प्रारणे म्हणजे किरणे
प्रारणे म्हणजे किरणे. मग ती जम्बुपार (अल्ट्रा-व्हायोलेट) किरणे असोत, दृश्य प्रकाशाची असोत, अथवा अवरक्त (इन्फ्रारेड, उष्णतेची) असोत. ह्या सगळ्या किरणांशी तर आपण चिरपरिचित आहोतच. ह्या किरणांत असते वस्तूच्या रंग-रूपा-बाबतची माहिती आणि हो, सोबतच असते प्रखर ऊर्जा. ह्या सगळ्यांचे स्वरूप असते विद्युत-चुंबकीय लहरींचे. स्त्रोत, बहुधा असतो सूर्य. अर्थातच चंद्र, तारे व अन्य अवकाशीय वस्तूही आपल्याला प्रारणे पाठवतच असतात. हल्ली आपण वैद्यकीय उपयोगांमुळे, क्ष-किरणांनाही चांगलेच ओळखतो. ती तर आणखीनच प्रखर असतात. मनुष्यदेहात केवळ हाडांनीच अडतात.
अभिजात भौतिकीचे नियम जिथे अपुरे पडू लागले तिथे पुंज सिद्धांताने कोडी सोडवली. ह्या सिद्धांतानुसार, प्रकाश विद्युतचुंबकीय तरंगांनी बनलेल्या पाकिटांच्या रूपात प्रवास करतो. त्या पाकिटांना पुंज म्हणतात. मूळ तरंग-कंप्रतेवर त्यातील ऊर्जा निश्चित होते. ज्या पदार्थांवर असे पुंज आपाती असतात, त्या पदार्थांत ते आपली ऊर्जा रिती करून नामशेष होतात.
जम्बुपार (अल्ट्रा-व्हायोलेट) किरणांत ही ऊर्जा जास्त असते. म्हणून अशी किरणे मानवी शरीरास अपायकारकही मानली जातात. दृश्य प्रकाशाची किरणे ज्या वस्तुपासून आपल्या डोळ्यात शिरतात त्या वस्तूच्या रंगाबाबतची माहिती, ते त्यांतील ऊर्जेच्या रूपाने नेत्र-मज्जेत रिती करून नामशेष होतात. म्हणूनच, आपल्याला वस्तू आहेत तशा दिसू शकतात. अवरक्त (इन्फ्रारेड, उष्णतेची) किरणांत तुलनेने कमी ऊर्जा असते. मात्र जी ऊर्जा ते पदार्थात रिती करतात. त्याने त्या वस्तू तापतात. किरणे मात्र नावालाही शिल्लक राहात नाहीत.
क्ष-किरणे
क्ष-किरणे ह्या सगळ्यांच्या मानाने खूपच ऊर्जस्वल असतात. ती मनुष्यदेहात, मांसातून आरपार जाऊ शकतात व केवळ हाडांनीच अडतात. हाडांत ती शोषली गेल्यावर त्यांतील ऊर्जा, अस्थिपेशींचे नुकसानही घडवत असतेच. आपण खरे तर अशा सर्व संसर्गांची व्यवस्थित नोंद ठेवायला हवी.
क्ष-किरणांचा शोध विल्हेल्म कॉनराड राँजन (२७ मार्च १८४५ ते १० फेब्रुवारी १९२३) ह्यांनी १८९५ मध्ये लावला. ते जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ होते. त्यांनी क्ष-किरण पट्ट्यातील विद्युत चुंबकीय प्रारणे निर्माण करून त्यांचे संवेदन साध्य केले. त्याखातर त्यांना १९०१ साली भौतिकशास्त्रातले पहिले नोबेल पारितोषिक मिळाले . हवेतील किरणोत्साराच्या प्रभावाचे मापन करणार्‍या एककास, राँजन यांच्या सन्मानार्थ त्यांचेच नावही देण्यात आलेले आहे.
विल्हेल्म कॉनराड राँजन (२७ मार्च १८४५ ते १० फेब्रुवारी १९२३)
शोधानंतर ५० दिवसांनी म्हणजेच २८ डिसेंबर १८९५ रोजी, “एका नव्या प्रकारच्या किरणांबाबत” हा त्यांचा शोधनिबंध प्रसिद्ध झाला. वयाच्या ७८ व्या वर्षी ते आतड्याच्या कर्करोगाने वारले. मात्र क्ष-किरणांवर थोडा काळच काम केल्याने व ते नियमितपणे शिशाची ढाल वापरत असल्याने, त्यांच्या कर्करोगाचे कारण, त्यांचा क्ष-किरणांवरचा अभ्यास असावा, असे मानले जात नाही. नोव्हेंबर २००४ मध्ये त्यांच्या कामाच्या सन्मानार्थ अण्वांक १११ या मूलद्रव्यास इंटरनॅशनल युनियन ऑफ प्युअर अँड अप्लाईड केमिस्ट्रीतर्फे “राँजनियम” (Rg) हे नाव देण्यात आले.
