కేంద్రక భౌతికశాస్త్రం

కేంద్రకం ధర్మాలు

* 1911లో ఎర్నెస్ట్‌ రూథర్‌ఫర్డ్‌ బంగారు రేకుపై ఆల్ఫా కణ పరిక్షేపణ ప్రయోగం చేశారు. అప్పుడే ‘కేంద్రకం’ వెలుగులోకి వచ్చింది. దీంతోపాటు అధిక శక్తితో ఉండే ప్రోటాన్, ఎలక్ట్రాన్‌ల పరిక్షేపణ ప్రయోగాలతో కేంద్రకం గోళాకారంలో ఉంటుందని నిర్ధారణ అయ్యింది. 

* కేంద్రక వ్యాసార్ధం 'R'. కేంద్రకంలోని మొత్తం న్యూక్లియాన్ల సంఖ్య  'A' పై ఆధారపడుతుంది.

* న్యూట్రాన్లు, ప్రోటాన్లను సంయుక్తంగా న్యూక్లియాన్లు అంటారు.

* న్యూక్లియాన్ల సంఖ్య 'A' ను ద్రవ్యరాశి సంఖ్య అని కూడా పిలుస్తారు.

* ప్రోటాన్ల సంఖ్యను పరమాణు సంఖ్య (Z) అంటారు.

A = Z + N, N = న్యూట్రాన్ల సంఖ్య

* దాదాపు అన్ని కేంద్రకాలకు సాంద్రత సమానంగా ఉంటుంది. దీని విలువ సుమారు 10¹⁷kg/m³. ఇంత పెద్ద సాంద్రత విలువను కేవలం ‘న్యూట్రాన్‌ నక్షత్రం’లోనే చూడొచ్చు. 

* ఇనుము సాంద్రతతో  పోలిస్తే కేంద్రకం సాంద్రత 10¹³ రెట్ల కంటే ఎక్కువ.

* ఒకే పరమాణు సంఖ్య (Z) ను కలిగి, వేర్వేరు పరమాణు భారం (A) సంఖ్య విలువలను కలిగిన న్యూక్లైడ్‌లను (కేంద్రకాలు) ఐసోటోపులు అంటారు. 

* ఒకే పరమాణు భారం (A), వేర్వేరు పరమాణు సంఖ్య (Z)ను కలిగిన కేంద్రకాలను ‘ఐసోబార్‌’లు (Isobars) అంటారు. 

 

* ఒకే పరమాణు భారం (A), వేర్వేరు పరమాణు సంఖ్య (Z)ను కలిగిన  న్యూక్లైడ్‌లను ‘ఐసోటోన్‌’లు అంటారు. 

కేంద్రక బలాలు (Nuclear forces)

* కేంద్రకంలోని న్యూక్లియాన్లను పట్టి ఉంచే బలాలను కేంద్రక బలాలు అంటారు. 

* ఇవి కేంద్రకంలోని ధనావేశ ప్రోటాన్ల మధ్య ఉండే స్థిర విద్యుత్‌ (వికర్షణ) బలాల కంటే బలమైనవి. అంతే కాకుండా ఇవి ప్రకృతిలోని బలాల్లోకెల్లా అత్యంత బలమైనవి. 

* ఇవి న్యూక్లియాన్ల ఆవేశంపై ఆధారపడవు. అంటే n - n, n - p, p - p ల మధ్య పనిచేసే కేంద్రక బలాల పరిమాణం సమానం. 

* కేంద్రక బలాలు అత్యల్ప వ్యాప్తి బలాలు. న్యూక్లియాన్ల మధ్య దూరం10^-15 కంటే  ఎక్కువైతే, ఇవి అదృశ్యం అవుతాయి. 

* కేంద్రక బలాలు స్పిన్‌ - ఆధారిత ఆకర్షక బలాలు

యుకావా సిద్ధాంతం 

* న్యూక్లియాన్ల మధ్య  మీసాన్లు అనే కణాలు నిరంతరం వినిమయం (Exchange) చెందడం వల్ల వాటి మధ్య ఆకర్షణ బలం ఏర్పడుతుందని జపాన్‌కి చెందిన యుకావా అనే శాస్త్రవేత్త  ప్రతిపాదించాడు.

*  మీసాన్ల వినిమయం జరిగినంత వరకు న్యూక్లియాన్ల మధ్య ఆకర్షణ ఉంటుంది. 

ద్రవ్యరాశి లోపం 

* కేంద్రకంలోని అన్ని న్యూక్లియాన్ల మొత్తం ద్రవ్యరాశి కంటే కేంద్రకం ద్రవ్యరాశి తక్కువగా ఉంటుంది. 

