రేడియోధార్మికత

విలీన విచ్ఛిన్నాలతో విస్ఫోటక శక్తులు!

  శరీరంలోని అంతర్గత గాయాలను రకరకాల పరికరాలతో వైద్యులు గుర్తించేస్తున్నారు. అగ్ని నిరోధక వ్యవస్థలను ఏర్పాటు చేసినప్పుడు కాస్త పొగ వెలువడగానే సైరన్‌ మోగేస్తోంది. తవ్వకాల్లో దొరికిన శిల్పం ఎన్ని వేల సంవత్సరాల నాటిదో శాస్త్రజ్ఞులు చెప్పేస్తున్నారు. వీటన్నింటికీ కొన్ని కణాలు సాయపడుతున్నాయంటే ఆశ్చర్యం అనిపిస్తుంది. కానీ వాటిలో ఉండే రేడియోధార్మిక శక్తితోనే అలాంటి ఎన్నో క్లిష్టమైన పనులను తేలిగ్గా నిర్వహించేస్తున్నారు. అంతేకాకుండా మూలకాల కేంద్రకాలపై విచ్ఛిన్న, విలీన చర్యలు జరిపి అంత్యంత శక్తిమంతమైన విస్ఫోటక బలాలను సృష్టిస్తున్నారు. ఈ నేపథ్యంలో ఆ రేడియో ధార్మిక పదార్థాల ధర్మాలు, ఉపయోగాలు, ప్రభావాల గురించి పోటీ పరీక్షార్థులు తెలుసుకోవాలి. 

  పరమాణు కేంద్రకంలో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లను బంధించే బలాలను కేంద్రక బలాలు అంటారు.  కూలుంబ్‌ అనే శాస్త్రవేత్త వాటి గురించి పరిశోధన చేసి రెండు రకాలుగా వర్గీకరించారు. అవి 1) కూలుంబ్‌ ఆకర్షణ బలాలు 2) కూలుంబ్‌ వికర్షణ బలాలు.

* పరమాణు సంఖ్య 1 నుంచి 30 వరకు ఉన్న మూలకాల పరమాణు కేంద్రకంలో కూలుంబ్‌ ఆకర్షణ బలాలు ఎక్కువగా, వికర్షణ బలాలు తక్కువగా ఉంటాయి. దీంతో వీటి పరమాణు కేంద్రకాలకు స్థిరతం ఎక్కువగా ఉండి ఇవి రేడియోధార్మికతను ప్రదర్శించవు.

* పరమాణు సంఖ్య 31  82 వరకు ఉన్న మూలకాల పరమాణు కేంద్రకంలో కూలుంబ్‌ ఆకర్షణ బలాలు క్రమంగా తగ్గి వికర్షణ బలాలు పెరగడంతో పరమాణు కేంద్రకాలకు అస్థిరత్వం ఏర్పడుతుంది.

* రేడియోధార్మికత ప్రధానంగా రెండు రకాలు. 1) సహజ రేడియోధార్మికత 2) కృత్రిమ రేడియోధార్మికత.

సహజ రేడియోధార్మికత: పరమాణు సంఖ్య 82 కంటే ఎక్కువ ఉన్న మూలకాల పరమాణు కేంద్రకంలో కూలుంబ్‌ వికర్షణ బలాలు గరిష్ఠంగా మారడంతో కేంద్రక అస్థిరత్వం కూడా గరిష్ఠ స్థాయికి చేరుకుంటుంది. ఇలాంటి మూలకాలు స్థిరత్వాన్ని పొందడానికి ఆల్ఫా (

), బీటా (), గామా  కిరణాలను విరజిమ్ముతూ విఘటనం చెందడాన్ని సహజ రేడియోధార్మికత అంటారు. బీ ఆల్ఫా, బీటా, గామా కిరణాలను రేడియోధార్మిక కిరణాలు లేదా బెకెరల్‌ కిరణాలు అంటారు. బీ సహజ రేడియోధార్మికతను హెన్రీ బెకెరల్‌ అనే శాస్త్రవేత్త 1896లో కనుక్కున్నాడు. ఆ పరిశోధనకు ఆయనకు 1903లో నోబెల్‌ బహుమతి లభించింది. బీ సహజ రేడియోధార్మిక పదార్థాలు  యురేనియం, థోరియం మొదలైనవి.

