கதிரியக்கப் பொருள்கள் (RADIOACTIVE METERIALS)

Image: pixabay

இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் உள்ள அனைத்துப் பொருட்களும் அணுக்களால்தான் கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளன. இது நம்மில் பலருக்குத் தெரிந்ததே. இந்த அணுக்களில் பெரும்பாலானவை நிலையானவையாகவும் சில அணுக்கள் நிலையற்றவையாகவும் (unstable) உள்ளன.

நிலையற்ற அணுக்கள், எப்போதும், ஒரு நிலையான அணுவாக மாறுவதற்கு முயன்று கொண்டே இருக்கும். அவ்வாறு மாறும் வரை அவை சிதைவடைந்து கொண்டே இருக்கும். மேலும், சில கதிர்வீச்சுகளையும் உமிழும் . அந்தக் கதிர்வீச்சுகள் தான் அணுக்கதிர்வீச்சுகள் (nuclear radiations) ஆகும். 

ஒரு அணுவின் அணுக்கருவிற்குள் புரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரான் போன்ற துகள்கள் பொதிந்திருக்கும். இது நமக்குத் தெரிந்ததே. ஒரு அணுவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையை வைத்து, அது எந்த வகையான அணு என்பதையும் கண்டுபிடித்து விடலாம்.

உதாரணமாக, ஒரு அணு 6 புரோட்டான்களைக் கொண்டிருந்தால் அது கார்பன் அணுவாகும். 7 புரோட்டான்களைப் பெற்றிருந்தால் அது நைட்ரஜன் அணுவாகும். இவ்வறாக, ஒரு அணுவின் வகையானது அதன் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைப் பொறுத்தே, தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

கார்பன்-12, கார்பன்-13, எனும் அணுக்கள்தான், கார்பனின் நிலையான அணுவடிவங்கள் (isotops) ஆகும். இங்கே 12 என்பது கார்பனின் அணு நிறையைக் குறிக்கிறது. (ஒரு அணுவின் அணுநிறையானது அதில் உள்ள புரோட்டான்கள், மற்றும் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கைகளின் கூடுதலைக் குறிக்கும்.) 

கார்பன்-12 அணுவில், 6 புரோட்டான்கள் மற்றும் 6 நியூட்ரான்கள் உள்ளன. கார்பன்-13 அணுவில், 6 புரோட்டான்கள் மற்றும் 7 நியூட்ரான்கள் உள்ளன. ஆனால், எப்போதும் கார்பன் அணுவானது 6 புரோட்டான்களை மட்டுமே கொண்டிருக்கும். ஏனெனில், புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை மாறினால் அது வேறு ஒரு அணுவாக மாறிவிடும்.

கார்பன் 14 எனும் அணுவானது, கார்பனின் கதிரியக்கத் தன்மை கொண்ட அணுவடிவம் ஆகும். இது 6 புரோட்டான்களையும் 8 நியூட்ரான்களையும் கொண்டுள்ளது.

கார்பன் 14 அணுவின் உருவாக்கம்:

சூரியனிலிருந்தோ, பிரபஞ்சத்தின் மற்ற சில பகுதிகளிலிருந்தோ, பூமியை அடையும் காஸ்மிக் கதிர்வீச்சுகள், பூமியின் வளிமண்டலத்தில் உள்ள அணுக்களுடன் வினைபுரிந்து, நியூட்ரான் துகள்களை உருவாக்குகின்றன. இவ்வாறு உருவாக்கப்பட்ட நியூட்ரான் துகள்கள், அங்குள்ள நைட்ரஜன் அணுக்களுடன் மோதி, அதிலிருந்து ஒரு புரோட்டானை வெளியேற்றுகின்றன. மேலும், இந்த நைட்ரஜன் அணுவில் உள்ள மற்ற நியூட்ரான் துகள்களுடன் சேர்ந்து கொள்கின்றன. 

பொதுவாக, நைட்ரஜன் அணுவானது, 7 புரோட்டான்களையும், 7 நியூட்ரான்களையும் கொண்டிருக்கும். மேலே குறிப்பிடப்பட்டுள்ள நிகழ்வின் படி, ஒரு புரோட்டான்  வெளியேற்றப்படுவதாலும், ஒரு நியூட்ரான் சேர்ந்து கொள்வதாலும், அந்த அணுவில் இப்போது 6 புரோட்டான்கள் மற்றும் 8 நியூட்ரான்கள் உள்ளன.   

