कोणत्याही पदार्थातून उत्स्फूर्तपणे निघणार्‍या ऊर्जेला किंवा कणांना उत्सर्जन म्हणतात. किरणोत्सारी पदार्थांमुळे होणारे उत्सर्जन प्रामुख्याने ३ प्रकारचे असते. अल्फा, बीटा आणि गॅमा. ह्या उत्सर्जनास अणुकेंद्रकीय उत्सर्जन म्हणतात. कारण ते अणूंच्या गर्भातून उगम पावत असते. अल्फा कण म्हणजे हेलियमचे अणुकेंद्रक (nucleus) असते, तर बीटा कण म्हणजे ऋणक किंवा विजक (electron) असतात. काही जड अणू विद्युतभार रहित कण उत्सर्जित करतात, ते म्हणजे विरक्तक (neutrons) असतात.
अल्फा कण: अस्थिर अणुकेंद्रक, अल्फा व बीटा किरणांचे उत्सर्जन करते व स्वत: सुद्धा र्‍हास पावत राहते. ह्या प्रक्रियेत निघणारी ऊर्जा ही उष्णतेच्या स्वरूपात असते. उदाहरणार्थ २३८U९२ चा र्‍हास होऊन त्याचे २३४Th९० मध्ये परिवर्तन होते आणि या प्रक्रियेत एक अल्फा कण उत्सर्जित होतो, जो हेलियमचे अणुकेंद्रक असतो.
२३८U९२ = २३४Th९० + ४He२ (U-युरेनियम, Th-थोरियम, He-हेलियम)
बीटा कण: बीटा र्‍हास प्रक्रियेत अणुकेंद्रकामधील विरक्तक स्वत: विभाजित होतो व त्यातून एक धनक व एक विजक तयार होतात. त्यामुळे अणूचे वस्तुमान बदलत नाही पण त्याच्या अणुक्रमांकात एकने वाढ होते. ह्यावेळी वस्तुमानामध्ये थोडा र्‍हास होतो, जो उष्णतेच्या रूपात बाहेर पडतो.
२३४Th९० = २३४Pa९१ + बीटा कण (Th-थोरियम, Pa-पॅलाडियम)
गॅमा कण: सामान्यत: अल्फा अथवा बीटा कणांच्या उत्सर्जनानंतर अणुकेंद्रकातील अतिरिक्त ऊर्जा, गॅमा किरणांच्या स्वरूपात उत्सर्जित होते.
B ह्या चुंबकीय क्षेत्रातील अल्फा, बीटा आणि गॅमा किरणांची, मेरी क्युरी यांनी केलेली अभिव्यक्ती सोबतच्या चित्रात दर्शवलेली आहे. इथे असे गृहित धरले आहे की किरणोत्सारी पदार्थ, एका शिश्याच्या ठोकळ्यातील अरुंद पण खोल पोकळीत ठेवलेले आहेत, जेणेकरून विद्युत वा चुंबकीय क्षेत्रांच्या अभावात ही किरणे बारीक उभ्या शलाकेच्या स्वरूपात वर येतील.
कागदास लंब दिशेने सशक्त चुंबकीय क्षेत्र कागदाबाहेर येईल अशा दिशेने लावले असता, अल्फा कण धनभारित आणि तुलनेने जड असल्याने, जरासे उजव्या बाजूस वळतील, बीटा कण ऋणभारित आणि हलके असल्याने डाव्या दिशेने जास्त प्रमाणात वळतील, तर गॅमा किरणे विद्युतभारित नसल्याने सरळच जातील. इथे v हा कणाचा वेग आणि m हे त्याचे वस्तुमान असल्याचे गृहित धरलेले आहे.
विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रांद्वारे वळवलेल्या विद्युतभारित कणांचा अभ्यास करण्याची जे.जे.थॉमसन यांची पद्धत सोबतच्या चित्रात दर्शवलेली आहे. निर्वात पोकळी धारण करणार्‍या काचेच्या नलिकेत ऋणाग्र C आणि धनाग्र A यांदरम्यान विद्युतविभव लावले असता, ऋणाग्रातून निर्माण होणारे विजक धनाग्रातील S ह्या फटीतून त्यांच्या गतीमुळेच बाहेर पडतात. मग त्यांचेवर चुंबकीय M, तसेच विद्युत PP, क्षेत्रे योजून त्यांना वळवले जाई. अशाप्रकारे त्या किरणांचे विद्युत भार, त्यांची गती, त्यांची ऊर्जा इत्यादींबाबत अभ्यास करता येई. मात्र विद्युत क्षेत्र जर त्यांच्या गतीस लंब न राखता त्यांचे गतीच्याच दिशेने लावले तर त्यांना रोखता अथवा त्वरित करता येई.
विद्युतभारित कणांचे अशाप्रकारे त्वरण केल्यास त्यांची गती वाढते. गती ज्यावेळी प्रकाशाच्या गतीच्या तुल्यबल होते तेव्हा त्या कणांचे सापेक्ष वस्तुमान, स्थिर वस्तुमानाच्या तुलनेत कसे वाढत जाते ते सोबतच्या आकृतीत दर्शवले आहे. m०, m, v व c म्हणजे अनुक्रमे स्थिर वस्तुमान, सापेक्ष वस्तुमान, प्रत्यक्षातील गती आणि प्रकाशाची गती हे चल आहेत.
क्ष-किरणे आणि गॅमा किरणे यांचे गुणधर्म
१. ती मानवी संवेदनांना कळत नाहीत (म्हणजे दिसत नाहीत, ऐकू येत नाहीत किंवा जाणवतही नाहीत).
२. ती सरळ रेषेत प्रकाशाच्या गतीने प्रवास करतात.
३. त्यांचे पथ, विद्युत अथवा चुंबकीय क्षेत्रांनी बदलवता येत नाहीत.
४. दोन पदार्थांच्या जोडावर ती काहीशी वाकतात (refracted).
५. आण्विक कणाशी गाठ पडेपर्यंत, ती पदार्थात पार होत राहतात.
६. दरम्यान ती विखुरली जातात आणि शोषली जातात.
७. ती पदार्थात किती अंतर चालून जाऊ शकतील हे त्यांच्या ऊर्जेवर आणि ज्यातून ते प्रवास करत असतात त्या पदार्थावर अवलंबून असते.
८. पदार्थाचे मूलकीकरण करण्यास पुरेशी ऊर्जा त्यांचेजवळ असते आणि जिवंत पेशींना ते हानी पोहोचवू शकतात किंवा त्यांचा संपूर्ण विनाशही घडवून आणू शकतात.
अर्धायू
अर्धायुष्याचे तत्त्व विषद करणारा किरणोत्सारी विघटनाचा आलेख. अणुऊर्जेचे स्त्रोतपुस्तक, लेखकः सॅम्युएल ग्लास्टन, प्रकरण-५: नैसर्गिक किरणोत्सार. किरणोत्सारी र्‍हासाच्या प्रक्रियेत धनकांच्या संख्येमध्ये बदल होतो त्यामुळे मूळ अणू हा उत्सर्जन झाल्यानंतर एका नवीन अणुमध्ये रूपांतरित होतो. कोणत्याही किरणोत्सारी पदार्थाचा र्‍हास होण्याच्या प्रमाणावर ही गोष्ट अवलंबून असते की, तो किती शिल्लक राहील. अर्धायू (हाफ-लाइफ) म्हणजे अणुंच्या र्‍हासानंतर त्यांची संख्या अर्धी राहण्यापर्यंतचा कालावधी होय. म्हणजेच असा कालावधी की ज्यामुळे किरणोत्सर्जन क्षमतेचा र्‍हास होऊन ती निम्म्यावर येते. उदा. रेडियम-२२६ चे अर्धायू १६०० वर्षे आहे. समजा सुरूवातीस रेडियम-२२६ चे १०० अणू आपल्याजवळ आहेत. तर १६०० वर्षांनंतर फक्त ५० अणू शिल्लक राहतील व ३२०० वर्षांनंतर त्यातील फक्त २५ अणूच शिल्लक राहतील.