वस्तुमानात्मक किरणे
पुढे, अंधारात ठेवलेल्या चित्रक-पट्ट्य़ा (फोटोग्राफिक प्लेटस), कुठल्याशा पदार्थाच्या केवळ सान्निध्यानेच विकसित झाल्या आहेत असे आढळून आले. मग त्या पदार्थातूनच त्यांना ऊर्जा मिळत असावी असा कयास केला गेला. त्याबाबत पुरावे मिळवण्याचे प्रयत्न झाले. मग तो पदार्थही ओळखला गेला आणि त्यातील उत्सर्जनही लक्षात आले. मात्र हे उत्सर्जन केवळ विद्युत-चुंबकीय-लहरींच्या स्वरूपात नव्हते, तर त्याव्यतिरिक्त त्यासोबत कणात्मक पदार्थही उत्सर्जित होत असल्याचे दिसून आले. त्या उत्सर्जनांना वस्तुमान होते. ही प्रारणे नविनच होती. हे त्यांचे स्वरूप नविनच होते. त्यांत ऊर्जा तर होतीच. ते होते गॅमा किरण. शिवाय, त्यात वस्तुमानही उत्सर्जित होत होते. ती होती अल्फा आणि बीटा किरणे.
किरणोत्सर्जनाचा शोध
अँटोनी हेन्री बेक्वेरल (१५ डिसेंबर १८५२ ते २५ ऑगस्ट १९०८)
सन् १८९६ मधे हेन्री बेक्वेरल नावाच्या एका फ्रेंच भौतिक शास्त्रज्ञाला युरेनियम क्षारातील किरणोत्साराचा शोध लागला. ते एक नोबेल पारितोषिक विजेते फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ होते. उत्स्फूर्त किरणोत्साराचा शोध लावल्याखातर त्यांना मेरी क्युरी आणि पिअरे क्युरी यांचेसोबत १९०३ मध्ये नोबेल पारितोषिक दिले गेले. ह्या किरणोत्साराचा प्रभाव त्याला एका वापरल़्या न गेलेल्या फोटोग्राफिक फिल्मवर आढळून आला. नंतर सन् १८९७ मघ्ये मेरी क्युरी आणि तिचे पती पियरे क्युरी यांनी पोलोनियम व रेडियम ह्या दोन किरणोत्सारी पदार्थांना वेगळे करण्यात यश मिळवले. ह्या किरणोत्सारी पदार्थांपासून उत्सर्जित किरणांची ओळख अल्फा, बीटा, गॅमा ह्या नावांनी पटवली गेली.
मेरी क्युरी
(७ नोव्हें. १८६७, वॉर्सा, पोलंड-४ जुलै १९३४, सॅव्हॉय, फ्रान्स)
१८९१ मध्ये सॉर्बोन्न येथे भौतिक आणि गणितीय विज्ञानांतील लायसेन्शियेटशिप मिळाल्याने क्युरी पुढील शिक्षणाकरता फ्रान्समध्ये गेल्या. १८९४ मध्ये त्यांची स्कूल ऑफ फिजिक्समधील प्रोफेसर पिअरे क्युरी यांचेशी गाठ पडली. १८९५ मध्ये त्यांचे लग्न झाले. मिळालेल्या अनेक पारितोषिकांद्वारेच मादाम क्युरींच्या कामाचे महत्त्व ध्यानात येते. त्यांना अनेक विज्ञान, वैद्यक आणि कायदा या विषयांतील सन्माननीय पदव्या प्राप्त झालेल्या होत्या. जगभरातील अनेक ज्ञानवंत समाजांची सदस्यताही त्यांना मिळालेली होती. बेक्वेरल यांनी शोधून काढलेल्या उत्स्फूर्त किरणोत्साराच्या अभ्यासाकरता, त्यांना पतीसोबत १९०३ सालचे नोबेल पारितोषिक मिळालेले होते. ह्या पारितोषिकाचे अर्धे मानकरी बेक्वेरल हेही होते. १९११ मध्ये त्यांना किरणोत्सारातील त्यांच्या कामाकरता, केमिस्ट्रीमधील नोबेल पारितोषिक मिळालेले होते. अमेरिकेतील स्त्रियांचे वतीने, अमेरिकेचे राष्ट्राध्यक्ष हार्डिंग यांनी त्यांना १९२१ मध्ये त्यांच्या विज्ञानसेवेकरता १ ग्रॅम रेडियम भेट दिले होते. त्यांच्या कामाच्या गौरवार्थ किरणोत्साराच्या एककास त्यांचे नाव दिले गेले. १ ग्रॅम रेडियमपासून दर सेकंदास प्राप्त होणार्‍या किरणोत्सारास “१ क्युरी” असे संबोधले जाऊ लागले.