Image: wikimedia commons

நம் முன்பே கூறியதுபோல், 6 புரோட்டான்களையும் 8 நியூட்ரான்களையும் கொண்டுள்ள இந்த அணு தான் கார்பன்-14 அணுவாகும். இவ்வாறாகவே கார்பன் 14 அணு உருவாக்கப்படுகிறது. மேலும், இது கதிரியக்கத் தன்மை கொண்டது. அதாவது, இது மீண்டும் ஒரு நைட்ரஜன் அணுவாக மாறுவதற்கு முயன்று கொண்டே இருக்கும்.

(மேலே காட்டப்பட்டுள்ள புகைப்படத்தில், நைட்ரஜனுக்கு மேலே உள்ள 14 எனும் எண், அதன் அணு நிறையைக் குறிக்கிறது. அதன் கீழே உள்ள 7 எனும் எண், அதில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது) 

இந்த, கார்பன்-14 எனும் கதிரியக்கத் தன்மை கொண்ட அணுவானது, வளிமண்டலத்தில் உள்ள ஆக்சிஜனுடன் வினைபுரிந்து, கார்பன் டை ஆக்சைடு (CO2) என்னும் மூலக்கூறாக மாறிவிடுகிறது. இந்த மூலக்கூறானது தாவரங்களால் உட்கொள்ளப்படுகிறது. 

இந்த தாவரங்களிலிருந்து, கிடைக்கும் பொருள்களை நாம் உண்பதால், நம் உடலுக்குள்ளும், கார்பன்-14 எனும் இந்த அணுவானது, கார்பன் டை ஆக்சைடு வடிவில் சென்று விடுகிறது. மனிதர்கள் மட்டுமல்லாமல், ஒவ்வொரு உயிரினங்களின் உள்ளேயும் கார்பன்-14 அணுக்கள் உள்ளன.

பழங்காலத்தில் வாழ்ந்த உயிரினங்களின் படிமங்களை வைத்து, அவற்றின் வயதைக் கணிக்கவும், இந்த கார்பன் 14 அணு உதவியாக உள்ளது! இங்கே அரைவாழ்காலம் (half life period) எனும் கோட்பாடு முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. அது ஒன்றும் அவ்வளவு கடினமானது அல்ல.

இப்போது, ஒரு கிலோ கார்பன்-14 அணுவை நாம் வைத்திருப்பதாக எடுத்துக் கொள்வோம். முன்பே கூறியிருப்பது போல், இந்த ஒரு கிலோ கார்பன்-14 அணுவானது சிதைவடைந்து, நைட்ரஜனாக மாறி, அரை கிலோ கார்பன்-14 அணுவாகக் குறைவதற்கு எடுத்துக்கொள்ளக் கூடிய காலமே, அதன் அரைவாழ்காலம் ஆகும்.

கார்பன்-14 அணுவின் அரைவாழ் காலம் 5730 வருடங்கள் ஆகும். அதாவது, ஒரு உயிரினத்தில் உள்ள கார்பன்-14 அணுவின் அளவானது, பாதியாகக் குறைவதற்கு 5730 வருடங்கள் ஆகும்!

எனவே, ஒரு உயிரினத்தின் படிமத்தில் உள்ள, கார்பன் 14 அணுக்களின் அளவை வைத்து, அது வாழ்ந்த காலகட்டத்தை நம்மால் கணிக்க முடியும்.

பீட்டா சிதைவு:

கார்பன் 14 எனும் கதிரியக்கத் தன்மை கொண்ட அணுவானது, பீட்டா சிதைவு எனும் நிகழ்வின் மூலமாகவே மீண்டும் நைட்ரஜனாக மாற்றப்படுகிறது.

கார்பன்-14 அணுவில், 6 புரோட்டான்கள் மற்றும் 8 நியூட்ரான்கள் இருக்கும். இந்த பீட்டா சிதைவின்போது, ஒரு நியூட்ரான், புரோட்டான் ஆக மாற்றப்படுகிறது. மேலும், ஒரு எலக்ட்ரான் மற்றும் ஒரு எதிர் நியூட்ரினோ துகள்களும் உமிழப்படுகின்றன. 

