• facebook
  • whatsapp
  • telegram

ఆధునిక భౌతికశాస్త్రం

*  ఆధునిక భౌతిక శాస్త్రాన్ని సుమారు 120 సంవత్సరాల కిందటే ఆవిష్కరించారు. మాక్స్‌ప్లాంక్ అనే శాస్త్రవేత్త 1900లో కృష్ణ వస్తు వికిరణాన్ని వివరించడానికి ప్రతిపాదించిన 'క్వాంటం సిద్ధాంతం' సంప్రదాయ భౌతిక శాస్త్ర భావనలకు ముగింపు పలికింది. సంప్రదాయ భౌతిక శాస్త్రం ద్రవ్యాన్ని స్థూల స్థాయిలో పరిగణిస్తే, ఆధునిక భౌతిక శాస్త్రం సూక్ష్మ స్థాయిలో అంటే పరమాణు స్థాయిలో పరిగణిస్తుంది. సంప్రదాయక భౌతిక శాస్త్రం వివరించలేని కొన్ని విషయాలను ఆధునిక భౌతిక శాస్త్రం ద్వారా తెలుసుకోవచ్చు. శాస్త్రజ్ఞులు పరమాణువు కంటే చిన్న కణాలను కనుక్కొని వాటి ధర్మాలను, ఉపయోగాలను పరిశీలించడం ప్రారంభించారు.
* భారతదేశంలో పరమాణు నిర్మాణానికి సంబంధించిన ఎన్నో పరిశోధనలు జరిగాయి. వేదకాలంలోనే 'కణాదుడు' అనే మహర్షి పదార్థం అనేది అతి సూక్ష్మ కణాలైన 'అణు', 'పరమాణువు'ల సమ్మిళితమని తెలియజేశాడు. గ్రీకు తత్త్వవేత్త అయిన 'డెమోక్రటిస్' పదార్థం అతి సూక్ష్మ పరమాణువులను (Atom) కలిగి ఉంటుందని ప్రతిపాదించాడు. గ్రీకు భాషలో Atom అంటే 'విభజించలేనిది' అని అర్థం. జాన్ డాల్టన్ అనే శాస్త్రజ్ఞుడు క్రీ.శ. 1808లో డాల్టన్ పరమాణు సిద్ధాంతాన్ని ప్రతిపాదించాడు. దీని ప్రకారం పదార్థం పరమాణువులు అనే కణాలను కలిగి ఉంటుంది.
* 20వ శతాబ్దంలోని పరిశోధనల ఫలితాలు పరమాణువును విభజించడానికి వీలవుతుందని వెల్లడించాయి. పరమాణువులో ఎన్నో మౌలిక కణాలు ఉన్నాయని కనుక్కున్నప్పటికీ ఎలక్ట్రాన్, ప్రోటాన్, న్యూట్రాన్ అనేవి అతి ముఖ్యమైన మౌలిక కణాలని నిర్ధారించారు.
* పరమాణు నిర్మాణాన్ని, పరమాణువులోని మౌలిక కణాలకు సంబంధించిన విషయాలను ఇంగ్లండ్‌కు చెందిన విలియం క్రూక్స్ 1878లో కనుక్కున్నారు. ఉత్సర్గనాళికను రూపొందించి, నిర్వహించిన ప్రయోగం ద్వారా ఈ మౌలిక కణాలను తెలియజేశారు.
 

ఉత్సర్గనాళం
i) వాతావరణ పీడనం వద్ద అన్ని వాయువులు (గాలి కూడా) విద్యుత్ బంధకంలా పని చేస్తాయి. వాయువు పీడనాన్ని తగ్గించి, విద్యుత్ శక్మాన్ని పెంచినట్లయితే ఇవి విద్యుత్ వాహకాల్లా పని చేస్తాయి. ఈ విషయాన్ని ఉత్సర్గనాళంలో గమనించవచ్చు.



A - ఆనోడ్                                mA - మిల్లీ అమ్మీటర్
B - ప్రవేశ/బహిర్గత ద్వారం       H.T - అధిక శక్మం
C - కాథోడ్
G - వాయు కణాలు
ii) ఉత్సర్గనాళం లోపలి వాయు పీడనాన్ని మార్చుకోవచ్చు. అలాగే నాళం లోపలికి కావాల్సిన వాయువును నింపుకోవచ్చు
iii) ఉత్సర్గనాళాన్ని గాజుతో తయారుచేస్తారు. దీని రెండు చివరల్లో రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌లు ఉంటాయి. ధన ధృవానికి కలిపిన ఎలక్ట్రోడ్‌ను 'ఆనోడ్' (A), రుణ ధృవానికి కలిపిన ఎలక్ట్రోడ్‌ను 'కాథోడ్' (C) అని అంటారు.
iv) నాళిక లోపలి పీడనాన్ని మార్చడానికి నాళికకు ఉన్నవాయు ప్రవేశ/ బహిర్గత ద్వారాన్ని (B) వాయు రేచకానికి కలుపుతారు.
v) నాళికలోని విద్యుత్ వలయంలోకి ఒక మిల్లీ అమ్మీటర్‌ను చేర్చడం వల్ల ఉత్సర్గనాళికలో విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని తెలుసుకోవచ్చు.
 

కాథోడ్ కిరణాలు: ఉత్సర్గనాళంలో దాదాపు 0.001 mm Hg పీడనం ఉన్నప్పుడు అధిక వోల్టేజి వద్ద విద్యుత్‌ను ప్రసారం చేసినప్పుడు కాథోడ్ కిరణాలు ఉత్పత్తి అవుతాయి. 1897లో జె.జె. థామ్సన్ విద్యుత్ ఉత్సర్గనాళికలో ప్రకాశమంతమైన కిరణాలు రుణ విద్యుత్ ద్వారం (Cathode) నుంచి ధన విద్యుత్ ద్వారం (Anode) వరకు ప్రయాణిస్తాయని కనుక్కున్నారు. ఆ కిరణాలకు 'రుణ ధృవ కిరణాలు' (Cathode rays) అని నామకరణం చేశారు.