पुढे असे लक्षात आले की ह्या अल्फा, बीटा आणि गॅमा किरणांचा उगम अणूच्या संरचनेत होत असतो. पण कसा? ते जाणून घेण्याकरता आधी अणूची संरचना कशी असते, ते जाणून घ्यायला लागेल. एक मध्यवर्ती अणुकेंद्रक आणि त्याभोवती दूरवर फिरत राहणारे, पदार्थास ऋण करणारे कण यांनी मिळून अणू घडलेला असतो.
अणूची संरचना
अल्फा आणि बीटा किरणांत पदार्थाचे कण आढळून आलेले होते. सर्व पदार्थ मूलद्रव्यांपासून बनलेले असतात. मूलद्रव्यांची काही उदाहरणे म्हणजे उद्जन वायू (हायड्रोजन), प्राण वायू (ऑक्सिजन), कर्ब (कार्बन) व सोने (गोल्ड) ही आहेत. अणू हा मूलद्रव्याचा सर्वात छोटा कण असतो. प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणुमधे त्या मूलद्रव्याचे सर्व विशिष्ट गुण सामावलेले असतात. त्याचा आकार एक अब्जांश मीटरहूनही लहान असतो. जशी एखादी भिंत दगड किंवा विटांपासून बनवलेली असते त्याचप्रमाणे प्रत्येक पदार्थ हा अब्जावधी अणुंपासून बनलेला असतो. सर्व सजीव आणि निर्जीव वस्तू कोणत्या ना कोणत्या मूलद्रव्यांपासून बनलेल्या असतात. अणूची त्रिज्या सुमारे १०**(-१०) मीटर असते आणि त्यात १०**(-१४) मीटर अथवा त्याहूनही लहान आकाराचा एकच अणुगर्भ असतो.
अणूची स्वत:ची अंतर्गत रचना असते. मध्यवर्ती अणुकेंद्रकात (अणुगर्भात) दोन प्रकारचे कण असतात. पदार्थास धन विद्युत भारित करणारे कण धनक (Proton, P) व पदार्थास विद्युत-भार-विहीन म्हणजेच, विरक्त करणारे कण विरक्तक (Neutron, N). कोणत्याही मूलद्रव्यातील धनकांची संख्या P आणि विरक्तकांची संख्या N असल्यास त्यांची बेरीज केल्यास अणुचे वस्तूमान अथवा त्याचा अणुभार Z समजतो. अणुभार Z =P + N, कोणत्याही मूलद्रव्याचा अणुक्रमांक X हा त्यातील धनकांच्या संख्ये इतकाच असतो, म्हणून अणुक्रमांक X=P. अणुकेंद्रकाचा आकार =१०**(-१४) मीटर, अणूचा आकार =१०**(-१०) मीटर. ह्या अणुकेंद्रकाभोवती पदार्थास ऋण विद्युत-भारित करणारे अनेक विजक (ऋणक, Electron, E) विशिष्ट कोनातून, विशिष्ट कक्षेत, फिरत असतात. प्रत्येक अणुमध्ये धनक व विजकांची संख्या समान असते, त्यामुळे प्रत्येक अणू हा विद्युतभार-रहित असतो. उदासिन अथवा विरक्त असतो. पदार्थाच्या अणुंचे वस्तुमान आण्विक-वस्तुमान-एककांत म्हणजेच “आवए” मध्ये (ऍटोमिक मास युनिट-amu) मोजले जाते. १ आवए =१.६६ x १०**(-२७) कि.ग्रॅ. धनकाचे वस्तुमान =१.००७२७७ आवए, विरक्तकाचे वस्तुमान =१.००८६६५ आवए, विजकाचे वस्तुमान = ०.०००५४९ आवए असते. धनक आणि विरक्तक सुमारे सारख्याच वस्तुमानाचे असतात. विजक मात्र धनकापेक्षा वस्तुमानाने, १८३६ पट लहान असतो.
अशी मूलद्रव्ये, एकूण आहेत तरी किती?