* న్యూక్లియాన్ల ద్రవ్యరాశి, కేంద్రకం ద్రవ్యరాశుల మధ్య అంతరాన్ని ద్రవ్యరాశి లోపం  అంటారు.

* ఐన్‌స్టీన్‌ నిర్వచించిన ద్రవ్యరాశి - శక్తి తుల్యతా నియమం E = mc² ప్రకారం కేంద్రకం ఏర్పడే క్రమంలో అదృశ్యమైన ద్రవ్యరాశి, శక్తిగా మారుతుంది. (C = కాంతివేగం = 3 × 10⁸ m/s)

= [Zm_p + (A − Z)m_n] - M కేంద్రకం

m_p = ప్రోటాన్‌ ద్రవ్యరాశి, 

m_n= న్యూట్రాన్‌ ద్రవ్యరాశి

* 1 amu (atomic mass unit = 1.66 × 10^-27kg) ద్రవ్యరాశి తగ్గుదలకు 931.5 మిలియన్‌ ఎలక్ట్రాన్‌ వోల్ట్‌ల (Mev) బంధన శక్తి ఏర్పడుతుంది.

* కేంద్రక బంధన శక్తిని, దాని ద్రవ్యరాశి సంఖ్యతో భాగిస్తే సగటు బంధన శక్తి వస్తుంది.

* సగటు బంధన శక్తి (Average binding energy per nucleonz) కి ద్రవ్యరాశి (న్యూక్లియాన్ల) సంఖ్యకు మధ్య గీసిన గ్రాఫ్‌ కింది విధంగా ఉంటుంది.

* తక్కువ ద్రవ్యరాశి సుమారు (A < 30) లేదా చిన్న కేంద్రాలకు సగటు బంధన శక్తి తక్కువ.

* ఎక్కువ ద్రవ్యరాశి సుమారు (A > 170) లేదా పెద్ద కేంద్రకాలకు సగటు బంధన శక్తి తక్కువ.

* మధ్య తరహా కేంద్రకాలకు (30 > A < 170) సగటు బంధన శక్తి స్థిరం. 

* ఇనుము కేంద్రకానికి (A = 56) సగటు బంధన శక్తి అత్యధికం. దీని విలువ సుమారు 8.-75 Mev/nucleon.

* చిన్న, పెద్ద కేంద్రకాల్లో స్థిరత్వం తక్కువ. కాబట్టి అవి మధ్య తరహా కేంద్రకాలుగా మారేందుకు సుముఖంగా ఉంటాయి. ఇందులో భాగంగా చిన్న కేంద్రకాలు కేంద్రక సంలీనం చెందుతాయి. పెద్ద కేంద్రకాలు స్థిరత్వాన్ని పొందేందుకు కింది రెండు మార్గాల్లో ఒకదాన్ని అనుసరిస్తాయి. అవి:  

1) కేంద్రక విచ్ఛిత్తి   

2) సహజ రేడియో ధార్మికత 

సహజ రేడియోధార్మికత  (Natural Radioactivity)

* పరమాణు సంఖ్య 82 కంటే ఎక్కువ ఉండే కేంద్రకాలు స్థిరత్వాన్ని పొందడానికి తమకు తాముగా  కిరణాలను విడుదల చేస్తాయి. ఈ ప్రక్రియను సహజ రేడియోధార్మికత అంటారు. 

* హెన్రీ బెకరల్‌ అనే శాస్త్రవేత్త 1896లో దీన్ని కనుక్కున్నాడు. 

* రేడియోధార్మికతను ప్రదర్శించే కేంద్రకాన్ని మాతృ కేంద్రకం అంటారు. దీని వల్ల ఏర్పడిన కూతురు కేంద్రకం (daughter nucleus) కూడా అస్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటే, స్థిరత్వం పొందే వరకు అది రేడియోధార్మికతను ప్రదర్శిస్తుంది. వీటినే రేడియోధార్మిక శ్రేణులు అంటారు.

* రేడియోధార్మికతను గుర్తించేందుకు గైగర్‌ ముల్లర్‌ కౌంటర్, విల్సన్‌ క్లౌడ్‌ చాంబర్‌ లాంటి పరికరాలను ఉపయోగిస్తారు.

* రేడియోధార్మికత కేవలం కేంద్రకంతో ముడిపడింది. ఇది ఉష్ణోగ్రత, పీడనం లాంటి బాహ్య అంశాలపై ఆధారపడదు.