 

1) రుణ ధృవం           2) ధన ధృవం           3) ఉత్సర్గనాళిక      4) అధిక విద్యుత్ (10,000 వోల్టులు) ఇచ్చే పరికరం        5) స్విచ్           6) రుణ ధృవ కిరణాలు
 

రుణ ధృవ కిరణాల ధర్మాలు
i) కాథోడ్ కిరణాలు, కాథోడ్ ఉపరితలం నుంచి లంబంగా బయలుదేరి, సరళరేఖా మార్గంలో ఆనోడ్ వైపుకు ప్రయాణిస్తాయి. అవి వాటి మార్గమధ్యలో ఉండే వస్తువుల నీడలను ఏర్పరుస్తాయి.
ii) కాథోడ్ కిరణాలకు తగినంత గతిజ శక్తి ఉంటుంది. వీటి మార్గంలో ఒక మైకా చక్రాన్ని ఉంచితే ఇది కాథోడ్ కిరణాల గతిజ శక్తి వల్ల తిరుగుతుంది.
iii) కాథోడ్ కిరణాలు ప్రతిదీప్తిని ఏర్పరుస్తాయి. కాథోడ్ కిరణాలు జింక్ సల్ఫైడ్ లాంటి పదార్థంపై పడినప్పుడు ఆకుపచ్చని దృశ్య కాంతిని ఇస్తాయి. వజ్రాల మీద పడినప్పుడు వాటి నాణ్యతను బట్టి అవి వేర్వేరు రంగులను ప్రదర్శిస్తాయి.
iv) కాథోడ్ కిరణ పుంజాన్ని అయస్కాంత క్షేత్రం ఉపయోగించి వాటి రుణ మార్గ ప్రసార దిశను మార్చవచ్చు. దీనివల్ల కాథోడ్ కిరణాలు అనేవి కణాల సముదాయంగా ఉంటాయని తెలుస్తుంది.
v) కాథోడ్ కిరణాలను విద్యుత్ క్షేత్రంలో అపర్తనం చేయవచ్చు. విద్యుత్ క్షేత్రంలో కాథోడ్ కిరణాలు ధన పలక వైపుకు వంగుతాయి. దీనివల్ల కాథోడ్ కిరణాలకు రుణావేశం ఉంటుందని, అది ఎలక్ట్రాన్‌ల ప్రవాహమని తెలుస్తుంది.
vi) కాథోడ్ కిరణాలు పల్చటి లోహ రేకుల ద్వారా చొచ్చుకుని వెళతాయి.
vii) కాథోడ్ కిరణాలను కొన్ని భార లోహాలపై ప్రసరింపజేస్తే, అవి X - కిరణాలను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
viii) అతివేగంగా ప్రయాణిస్తున్న ఎలక్ట్రాన్ల సమూహమే కాథోడ్ కిరణాలు. కాథోడ్ కిరణాల వేగం కాంతి వేగానికి సుమారు వ వంతు (అంటే 0.1 c) ఉంటుంది.
ix) కాథోడ్ కిరణాల ద్రవ్యరాశి సుమారుగా హైడ్రోజన్ పరమాణువులో వ వంతు ఉంటుంది.

 

కాథోడ్ కిరణాల ఉపయోగాలు
కాథోడ్ కిరణాలను టెలివిజన్ పిక్చర్ ట్యూబులుగా, కంప్యూటర్ డిస్ల్పే ట్యూబులుగా, ప్రకటనలకు వాడే ప్రకాశ చిహ్న ట్యూబులుగా, గృహాల్లో వాడే ట్యూబ్‌లైట్స్‌గా, విజ్ఞాన శాస్త్ర పరిశోధన రంగాల్లో ఉపయోగిస్తున్నారు. వేగంగా ప్రయాణించే కాథోడ్ కిరణాలు భార లోహాలను ఢీకొన్నప్పుడు X - కిరణాలు వెలువడతాయి.
 

X - కిరణాలు: భౌతిక శాస్త్రంలో మొదటి నోబెల్ బహుమతి గ్రహీత రాంట్‌జన్ కాథోడ్ కిరణాలపై పరిశోధనలు చేస్తూ అనూహ్యంగా వెలువడిన అదృశ్య కిరణాలను కనుక్కున్నాడు. ఈ కిరణాల ధర్మాలు తెలియకపోవడంతో వీటికి X - కిరణాలని నామకరణం చేశాడు. అత్యధిక వేగంతో ప్రయాణించే ఎలక్ట్రాన్లు, అధిక పరమాణు భారం ఉండే టంగ్‌స్టన్, మాలిబ్డినం లాంటి లక్ష్య మూలకాలపై పతనమైనప్పుడు X - కిరణాలు వెలువడతాయి. వీటి ఉత్పత్తికి కూలిడ్జ్ నాళాన్ని ఉపయోగిస్తారు.
 

X - కిరణాల ఉత్పత్తి

B - గాజు బల్బు
A - ఆనోడ్
C - కాథోడ్
T - టార్గెట్ (లక్ష్యం)
E1, E2 విద్యుదయస్కాంతక్షేత్ర పలకలు
L.T. అల్ప శక్మం, X - కిరణాలు

i) కూలిడ్జ్ నాళం గాజుతో తయారైన ఒక బల్బు (B). దీనిలోని కాథోడ్ (C) ఫిలమెంట్‌లా పనిచేసి అల్పశక్మం ఉండే ఒక బ్యాటరీ (L.T.)కి కలిపి ఉంటుంది.
ii) E1, E2 లు C నుంచి ఉత్పత్తి అయిన కాథోడ్ కిరణాల త్వరణాన్ని నియంత్రించే విద్యుదయస్కాంత క్షేత్ర పలకలు.
iii) ఫిలమెంట్ నుంచి ఉద్గారమైన కాథోడ్ కిరణాలు, భార లోహాలతో (ఉదా: మాలిబ్డినం) తయారుచేసిన టార్గెట్ Tని ఢీకొంటాయి. టార్గెట్ ఉపరితలం సాధారణంగా కాథోడ్ కిరణాల రుజుమార్గానికి 45º కోణంలో ఉంటుంది. టార్గెట్ T ఆనోడ్‌లా పని చేస్తుంది.
iv) కాథోడ్ కిరణాలు టార్గెట్ Tని ఢీకొనప్పుడు X- కిరణాలు ఉత్పత్తి అవుతాయి.
v) X- కిరణాలు కంటికి కనిపించవు (అదృశ్య కిరణాలు).
vi) X - కిరణాలు రెండు రకాలు. అవి:
    1) కఠిన X - కిరణాలు
    2) మృదు X - కిరణాలు
 