आत्तापर्यंत ११८ मूलद्रव्यांची माहिती मिळालेली आहे. त्यांना आवर्त सारणीत (पिरियॉडीक टेबल) त्यांच्या अणुक्रमांकाप्रमाणे ठेवण्यात आले आहे. प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणुकेंद्रकात अस्तित्वात असलेल्या धनकांची संख्या, हाच त्या अणुचा अणुक्रमांक असतो. आवर्तसारणीमध्ये प्रथम पदार्थ उद्जन (हाइड्रोजन) हा आहे, आणि त्याचा अणुक्रमांक १ आहे. त्याच्या अणुकेंद्रकामध्ये एक धनक असतो. मूलद्रव्यांना ZAX असे दर्शवले जाते. इथे Z म्हणजे अणुभार आहे आणि X म्हणजे अणुक्रमांक. २३८U९२ म्हणजे, युरेनियम-२३८ या मूलद्रव्याचा अणुभार २३८ आहे आणि त्याचा अणुक्रमांक ९२ आहे; म्हणजेच ह्यामध्ये विरक्तकांची संख्या (२३८-९२)=१४६ आहे.
ज्या मूलद्रव्यांचा अणुक्रमांक समान, परंतु अणुभार वेगळा असतो त्यांना समस्थानिक (isotope) म्हणतात. उदाहरणार्थ, उद्जना (hydrogen) ची तीन समस्थानिके आहेत: १H१, २H१, ३H१ (हायड्रोजन, ड्युटेरियम आणि ट्रिशियम). युरेनियमच्या सर्व समस्थानिकांमधील अणुकेंद्रकांत ९२ धनक असतात. युरेनियमची काही समस्थानिके अशी आहेत: २३४U९२, २३५U९२, २३८U९२.
मूलद्रव्यांतील अस्थिरता (एलिमेंटल इन्स्टॅबिलिटी)
सोबतच्या आलेखात निसर्गतः आढळून येणार्‍या स्थिर व उदासिन मूलद्रव्यांच्या अणुगर्भातील विरक्तकांची संख्या त्यांतील धनकांच्या संख्येसापेक्ष कशी बदलत असते ते दर्शवलेले आहे. मूलद्रव्ये त्यांच्या निर्मितीदरम्यान; जर आलेख रेषेच्या खालच्या भागात असली तर धनक उत्सर्जन करून आणि विजक-प्रग्रहणाद्वारे ती स्थिरतेच्या पट्ट्यांत पावती होतात; किंवा जर ती आलेख रेषेच्या वरच्या भागात असली तर बीटा-उत्सर्जन करून ती स्थिरतेच्या पट्ट्यांत पावती होत असतात. अणुगर्भांतील गर्भकांमधील (धनक व विरक्तक यांच्यातील) परस्पर आकर्षण आणि अणुगर्भात जास्त धनक झाल्यास त्या धनकांमधील परस्पर अपकर्षण, या प्रभावांच्या संतुलित अवस्थेत, मूलद्रव्ये स्थिरतेच्या पट्ट्यात येऊन राहू लागतात.
हलक्या मूलद्रव्यांच्या अणुकेंद्रकांमध्ये विरक्तक आणि धनकांची संख्या सर्वसामान्यत: समान असते. २०९Bi८३ म्हणजे बिस्मथ हे सर्वात जड, स्थिर मूलद्रव्य आहे. त्याच्या अणुकेंद्रकामध्ये विरक्तक व धनकांचे प्रमाण १२६/८३ आहे. स्थिर अणुकेंद्रकात धनक आणि विरक्तक यांच्या प्रमाणात कोणताही बदल होत नाही आणि ते कायमस्वरूपी एकत्र राहतात.
अण्वांक ९२ म्हणजे युरेनियम. त्याहून अधिक अण्वांक असलेली मूलद्रव्ये अस्थिर असतात. अस्थिर असलेली अणुकेंद्रक़े किरणोत्सारी र्‍हासाच्या प्रक्रियेत, किरणोत्सर्जन करून स्थिर होतात. किरणांची ही उत्सर्जने म्हणजेच प्रारणे. ज्यांचा आपण विचार करत आहोत. निसर्गामध्ये आढळणारी काही किरणोत्सारी समस्थानिके ट्रिशियम, कर्ब-१४, युरेनियम, रेडियम, थोरियम इत्यादी आहेत.
.