కృత్రిమ రేడియోధార్మికత: రేడియోధార్మికత స్వభావం లేని స్థిర కేంద్రకాన్ని అధిక శక్తిమంతమైన ఆల్ఫా కణాలు, న్యూట్రాన్‌లు, ప్రోటాన్‌లతో తాడనం చెందించి రేడియోధార్మికత ఉండే కేంద్రకంగా మార్చే ప్రక్రియను కృత్రిమ రేడియోధార్మికత అంటారు. ఈ సందర్భంలో ఒక పరమాణువు మరొక పరమాణువుగా మారుతుంది. దీన్నే కృత్రిమ పరివర్తనం అంటారు. ఈ కృత్రిమ పరివర్తనం ద్వారా తేలిక మూలకాలను కూడా రేడియోధార్మిక పదార్థాలుగా మార్చవచ్చు.

ఉదా: ప్లుటోనియం, నెప్ట్యూనియం, స్ట్రాన్షియం, క్యూరియం, ఫెర్మియం, ఐన్‌స్టీనియం మొదలైనవి.

* కృత్రిమ రేడియోధార్మికత ప్రక్రియను 1934లో ఐరీన్‌క్యూరీ జూలియట్, ఆమె భర్త ఫ్రెడెరిక్‌ జూలియట్‌ కనుక్కున్నారు.

రేడియోధార్మికతను లెక్కించే ప్రమాణాలు:

ఆల్ఫా () కణాలు: వీటిలో రెండేసి చొప్పున ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు ఉండటం వల్ల రెండు యూనిట్ల ధనావేశం, నాలుగు యూనిట్ల ద్రవ్యరాశితో, He పరమాణు కేంద్రకాన్ని పోలి ఉంటాయి. 

* రేడియోధార్మిక పరమాణువు ఒక   కణాన్ని వెలువరించినప్పుడు దాని పరమాణు సంఖ్య 2 యూనిట్లు, ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 4 యూనిట్లు తగ్గుతుంది.

* ఇవి గాలిలో సుమారు 107 మీ./సె. వేగంతో ప్రయాణిస్తాయి.  వాయువులను అధికంగా అయనీకరిస్తాయి. వీటికి పదార్థం ద్వారా చొచ్చుకుపోయే సామర్థ్యం తక్కువ. విద్యుత్తు క్షేత్రంలో కాథోడ్‌ వైపు వంగి ప్రయాణిస్తాయి. ఆల్ఫా, బీటా కణాలను రూథర్‌ఫర్డ్‌ కనుక్కున్నారు.

బీటా() కణాలు: ఇవి రేడియోధార్మిక మూలక పరమాణు కేంద్రకం నుంచి వెలువడి వేగంగా చలించే ఎలక్ట్రాన్లు. దీనిలో కేంద్రకంలోని న్యూట్రాన్‌ విడిపోయి ప్రోటాన్,   కణం ఏర్పడతాయి. బీటా కణం ఎలక్ట్రాన్‌ ద్రవ్యరాశికి సమాన ద్రవ్యరాశితో ఉండి ఒక యూనిట్‌ రుణావేశాన్ని కలిగి ఉంటుంది. రేడియోధార్మిక పరమాణువు ఒక

  కణాన్ని వెలువరించినప్పుడు మూలక పరమాణు సంఖ్య 1 పెరిగి ద్రవ్యరాశి మారకుండా స్థిరంగా ఉంటుంది. ఇవి గాలిలో సుమారు 10⁸ మీ./సె. వేగంతో ప్రయాణిస్తాయి. వాయువులను అయనీకరిస్తాయి. వీటికి పదార్థంలోకి చొచ్చుకుపోయే స్వభావం   కణాల కంటే ఎక్కువ. విద్యుత్తు క్షేత్రంలో ధన పలక వైపు వంగి ప్రయాణిస్తాయి. అయస్కాంత క్షేత్రంలోనూ వంగి ప్రయాణిస్తాయి.