X - కిరణాల ధర్మాలు
i) X కిరణాలు రుజుమార్గంలో ప్రయాణిస్తాయి.
ii) X - కిరణాల వేగం, కాంతి వేగానికి సమానంగా ఉంటుంది (అంటే 3 × 108 మీ./సె.).
iii) X - కిరణాలు అయస్కాంత క్షేత్రం వల్ల అపవర్తనం చెందవు (అంటే ఇవి కణాలు కావు). అలాగే విద్యుత్ క్షేత్రం వల్ల కూడా అపవర్తనం చెందవు (అంటే వీటికి ఆవేశం లేదు).
iv) X - కిరణాలు జింక్ సల్ఫైడ్ లాంటి పదార్థాలపై ప్రసరించినప్పుడు ప్రతిదీప్తిని ఏర్పరుస్తాయి.
v) X - కిరణాలు ప్రయాణం చేసే మార్గంలో ఉండే వాయువులను అయనీకరిస్తాయి.
vi) సాధారణ కాంతికి అపారదర్శకమైన పదార్థాల ద్వారా X - కిరణాలు చొచ్చుకొని పోగలవు.
vii) X - కిరణాలు ఫోటోగ్రాఫిక్ పలకలపై ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.
viii) మానవ శరీరాన్ని ఎక్కువ సమయం X - కిరణాలకు గురిచేస్తే ప్రమాదం.
xi) X - కిరణాలు విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు.
 

X - కిరణాల ఉపయోగాలు
*
X - కిరణాలను వైద్య రంగం, పరిశ్రమలు, విజ్ఞాన శాస్త్ర పరిశోధనల్లో ఉపయోగిస్తున్నారు. తక్కువ చొచ్చుకొనిపోయే సామర్థ్యం ఉండే మృదు X - కిరణాలను విరిగిన ఎముకలను గుర్తించడానికి, శరీరంలోని ఇతర అంగవైకల్యాల గురించి తెలుసుకోవడానికి ఉపయోగిస్తున్నారు. అలాగే కంప్యూటరైజ్డ్ టోమోగ్రఫి (CT)  స్కానింగ్‌లో ఉపయోగిస్తారు.
* పరిశ్రమల్లో కఠిన  X - కిరణాలను ఉపయోగించి వస్తువు తయారీలోని లోపాలను, పగుళ్లను తెలుసుకోవచ్చు. లోహాలకు రంధ్రాలు చేయడానికి కూడా వీటిని ఉపయోగిస్తారు.
* X - కిరణాలను నేర పరిశోధనల్లో కూడా ఉపయోగిస్తున్నారు. కస్టమ్స్ శాఖ X - కిరణాలను ఉపయోగించి అక్రమ రవాణాను అరికడుతుంది.
* విజ్ఞాన శాస్త్ర పరిశోధకులు X - కిరణాలను ఉపయోగించి అణువుల, స్ఫటికాల నిర్మాణాల గురించి తెలుసుకుంటారు.
* మూలక ధర్మాలను కలిగి ఉండే అత్యంత చిన్న భాగాన్ని పరమాణువు (Atom) అంటారు.
* పరమాణవులో ద్రవ్యరాశి; ధన, రుణ ఆవేశాల పంపిణీ గురించి తెలిపేదే పరమాణు నమూనా.
 

థామ్సన్ పరమాణు నమూనా (1898)
   థామ్సన్ నమూనా ప్రకారం ధనావేశం పరమాణువు అంతటా ఏకరీతిగా పంపిణీ అవుతుంది. పరమాణువు మొత్తం తటస్థంగా ఉండేలా అందులో రుణావేశం ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లు పుచ్చకాయలోని గింజల మాదిరిగా పొదిగి ఉంటాయి.

* లీనార్డ్ పరమాణు నమూనా ప్రకారం పరమాణువులో చాలా భాగం ఖాళీగా ఉంది. పరమాణువులో ఎలక్ట్రాన్‌లు, అంతే చిన్నవైన ధనావేశాలు ఉన్నాయని కానీ ఇవన్నీ పరమాణువులో ఏ విధంగా ఇమిడి ఉన్నాయో వివరించలేదు. పరమాణువు ద్రవ్యరాశి, స్థిరత్వం లాంటి విషయాలను ఈ నమూనా వివరించలేకపోయింది.


రూథర్‌ఫర్డ్ పరమాణు నమూనా: ఎర్నెస్ట్ రూథర్‌ఫర్డ్ 1906 - 1911 మధ్య బంగారు పొరలపై ఆల్ఫా కణాల పరిక్షేపణం చేశాడు (ఆల్ఫా కణాలు ధనావేశ కణాలు).

రూథర్‌ఫర్డ్ పరిశీలనలు
* a, a' లాంటి చాలా ఆల్ఫా కణాలు పరమాణువు ద్వారా అపవర్తనం చెందకుండా వెళ్లడాన్ని రూథర్‌ఫర్డ్ గమనించాడు.
* పరిక్షేపణం చెందిన ఆల్ఫా కణాల్లో b, b' లాంటి కణాలు చాలా తక్కువగా, c, c' లాంటి కణాలు చాలా ఎక్కువగా (90° కంటే ఎక్కువగా, 180° కంటే తక్కువగా) అపవర్తనం చెందాయి. d - లాంటి కణాలు 180° కోణంలో d' గా వెనక్కి వెళ్లాయి. ఇంత ఎక్కువ కోణంతో అపవర్తనం కావాలంటే ఆల్ఫా కణాలపై చాలా తీవ్రమైన బలాలు పని చేయాలి.
* ఈ విధంగా జరగాలంటే పరమాణువు మొత్తం ధనావేశం, ద్రవ్యరాశి పరమాణు కేంద్రకంలో చాలా తక్కువ ప్రదేశంలో ఇమిడి ఉండాలని రూథర్‌ఫర్డ్ వాదించాడు. దీన్నే కేంద్రకం (Nucleus) అని చెప్పాడు.
* న్యూక్లియస్ లేదా కేంద్రకంలోని విద్యుత్ వికర్షణ బలాల వల్ల c, c' ఆల్ఫా కణాలు ఎక్కువ కోణాలతో అపవర్తనం చెందాయి.
* ఈ ప్రయోగాల నుంచి న్యూక్లియస్ లేదా కేంద్రక వ్యాసార్ధం 2.4 × 10-15 మీ. కంటే తక్కువగా ఉంటుందని రూథర్‌ఫర్డ్ గణించాడు.