* రేడియోధార్మితకు SI ప్రమాణం బెకరల్‌ (Bq), 1Bq = 1 విఘటనం/సెకన్‌ 

* రేడియోధార్మికతకు ఇతర ప్రమాణాలు:

క్యూరీ (Ci), రూథర్‌ఫర్డ్‌ (Rd)

1 Ci = 3.7 x 10¹⁰ Bq,
1 Rd = 10⁶ విఘటనాలు/ సెకన్‌ = 10⁶ Bq

ప్రభావాలు:  

* మన చుట్టూ ఉండే వాతావరణం నుంచి అనేక రేడియోధార్మిక వికిరణాలు వెలువడుతున్నాయి. 

* సహజసిద్ధంగా లభించే రాళ్లు ముఖ్యంగా ఇంట్లో వాడే గ్రానైట్, కంకర, సిమెంట్‌ తదితరాల్లో ఎన్నో రేడియోధార్మిక మూలకాలు ఉండే అవకాశం ఉంది. వీటిలో ముఖ్యంగా యురేనియం, దాని విఘటన శ్రేణిలో వచ్చే రేడాన్‌ వాయువులు మన ఆరోగ్యంపై ఎంతో దుష్ప్రభావాన్ని చూపిస్తాయి.

* పీల్చే గాలి, తినే ఆహారంలో కూడా ఎన్నో రేడియోధార్మిక పదార్థాలు ఉంటాయి. 

* మన శరీరంలో ఉండే రేడియో పొటాషియం (K-40), రేడియో కార్బన్‌ (C-14) ప్రతిక్షణం విఘటనం చెందుతూనే ఉంటాయి. 

* ఎక్కువ కాలం రేడియోధార్మిక వికిరణాలకు లోనైతే, క్యాన్సర్‌ లాంటి రోగాలు; జన్యు పరివర్తనాలు జరగడం లాంటి దుష్ప్రభావలు కలుగుతాయి. 

* వైద్య రంగంలో ‘న్యూక్లియర్‌ మెడిసిన్‌’ అనే విభాగంలో రేడియోధార్మిక వికిరణాల సహాయంతో క్యాన్సర్‌ లాంటి రోగాలకు వికిరణ చికిత్సను అందిస్తున్నారు. 

* కిడ్నీ, థైరాయిడ్, గుండె, మెదడు, రొమ్ముకు సంబందించిన వ్యాధులను గుర్తించడానికి; ఎముకల నిర్మాణాన్ని తెలుసుకోవడానికి కొన్ని రకాల రేడియో కేంద్రకాలను రోగి శరీరంలోకి పంపి, అవి ఇచ్చే వికిరణాలను గుర్తించడం ద్వారా రోగ నిర్ధారణ చేస్తున్నారు.

బంధన శక్తి  (Binding Energy)

* కేంద్రకంలోని న్యూట్రాన్లు, ప్రోటాన్లను వేరు చేసేందుకు అవసరమయ్యే శక్తిని బంధన శక్తి అంటారు. అధిక బంధన శక్తితో ఉండే కేంద్రకాలకు స్థిరత్వం ఎక్కువ. 

* న్యూక్లియర్‌ రియాక్టర్ల ద్వారా లభించే విద్యుత్‌ శక్తి; పరమాణు, హైడ్రోజన్‌ బాంబుల నుంచి వచ్చే అధిక శక్తికి బంధన శక్తే కారణం. 

* కేంద్రకానికి లభించే అధిక బంధన శక్తికి మూలం ద్రవ్యరాశి లోపం (mass defect) లేదా ద్రవ్యరాశి తగ్గుదల.

n/p నిష్పత్తి - కేంద్రక స్థిరత్వం

కేంద్రకంలోని న్యూట్రాన్లు, ప్రోటాన్ల నిష్పత్తి ఆధారంగా కేంద్రక స్థిరత్వాన్ని అంచనా వేస్తారు. తక్కువ పరమాణు సంఖ్య (Z <20)తో ఉండే కేంద్రకాలకు దీని విలువ ఒకటి. కాబట్టి ఇవి స్థిరంగా ఉంటాయి. పరమాణు సంఖ్య (పరిమాణం) పెరిగిన కొద్దీ  n/p విలువ 1.5 కంటే ఎక్కువ ఉంటే, ఆ కేంద్రకాలు న్యూట్రాన్‌ను ప్రోటాన్‌గా మార్చుకుంటాయి. దీని కోసం అవి బీటా కిరణాలను