** म्हणजे या चिन्हा आधीच्या संख्येचा, या चिन्हानंतर येणार्‍या संख्ये-इतक्या संख्येचा घात
प्रारणे म्हणजे किरणे. मग ती जम्बुपार (अल्ट्रा-व्हायोलेट) किरणे असोत, दृश्य प्रकाशाची असोत, अथवा अवरक्त (इन्फ्रारेड, उष्णतेची) असोत. ह्या सगळ्या किरणांशी तर आपण चिरपरिचित आहोतच. ह्या किरणांत असते वस्तूच्या रंग-रूपा-बाबतची माहिती आणि हो, सोबतच असते प्रखर ऊर्जा. ह्या सगळ्यांचे स्वरूप असते विद्युत-चुंबकीय लहरींचे. स्त्रोत, बहुधा असतो सूर्य. अर्थातच चंद्र, तारे व अन्य अवकाशीय वस्तूही आपल्याला प्रारणे पाठवतच असतात. हल्ली आपण वैद्यकीय उपयोगांमुळे, क्ष-किरणांनाही चांगलेच ओळखतो. ती तर आणखीनच प्रखर असतात. मनुष्यदेहात केवळ हाडांनीच अडतात.
अभिजात भौतिकीचे नियम जिथे अपुरे पडू लागले तिथे पुंज सिद्धांताने कोडी सोडवली. ह्या सिद्धांतानुसार, प्रकाश विद्युतचुंबकीय तरंगांनी बनलेल्या पाकिटांच्या रूपात प्रवास करतो. त्या पाकिटांना पुंज म्हणतात. मूळ तरंग-कंप्रतेवर त्यातील ऊर्जा निश्चित होते. ज्या पदार्थांवर असे पुंज आपाती असतात, त्या पदार्थांत ते आपली ऊर्जा रिती करून नामशेष होतात.
जम्बुपार (अल्ट्रा-व्हायोलेट) किरणांत ही ऊर्जा जास्त असते. म्हणून अशी किरणे मानवी शरीरास अपायकारकही मानली जातात. दृश्य प्रकाशाची किरणे ज्या वस्तुपासून आपल्या डोळ्यात शिरतात त्या वस्तूच्या रंगाबाबतची माहिती, ते त्यांतील ऊर्जेच्या रूपाने नेत्र-मज्जेत रिती करून नामशेष होतात. म्हणूनच, आपल्याला वस्तू आहेत तशा दिसू शकतात. अवरक्त (इन्फ्रारेड, उष्णतेची) किरणांत तुलनेने कमी ऊर्जा असते. मात्र जी ऊर्जा ते पदार्थात रिती करतात. त्याने त्या वस्तू तापतात. किरणे मात्र नावालाही शिल्लक राहात नाहीत.
क्ष-किरणे
क्ष-किरणे ह्या सगळ्यांच्या मानाने खूपच ऊर्जस्वल असतात. ती मनुष्यदेहात, मांसातून आरपार जाऊ शकतात व केवळ हाडांनीच अडतात. हाडांत ती शोषली गेल्यावर त्यांतील ऊर्जा, अस्थिपेशींचे नुकसानही घडवत असतेच. आपण खरे तर अशा सर्व संसर्गांची व्यवस्थित नोंद ठेवायला हवी.
क्ष-किरणांचा शोध विल्हेल्म कॉनराड राँजन (२७ मार्च १८४५ ते १० फेब्रुवारी १९२३) ह्यांनी १८९५ मध्ये लावला. ते जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ होते. त्यांनी क्ष-किरण पट्ट्यातील विद्युत चुंबकीय प्रारणे निर्माण करून त्यांचे संवेदन साध्य केले. त्याखातर त्यांना १९०१ साली भौतिकशास्त्रातले पहिले नोबेल पारितोषिक मिळाले . हवेतील किरणोत्साराच्या प्रभावाचे मापन करणार्‍या एककास, राँजन यांच्या सन्मानार्थ त्यांचेच नावही देण्यात आलेले आहे.
विल्हेल्म कॉनराड राँजन (२७ मार्च १८४५ ते १० फेब्रुवारी १९२३)
शोधानंतर ५० दिवसांनी म्हणजेच २८ डिसेंबर १८९५ रोजी, “एका नव्या प्रकारच्या किरणांबाबत” हा त्यांचा शोधनिबंध प्रसिद्ध झाला. वयाच्या ७८ व्या वर्षी ते आतड्याच्या कर्करोगाने वारले. मात्र क्ष-किरणांवर थोडा काळच काम केल्याने व ते नियमितपणे शिशाची ढाल वापरत असल्याने, त्यांच्या कर्करोगाचे कारण, त्यांचा क्ष-किरणांवरचा अभ्यास असावा, असे मानले जात नाही. नोव्हेंबर २००४ मध्ये त्यांच्या कामाच्या सन्मानार्थ अण्वांक १११ या मूलद्रव्यास इंटरनॅशनल युनियन ऑफ प्युअर अँड अप्लाईड केमिस्ट्रीतर्फे “राँजनियम” (Rg) हे नाव देण्यात आले.