పరమాణువులో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లు, ఆల్ఫా కణాన్ని అపవర్తనం చేసే ప్రభావాన్ని ఉపేక్షించవచ్చు.
* ఈ ప్రయోగం ఆధారంగా రూథర్‌ఫర్డ్ ఒక కొత్త పరమాణు కేంద్రక నమూనాను ప్రతిపాదించాడు. ఈ నమూనాలోని కొన్ని ముఖ్య ప్రతిపాదనలు.
a) పరమాణువులో ధనావేశమంతా 'కేంద్రకం' అనే అతిచిన్న సాంద్ర ప్రాంతంలో ఉంటుంది. ఇందులో ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉండవు.
b) ఈ కేంద్రకం చుట్టూ రుణావేశ ఎలక్ట్రాన్‌లు నిర్దిష్ట వృత్తాకార మార్గంలో తిరుగుతూ ఉంటాయి. కేంద్రకం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్‌ల చలనం సూర్యుడి చుట్టూ ఉండే గ్రహాల చలనాన్ని పోలి ఉండటం వల్ల రూథర్‌ఫర్డ్ నమూనాను 'గ్రహమండల నమూనా' అని కూడా అంటారు.
c) పరమాణు పరిమాణంతో పోలిస్తే కేంద్రక పరిమాణం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. పరమాణు కేంద్రక వ్యాసార్ధం సుమారు 10-15 మీ. ఉంటుందని కనుక్కున్నారు (కేంద్రక పరిమాణం 10-15 మీ. లేదా ఫెర్మీ అయితే పరమాణు పరిమాణం 10-8 సెం.మీ. లేదా ఆంగ్‌స్ట్రామ్)


రూథర్‌ఫర్డ్ పరమాణు నమూనా పరిమితులు: ఎలక్ట్రాన్‌లు కేంద్రకం చుట్టూ భ్రమణం చేస్తుంటాయని రూథర్‌ఫర్డ్ ప్రతిపాదించాడు. అయితే విద్యుదయస్కాంత సిద్ధాంతం ప్రకారం భ్రమణం చేస్తున్న ఎలక్ట్రాన్‌లు అవిచ్ఛిన్నంగా శక్తిని ఉద్గారిస్తూ ఉండాలి. అలాంటప్పుడు ఎలక్ట్రాన్‌లు అవిచ్ఛిన్నంగా తమ శక్తిని కోల్పోవడం వల్ల వాటి భ్రమణ వ్యాసార్ధాలు తగ్గుతూ ఉండాలి. కొంతసేపటికి అవి కేంద్రకంలో పడిపోవాలి. ఇది పరమాణు నాశనానికి దారితీస్తుంది. కానీ అలా జరగకుండా పరమాణువు స్థిరంగా ఉంటుంది. కాబట్టి రూథర్‌ఫర్డ్ పరమాణు నమూనాలో పరమాణు స్థిరత్వాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకోలేదు.


బోర్ పరమాణు నమూనా (1912): పరమాణు స్థిరత్వం గురించి నీల్స్‌బోర్ పరమాణు నమూనాను ప్రతిపాదించాడు. ఈ నమూనాను మూడు ఉపపాదనలతో వివరించాడు.
i) సూర్యుడి చుట్టూ గ్రహాలు తిరిగినట్లు, కేంద్రకం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్‌లు వృత్తాకార కక్ష్యల్లో తిరుగుతాయి.
ii) ఎలక్ట్రాన్‌లు నిర్ణీత స్థిర క్షక్ష్యల్లో మాత్రమే భ్రమణం చేస్తాయి. ఈ కక్ష్యల్లో ఉన్నంతవరకు అవి శక్తిని ఉద్గారించవు.
ఇది పరమాణు స్థిరత్వాన్ని వివరిస్తుంది. ఎలక్ట్రాన్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం  పూర్ణాంక గుణిజమైన
కక్ష్యను 'స్థిర కక్ష్య' అంటారు. ఇక్కడ 'h' ప్లాంక్ స్థిరాంకం కాబట్టి స్థిర కక్ష్యలో ఎలక్ట్రాన్ కోణీయ ద్రవ్య మ 