युरेनियमचे अर्धायुष्य ४.५ अब्ज वर्षे आहे, जे जवळपास पृथ्वीच्या अंदाजित वयाइतकेच आहे. याचाच अर्थ असा की पृथ्वीच्या जन्माच्या वेळेस अस्तित्वात असलेल्या युरेनियमपैकी किमान अर्धे तरी अजूनही अस्तित्वात असायला हवे. म्हणून निरनिराळी किरणोत्सारी उत्पादने विघटित होत असता, त्यांच्या जन्मदात्यांच्या विघटन उत्पन्नांनी ती बदलली जात असतात. इथे ह्याची दखल घेणे सुरस ठरेल की केवळ तीनच किरणोत्सारी मालिका निसर्गात अस्तित्वात आहेत. युरेनियम, थोरियम आणि ऍक्टिनियम. वास्तविक चार शक्य असायला हव्यात. चवथ्या मालिकेतील सर्वात दीर्घायू सदस्याचे अर्धायू २० लक्ष वर्षे आहे, म्हणून पृथ्वीच्या जन्मापासून आजवर तो जवळपास पूर्णपणे विघटित होऊन गेलेला असावा. त्यामुळे अशी मालिका निसर्गतः आढळून येत नाही.
अति-क्रियाशील मूलद्रव्ये नाहीशी होतात, तर कमी क्रियाशील मूलद्रव्ये दीर्घकाळ टिकून राहतात. ज्या अणूंचे अर्धायू दीर्घ आहे त्यांची किरणोत्सर्जनक्षमता कमी प्रतीची असते आणि ज्या अणूंचे अर्धायू अल्प आहे त्यांची किरणोत्सर्जन क्षमता जास्त उच्च प्रतीची असते. म्हणूनच किरणोत्सारी पदार्थाचे अर्धायू आणि त्याच्या किरणोत्सर्जन क्षमतेचा स्तर, परस्पर हे विरोधी प्रमाणात असतात. युरेनियम २३८ चे अर्धायू ४५० कोटी वर्ष आहे. युरेनियमचा विविध १४ पातळींवर र्‍हास होऊन त्याचे रूपांतर शिसे, ह्या स्थिर समस्थानिकात होते. ह्या प्रक्रियेला अनेक अब्ज वर्षे लागतात. म्हणूनच तो टिकून आहे. मात्र, ९२ हून अधिक अणुक्रमांक असलेली, प्लुटोनियमसारखी अनेक मूलद्रव्ये आहेत, ज्यांची अर्धायुष्ये अल्प असल्यानेच आज निसर्गतः ती उपलब्ध नाहीत.
किरणोत्सारी र्‍हासदराचे निर्धारण
एखाद्या दिलेल्या नमुन्यातील प्रत्येक किरणोत्सारी अणू त्याच्या गर्भातून एक अल्फा अथवा एक बीटा कण विघटनादरम्यान बाहेर टाकतो. या सर्व वस्तुस्थितींशी सुसंगत असलेल्या गृहितकांवरच मापन पद्धती आधारलेल्या असतात. परिणामतः दिलेल्या वेळात विघटित होत असणार्‍या अणूंची संख्या आणि त्यावरून विघटन दर, उत्सर्जित अल्फा किंवा बीटा कणांची गणना करून शोधून काढता येईल. प्रत्येक कणाची गणना करणे किरणोत्सार अभ्यासाचे दृष्टीने खूप महत्त्वाचे आहे आणि याकरता अनेक उपकरणे अभिकल्पित केली गेलेली आहेत.
विश्वकिरणे
एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीस, बाह्य अवकाशातून येणार्‍या भेदक (पेनेट्रेटिंग) प्रारणांचे अस्तित्व, चार्लस थॉमसन रीस विल्सन (१८६९-१९५९) यांनी केलेल्या विद्युत-दर्शक-यंत्रांसहितच्या साध्या प्रयोगांतून संवेदले गेले. रॉबर्ट अँड्र्यूज मिलिकन (१८६८-१९६३) या अमेरिकन, नोबेल विजेत्या भौतिकशास्त्रज्ञाने, अतिशय ऊर्जस्वल भारित कणांच्या ह्या प्रारणांना ’विश्वकिरण’ हे नाव दिले. त्यात निरनिराळ्या प्रकाची अणुकेंद्रके असतात, मात्र मुख्यत्वे धनक असतात. प्राथमिक विश्वकिरण वातावरणाशी परस्पर-कार्यरत होऊन दुय्यम किरणे निर्माण करतात.