విడుదల చేస్తాయి. n/p విలువ 1 కంటే తక్కువగా ఉంటే,  అవి  కిరణాలను లేదా పాజిట్రాన్లను విడుదల చేయడం ద్వారా లేదా  K-electron ను శోషించడం ద్వారా n/p విలువను పెంచుకుంటాయి. n, pల మధ్య గీసిన గ్రాఫ్‌ (సీగ్రే చార్ట్‌) ద్వారా దీన్ని అర్థం చేసుకోవచ్చు. అధిక స్థిరమైన  nuclideలు స్థిరమైన జోన్‌లో ఉంటాయి. ఈ పరిధిలో లేని కేంద్రకాలు అస్థిరమైనవి. 2, 8, 20, 28, 50 లేదా 82 ప్రోటాన్లను (లేదా) 2, 8, 20, 28, 50, 82 లేదా 126 న్యూట్రాన్లను కలిగిన కేంద్రకాలకు స్థిరత్వం ఎక్కువ. వీటిని ‘మ్యాజిక్‌ సంఖ్యలు’ అంటారు. బేసి సంఖ్యలో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లను కలిగిన కేంద్రకాల కంటే సరి సంఖ్యల్లో ఉన్న వాటికే స్థిరత్వం ఎక్కువ. 

* గత శతాబ్ద కాలంగా కేంద్రకంతో ముడిపడి ఉన్న అనేక భయంకరమైన, ఉపయోగకరమైన సంఘటనలను మానవాళి వీక్షిస్తోంది. అణుబాంబు రూపంలో దారుణమైన మారణహోమాలు సంభవిస్తే, భయంకరమైన క్యాన్సర్‌ లాంటి రోగాల నుంచి ప్రజలను కాపాడటంలో కేంద్రకం ముఖ్యపాత్ర పోషిస్తోంది.

* ప్రతి పరమాణువు కేంద్రంలో అత్యధిక సాంద్రత, కేంద్రీకృత ధనావేశంతో కూడిన ‘కేంద్రకం’ అత్యల్ప పరిమాణంలో ఉంటుంది. పదార్థం ఏర్పడటానికి లేదా నశించకుండా ఉండటానికి ఇదే కారణం అవుతోంది. కేంద్రక స్థిరత్వం లేదా అస్థిరత్వాలు ఎన్నో ఫలితాలకు కారణం అవుతున్నాయి.

న్యూక్లియర్‌ (అణు) రియాక్టర్‌

లేదా

అటామిక్‌ పైల్‌ (Atomic Pile)

* కేంద్రక విచ్ఛిత్తి చర్యలో వచ్చే శక్తిని మానవాళి అభివృద్ధికి ఉపయోగించాలనే లక్ష్యంతో ఎన్‌రికో ఫెర్మి అనే శాస్త్రవేత్త అణు రియాక్టర్‌ను కనుక్కున్నారు. ఇది నియంత్రిత కేంద్రక విచ్ఛిత్తిని కొనసాగిస్తుంది. దీనిలో ఉండే ప్రధాన భాగాలు: 

1. ఇంధనం     2. నియంత్రణ కడ్డీలు 

3. మితకారి     4. శీతలీకరిణి (నీరు)

5. రక్షణ కవచం    6. కోర్‌

ఇంధనం: విచ్ఛిన్నం చెందే యురేనియం, ప్లుటోనియం, థోరియం లాంటి రేడియో ధార్మిక పదార్థాల బిళ్లలను (Pellets) నిలువు గొట్టాల్లో అమర్చుతారు. ఒక సాధారణ రియాక్టర్‌లో ఇంధన కడ్డీల సంఖ్య వేలల్లో ఉంటుంది.

నియంత్రణ కడ్డీలు: న్యూట్రాన్ల సంఖ్య ఘాతప్రమేయంగా (exponential) పెరిగితే, న్యూక్లియర్‌ రియాక్టర్‌ అణుబాంబులా పేలిపోతుంది. అదేవిధంగా న్యూట్రాన్ల లభ్యత లేకపోతే రియాక్టర్‌ పని చేయదు. న్యూట్రాన్ల సంఖ్యను, చర్యను నియంత్రించడానికి  నియంత్రణ కడ్డీలను ఉపయోగిస్తారు. వీటికి న్యూట్రాన్లను శోషించే గుణం ఉంటుంది. వీటిని బోరాన్‌ లేదా కాడ్మియంతో తయారు చేస్తారు. వీటిని రియాక్టర్‌ కోర్‌లోకి పంపి చర్యను నిలిపివేయొచ్చు, బయటకు తీసి చర్యను కొనసాగించవచ్చు.