దీన్నే బోర్ క్వాంటం షరతు అంటారు.
iii) స్థిర కక్ష్యలో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌కు నిర్దిష్ట శక్తి ఉంటుంది. ఎలక్ట్రాన్ ఒక కక్ష్య నుంచి మరో కక్ష్యకు వెళ్లినప్పుడు శక్తి ఉద్గారం లేదా శోషణం జరుగుతుంది. ఈ శక్తి ఉద్గారం లేదా శోషణం రెండు స్థిర కక్ష్య శక్తుల మధ్య ఉండే భేదానికి సమానంగా ఉంటుంది. ఈ శక్తి విద్యుదయస్కాంత వికిరణ రూపంలో ఉంటుంది. ఒక ఎలక్ట్రాన్ E2 శక్తి ఉన్న కక్ష్య నుంచి E1 శక్తి ఉన్న కక్ష్యలోకి దూకితే, (E2 > E1) శక్తి వికిరణాన్ని ఈ విధంగా సూచించవచ్చు.
E2 - E1 = hν (ఉద్గారం) .... (2)
ఎలక్ట్రాన్ E1 శక్తి కక్ష్య నుంచి E2 శక్తి కక్ష్యకు దూకితే శక్తి వికిరణాన్ని ఈ విధంగా తెలియజేయవచ్చు.
E1 - E2 = hν (శోషణం) ....... (3)
సమీకరణాలు 2, 3 లలో ν వికిరణ పౌనఃపున్యం.
ఈ సిద్ధాంతం హైడ్రోజన్ ఏక అయనీకరణం చెందిన హీలియం వర్ణ పటాలను మాత్రమే వివరించింది.
* 1932లో చాడ్విక్ న్యూట్రాన్‌ను కనుక్కున్నాడు.
* ఎలక్ట్రాన్‌లు, ప్రోటాన్‌లు, న్యూట్రాన్‌లతో న్యూక్లియర్ పరమాణు నమూనా లేదా కేంద్రక పరమాణు నమూనాను రూపొందించారు. ఈ నమూనాలో న్యూట్రాన్‌లు, ప్రోటాన్‌లు కేంద్రకంలో; ఎలక్ట్రాన్‌లు కేంద్రకం వెలుపల ఉంటాయి.
* న్యూట్రాన్ విద్యుత్‌పరంగా తటస్థమైన కణం. దీని ద్రవ్యరాశి దాదాపు ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశికి సమానంగా ఉంటుంది. ప్రోటాన్ ధనావేశం ఉండే కణం. దీని ద్రవ్యరాశి ఎలక్ట్రాన్ ద్రవ్యరాశి కంటే 1836 రెట్లు ఉంటుంది. దీని విద్యుదావేశం ఎలక్ట్రాన్ విద్యుదావేశానికి పరిమాణంలో సమానంగా ఉండి, వ్యతిరేక ఆవేశాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
* ఎలక్ట్రాన్ ఒక రుణావేశం ఉండే కణం. దీని ద్రవ్యరాశి న్యూట్రాన్ లేదా ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశులతో పోలిస్తే చాలా తక్కువ కాబట్టి దీన్ని ఉపేక్షించవచ్చు.
* ప్రోటాన్‌లు, న్యూట్రాన్‌లను కలిపి న్యూక్లియాన్లు అంటారు.


పరమాణు సంఖ్య (Z): పరమాణువులోని ప్రోటాన్‌ల సంఖ్యను పరమాణు సంఖ్య అంటారు. పరమాణు సంఖ్యను ప్రోటాన్ సంఖ్య అని కూడా అంటారు. దీన్ని Zతో సూచిస్తారు. ఇది ఒక తటస్థ పరమాణువులోని ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్యకు సమానం.


పరమాణు ద్రవ్యరాశి ప్రమాణం (atomic mass unit - amu):
 పరమాణు ద్రవ్యరాశిని పరమాణు ద్రవ్యరాశి ప్రమాణం అనే ప్రమాణాల్లో కొలుస్తారు. దీన్ని amuతో సూచిస్తారు. amuని తటస్థ కార్బన్ (C12) పరమాణు ద్రవ్యరాశిలో వ వంతుగా నిర్వచిస్తారు.
1 amu = 1.66 × 10-24 g
 తటస్థ కార్బన్ (C12) ద్రవ్యరాశిలో వ వంతు ద్రవ్యరాశిని 1amu అంటారు. ఇది అవగాడ్రో సంఖ్య విలోమానికి సమానం.
1 amu = 1.66 × 10-27 kg


ద్రవ్యరాశి సంఖ్య: పరమాణువులోని ప్రోటాన్‌ల సంఖ్య (Z), న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్య (N)ల మొత్తాన్ని ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A) అంటారు.
A = Z + N
ఉదా: కార్బన్ పరమాణు సంఖ్య Z = 6, దానిలో న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్య N = 6, కాబట్టి కార్బన్ ద్రవ్యరాశి సంఖ్య
A = 6 + 6 = 12.
రసాయన శాస్త్రంలో పరమాణు ద్రవ్యరాశి స్థానంలో పరమాణు భారం అనే పదాన్ని తరచుగా వాడతారు.


కేంద్రక సంకేతాలు(Nuclear symbols): ఒక కేంద్రం Xని గా సూచించవచ్చు. ఇక్కడ A ద్రవ్యరాశి సంఖ్యను, Z పరమాణు సంఖ్యను సూచిస్తాయి. X మూలకపు సంకేతం.
ఉదా: పరమాణు సంఖ్య 1, ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 1 ఉన్న హైడ్రోజన్‌ను గా రాస్తారు. ఇదేవిధంగా  పరమాణు సంఖ్య 2, ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 4 ఉండే హీలియం కేంద్రకాన్ని సూచిస్తుంది. కార్బన్ కేంద్రకాన్ని 

 

పరమాణువులోని ఎలక్ట్రాన్, ప్రోటాన్, న్యూట్రాన్‌ల ముఖ్యాంశాలు

 

 1 amu = 1.64 × 10-24 gm
* ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (ప్రోటాన్‌లు + న్యూట్రాన్‌లు) A , ప్రోటాన్‌ల సంఖ్య Z అయినప్పుడు న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్య = A− Z