होमी भाभा यांनी वॉल्टर हिटलर यांच्या सहयोगाने १९३७ साली प्रकाशित एका शोधनिबंधात विश्वकिरण वर्षावाच्या निर्मितीचे स्पष्टीकरण दिले. पुढे ह्या वर्षावासच “भाभा वर्षाव” हे नाव देण्यात आले. प्राथमिक कणांच्या एका वर्गालाच वापरले जाणारे ’मेसॉन’ हे नाव भाभा यांनीच सुचवलेले होते.
विश्वकिरण हे अण्वंतर्गत ऊर्जस्वल भारित कणांनी बनलेले असतात. यांचे मूळ पृथ्वीबाहेरील अवकाशात असते. पृथ्वीच्या वातावरणात आणि पृष्ठभागात प्रवेश करत असता ही किरणे अनेक दुय्यम कण निर्माण करतात. ऐतिहासिक काळात यांचे स्वरूप विद्युतचुंबकीय मानले गेले होते, त्यामुळे त्यांचे नाव विश्वकिरणे असे पडले. बव्हंशी प्राथमिक विश्वकिरणे, पृथ्वीवरील आपल्या ओळखीच्या स्थिर अण्वंतर्गत कणांनीच बनलेली असतात. जसे की धनक, अणुगर्भ किंवा विजक. मात्र त्यांतील एक लहानसा हिस्सा प्रतिपदार्थांचा बनलेला असतो. जसे की धन-विजक (पॉझिट्रॉन), प्रति-धनक (अँटिप्रोटॉन) इत्यादी. त्यांच्या नेमक्या स्वरूपावर संशोधन अजून सुरूच आहे. ८८% विश्वकिरणे धनक अथवा उद्‌जनच्या अणुगर्भांनी बनलेली असतात. १०% हेलियम अणुगर्भ अथवा अल्फा कणांनी बनलेली असतात. तर १% अवजड अणुगर्भांनी बनलेली असतात. उर्वरित १% विश्वकिरणे विजकांनीच बनलेली असतात. विश्वकिरणांची ऊर्जा १०**२० विजकव्होल्ट (eV) इतकी जास्त असू शकते.
१९३० ते १९५० दरम्यान, अणुगर्भ आणि त्याचे घटक यांबाबतच्या वैज्ञानिक अभ्यासांत विश्वकिरणांनी महत्त्वाची भूमिका बजावली, कारण उच्च-ऊर्जा-कणांचे ते एकमेव स्त्रोत होते. अल्पजीवी अण्वंतर्गत कणांचा शोध विश्वकिरण आघातांमुळे लागला होता. १९५० नंतर आलेल्या शक्तिशाली कण-त्वरकांच्या आविष्करणांनंतरही तपासकांनी विश्वकिरणांचा अभ्यास, मर्यादित प्रमाणात का होईना पण सुरूच ठेवला. ह्याचे मुख्य कारण हे होते की विश्वकिरणांत असणारे ऊर्जेचे प्रमाण, प्रायोगिक परिस्थितींमध्ये उपलब्ध होऊ शकणार्‍या ऊर्जांपेक्षा प्रचंड प्रमाणात जास्त होते.
मूलकीकरण
ऊर्जा उत्सर्जनाद्वारे दुसर्‍या अणू किंवा रेणुमधील विजक वेगळे केले जाऊ शकतात. अशा प्रकारे ते अणु-रेणूंना विद्युत-भारित व क्रियाशील अवस्थेत आणून सोडतात. ह्या प्रक्रियेला मूलकीकरण (ionization) असे म्हणतात आणि हा प्रभाव घडवून आणणार्‍या उत्सर्जनाला मूलकीकारक़ उत्सर्जन (ionizing radiation) असे म्हणतात. मूलकीकरण करत असता उत्सर्जनातील ऊर्जा घटत जाते. त्यातील ऊर्जा पूर्णतः नाहीशी झाली की ते पदार्थात लुप्त होऊन जाते. त्यापूर्वी ते उत्सर्जन पदार्थात जे अंतर चालून जाते त्यावरून त्याची भेदकता समजत असते. ह्या किरणोत्सारी उत्सर्जनाची भेदकता खालील कोष्टका प्रमाणे असते.