గామా  కిరణాలు: ఇవి కణాలు కావు. శక్తిని మోసుకెళ్లే విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు. ఒక గామా కిరణం వెలువడినప్పుడు పరమాణు సంఖ్యలో లేదా పరమాణు ద్రవ్యరాశిలో ఎలాంటి మార్పు ఉండదు. కానీ పరమాణు కేంద్రకం శక్తిలో కొంత భాగం తగ్గుతుంది. వీటికి తటస్థ ఆవేశం, తృణీకరించగలిగిన ద్రవ్యరాశి ఉంటాయి. ఎలాంటి ఆవేశం ఉండదు. ఈ గామా కిరణాలు రుజుమార్గంలో కాంతి వేగంతో (3 x 10⁸ మీ./సె.) ప్రయాణిస్తాయి. అయనీకరణ సామర్థ్యం చాలా తక్కువ. పదార్థం ద్వారా చొచ్చుకుపోయే సామర్థ్యం ఆల్ఫా, బీటా కణాల కంటే ఎక్కువ. వీటిపై విద్యుత్తు, అయస్కాంత క్షేత్రాల ప్రభావం ఉండదు. జీవకణాలకు హాని కలిగిస్తాయి. వీటిని పాల్‌ విల్లార్డ్‌ అనే శాస్త్రవేత్త కనుక్కున్నాడు. ఈ కణాలను క్యాన్సర్‌ చికిత్సలో ఉపయోగిస్తారు. క్యాన్సర్‌ చికిత్సకు ఉపయోగించే గామా కిరణాలను కోబాల్ట్‌  60 నుంచి గ్రహిస్తారు. అందుకే కోబాల్ట్‌  60 ను పేదవాడి రేడియం అంటారు.

రేడియోధార్మిక శ్రేణులు - రకాలు: పరమాణు సంఖ్య (z) ఆధారంగా వీటిని నాలుగు రకాలుగా వర్గీకరించారు. 

* సహజ రేడియోధార్మిక శ్రేణుల్లో చివరి మూలకం లెడ్‌ (Pb). దీని పరమాణు సంఖ్య 82. కృత్రిమ రేడియోధార్మిక శ్రేణుల్లో చివరి మూలకం బిస్మత్‌ (Bi) . దీని పరమాణు సంఖ్య 83. రేడియోధార్మికతను ప్రదర్శించే ఏకైక జడవాయు మూలకం రేడాన్‌ (Rn). దీని పరమాణు సంఖ్య 86.

అర్ధ జీవితకాలం: ఒక రేడియోధార్మిక పదార్థంలో సగం విఘటనం చెందడానికి పట్టే కాలాన్ని అర్ధ జీవితకాలం అంటారు. రేడియం అర్ధ జీవితకాలం 1600 ఏళ్లు. యురేనియం అర్ధ జీవితకాలం 5000 మిలియన్‌ సంవత్సరాలు.

* రేడియోధార్మిక పదార్థ విఘటన రేటును 

 అనే సూత్రంలో లెక్కిస్తారు. ఇందులో T_1/2 = అర్ధ జీవితకాలం.

కృత్రిమ పరివర్తనం: ఒక మూలకాన్ని అధిక శక్తిమంతమైన కణాలతో ఢీ కొట్టించి మరొక మూలకంగా మార్చే ప్రక్రియను కృత్రిమ మూలకాల పరివర్తనం అంటారు.