वस्तुमानात्मक किरणे
पुढे, अंधारात ठेवलेल्या चित्रक-पट्ट्य़ा (फोटोग्राफिक प्लेटस), कुठल्याशा पदार्थाच्या केवळ सान्निध्यानेच विकसित झाल्या आहेत असे आढळून आले. मग त्या पदार्थातूनच त्यांना ऊर्जा मिळत असावी असा कयास केला गेला. त्याबाबत पुरावे मिळवण्याचे प्रयत्न झाले. मग तो पदार्थही ओळखला गेला आणि त्यातील उत्सर्जनही लक्षात आले. मात्र हे उत्सर्जन केवळ विद्युत-चुंबकीय-लहरींच्या स्वरूपात नव्हते, तर त्याव्यतिरिक्त त्यासोबत कणात्मक पदार्थही उत्सर्जित होत असल्याचे दिसून आले. त्या उत्सर्जनांना वस्तुमान होते. ही प्रारणे नविनच होती. हे त्यांचे स्वरूप नविनच होते. त्यांत ऊर्जा तर होतीच. ते होते गॅमा किरण. शिवाय, त्यात वस्तुमानही उत्सर्जित होत होते. ती होती अल्फा आणि बीटा किरणे.
किरणोत्सर्जनाचा शोध
अँटोनी हेन्री बेक्वेरल (१५ डिसेंबर १८५२ ते २५ ऑगस्ट १९०८)
सन् १८९६ मधे हेन्री बेक्वेरल नावाच्या एका फ्रेंच भौतिक शास्त्रज्ञाला युरेनियम क्षारातील किरणोत्साराचा शोध लागला. ते एक नोबेल पारितोषिक विजेते फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ होते. उत्स्फूर्त किरणोत्साराचा शोध लावल्याखातर त्यांना मेरी क्युरी आणि पिअरे क्युरी यांचेसोबत १९०३ मध्ये नोबेल पारितोषिक दिले गेले. ह्या किरणोत्साराचा प्रभाव त्याला एका वापरल़्या न गेलेल्या फोटोग्राफिक फिल्मवर आढळून आला. नंतर सन् १८९७ मघ्ये मेरी क्युरी आणि तिचे पती पियरे क्युरी यांनी पोलोनियम व रेडियम ह्या दोन किरणोत्सारी पदार्थांना वेगळे करण्यात यश मिळवले. ह्या किरणोत्सारी पदार्थांपासून उत्सर्जित किरणांची ओळख अल्फा, बीटा, गॅमा ह्या नावांनी पटवली गेली.
मेरी क्युरी
(७ नोव्हें. १८६७, वॉर्सा, पोलंड-४ जुलै १९३४, सॅव्हॉय, फ्रान्स)
१८९१ मध्ये सॉर्बोन्न येथे भौतिक आणि गणितीय विज्ञानांतील लायसेन्शियेटशिप मिळाल्याने क्युरी पुढील शिक्षणाकरता फ्रान्समध्ये गेल्या. १८९४ मध्ये त्यांची स्कूल ऑफ फिजिक्समधील प्रोफेसर पिअरे क्युरी यांचेशी गाठ पडली. १८९५ मध्ये त्यांचे लग्न झाले. मिळालेल्या अनेक पारितोषिकांद्वारेच मादाम क्युरींच्या कामाचे महत्त्व ध्यानात येते. त्यांना अनेक विज्ञान, वैद्यक आणि कायदा या विषयांतील सन्माननीय पदव्या प्राप्त झालेल्या होत्या. जगभरातील अनेक ज्ञानवंत समाजांची सदस्यताही त्यांना मिळालेली होती. बेक्वेरल यांनी शोधून काढलेल्या उत्स्फूर्त किरणोत्साराच्या अभ्यासाकरता, त्यांना पतीसोबत १९०३ सालचे नोबेल पारितोषिक मिळालेले होते. ह्या पारितोषिकाचे अर्धे मानकरी बेक्वेरल हेही होते. १९११ मध्ये त्यांना किरणोत्सारातील त्यांच्या कामाकरता, केमिस्ट्रीमधील नोबेल पारितोषिक मिळालेले होते. अमेरिकेतील स्त्रियांचे वतीने, अमेरिकेचे राष्ट्राध्यक्ष हार्डिंग यांनी त्यांना १९२१ मध्ये त्यांच्या विज्ञानसेवेकरता १ ग्रॅम रेडियम भेट दिले होते. त्यांच्या कामाच्या गौरवार्थ किरणोत्साराच्या एककास त्यांचे नाव दिले गेले. १ ग्रॅम रेडियमपासून दर सेकंदास प्राप्त होणार्‍या किरणोत्सारास “१ क्युरी” असे संबोधले जाऊ लागले.