नरेंद्र गोळे २०१११०३१ narendra.v.gole@gmail.com, http://urjasval.blogspot.com/
.
अल्फा कण: अस्थिर अणुकेंद्रक, अल्फा व बीटा किरणांचे उत्सर्जन करते व स्वत: सुद्धा र्‍हास पावत राहते. ह्या प्रक्रियेत निघणारी ऊर्जा ही उष्णतेच्या स्वरूपात असते. उदाहरणार्थ २३८U९२ चा र्‍हास होऊन त्याचे २३४Th९० मध्ये परिवर्तन होते आणि या प्रक्रियेत एक अल्फा कण उत्सर्जित होतो, जो हेलियमचे अणुकेंद्रक असतो.
२३८U९२ = २३४Th९० + ४He२ (U-युरेनियम, Th-थोरियम, He-हेलियम)
बीटा कण: बीटा र्‍हास प्रक्रियेत अणुकेंद्रकामधील विरक्तक स्वत: विभाजित होतो व त्यातून एक धनक व एक विजक तयार होतात. त्यामुळे अणूचे वस्तुमान बदलत नाही पण त्याच्या अणुक्रमांकात एकने वाढ होते. ह्यावेळी वस्तुमानामध्ये थोडा र्‍हास होतो, जो उष्णतेच्या रूपात बाहेर पडतो.
२३४Th९० = २३४Pa९१ + बीटा कण (Th-थोरियम, Pa-पॅलाडियम)
गॅमा कण: सामान्यत: अल्फा अथवा बीटा कणांच्या उत्सर्जनानंतर अणुकेंद्रकातील अतिरिक्त ऊर्जा, गॅमा किरणांच्या स्वरूपात उत्सर्जित होते.
B ह्या चुंबकीय क्षेत्रातील अल्फा, बीटा आणि गॅमा किरणांची, मेरी क्युरी यांनी केलेली अभिव्यक्ती सोबतच्या चित्रात दर्शवलेली आहे. इथे असे गृहित धरले आहे की किरणोत्सारी पदार्थ, एका शिश्याच्या ठोकळ्यातील अरुंद पण खोल पोकळीत ठेवलेले आहेत, जेणेकरून विद्युत वा चुंबकीय क्षेत्रांच्या अभावात ही किरणे बारीक उभ्या शलाकेच्या स्वरूपात वर येतील.
कागदास लंब दिशेने सशक्त चुंबकीय क्षेत्र कागदाबाहेर येईल अशा दिशेने लावले असता, अल्फा कण धनभारित आणि तुलनेने जड असल्याने, जरासे उजव्या बाजूस वळतील, बीटा कण ऋणभारित आणि हलके असल्याने डाव्या दिशेने जास्त प्रमाणात वळतील, तर गॅमा किरणे विद्युतभारित नसल्याने सरळच जातील. इथे v हा कणाचा वेग आणि m हे त्याचे वस्तुमान असल्याचे गृहित धरलेले आहे.
विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रांद्वारे वळवलेल्या विद्युतभारित कणांचा अभ्यास करण्याची जे.जे.थॉमसन यांची पद्धत सोबतच्या चित्रात दर्शवलेली आहे. निर्वात पोकळी धारण करणार्‍या काचेच्या नलिकेत ऋणाग्र C आणि धनाग्र A यांदरम्यान विद्युतविभव लावले असता, ऋणाग्रातून निर्माण होणारे विजक धनाग्रातील S ह्या फटीतून त्यांच्या गतीमुळेच बाहेर पडतात. मग त्यांचेवर चुंबकीय M, तसेच विद्युत PP, क्षेत्रे योजून त्यांना वळवले जाई. अशाप्रकारे त्या किरणांचे विद्युत भार, त्यांची गती, त्यांची ऊर्जा इत्यादींबाबत अभ्यास करता येई. मात्र विद्युत क्षेत्र जर त्यांच्या गतीस लंब न राखता त्यांचे गतीच्याच दिशेने लावले तर त्यांना रोखता अथवा त्वरित करता येई.