మితకారి: విచ్ఛిత్తి చర్యను జరిపే థర్మల్‌ న్యూట్రాన్లను ఉత్పత్తి చేసేందుకు మితకారిని ఉపయోగిస్తారు. విచ్ఛిత్తిలో వెలువడే న్యూట్రాన్‌ సగటు శక్తి ఒక మిలియన్‌ ఎలక్ట్రాన్‌ ఓల్ట్‌. న్యూట్రాన్ల శక్తిని 0.025 eVకి తగ్గిస్తే, అది చర్యను కొనసాగించే థర్మల్‌ న్యూట్రాన్‌గా మారుతుంది. మితకారి న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని తగ్గిస్తుంది. భారజలం, సాధారణ నీరు, గ్రాఫైట్, బెరీలియంలను మితకారులుగా ఉపయోగిస్తారు.

శీతలీకరిణి: కోర్‌లో వెలువడే ఉష్ణాన్ని వెంటనే బయటకు తెచ్చే పదార్థం శీతలీకరిణి. ముఖ్యంగా నీటిని, ద్రవసోడియంను శీతలీకరిణిగా ఉపయోగిస్తారు.

రక్షణ కవచం: రియాక్టర్‌ నుంచి ఎలాంటి హానికరమైన వికిరణాలు బయటకు రాకుండా ఉండటానికి దాని చుట్టూ 10 మీ. మందమైన కాంక్రీట్‌ గోడను నిర్మిస్తారు. దీన్నే రక్షణ కవచం అంటారు.

కోర్‌: రియాక్టర్‌ ప్రధాన విభాగం. దీనిలో ఇంధనం, మితకారి, శీతలీకరిణి, నియంత్రణ కడ్డీలు ఉంటాయి. థర్మల్‌ న్యూట్రాన్లను ఇచ్చే పదార్థాన్ని కోర్‌లో ప్రవేశపెట్టి తద్వారా విచ్ఛిత్తి చర్యను ప్రారంభిస్తారు. కోర్‌ నుంచి వచ్చే వేడి నీటి నుంచి ఉష్ణాన్ని గ్రహించిన నీరు ఆవిరిగా మారుతుంది. ఆవిరితో టర్బైన్‌ తిప్పటం ద్వారా విద్యుత్‌ ఉత్పాదన జరుగుతుంది. రియాక్టర్లను రేడియో ఐసోటోప్‌ల తయారీకి కూడా ఉపయోగిస్తారు. చిన్నతరహా రియాక్టర్లను సబ్‌మెరైన్స్, అంతరిక్ష వాహక నౌకల్లో ఉపయోగిస్తారు.

MRI స్కానింగ్‌

* రోగులకు ఎలాంటి హాని చేయకుండా, వారి శరీరంలోని ఏ భాగాన్ని అయినా చిత్రించడానికి MRI (Magnetic Resonance Imaging) స్కానింగ్‌ని ఉపయోగిస్తారు. ముఖ్యంగా మెదడు, వెన్నుపాము, అంతర్గత అవయవాలు, ఎముకలు, కీళ్లు తదితరాలను దీని సాయంతో పరీక్షిస్తారు.

* సాధారణంగా జీవి కణజాలంలో అధిక శాతం నీరు (H2O) ఉంటుంది. హైడ్రోజన్‌లోని ఏకైక ప్రోటాన్‌ స్పిన్‌ ఒక చిన్న అయస్కాంతంలా పనిచేస్తుంది. సాధారణ సందర్భంలో వివిధ ప్రోటాన్ల (హైడ్రోజన్‌ కేంద్రకాలు) స్పిన్‌లు యాథృచ్ఛికంగా (అన్ని దిశల్లో) వితరణం చెంది ఉంటాయి. 

* MRI స్కానింగ్‌ గొట్టంలో ఉండే పెద్ద విద్యుత్‌ తీగ చుట్టలు బలమైన ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. దీంతో ప్రోటాన్‌ అయస్కాంతాలు తమకు తాముగా బాహ్యక్షేత్రానికి సమాంతరంగా అమరుతాయి. ఈ సందర్భంలో మానవ శరీరంలోని కొన్ని భాగాల్లోకి స్వల్పకాలం పాటు రేడియో తరంగాలను పంపిస్తారు. 

* దీంతో ఒకే దిశలో ఉన్న ప్రోటాన్‌ అయస్కాంతాలు తమ అమరిక నుంచి పక్కకి వెళ్తాయి. రేడియో సిగ్నల్‌ను ఆపాక, ప్రోటాన్‌ అయస్కాంతాలు మళ్లీ బాహ్యక్షేత్రం దిశలోకి వస్తాయి. ఈ క్రమంలో తాము గ్రహించిన శక్తిని తిరిగి రేడియో తరంగాల రూపంలో విడుదల చేస్తాయి. వీటిని గ్రహించిన సెన్సార్లు కణజాలానికి సంబంధించిన కంప్యూటర్‌ చిత్రాన్ని వివిధ కోణాల్లో తెలియజేస్తాయి.