కేంద్రక చర్యలు: రేడియోధార్మిక కేంద్రకాన్ని న్యూట్రాన్‌తో తాడనం చెందించినప్పుడు కేంద్రకం విభజన చెంది కొత్త కేంద్రకాలు ఏర్పడే చర్యలను కేంద్రక చర్యలు అంటారు. ఇవి రెండు రకాలు అవి: 1) కేంద్రక విచ్ఛిత్తి 2) కేంద్రక సంలీనం.

1) కేంద్రక విచ్ఛిత్తి (Nuclear Fission): ఒక భార కేంద్రకం దాదాపు రెండు సమాన తేలికపాటి ద్రవ్యరాశులున్న కేంద్రకాలుగా విడిపోయే ప్రక్రియను కేంద్రక విచ్ఛిత్తి అంటారు. ఉదా: యురేనియంను న్యూట్రాన్‌తో తాడనం చెందిస్తే బేరియం, క్రిప్టాన్‌ అనే రెండు కేంద్రకాలుగా విఘటనం చెందుతుంది.

* కేంద్రక విచ్ఛిత్తి చర్యలను 1938లో ఒట్టోహాన్, స్ట్రాస్‌మన్‌ అనే శాస్త్రవేత్తలు కనుక్కున్నారు. యురేనియం ఖనిజాన్ని పిచ్‌బ్లెండ్‌ అని కూడా పిలుస్తారు. దీని నుంచి వచ్చే రేడియోధార్మిక కిరణాలను ‘బెకెరల్‌ కిరణాలు’ అంటారు. పరమాణు బాంబు తయారీలో కేంద్రక విచ్ఛిత్తిని ఉపయోగిస్తారు. ఈ పరమాణు బాంబు విస్ఫోటంలో అనియంత్రిత శృంఖల చర్య ఉంటుంది.

న్యూక్లియర్‌ రియాక్టర్‌: కేంద్రక విచ్ఛిత్తి ప్రక్రియలో శృంఖల చర్యను నియంత్రించేందుకు ఏర్పాటుచేసిన అంశమే న్యూక్లియర్‌ రియాక్టర్‌. దీనిని ఫెర్మీ అనే శాస్త్రవేత్త రూపొందించారు. ఇందులో రరకాల భాగాలు ఉంటాయి. అవి-

ఇంధనం: యురేనియం, థోరియం, ఫ్లుటోనియంలను ఇంధనాలుగా వినియోగిస్తారు.

నియంత్రణ కడ్డీలు: ఇవి న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్యను నియంత్రించడానికి ఉపయోగపడతాయి. 

ఉదా: బోరాన్, కాడ్మియం కడ్డీలు

మితకారి: న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని తగ్గించడానికి దీనిని వాడతారు. 

ఉదా: భారజలం, గ్రాఫైట్‌.

శీతలీకరణి: కేంద్రక విచ్ఛిత్తి చర్యలో వెలువడిన ఉష్ణాన్ని బయటకు తీసుకురావడానికి భారజలం, ద్రవ సోడియంలను శీతలీకరణిగా ఉపయోగిస్తారు.

రక్షణ కవచం: కేంద్రక చర్యలో ఉపయోగించే మూలకాల రేడియోధార్మిక వికిరణాలు పరిసరాలపై ప్రభావం చూపకుండా 10 మీ. మందంతో ఉండే కాంక్రీట్‌ నిర్మాణాన్ని కవచంగా ఉంచుతారు.

2) కేంద్రక సంలీనం (Nuclear Fusion): రెండు తేలికపాటి పరమాణు కేంద్రకాలు కలిసి ఒక భార పరమాణు కేంద్రకంగా మారే ప్రక్రియను కేంద్రక సంలీనం అంటారు. దీనిలో అధిక మొత్తంలో శక్తి విడుదలవుతుంది. 

ఉదా: రెండు హైడ్రోజన్‌ పరమాణువులు కలిసి డ్యుటీరియంగా ఏర్పడతాయి.