विद्युतभारित कणांचे अशाप्रकारे त्वरण केल्यास त्यांची गती वाढते. गती ज्यावेळी प्रकाशाच्या गतीच्या तुल्यबल होते तेव्हा त्या कणांचे सापेक्ष वस्तुमान, स्थिर वस्तुमानाच्या तुलनेत कसे वाढत जाते ते सोबतच्या आकृतीत दर्शवले आहे. m०, m, v व c म्हणजे अनुक्रमे स्थिर वस्तुमान, सापेक्ष वस्तुमान, प्रत्यक्षातील गती आणि प्रकाशाची गती हे चल आहेत.
क्ष-किरणे आणि गॅमा किरणे यांचे गुणधर्म
१. ती मानवी संवेदनांना कळत नाहीत (म्हणजे दिसत नाहीत, ऐकू येत नाहीत किंवा जाणवतही नाहीत).
२. ती सरळ रेषेत प्रकाशाच्या गतीने प्रवास करतात.
३. त्यांचे पथ, विद्युत अथवा चुंबकीय क्षेत्रांनी बदलवता येत नाहीत.
४. दोन पदार्थांच्या जोडावर ती काहीशी वाकतात (refracted).
५. आण्विक कणाशी गाठ पडेपर्यंत, ती पदार्थात पार होत राहतात.
६. दरम्यान ती विखुरली जातात आणि शोषली जातात.
७. ती पदार्थात किती अंतर चालून जाऊ शकतील हे त्यांच्या ऊर्जेवर आणि ज्यातून ते प्रवास करत असतात त्या पदार्थावर अवलंबून असते.
८. पदार्थाचे मूलकीकरण करण्यास पुरेशी ऊर्जा त्यांचेजवळ असते आणि जिवंत पेशींना ते हानी पोहोचवू शकतात किंवा त्यांचा संपूर्ण विनाशही घडवून आणू शकतात.
अर्धायू
अर्धायुष्याचे तत्त्व विषद करणारा किरणोत्सारी विघटनाचा आलेख. अणुऊर्जेचे स्त्रोतपुस्तक, लेखकः सॅम्युएल ग्लास्टन, प्रकरण-५: नैसर्गिक किरणोत्सार. किरणोत्सारी र्‍हासाच्या प्रक्रियेत धनकांच्या संख्येमध्ये बदल होतो त्यामुळे मूळ अणू हा उत्सर्जन झाल्यानंतर एका नवीन अणुमध्ये रूपांतरित होतो. कोणत्याही किरणोत्सारी पदार्थाचा र्‍हास होण्याच्या प्रमाणावर ही गोष्ट अवलंबून असते की, तो किती शिल्लक राहील. अर्धायू (हाफ-लाइफ) म्हणजे अणुंच्या र्‍हासानंतर त्यांची संख्या अर्धी राहण्यापर्यंतचा कालावधी होय. म्हणजेच असा कालावधी की ज्यामुळे किरणोत्सर्जन क्षमतेचा र्‍हास होऊन ती निम्म्यावर येते. उदा. रेडियम-२२६ चे अर्धायू १६०० वर्षे आहे. समजा सुरूवातीस रेडियम-२२६ चे १०० अणू आपल्याजवळ आहेत. तर १६०० वर्षांनंतर फक्त ५० अणू शिल्लक राहतील व ३२०० वर्षांनंतर त्यातील फक्त २५ अणूच शिल्लक राहतील.