* వేర్వేరు ప్రోటాన్లు వివిధ వేగాలతో తిరిగి తమ దిశల్లోకి చేరే ధర్మం ఆధారంగా కణజాలాల మధ్య తేడాను గుర్తిస్తారు.

ఆల్ఫా , బీటా

, గామా  కిరణాలు

* అస్థిర కేంద్రకం స్థిరత్వాన్ని పొందే క్రమంలో తనకు తానుగా  కిరణాలను విడుదల చేసే ప్రక్రియను సహజ రేడియోధార్మికత (Natural Radioactivity) అంటారు. 

* ఇది కేవలం కేంద్రకానికి సంబంధించిన అంశం. ఒక పదార్థంలో ఏకాంక కాలంలో విఘటనం (క్షయం) చెందే కేంద్రకాల సంఖ్య, ఆ పదార్థంలోని మొత్తం (తొలి) కేంద్రకాల సంఖ్యకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

దీన్నే రేడియోధార్మిక విఘటన నియమం అంటారు. 

* కేంద్రకం 

 క్షయానికి లోనైతే అది ఒక హీలియం కేంద్రకాన్ని  ఉద్గారం చేస్తుంది. దీంతో ఆల్ఫా విఘటనంలో జన్యు కేంద్రకం ద్రవ్యరాశి 4 యూనిట్లు, పరమాణు సంఖ్య 2 యూనిట్లు తగ్గుతాయి.

* పరమాణు (ప్రోటాన్‌) సంఖ్య మారడం వల్ల జన్యుకేంద్రక రసాయన సంకేతం మారుతుంది.

* బీటా క్షయాలు రెండు రకాలు. అవి: క్షయాలు. 

* కేంద్రకంలో  n/p విలువ చాలా ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు అందులోని ఒక న్యూట్రాన్, తనకు తానుగా ప్రోటాన్, ఎలక్ట్రాన్, యాంటీ న్యూట్రినో (neutrino)గా మారుతుంది. దీంతో కేంద్రకంలోని ఎలక్ట్రాన్లు, కిరణాల రూపంలో వెలువడతాయి.

* జనక కేంద్రకంలో కంటే జన్యు కేంద్రకంలో ప్రోటాన్ల సంఖ్య ఒకటి పెరుగుంది. దీని వల్ల పరమాణు సంఖ్య (Z) విలువ పెరుగుతుంది. కానీ ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A) మారదు.

* అస్థిర కేంద్రకంలో అధిక సంఖ్యలో ప్రోటాన్లు ఉన్నప్పుడు ఒక ప్రోటాన్‌ - న్యూట్రాన్, పాజిట్రాన్, న్యూట్రినోగా మారుతుంది.

* పాజిట్రాన్ల ప్రవాహాన్ని  కిరణాలు అంటారు.

*  క్షయంలో ప్రోటాన్‌ సంఖ్య తగ్గడం వల్ల Z విలువ ఒకటి తగ్గుతుంది.

* ఎలక్ట్రాన్‌ ప్రతికణాన్ని పాజిట్రాన్‌ అంటారు. ఇది ఎలక్ట్రాన్‌ ఆవేశానికి సమానమైన ధనావేశాన్ని, అంతే ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉంటుంది. ఎలక్ట్రాన్‌ - పాజిట్రాన్‌లు కలిస్తే, లయం చెంది శక్తిని విడుదల చేస్తాయి.

* న్యూట్రినో , యాంటీ న్యూట్రినో లు పరస్పరం ప్రతికణాలు (Antiparticles).

* పరమాణువులాగా కేంద్రకంలోనూ శక్తి స్థాయులు ఉంటాయి. వీటి మధ్య అంతరం  MeVలలో ఉంటుంది. 

* అస్థిర కేంద్రకం ఆల్ఫా లేదా బీటా లేదా రెండింటినీ విడుదల చేస్తే, జన్యు కేంద్రకం ఉత్తేజితం చెందుతుంది. 

* ఉత్తేజిత కేంద్రకం తిరిగి భూస్థాయికి పరివర్తనం (Transition) చెందే సమయంలో శక్తి స్థాయుల మధ్య అంతరానికి సమానమైన శక్తిని, విద్యుదయస్కాంత వికిరణ లేదా ఫోటాన్లను విడుదల చేస్తుంది. ఈ శక్తిమంతమైన వికిరణాలే గామా కిరణాలు.

* గామా క్షయంలో న్యూట్రాన్లు లేదా ప్రోటాన్ల సంఖ్యలో మార్పు ఉండదు. దీని వల్ల జనక, జన్యు కేంద్రకాల Z, A విలువలు మారకుండా (సమానంగా) ఉంటాయి.