*  కేంద్రక సంలీన చర్యలను ఉష్ణ కేంద్రక చర్యలు అంటారు. నక్షత్రాలు, సూర్యుడిలో కేంద్రక సంలీన చర్యలు జరగడం వల్ల అవి నిరంతరం కాంతిని, ఉష్ణాన్ని వెదజల్లుతున్నాయి. హైడ్రోజన్‌ బాంబు పనిచేసే విధానం అనియంత్రిత కేంద్రక సంలీన చర్యలకు ఒక ఉదాహరణ.

*  హైడ్రోజన్‌ బాంబును కేంద్రక సంలీన చర్య ఆధారంగా నిర్మించినవారు- ఎడ్వర్డ్‌ టెల్లర్‌ (యూఎస్‌ఏ).

*  కేంద్రక సంలీన చర్యలు ప్రధానంగా కార్బన్‌  ప్రోటాన్‌ వలయం ఆధారంగా జరుగుతాయి.

*  పరమాణు బాంబు కంటే హైడ్రోజన్‌ బాంబు చాలా శక్తిమంతమైంది.

నమూనా ప్రశ్నలు

1. కిందివాటిలో కృత్రిమ రేడియోధార్మిక మూలకం కానిది?

1) ఫెర్మియం      2) స్ట్రాన్షియం      3) ప్లుటోనియం      4) యురేనియం 

2. న్యూక్లియర్‌ రియాక్టర్‌లో న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని తగ్గించడానికి మితకారిగా ఉపయోగించే పదార్థం?

1) పాదరసం      2) భారజలం      3) లిథియం      4) బ్రోమిన్‌

3. ఒట్టహాన్, స్ట్రాస్‌మస్‌లు కనుక్కున్న కేంద్రక చర్య?

1) అర్ధ జీవితకాలం      2) కృత్రిమ రేడియోధార్మికత

3) కేంద్రక సంలీనం     4) కేంద్రక విచ్ఛిత్తి

4. సహజ రేడియో ధార్మికతను ఎవరు కనుక్కున్నారు? 

1) క్యూరీ      2) హెన్రీ బెకెరల్‌     3) రూథర్‌ఫర్డ్‌      4) పాల్‌ విల్లార్డ్‌

5. కృత్రిమ రేడియోధార్మికతను కనుక్కున్నదెవరు?

1) హెన్రీ బెకరల్‌       2) క్యూరీ, ఫ్రెడరిక్‌ జోలియట్‌

3) రూథర్‌ఫర్డ్‌          4) పాల్‌ విల్లార్డ్‌

6. న్యూక్లియర్‌ రియాక్టర్‌ను రూపొందించిన శాస్త్రవేత్త?

1) మైఖెల్‌ ఫారడే       2) బెకరల్‌        3) ఫెర్మి        4) మేడంక్యూరీ

7. హైడ్రోజన్‌ బాంబును కనుక్కున్న శాస్త్రవేత్త?

1) ఫెర్మి      2) హైమన్‌      3) ఫారడే       4) ఎడ్వర్డ్‌ టెల్లర్‌

8. రేడియోధార్మిక పరమాణువు ఏ కణాన్ని వెలువరించినప్పుడు మూలక పరమాణు సంఖ్య ఒకటి పెరిగి ద్రవ్యరాశి సంఖ్య మారదు?

9. కిందివాటిలో కృత్రిమ రేడియోధార్మిక శ్రేణి (4n + 1) ని గుర్తించండి.

1) థోరియం శ్రేణి       2) యురేనియం శ్రేణి

3) నెప్ట్యూనియం శ్రేణి      4) ఆక్టేనియం శ్రేణి

10. రేడియోధార్మికతనను ప్రదర్శించే ఏకైక జడ వాయువును గుర్తించండి

1) ఆర్గాన్‌      2) క్రిప్టాన్‌      3) గ్జినాన్‌      4) రెడాన్‌

సమాధానాలు

1-4, 2-2, 3-4, 4-2, 5-2, 6-3, 7-4, 8-2, 9-3, 10-4.

రచయిత: చంటి రాజుపాలెం