாடுகளை உண்டாக்கும் ஈ) அதிகமான வெப்பத்தை உருவாக்கும்

7. காமாக் கதிரியக்கத்திலிருந்து நம்மைப் பாதுகாக்க ______ உறைகள் பயன்படுகின்றன.

   அ) காரீய ஆக்ஸைடு ஆ) இரும்பு இ) காரீயம் ஈ) அலுமினியம்

8. கீழ்கண்ட எந்தக் கூற்று / கூற்றுகள் சரியானவை?

   (i) α துகள்கள் என்பவை ஃபோட்டான்கள் (ii) காமாக் கதிரியக்கத்தின் ஊடுருவுத்திறன் குறைவு (iii) α துகள்களின் அயனியாக்கும் திறன் அதிகம் (iv) காமாக் கதிர்களின் ஊடுருவுத்திறன் அதிகம்

   அ) (i) மற்றும் (ii) சரி ஆ) (ii) மற்றும் (iii) சரி இ) (iv) மட்டும் சரி ஈ) (iii) மற்றும் (iv) சரி

9. புரோட்டான் - புரோட்டான் தொடர்வினைக்கு எடுத்துக்காட்டு

   அ) அணுக்கரு பிளவு ஆ) ஆல்பாக் சிதைவு இ) அணுக்கரு இணைவு ஈ) பீட்டாக் சிதைவு

10. அணுக்கரு இணைவு வினை நடைபெறும் உயர் வெப்பநிலையானது ______ K என்ற அளவில் இருக்கும்.

11. வேளாண் பொருட்களின் உற்பத்தித் திறனை அதிகரிக்க உதவும் கதிரியக்க ஐசோடோப்பு ______

12. கதிரியக்கப் பாதிப்பின் அளவானது 100 R என்ற அளவில் உள்ள போது, அது ______ ஐ உண்டாக்கும்.

III. பொருத்துக.#

IV. சரியா? தவறா? (தவறு எனில் கூற்றினை திருத்துக).#

1. புளூட்டோனியம் 239 பிளவுக்கு உட்படும் பொருளாகும்.
2. அணு எண் 83 க்கு மேல் பெற்றுள்ள தனிமங்கள் அணுக்கரு இணைவிற்கு உட்படும்.
3. அணுக்கரு இணைவு என்பது அணுக்கரு பிளவினை விட அபாயகரமானது ஆகும்.
4. அணுக்கரு உலையில் எரிபொருளாக இயற்கையில் கிடைக்கும் யுரேனியம்-238 எரிபொருளாகப் பயன்படுகிறது.
5. அணுக்கரு உலையில் தணிப்பான்கள் இல்லை எனில் அது அணுகுண்டாகச் செயல்படும்.
6. அணுக்கரு பிளவின் போது, ஒரு பிளவில் சராசரியாக இரண்டு அல்லது மூன்று நியூட்ரான்கள் உற்பத்தியாகும்.
7. ஐன்ஸ்டீன் நிறை ஆற்றல் சமன்பாடு அணுக்கரு பிளவு மற்றும் அணுக்கரு இணைவு ஆகியவற்றில் பயன்படுகிறது.

V. கீழ்க்கண்டவற்றைச் சரியான வரிசையில் எழுதுக.#

1. ஊடுருவு திறனின் அடிப்படையில் இறங்கு வரிசையில் எழுதுக.

   ஆல்பாக் கதிர்கள், பீட்டாக் கதிர்கள், காமாக் கதிர்கள், காஸ்மிக் கதிர்கள்

2. கண்டுபிடிக்கப்பட்ட ஆண்டின் அடிப்படையில் வரிசைப்படுத்துக.

   அணுகுண்டு, கதிரியக்கம், செயற்கைக் கதிரியக்கம், ரேடியம் கண்டுபிடிப்பு

VI. தொடர்புபடுத்தி விடைக்காண்க.#

1. தன்னிச்சையான உமிழ்வு : இயற்கைக் கதிரியக்கம் :: தூண்டப்பட்ட உமிழ்வு :
2. அணுக்கரு இணைவு : உயர் வெப்பநிலை :: அணுக்கரு பிளவு :
3. வேளாண்மையில் உற்பத்தி அதிகரிப்பு : ரேடியோ பாஸ்பரஸ் :: இதயத்தின் சீரான செயல்பாடு :
4. மின் புலத்தால் விலக்கம் : β-கதிர் :: சுழி விலக்கம் :

VII. கணக்கீடுகள்.#

1. Ra-226 என்ற தனிமம் 3 α-சிதைவிற்கு உட்படுகிறது எனில் புதிய தனிமத்தில் உள்ள நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுக.

2. கோபால்ட் மாதிரி, ஒரு வினாடியில் 75.6 மில்லி கியூரி என்ற அளவில் தூண்டப்பட்ட கதிரியக்கச் சிதைவினை வெளியிடுகிறது எனில் இச்சிதைவினைப் பெக்கெரல் அலகிற்கு மாற்றுக, (ஒரு கியூரி என்பது \( 3.7 \times 10^{10} \) பெக்கெரல்).

VIII. பின்வரும் வினாக்களில் கூற்றும் அதனையடுத்து காரணமும் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. பின்வருவனவற்றுள் எது சரியான தெரிவோ அதனைத் தெரிவு செய்க.#

அ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி, மேலும், காரணம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம் ஆ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி, ஆனால், காரணம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று. இ) கூற்று சரியானது. ஆனால் காரணம் சரியன்று. ஈ) கூற்று தவறானது. ஆனால், காரணம் சரியானது.

1. கூற்று: ஒரு நியூட்ரான் U-235 மீது மோதி பேரியம் மற்றும் கிரிப்டான் என இரண்டு துகள்களை உருவாக்குகிறது. காரணம்: U-235 பிளவுக்குட்படும் பொருளாகும்.