पुढे असे लक्षात आले की ह्या अल्फा, बीटा आणि गॅमा किरणांचा उगम अणूच्या संरचनेत होत असतो. पण कसा? ते जाणून घेण्याकरता आधी अणूची संरचना कशी असते, ते जाणून घ्यायला लागेल. एक मध्यवर्ती अणुकेंद्रक आणि त्याभोवती दूरवर फिरत राहणारे, पदार्थास ऋण करणारे कण यांनी मिळून अणू घडलेला असतो.
अणूची संरचना
अल्फा आणि बीटा किरणांत पदार्थाचे कण आढळून आलेले होते. सर्व पदार्थ मूलद्रव्यांपासून बनलेले असतात. मूलद्रव्यांची काही उदाहरणे म्हणजे उद्जन वायू (हायड्रोजन), प्राण वायू (ऑक्सिजन), कर्ब (कार्बन) व सोने (गोल्ड) ही आहेत. अणू हा मूलद्रव्याचा सर्वात छोटा कण असतो. प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणुमधे त्या मूलद्रव्याचे सर्व विशिष्ट गुण सामावलेले असतात. त्याचा आकार एक अब्जांश मीटरहूनही लहान असतो. जशी एखादी भिंत दगड किंवा विटांपासून बनवलेली असते त्याचप्रमाणे प्रत्येक पदार्थ हा अब्जावधी अणुंपासून बनलेला असतो. सर्व सजीव आणि निर्जीव वस्तू कोणत्या ना कोणत्या मूलद्रव्यांपासून बनलेल्या असतात. अणूची त्रिज्या सुमारे १०**(-१०) मीटर असते आणि त्यात १०**(-१४) मीटर अथवा त्याहूनही लहान आकाराचा एकच अणुगर्भ असतो.
अणूची स्वत:ची अंतर्गत रचना असते. मध्यवर्ती अणुकेंद्रकात (अणुगर्भात) दोन प्रकारचे कण असतात. पदार्थास धन विद्युत भारित करणारे कण धनक (Proton, P) व पदार्थास विद्युत-भार-विहीन म्हणजेच, विरक्त करणारे कण विरक्तक (Neutron, N). कोणत्याही मूलद्रव्यातील धनकांची संख्या P आणि विरक्तकांची संख्या N असल्यास त्यांची बेरीज केल्यास अणुचे वस्तूमान अथवा त्याचा अणुभार Z समजतो. अणुभार Z =P + N, कोणत्याही मूलद्रव्याचा अणुक्रमांक X हा त्यातील धनकांच्या संख्ये इतकाच असतो, म्हणून अणुक्रमांक X=P. अणुकेंद्रकाचा आकार =१०**(-१४) मीटर, अणूचा आकार =१०**(-१०) मीटर. ह्या अणुकेंद्रकाभोवती पदार्थास ऋण विद्युत-भारित करणारे अनेक विजक (ऋणक, Electron, E) विशिष्ट कोनातून, विशिष्ट कक्षेत, फिरत असतात. प्रत्येक अणुमध्ये धनक व विजकांची संख्या समान असते, त्यामुळे प्रत्येक अणू हा विद्युतभार-रहित असतो. उदासिन अथवा विरक्त असतो. पदार्थाच्या अणुंचे वस्तुमान आण्विक-वस्तुमान-एककांत म्हणजेच “आवए” मध्ये (ऍटोमिक मास युनिट-amu) मोजले जाते. १ आवए =१.६६ x १०**(-२७) कि.ग्रॅ. धनकाचे वस्तुमान =१.००७२७७ आवए, विरक्तकाचे वस्तुमान =१.००८६६५ आवए, विजकाचे वस्तुमान = ०.०००५४९ आवए असते. धनक आणि विरक्तक सुमारे सारख्याच वस्तुमानाचे असतात. विजक मात्र धनकापेक्षा वस्तुमानाने, १८३६ पट लहान असतो.
अशी मूलद्रव्ये, एकूण आहेत तरी किती?