Image: wikimedia commons

ஒரு நியூட்ரான், புரோட்டானாக மாற்றப்படுவதால், இப்போது அந்த அணுவில் 7 நியூட்ரான்களும் 7 புரோட்டான்களும் உள்ளன. எனவே இப்போது இந்த அணுவானது ஒரு நைட்ரஜன் அணுவாக மாற்றப்பட்டு விட்டது.

பொதுவாக எலக்ட்ரான்கள் பீட்டா துகள்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. பீட்டா சிதைவில் எலக்ட்ரான்கள் உமிழப்படும் போது அவற்றிலிருந்து வெளியேறும் கதிர்வீச்சு, பீட்டா கதிர்வீச்சு என்று அழைக்கப்படுகிறது.

எனவே, ஒரு கதிரியக்கத் தன்மை கொண்ட அணுவானது ஏதேனும் ஒரு "அணுக் கதிர்வீச்சினை" உமிழ்வதன் மூலமாகவே, தனது நிலையான அணு வடிவத்தை அடைகிறது என்பது இங்கே தெளிவாகிறது.

 அணுகுண்டு வெடிப்பு :

அணுகுண்டுகள் உருவாக்கத்திலும், "யுரேனியம்-235" எனும், கதிரியக்கத் தன்மை கொண்ட அணுவே பயன்படுத்தப்படுகிறது. யுரேனியம்-238 எனும் அணுதான், யுரேனியத்தின் நிலையான வடிவமாகும். 

உலகில் உள்ள மொத்த யுரேனியத்தில், யுரேனியம்-238 அணுவே 99.37% உள்ளது. யுரேனியம்-235 அணுவானது வெறும் 0.71% மட்டுமே உள்ளது! எனவே, இது மிகவும் விலையுயர்ந்தது ஆகும். மேலும், இந்த நூற்றாண்டுக்குள் உலகில் உள்ள யுரேனியம்-235 ஆனது முழுவதுமாகத் தீர்ந்துவிடும் என்று கூறப்படுகிறது!

இந்த யுரேனியம் 235 அணுவானது, அணுகுண்டு வெடிப்பில் எவ்வாறு பயன்படுத்தப்படுகிறது என்பதைப் பார்த்து விடுவோமா? இங்கே அணுக்கருப்பிளவு எனும் நிகழ்வு, முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. 

Image: pixabay 

முதலில், அணுகுண்டில் உள்ள ஏதேனும் ஒரு யுரேனியம் 235 அணுவின் மீது, ஒரு புரோட்டான் துகளானது, வேகமாக மோத வைக்கப்படுகிறது. இதனால், அந்த அணுவின் அணுக்கருவானது இரண்டாகப் பிளக்கப்பட்டு, வேறு சில அணுக்களாக மாற்றப்படுகின்றன. இந்தப் பிளவினால் உருவாக்கப்பட்ட இரண்டு புதிய அணுக்களிலிருந்தும் ஒவ்வொரு புரோட்டான்கள் வெளியேற்றப்படுகின்றன. 

இவ்வாறு வெளியேற்றப்பட்ட புரோட்டான்கள், அருகில் உள்ள மற்ற யுரேனியம்-235 அணுக்களில் மோதி, அவற்றிலும் அணுக்கருப்பிளவை ஏற்படுத்தி, புதிய அணுக்களை உருவாக்கி, அவற்றிலிருந்தும் புரோட்டான்களை உமிழவைக்கின்றன. இந்த புரோட்டான்களும் முன்பு கூறியது போலவே, அடுத்துள்ள யுரேனியம்-235 அணுவின் மீது மோதி, அணுக்கருப்பிளவை ஏற்படுத்தி, புதிதாக இரண்டு புரோட்டான்களை உமிழ வைக்கின்றன. 

இது ஒரு சங்கிலிவினை போல் தொடர்கிறது. ஒவ்வொரு முறை, புரோட்டான் உமிழப்படும் போதும் அதிகப்படியான ஆற்றல் வெளியேற்றப்படுகிறது. அணுகுண்டில் உள்ள அனைத்து யுரேனியம்-235 அணுக்களும் இரண்டாகப் பிளக்கப்பட்டு, புரோட்டான்கள் முழுவதுமாக உமிழப்படும் போது தான், அணுகுண்டு வெடிப்பு நிறைவடைகிறது.