युरेनियमचे अर्धायुष्य ४.५ अब्ज वर्षे आहे, जे जवळपास पृथ्वीच्या अंदाजित वयाइतकेच आहे. याचाच अर्थ असा की पृथ्वीच्या जन्माच्या वेळेस अस्तित्वात असलेल्या युरेनियमपैकी किमान अर्धे तरी अजूनही अस्तित्वात असायला हवे. म्हणून निरनिराळी किरणोत्सारी उत्पादने विघटित होत असता, त्यांच्या जन्मदात्यांच्या विघटन उत्पन्नांनी ती बदलली जात असतात. इथे ह्याची दखल घेणे सुरस ठरेल की केवळ तीनच किरणोत्सारी मालिका निसर्गात अस्तित्वात आहेत. युरेनियम, थोरियम आणि ऍक्टिनियम. वास्तविक चार शक्य असायला हव्यात. चवथ्या मालिकेतील सर्वात दीर्घायू सदस्याचे अर्धायू २० लक्ष वर्षे आहे, म्हणून पृथ्वीच्या जन्मापासून आजवर तो जवळपास पूर्णपणे विघटित होऊन गेलेला असावा. त्यामुळे अशी मालिका निसर्गतः आढळून येत नाही.
अति-क्रियाशील मूलद्रव्ये नाहीशी होतात, तर कमी क्रियाशील मूलद्रव्ये दीर्घकाळ टिकून राहतात. ज्या अणूंचे अर्धायू दीर्घ आहे त्यांची किरणोत्सर्जनक्षमता कमी प्रतीची असते आणि ज्या अणूंचे अर्धायू अल्प आहे त्यांची किरणोत्सर्जन क्षमता जास्त उच्च प्रतीची असते. म्हणूनच किरणोत्सारी पदार्थाचे अर्धायू आणि त्याच्या किरणोत्सर्जन क्षमतेचा स्तर, परस्पर हे विरोधी प्रमाणात असतात. युरेनियम २३८ चे अर्धायू ४५० कोटी वर्ष आहे. युरेनियमचा विविध १४ पातळींवर र्‍हास होऊन त्याचे रूपांतर शिसे, ह्या स्थिर समस्थानिकात होते. ह्या प्रक्रियेला अनेक अब्ज वर्षे लागतात. म्हणूनच तो टिकून आहे. मात्र, ९२ हून अधिक अणुक्रमांक असलेली, प्लुटोनियमसारखी अनेक मूलद्रव्ये आहेत, ज्यांची अर्धायुष्ये अल्प असल्यानेच आज निसर्गतः ती उपलब्ध नाहीत.
किरणोत्सारी र्‍हासदराचे निर्धारण
एखाद्या दिलेल्या नमुन्यातील प्रत्येक किरणोत्सारी अणू त्याच्या गर्भातून एक अल्फा अथवा एक बीटा कण विघटनादरम्यान बाहेर टाकतो. या सर्व वस्तुस्थितींशी सुसंगत असलेल्या गृहितकांवरच मापन पद्धती आधारलेल्या असतात. परिणामतः दिलेल्या वेळात विघटित होत असणार्‍या अणूंची संख्या आणि त्यावरून विघटन दर, उत्सर्जित अल्फा किंवा बीटा कणांची गणना करून शोधून काढता येईल. प्रत्येक कणाची गणना करणे किरणोत्सार अभ्यासाचे दृष्टीने खूप महत्त्वाचे आहे आणि याकरता अनेक उपकरणे अभिकल्पित केली गेलेली आहेत.
विश्वकिरणे
एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीस, बाह्य अवकाशातून येणार्‍या भेदक (पेनेट्रेटिंग) प्रारणांचे अस्तित्व, चार्लस थॉमसन रीस विल्सन (१८६९-१९५९) यांनी केलेल्या विद्युत-दर्शक-यंत्रांसहितच्या साध्या प्रयोगांतून संवेदले गेले. रॉबर्ट अँड्र्यूज मिलिकन (१८६८-१९६३) या अमेरिकन, नोबेल विजेत्या भौतिकशास्त्रज्ञाने, अतिशय ऊर्जस्वल भारित कणांच्या ह्या प्रारणांना ’विश्वकिरण’ हे नाव दिले. त्यात निरनिराळ्या प्रकाची अणुकेंद्रके असतात, मात्र मुख्यत्वे धनक असतात. प्राथमिक विश्वकिरण वातावरणाशी परस्पर-कार्यरत होऊन दुय्यम किरणे निर्माण करतात.