आत्तापर्यंत ११८ मूलद्रव्यांची माहिती मिळालेली आहे. त्यांना आवर्त सारणीत (पिरियॉडीक टेबल) त्यांच्या अणुक्रमांकाप्रमाणे ठेवण्यात आले आहे. प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणुकेंद्रकात अस्तित्वात असलेल्या धनकांची संख्या, हाच त्या अणुचा अणुक्रमांक असतो. आवर्तसारणीमध्ये प्रथम पदार्थ उद्जन (हाइड्रोजन) हा आहे, आणि त्याचा अणुक्रमांक १ आहे. त्याच्या अणुकेंद्रकामध्ये एक धनक असतो. मूलद्रव्यांना ZAX असे दर्शवले जाते. इथे Z म्हणजे अणुभार आहे आणि X म्हणजे अणुक्रमांक. २३८U९२ म्हणजे, युरेनियम-२३८ या मूलद्रव्याचा अणुभार २३८ आहे आणि त्याचा अणुक्रमांक ९२ आहे; म्हणजेच ह्यामध्ये विरक्तकांची संख्या (२३८-९२)=१४६ आहे.
ज्या मूलद्रव्यांचा अणुक्रमांक समान, परंतु अणुभार वेगळा असतो त्यांना समस्थानिक (isotope) म्हणतात. उदाहरणार्थ, उद्जना (hydrogen) ची तीन समस्थानिके आहेत: १H१, २H१, ३H१ (हायड्रोजन, ड्युटेरियम आणि ट्रिशियम). युरेनियमच्या सर्व समस्थानिकांमधील अणुकेंद्रकांत ९२ धनक असतात. युरेनियमची काही समस्थानिके अशी आहेत: २३४U९२, २३५U९२, २३८U९२.
मूलद्रव्यांतील अस्थिरता (एलिमेंटल इन्स्टॅबिलिटी)
सोबतच्या आलेखात निसर्गतः आढळून येणार्‍या स्थिर व उदासिन मूलद्रव्यांच्या अणुगर्भातील विरक्तकांची संख्या त्यांतील धनकांच्या संख्येसापेक्ष कशी बदलत असते ते दर्शवलेले आहे. मूलद्रव्ये त्यांच्या निर्मितीदरम्यान; जर आलेख रेषेच्या खालच्या भागात असली तर धनक उत्सर्जन करून आणि विजक-प्रग्रहणाद्वारे ती स्थिरतेच्या पट्ट्यांत पावती होतात; किंवा जर ती आलेख रेषेच्या वरच्या भागात असली तर बीटा-उत्सर्जन करून ती स्थिरतेच्या पट्ट्यांत पावती होत असतात. अणुगर्भांतील गर्भकांमधील (धनक व विरक्तक यांच्यातील) परस्पर आकर्षण आणि अणुगर्भात जास्त धनक झाल्यास त्या धनकांमधील परस्पर अपकर्षण, या प्रभावांच्या संतुलित अवस्थेत, मूलद्रव्ये स्थिरतेच्या पट्ट्यात येऊन राहू लागतात.
हलक्या मूलद्रव्यांच्या अणुकेंद्रकांमध्ये विरक्तक आणि धनकांची संख्या सर्वसामान्यत: समान असते. २०९Bi८३ म्हणजे बिस्मथ हे सर्वात जड, स्थिर मूलद्रव्य आहे. त्याच्या अणुकेंद्रकामध्ये विरक्तक व धनकांचे प्रमाण १२६/८३ आहे. स्थिर अणुकेंद्रकात धनक आणि विरक्तक यांच्या प्रमाणात कोणताही बदल होत नाही आणि ते कायमस्वरूपी एकत्र राहतात.
अण्वांक ९२ म्हणजे युरेनियम. त्याहून अधिक अण्वांक असलेली मूलद्रव्ये अस्थिर असतात. अस्थिर असलेली अणुकेंद्रक़े किरणोत्सारी र्‍हासाच्या प्रक्रियेत, किरणोत्सर्जन करून स्थिर होतात. किरणांची ही उत्सर्जने म्हणजेच प्रारणे. ज्यांचा आपण विचार करत आहोत. निसर्गामध्ये आढळणारी काही किरणोत्सारी समस्थानिके ट्रिशियम, कर्ब-१४, युरेनियम, रेडियम, थोरियम इत्यादी आहेत.
.
** म्हणजे या चिन्हा आधीच्या संख्येचा, या चिन्हानंतर येणार्‍या संख्ये-इतक्या संख्येचा घात
कोणत्याही टिप्पण्‍या नाहीत:
टिप्पणी पोस्ट करा