Image: wikimedia commons

மேலே குறிப்பிடப்பட்டுள்ள சங்கிலி வினையானது, ஒரு கண நேரத்திற்குள் நிகழ்ந்து முடிந்து விடுவதால், அது ஒரு வெடிப்பு போல் தோற்றமளிக்கிறது. இவ்வாறாகவே, அணுகுண்டு வெடிப்பு நிகழ்கிறது. அணுகுண்டு வெடிப்பு நடந்த இடத்திலிருந்து சுமார் 2 மைல் தொலைவிற்குள் உள்ள அனைத்தும் அழிக்கப்பட்டுவிடும்!

யுரேனியம்-238 அணுக்களை, அணுகுண்டுகளில் பயன்படுத்த முடியாது.ஏனென்றால், அவற்றில் elasticity எனப்படும் நெகிழ்வுத்தன்மை, இல்லாமல் இருப்பதால், இவற்றை அணுகுண்டுகளில் பயன்படுத்தும்போது, ஒரு குறிப்பிட்ட கட்டத்திற்கு மேல், அணுக்கருப்பிளவு நின்றுவிடுகிறது. அணுகுண்டு வெடிப்பும் முழுவதுமாக நிறைவடைவது இல்லை! ஆனால், யுரேனியம்-235 அணுக்களின் நெகிழ்வுத்தன்மை அதிகம். எனவே, இவற்றைப் பயன்படுத்தும்போது, அணுகுண்டு வெடிப்பு முழுமையடைகிறது. 

அணுகுண்டு வெடிப்பில், யுரேனியம்-235 அணுவின் அணுக்கரு, பிளக்கப்படுவதால், அதிகப்படியான கதிரியக்கப் பொருள்கள் உமிழப்படுகின்றன. மேலும் இவற்றிலிருந்து சில ஆபத்தான கதிர்வீச்சுகளும், அணுகுண்டு வெடிப்பு நிகழ்ந்த பகுதியிலிருந்து, 20 முதல் 30 கிலோமீட்டர் சுற்றளவு வரை பரவியிருக்கும்.இவை, மனிதர்களின் DNA வை பாதித்து, பல்வேறு மரபியல் நோய்களையும், புற்றுநோய்களையும் விளைவிக்கின்றன!

Image: pixabay 

1945 ஆம் ஆண்டு, ஆகஸ்ட் மாதத்தில், ஜப்பானில் உள்ள, ஹிரோஷிமா மற்றும் நாகசாகி நகரங்களில் நிகழ்ந்த அணுகுண்டு வெடிப்பினால், 2 லட்சத்திற்கும் மேற்பட்ட மக்கள் உயிரிழந்தனர்! இந்த நிகழ்வு நடந்து, அடுத்த பத்து வருடத்தில், இந்த நகரங்களில் பிறந்த குழந்தைகள், ஏதேனும் மரபியல் குறைபாடுகளுடன் தான் பிறந்தன. இன்றைளவிலும் கூட அந்தப் பகுதிகளில், சில கதிர்வீச்சுகள் இருந்துகொண்டேதான் இருக்கின்றன. ஆனால், அவற்றின் அளவு குறைந்துள்ளதால், தற்போது அவை மனிதர்களைப் பாதிப்பதில்லை. 

இந்தக் கதிரியக்கப் பொருள்கள், அழிவிற்குப் பயன்படுத்தப்படுவது போல, புதிய மருந்துகள் கண்டுபிடிப்பு, மின்சாரம் எடுத்தல், போன்ற சில நல்ல செயல்பாடுகளுக்கும் பயன்படுகின்றன. இவை, அணுக்கரு உலைகளில் (nuclear reactors) பயன்படுத்தப்படுவதன் மூலமாகவே, மின்சாரம் எடுக்கப்படுகிறது. இனிவரும் காலங்களில், இந்த அணுக்கரு உலையின் செயல்பாடுகள் பற்றி விரிவாகக் காண்போம்.

தொடர்ந்து இணைந்திருங்கள். ScientificTamizhan உடன்.....👍