ద్రవ్యరాశి లోపం (Mass defect): హీలియం కేంద్రకంలో రెండు ప్రోటాన్‌లు, రెండు న్యూట్రాన్‌లు ఉంటాయి. హైడ్రోజన్ కేంద్రకంలో ఒక ప్రోటాన్ ఉంటుంది. రెండు హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలు, రెండు న్యూట్రాన్‌లను కలిపితే ఒక హీలియం కేంద్రకం ఏర్పడుతుంది. హీలియం కేంద్రక ద్రవ్యరాశిని గణిస్తే ఒక ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశి (mp) 1.0078 amu, ఒక న్యూట్రాన్ ద్రవ్యరాశి (mn) 1.0087 amu. కాబట్టి రెండు ప్రోటాన్‌లు, రెండు న్యూట్రాన్‌ల మొత్తం ద్రవ్యరాశిని గణిస్తే 4.0330 amu కు సమానం అవుతుంది.
             2 × 1.0078 = 2.0156 amu
             2 × 1.0087 = 2.0174 amu
            మొత్తం ద్రవ్యరాశి 4.0330 amu
ఈ విధంగా ఒక హీలియం కేంద్రకపు ద్రవ్యరాశి 4.0330 amu ఉండాలి. కానీ సహజంగా లభించే హీలియం పరమాణు ద్రవ్యరాశిని కొలిచినప్పుడు 4.0026 amuగా ఉంటుందని తెలుస్తుంది. హీలియం పరమాణు ద్రవ్యరాశి దానిలోని సంఘటనాల ద్రవ్యరాశి మొత్తం కంటే 0.0304 amu తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ తగ్గుదలను ద్రవ్యరాశి లోపం అంటారు.
* కేంద్రకంలోని సంఘటనాల విడి ద్రవ్యరాశుల మొత్తానికి, కేంద్రక ద్రవ్యరాశికి మధ్య ఉండే తేడాను ద్రవ్యరాశి లోపం అంటారు.
ద్రవ్యరాశి లోపం = కేంద్రకంలోని సంఘటనాల విడి ద్రవ్యరాశుల  మొత్తం -  సహజ పరమాణు కేంద్రక ద్రవ్యరాశి
* హీలియం పరమాణు ద్రవ్యరాశి రెండు ప్రోటాన్‌లు, రెండు న్యూట్రాన్‌ల ద్రవ్యరాశి మొత్తం కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ ద్రవ్యరాశిలోని తరుగుదల కేంద్రకంలోని కణాలను బంధిస్తుంది. కాబట్టి ప్రతి సహజ పరమాణువు ద్రవ్యరాశి దాని కేంద్రకంలో ఉండే సంఘటనాల విడి ద్రవ్యరాశుల మొత్తం కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ విధంగా ద్రవ్యరాశి లోపం కేంద్రకంలో కేంద్రకాలను (ప్రోటాన్‌లు, న్యూట్రాన్‌లు) బంధించడానికి ఉపయోగపడుతుంది.
* ద్రవ్యరాశి లోపం పరిమాణం కేంద్రక స్థిరత్వానికి కొలమానం.
ద్రవ్యరాశి - శక్తి తుల్యత (Mass - energy equivalence)
ఐన్‌స్టీన్ ప్రతిపాదన ప్రకారం ద్రవ్యరాశి, శక్తి పరస్పరం పరివర్తనీయమైనవి.
ద్రవ్యరాశి శక్తి తుల్యతా నియమం
                           E = mc2
ద్రవ్యరాశి మార్పు m అయితే, గతిజ శక్తిలోని మార్పు E, కాంతివేగం c
* ద్రవ్యరాశి లోపం శక్తిగా పరివర్తనం చెంది కేంద్రకంలోని అన్ని కేంద్రక కణాలను బంధించి ఉంచడానికి ఉపయోగపడుతుంది.
                    బంధన శక్తి (BE) = mc2
* E = mc2 సమీకరణం ద్రవ్యరాశి విధ్వంసం అయినప్పుడు, ఉత్పత్తి అయ్యే శక్తికి సమానమని తెలియజేస్తుంది. ఐన్‌స్టీన్ ప్రకారం ద్రవ్యరాశి నిత్యత్వానికి, శక్తి నిత్యత్వానికి ఒకే సూత్రం ఉంటుంది. దీని నుంచి ద్రవ్యరాశి - శక్తి తుల్యత మౌళిక భావం ఏర్పడుతుంది. కాబట్టి ఒక కి.గ్రా. ద్రవ్యరాశిని జౌళ్లలో, ఒక జౌల్‌ని కి.గ్రా.లలో చెప్పవచ్చు.
1 కి.గ్రా = 9 × 1016 జౌళ్లు
1 జౌల్ = 1.11 × 10-17 కి.గ్రా.
* హీలియంలో ద్రవ్యరాశి తరుగు 0.0304 amu ఉంటుంది. దీన్ని m అనుకుంటే ద్రవ్యరాశి - శక్తి తుల్యత ప్రకారం ధ్వంసం అయిన ద్రవ్యరాశి ఉత్పత్తి అయిన శక్తికి సమానం. ఇక్కడ 0.0304 amu ద్రవ్యరాశి శక్తిగా మారుతుంది. ఈ శక్తి రెండు ప్రోటాన్‌లను, రెండు న్యూట్రాన్‌లను కేంద్రకంలో బంధించడానికి ఉపయోగపడుతుంది. దీన్ని కేంద్రక బంధన శక్తి అంటారు.
కేంద్రక బంధన శక్తి (MeV) = (కేంద్రక ద్రవ్యరాశి తరుగు amu ) × 931.5 MeV
* హీలియం కేంద్రకంలో m = 0.0304 amuకు సమానమైన శక్తి E = 28.31 MeV లేదా 4.53 × 10-12 జౌళ్లు. ఈ శక్తి హీలియం కేంద్రానికి స్థిరత్వాన్ని ఇస్తుంది. హీలియం కేంద్రకాన్ని వాటి సంఘటనాల్లోకి విడగొట్టడానికి కూడా ఇంతే శక్తిని సరఫరా చేయాల్సి ఉంటుంది.
1 amu = 931.5 × 106 eV = 931.5 MeV
1 MeV = 106 eV = 1.6 × 10-13 జౌళ్లు
* వ్యవస్థ ద్రవ్యరాశిని 1 amu గా మార్చడానికి 931.5 MeV శక్తి అవసరం.
*  ఆక్సిజన్ కేంద్రక ద్రవ్యరాశి 15.995 amu అయితే (a) ద్రవ్యరాశి లోపం (తరుగు), (b) బంధనశక్తులను లెక్కించడం.