विश्वकिरण हे अण्वंतर्गत ऊर्जस्वल भारित कणांनी बनलेले असतात. यांचे मूळ पृथ्वीबाहेरील अवकाशात असते. पृथ्वीच्या वातावरणात आणि पृष्ठभागात प्रवेश करत असता ही किरणे अनेक दुय्यम कण निर्माण करतात. ऐतिहासिक काळात यांचे स्वरूप विद्युतचुंबकीय मानले गेले होते, त्यामुळे त्यांचे नाव विश्वकिरणे असे पडले. बव्हंशी प्राथमिक विश्वकिरणे, पृथ्वीवरील आपल्या ओळखीच्या स्थिर अण्वंतर्गत कणांनीच बनलेली असतात. जसे की धनक, अणुगर्भ किंवा विजक. मात्र त्यांतील एक लहानसा हिस्सा प्रतिपदार्थांचा बनलेला असतो. जसे की धन-विजक (पॉझिट्रॉन), प्रति-धनक (अँटिप्रोटॉन) इत्यादी. त्यांच्या नेमक्या स्वरूपावर संशोधन अजून सुरूच आहे. ८८% विश्वकिरणे धनक अथवा उद्‌जनच्या अणुगर्भांनी बनलेली असतात. १०% हेलियम अणुगर्भ अथवा अल्फा कणांनी बनलेली असतात. तर १% अवजड अणुगर्भांनी बनलेली असतात. उर्वरित १% विश्वकिरणे विजकांनीच बनलेली असतात. विश्वकिरणांची ऊर्जा १०**२० विजकव्होल्ट (eV) इतकी जास्त असू शकते.
१९३० ते १९५० दरम्यान, अणुगर्भ आणि त्याचे घटक यांबाबतच्या वैज्ञानिक अभ्यासांत विश्वकिरणांनी महत्त्वाची भूमिका बजावली, कारण उच्च-ऊर्जा-कणांचे ते एकमेव स्त्रोत होते. अल्पजीवी अण्वंतर्गत कणांचा शोध विश्वकिरण आघातांमुळे लागला होता. १९५० नंतर आलेल्या शक्तिशाली कण-त्वरकांच्या आविष्करणांनंतरही तपासकांनी विश्वकिरणांचा अभ्यास, मर्यादित प्रमाणात का होईना पण सुरूच ठेवला. ह्याचे मुख्य कारण हे होते की विश्वकिरणांत असणारे ऊर्जेचे प्रमाण, प्रायोगिक परिस्थितींमध्ये उपलब्ध होऊ शकणार्‍या ऊर्जांपेक्षा प्रचंड प्रमाणात जास्त होते.
मूलकीकरण
ऊर्जा उत्सर्जनाद्वारे दुसर्‍या अणू किंवा रेणुमधील विजक वेगळे केले जाऊ शकतात. अशा प्रकारे ते अणु-रेणूंना विद्युत-भारित व क्रियाशील अवस्थेत आणून सोडतात. ह्या प्रक्रियेला मूलकीकरण (ionization) असे म्हणतात आणि हा प्रभाव घडवून आणणार्‍या उत्सर्जनाला मूलकीकारक़ उत्सर्जन (ionizing radiation) असे म्हणतात. मूलकीकरण करत असता उत्सर्जनातील ऊर्जा घटत जाते. त्यातील ऊर्जा पूर्णतः नाहीशी झाली की ते पदार्थात लुप्त होऊन जाते. त्यापूर्वी ते उत्सर्जन पदार्थात जे अंतर चालून जाते त्यावरून त्याची भेदकता समजत असते. ह्या किरणोत्सारी उत्सर्जनाची भेदकता खालील कोष्टका प्रमाणे असते.
नरेंद्र गोळे २०१११०३१ narendra.v.gole@gmail.com, http://urjasval.blogspot.com/
.
कोणत्याही टिप्पण्‍या नाहीत:
टिप्पणी पोस्ट करा