2. கூற்று: β- சிதைவின் போது நியூட்ரான் எண்ணிக்கையில் ஒன்று குறைகிறது. காரணம்: β – சிதைவின் போது, அணு எண் ஒன்று அதிகரிக்கிறது.

3. கூற்று: அணுக்கரு இணைவிற்கு உயர் வெப்பநிலை தேவை. காரணம்: அணுக்கரு இணைவில் அணுக்கருக்கள் இணையும் போது ஆற்றலை உமிழ்கின்றன.

4. கூற்று: கட்டுப்படுத்தும் கழிகள் என்பவை நியூட்ரான்களை உட்கவரும் கழிகள் ஆகும். காரணம்: அணுக்கரு பிளவு வினையினை நிலைநிறுத்துவதற்காகக் கட்டுப்படுத்தும் கழிகள் பயன்படுகின்றன.

IX. கருக்கமாக விடையளி.#

1. இயற்கைக் கதிரியக்கத்தைக் கண்டறிந்தவர் யார்?
2. பிட்ச்பிளெண்ட் (pitch blende) தாதுப்பொருளில் உள்ள கதிரியக்கப்பொருள் யாது?
3. கதிரியக்கத்தைத் தூண்டக்கூடிய இரண்டு தனிமங்களின் பெயர்களை எழுதுக.
4. இயற்கைக் கதிரியக்கத்தின் போது வெளியாகும் மின்காந்தக் கதிரின் பெயரை எழுதுக.
5. A – என்பது கதிரியக்கத் தனிமம் ஆகும், இது α – துகளை வெளியிட்டு \( \mathrm{_{104}Rf^{259}} \) என்ற தனிமத்தை உருவாக்குகிறது எனில் A – தனிமத்தின் அணு எண் மற்றும் நிறை எண்ணைக் கண்டறிக.
6. அணுக்கரு பிளவு வினையில் உருவாகும் சராசரி ஆற்றலை எழுதுக.
7. மரபியல் குறைபாட்டை உருவாக்கும் அபாயகரமான கதிரியக்கப் பொருள் எது?
8. ஒரு மனிதனில் இறப்பை ஏற்படுத்தும் அளவிற்கு அமைந்துள்ள கதிரியக்கப் பாதிப்பின் அளவு என்ன?
9. எங்கு, எப்போது முதல் அணுக்கரு உலை கட்டப்பட்டது?
10. கதிரியக்கத்தின் SI அலகினை எழுதுக.
11. எந்தெந்தப் பொருள்கள் கதிரியக்கப் பாதிப்பினிருந்து நம்மைப் பாதுகாக்கும்?

X. சிறு வினாக்கள்#

1. இயற்கை மற்றும் செயற்கை கதிரியக்கத்தின் ஏதேனும் மூன்று பண்புகளை எழுதுக.
2. வரையறு : மாறுகிறை நிறை
3. வரையறு : ராண்ட்ஜென்
4. சாடி மற்றும் ஃபஜனின் இடம்பெயர் விதியைக் கூறுக.
5. அணுக்கரு உலையில் உள்ள கட்டுப்படுத்தும் கழிகளின் செயல்பாடுகளைத் தருக.
6. ஜப்பானில் இரண்டாம் உலகப்போருக்குப் பிறகு புதிதாகப் பிறக்கும் சில குழந்தைகளுக்குப் பிறவிக் குறைபாடுகள் காணப்படுவது ஏன்?
7. ஒரு மருத்துவமனையில் திரு.ராமு என்பவர் X-கதிர் தொழில்நுட்பவியலாளராக உள்ளார், அவர் காரீயத்தாலான மேலாடையை அணியாமல் பணி செய்கிறார். அவருக்கு நீங்கள் தரும் ஆலோசனைகள் என்ன?
8. விண்மீன் ஆற்றல் என்றால் என்ன?
9. வேளாண் துறையில் கதிரியக்க ரேடியோ ஐசோடோப்புகளின் பயன்கள் ஏதேனும் இரண்டினை எழுதுக.

XI. விரிவாக விடையளி.#

1. கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் கட்டுப்பாடற்ற தொடர்வினையை விளக்குக.
2. ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமாக் கதிர்களின் பண்புகளை ஒப்பிடுக.
3. அணுக்கரு உலை என்றால் என்ன? அதன் இன்றியமையாத பாகங்களின் செயல்பாடுகளை விவரிக்க.

XII. உயர் சிந்தனைக்கான வினாக்கள்#

1. அணுக்கரு வினைக்குட்படும் கதிரியக்கத் தனிமம் ஒன்றின் நிறை எண்:232, அணு எண்:90 எனில் கதிரியக்கத்திற்குப் பின் காரீய ஐசோடோபாக மாறுகிறது. காரீய ஐசோடோபின் நிறை எண் 208 மற்றும் அணு எண் 82 எனில் இவ்வினையில் நிகழ்ந்துள்ள ஆல்பா மற்றும் பீட்டாச் சிதைவுகளின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுக.

2. X- கதிர் படங்களை அடிக்கடி எடுக்கக்கூடாது - காரணங்களை எழுதுக.

3. அலைபேசி கோபுரங்கள் மனித வாழிடத்திலிருந்து தொலைவில் அமைக்கப்பட வேண்டும் - ஏன்?

இலக்கிய வளங்கள்#

1. https://physics.columbia.edu/research/nuclear-physics
2. http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Nuclear_physics

பிற நூல்கள்#

1. Physics concepts and connections – by Art Hobson Edition: Pearson education
2. Modern Physics – by Dr. R Murugesan & Er. Kiruthiga Sivaprasath – S. Chand publications