a) ద్రవ్యరాశి లోపం: లో A = 16, Z = 8
                               N = A - Z = 16 - 8 = 8
1 ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశి 1.0078 amu
1 న్యూట్రాన్ ద్రవ్యరాశి 1.0087 amu
విడి సంఘటనాల ద్రవ్యరాశి మొత్తం.
8 ప్రోటాన్‌లు 8 × 1.0078 = 8.0624 amu
8 న్యూట్రాన్‌లు 8 × 1.0087 = 8.0696 amu
మొత్తం ద్రవ్యరాశి = 16.132 amu
ద్రవ్యరాశి లోపం = విడి సంఘటనాల మొత్తం ద్రవ్యరాశి - కేంద్రక ద్రవ్యరాశి
m = 16.132 - 15.995
m = 0.137 amu


b) బంధన శక్తి = ద్రవ్యరాశి తరుగు (amu) × 931.5 MeV
                      = 0.137 × 931.5
                      = 127.6 MeV
* రేడియోధార్మికతను ఎ.హెచ్. బెక్వెరెల్ 1896లో ఆవిష్కరించారు.
* పరమాణు సంఖ్య 83 కంటే ఎక్కువగా ఉండే కొన్ని పరమాణువుల కేంద్రకాలు అస్థిరత్వం వల్ల వికిరణాలను ఉద్గారం చేస్తూ స్వచ్ఛంద, స్వయం విఘటనం చెందే దృగ్విషయాన్ని సహజ రేడియోధార్మికత అంటారు.
* రేడియోధార్మిక పదార్థం ఉద్గారం చేసే α, β, γ కిరణాలను బెక్వెరెల్ కిరణాలు అంటారు.
* ఒక చిన్న కోటరం (cavity) ఉన్న సీసపు దిమ్మను తీసుకుని, ఆ కోటరంలో తక్కువ పరిమాణంలో రేడియోధార్మిక పదార్థాన్ని ఉంచినప్పుడు కోటరం నుంచి వికిరణాలు సన్నని పుంజాలుగా ఉద్గారమవుతాయి. మిగిలిన అన్ని దిశల్లో ఉద్గారమయ్యే వికిరణాలను సీసపు దిమ్మ శోషించుకుంటుంది. కాగితపు తలానికి (లోపలకు) లంబంగా అయస్కాంత క్షేత్రం (B) ను ప్రయోగిస్తే, కింది పటంలో చూపినట్లు వికిరణాలు మూడు స్పష్ట అంశాలుగా విడిపోతాయి. అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఎడమ వైపుకు అపవర్తనం అయిన ధనావేశ కణాలను α కణాలు అంటారు. అయస్కాంత క్షేత్రంలో కుడి వైపుకు అపవర్తనం అయిన రుణావేశ కణాలను β కణాలు అంటారు. అపవర్తనం అవకుండా వెళ్లే ఆవేశ రహిత లేదా తటస్థమైన వికిరణాలను γ కిరణాలు అంటారు.



రేడియో ధార్మిక వికిరణాల అపవర్తనాలు

  a) అయస్కాంత క్షేత్రంలో                                      b) విద్యుత్ క్షేత్రంలో
    1. రేడియోధార్మిక పదార్థం          2. సీసపు దిమ్మ X కాగితపు తలంలోనికి అయస్కాంత క్షేత్రం
* ఇదేవిధంగా విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని(E) ప్రయోగించినప్పుడు, α - కణాలు రుణావేశ ఫలకం వైపుకు, β - కణాలు ధనావేశ ఫలకం వైపుకు వంగుతాయి. γ - కిరణాలు అపవర్తనం చెందవు.

α -  కణాల (వికిరణాల) ధర్మాలు:
* ఒక α - కణంలో రెండు ప్రోటాన్‌లు, రెండు న్యూట్రాన్‌లు ఉంటాయి. ఇవి ద్విగుణ అయనీకరణం చెందిన హీలియం పరమాణువుకు సమానం. దీని ద్రవ్యరాశి ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశికి 4 రెట్లు (4 mp), ఆవేశం ప్రోటాన్ ఆవేశానికి 2 రెట్లు (+2e) ఉంటుంది.
* α - కణాల వేగం గాలిలో సుమారు 107 మీ./సె. క్రమంలో ఉంటుంది. ఒకే జనకం నుంచి ఉద్గారమయ్యే అన్ని α కణాల వేగం సమానంగా ఉండనవసరం లేదు.
* α - కణాలు తమ ద్రవ్యరాశి, విద్యుదావేశాల వల్ల వాటి ప్రయాణ మార్గంలోని వాయువులను మిగతా కణాల కంటే అధికంగా అయనీకరిస్తాయి.
* β - కణాలు, γ - కిరణాలతో పోల్చినప్పుడు α - కణాలకు చొచ్చుకునిపోయే సామర్థ్యం చాలా తక్కువ.
* α - కణాలు విద్యుత్తు, అయస్కాంత క్షేత్రాల వల్ల అపవర్తనం చెందుతాయి. α - కణాల అపవర్తనంతో పోల్చినప్పుడు β - కణాల భారం ఎక్కువ కాబట్టి తక్కువగా అపవర్తనం అవుతాయి.

β - - కణాల (కిరణాల) ధర్మాలు:
* β - కణాలు ఎలక్ట్రానులే. ఇవి కేంద్రకంలో ఉద్భవించి వేగంగా కదులుతాయి. β కణం ద్రవ్యరాశి, ఆవేశాలు ఎలక్ట్రాన్‌కు సమానంగా ఉంటాయి. కాబట్టి β కణాన్ని  లేదా  గా సూచిస్తారు.
* β - కణాల వేగం గాలిలో సుమారు 108 మీ./సె. ఉంటే కాంతి వేగం 3 × 108 మీ./సె. కంటే తక్కువ. ఒక రేడియోధార్మిక పదార్థం నుంచి ఉద్గారమయ్యే అన్ని β - కణాలకు ఒకే వేగం ఉండనవసరం లేదు.
* ఇవి ప్రయాణించే మార్గంలోని వాయువులను అయనీకరిస్తాయి β- కణాల అయనీకరణ శక్తి α - కణాలతో పోలిస్తే తక్కువ, కానీ γ - కిరణాల కంటే ఎక్కువ.
* β - కణాలకు పదార్థం ద్వారా చొచ్చుకుపోయే లక్షణం α - కణాల కంటే ఎక్కువ. γ - కిరణాల కంటే తక్కువ.
* ఇవి విద్యుత్తు, అయస్కాంత క్షేత్రాల వల్ల అపవర్తనం చెందుతాయి. β - కణాలు, α - కణాల అపవర్తన దిశకు వ్యతిరేక దిశలో ఉంటాయి. వీటి అపవర్తనం α - కణాల కంటే (తక్కువ భారం ఉండటం వల్ల) ఎక్కువగా ఉంటుంది.
* β - కణాలు ఫోటోగ్రాఫిక్ ప్లేట్లను ప్రభావితం చేస్తాయి. ప్రతిదీప్తి పదార్థంపైన మెరుపులను ఏర్పరుస్తాయి.
β - కణాలు హానికరం కాబట్టి రేడియోధార్మిక జనకాన్ని సీసపు దిమ్మెలో ఉంచాలి.