అర్ధ జీవితకాలం

* రేడియోధార్మికతకు కొలమానం దాని అర్ధ జీవిత కాలం (Half Life Period - T_1/2). 

* ఒక పదార్థంలో సగం కేంద్రకాలు (ద్రవ్యరాశి) విఘటనం చెందడానికి పట్టే కాలాన్ని అర్ధ జీవిత కాలం అంటారు. 

* అర్ధ జీవిత కాలం ఎక్కువగా ఉంటే, పదార్థానికి రేడియోధార్మికత తక్కువ. వివిధ రకాల పదార్థాల అర్ధ జీవిత కాలం మిల్లీ సెకన్ల నుంచి బిలియన్ల సంవత్సరాల వరకు ఉండొచ్చు.

* n అర్ధ జీవిత కాలాల తర్వాత మిగిలి ఉండే పదార్థ పరిమాణం తొలి పరిమాణంలో   వ వంతు ఉంటుంది.

*  రేడియోధార్మికత, అర్ధ జీవిత కాలాల ఆధారంగా నమూనా వయసును నిర్ధారించవచ్చు. దీన్నే రేడియోధార్మిక డేటింగ్‌ అంటారు. 

* వివిధ రేడియో ఐసోటోప్‌ల ఆధారంగా ఇవి అనేక రకాలు ఉన్నాయి. 

ఉదా: కార్బన్‌ డేటింగ్, యురేనియం డేటింగ్‌.

కార్బన్‌ డేటింగ్‌

* జంతువులు, వృక్షాలు కర్బన పదార్థాలను గ్రహిస్తాయి. ఇవి మరణించిన అనేక సంవత్సరాల తర్వాత కూడా కార్బన్‌ డేటింగ్‌ విధానం ద్వారా వాటి వయసును తెలుసుకోవచ్చు. 

* నిరంతరం వాతావరణంలోకి వచ్చే కాస్మిక్‌ కిరణాల చర్యల వల్ల C -14 అనే రేడియో (కార్బన్‌) ఐసోటోప్‌ వాతావరణంలో ఉత్పత్తి అవుతుంది. 

* CO₂లో C - 14, C - 12ల నిష్పత్తి స్థిరంగా ఉంటుంది.

* కిరణజన్య సంయోగ క్రియలో భాగంగా మొక్కలు CO₂ని శోషిస్తాయి. 

* మొక్కలపై ఆధారపడిన జంతువులు, మనుషుల్లో కూడా C - 14, C - 12ల నిష్పత్తి స్థిరంగా కొనసాగుతుంది. 

* జీవి మరణించాక C - 12 స్థిరంగా ఉంటే రేడియో కార్బన్, రేడియోధార్మిక విఘటనం వల్ల అది క్రమంగా తగ్గిపోతుంది. 

* 14  అర్ధ జీవిత కాలం సుమారు 5,730 సంవత్సరాలు. 

* C - 14, C - 12 నిష్పత్తి ఆధారంగా శిలాజాల (fossiles) వయసును తెలుసుకోవచ్చు. 

*  అదేవిధంగా యురేనియం డేటింగ్‌ ఆధారంగా శిలలు, భూమి వయసును నిర్ధారిస్తారు. 

* కార్బన్‌ డేటింగ్‌తో 500 నుంచి 50,000 సంవత్సరాల వయసును నిర్ధారించవచ్చు.

కేంద్రక సంలీనం (Nuclear Fusion)

* హైడ్రోజన్‌ లాంటి అల్ప భార కేంద్రకాలు కలసి, మధ్య భార కేంద్రకంగా మారుతూ అధిక శక్తిని వెలువరించే ప్రక్రియను కేంద్రక సంలీనం అంటారు. 

* కేంద్రక బలాలను అధిగమించి, కేంద్రకాలను సంలీనం చెందించడానికి, వాటిని సుమారు 10⁶ K (అధిక) ఉష్ణోగ్రతల వద్ద వేడి చేయాలి.

* కేంద్రక విచ్ఛిత్తి కంటే కేంద్రక సంలీనం శక్తిమంతమైన ఉష్ణమోచక చర్య.

* నాలుగు హైడ్రోజన్‌ కేంద్రకాలు కలిసి, హీలియం కేంద్రకంతోపాటు రెండు పాజిట్రాన్లు, శక్తి వెలువడతాయి.

* హైడ్రోజన్‌ బాంబు, నక్షత్రాలు, సూర్యుడిలో అనియంత్రిత కేంద్రక సంలీనం జరుగుతుంది.

* కేంద్రక సంలీనం ఆధారంగా ITER (ఇంటర్నేషనల్‌ థర్మో న్యూక్లియర్‌ ఎక్స్‌పరిమెంట్‌ రియాక్టర్‌)ను అభివృద్ధి చేస్తున్నారు. కర్బన కాలుష్యం లేని, అంతులేని విద్యుత్‌ ఉత్పాదన దీని లక్ష్యం. దీన్ని 2025 నాటికి పూర్తి చేయాలని భారత్‌ సహా మరో ఆరు దేశాలు కృషి చేస్తున్నాయి.

శృంఖల చర్య (Chain Reaction)

* ఒక యురేనియం కేంద్రకాన్ని ఢీకొట్టిన న్యూట్రాన్‌ మరో 3 న్యూట్రాన్లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ మూడు న్యూట్రాన్లు మరొక మూడు కేంద్రకాలను ఢీకొట్టి 9 న్యూట్రాన్లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. 

* ఈ విధంగా విచ్ఛిత్తి చర్యలో వరుసగా 3, 3², 3³, 3⁴..... సంఖ్యల్లో న్యూట్రాన్లు వెలువడుతూ అత్యధిక శక్తిని (ఉష్ణం) విడుదల చేస్తాయి. ఈ గొలుసు ప్రక్రియనే అనియంత్రిత శృంఖల చర్య అంటారు. 

* శృంఖల, అనియంత్రిత చర్యలో వెలువడే న్యూట్రాన్ల సంఖ్య వరుసగా 3, 3², 3³, 3⁴, 3⁵...

మ్యాన్‌హట్టన్‌ ప్రాజెక్ట్‌

* రెండో ప్రపంచ యుద్ధ సమయంలో కెనడా, ఇంగ్లండ్‌ల సహాయంతో అమెరికా తొలి అణుబాంబు అభివృద్ధి కోసం పరిశోధన చేపట్టింది. దీన్నే మ్యాన్‌హట్టన్‌ ప్రాజెక్ట్‌ అంటారు. 

* రాబర్ట్‌ ఓపెన్‌హైమర్‌ అనే అమెరికా భౌతిక శాస్త్రవేత్త దీనికి ప్రధాన నిర్దేశకుడిగా వ్యవహరించారు. ఇతడి ఆధ్వర్యంలో తయారైన తొలి అణుబాంబులు ‘లిటిల్‌ బాయ్‌’, ‘ఫ్యాట్‌ మ్యాన్‌’. 

* ఆకారంలో పొడవుగా, సన్నగా ఉన్న అణుబాంబును ‘లిటిల్‌ బాయ్‌’గా పేర్కొన్నారు. దీన్ని 1945, ఆగస్టు 6న జపాన్‌లోని హిరోషిమాపై ప్రయోగించారు. దీనిలో వినియోగించిన విచ్ఛిన్న పదార్థం యురేనియం - 235. 

* గుండ్రంగా, లావుగా ఉన్న అణుబాంబును ఫ్యాట్‌ మ్యాన్‌గా సంబోధించారు. దీన్ని 1945, ఆగస్టు 9న నాగసాకిపై ప్రయోగించారు. ఇందులో ప్లుటోనియం - 239ని ఉపయోగించారు.

కేంద్రక విచ్ఛిత్తి 

* భార అస్థిర కేంద్రకాన్ని తక్కువ వేగం (శక్తి)తో ప్రయాణించే థర్మల్‌ (ఉష్ణీయ) న్యూట్రాన్‌తో తాడనం చెందిస్తే అది దాదాపు సమాన ద్రవ్యరాశితో ఉండే రెండు కేంద్రకాలుగా విడిపోతుంది. శక్తిని, రెండు నుంచి మూడు న్యూట్రాన్లను ఉత్పత్తి చేసే ప్రక్రియను ‘కేంద్రక విచ్ఛిత్తి’ అంటారు.

* 1939లో అట్టోహన్, స్ట్రాస్‌మన్‌ అనే శాస్త్రవేత్తలు యురేనియం కేంద్రకాన్ని న్యూట్రాన్‌లతో తాడనం చెందించి, కేంద్రక విచ్ఛిత్తి జరగడాన్ని తొలిసారి గుర్తించారు. 

* కేంద్రక విచ్ఛిత్తికి సంబంధించిన మరింత సైద్ధాంతిక వివరణను ఇచ్చిన శాస్త్రవేత్తలు - మైట్‌నర్‌ (Meitner), అట్టో ఫ్రిస్క్‌  (Otto Frisch).

​​​​​​​

* కేంద్రక విచ్ఛిత్తి ప్రక్రియను కేంద్రక ‘ద్రవ బిందు’ (Liquid Drop) నమూనాతో  వివరిస్తారు.