γ - కణాల (కిరణాల) ధర్మాలు:
* γ - కిరణాలు విద్యుదయస్కాంత వికిరణాలు. వీటి తరంగదైర్ఘ్యాలు X - కిరణాల కంటే తక్కువగా ఉంటాయి.
γ - కిరణాలు విద్యుదయస్కాంత వికిరణాలు కాబట్టి అవి కాంతివేగంతో ప్రయాణిస్తాయి.
* γ - కిరణాల అయనీకరణ శక్తి α, β కణాలతో పోలిస్తే చాలా తక్కువ.
* α, β కణాల కంటే γ - కిరణాలకు చొచ్చుకొనిపోయే సామర్థ్యం ఎక్కువ.
* γ - కిరణాలపై విద్యుత్తు, అయస్కాంత క్షేత్రాల ప్రభావం ఉండదు.
* γ - కిరణాలు కూడా ఫోటోగ్రాఫిక్ ప్లేట్లను ప్రభావితం చేస్తాయి. ప్రతిదీప్తి పదార్థాలపై మెరుపులను ఏర్పరుస్తాయి.
γ - కిరణాలు మానవ శరీరం ద్వారా సులభంగా ప్రవేశించి శరీర కణాలను నాశనం చేస్తాయి. కాబట్టి వీటిని క్యాన్సర్ కణాలను నిర్మూలించడానికి వినియోగిస్తారు.
* ఒక అస్థిర కేంద్రకం విఘటనం ఫలితంగా మరో కేంద్రకం ఏర్పడటాన్ని రేడియోధార్మిక పరివర్తనం అంటారు. పరివర్తనం α - కణాల ఉద్గారం వల్ల జరిగితే దాన్ని α - విఘటనం అంటారు. β - కణాల ఉద్గారం వల్ల జరిగితే దాన్ని β - విఘటనం అంటారు. γ - కిరణాలు ఉద్గారమైతే కేంద్రకం శక్తి మాత్రమే తగ్గుతుంది. ఈ పరివర్తనాన్ని γ - విఘటనం అంటారు.
* మూల కేంద్రకాన్ని 'మాతృ కేంద్రకం'గా, విఘటన ఫలితంగా ఏర్పడే కేంద్రకాన్ని 'పుత్రికా కేంద్రకం'గానూ వ్యవహరిస్తారు.
* α - విఘటనం అయితే కేంద్రకం పరమాణు సంఖ్య 2, పరమాణు ద్రవ్యరాశి 4 తగ్గుతుంది. కాబట్టి α - విఘటనం కింది విధంగా ఉంటుంది.


* α - విఘటనం అయినప్పుడు ఆవర్తన పట్టికలో మూలకం స్థానం రెండు స్థానాలు ఎడమ వైపుకు జరుగుతుంది.
* β - విఘటనంలో కేంద్రకం నుంచి ఒక β - కణం వెలువడుతుంది. మూలకం అదే పరమాణు ద్రవ్యరాశి సంఖ్య ఉండే మరో మూలకంగా పరివర్తనం చెందుతుంది. మాతృ మూలకంతో పోల్చినప్పుడు దాని పరమాణు సంఖ్య ఒక ప్రమాణం పెరుగుతుంది. దీనికి కారణం న్యూట్రాన్ ఒక ప్రోటాన్‌గా, ఒక β - కణంగా పరివర్తనం చెందడమే. ఫలితంగా కొత్తగా ఏర్పడిన మూలకం ఆవర్తన పట్టికలో కుడి వైపుకు ఒక స్థానం జరుగుతుంది.
β -  విఘటనాన్ని కింది విధంగా చూపవచ్చు.

Th - థోరియం,Pa - ప్రోటాక్టీనియం
* γ - కిరణం ఉద్గారం వల్ల కేంద్రకంలో పరమాణు ద్రవ్యరాశిలో (A) కానీ పరమాణు సంఖ్యలో (Z) కానీ ఎలాంటి మార్పు తీసుకురాదు. అయితే γ - విఘటనం వల్ల కేంద్రక శక్తిస్థాయిలో మార్పు ఉంటుంది.
* యురేనియం లాంటి సహజ రేడియోధార్మిక పదార్థాలు స్వచ్ఛంద విఘటనం చెందినప్పుడు ఏర్పడే జన్యు కేంద్రకాలు కూడా రేడియోధార్మికతను కలిగి ఉంటాయి. జన్యు కేంద్రకాలు లేదా పుత్రికా కేంద్రాలు మళ్లీ విఘటనం చెంది వాటి నుంచి తిరిగి పుత్రికా కేంద్రకాలు ఏర్పడతాయి. ఈ ప్రక్రియ స్థిర కేంద్రకం ఏర్పడే వరకు కొనసాగుతుంది. ఈ విధంగా ఒక కేంద్రకం విఘటనాల పరంపర, కేంద్రకాల లేదా మూలకాల శ్రేణిని జనింపజేస్తుంది. ఈ విధంగా ఏర్పడిన మూలకాలను 'రేడియోధార్మిక విఘటన శ్రేణి' అంటారు.
* సహజంగా లభించే మూల మాతృ కేంద్రకాలను బట్టి రేడియోధార్మిక పదార్థాల్లో మూడు రేడియోధార్మిక శ్రేణులు ఉన్నాయి.
i) యురేనియం  శ్రేణి, దీన్ని(4n + 2)శ్రేణిగా సూచిస్తారు.
ii) ఆక్టీనియం శ్రేణి లేదా ఆక్టినో - యురేనియం  శ్రేణి, దీన్ని (4n + 3) శ్రేణిగా సూచిస్తారు.
iii) థోరియం  శ్రేణి, దీన్ని (4n) శ్రేణిగా సూచిస్తారు.
iv) కృత్రిమ రేడియోధార్మిక పదార్థం నుంచి ఏర్పడిన మరొక శ్రేణి కూడా ఉంది. ఇది నెప్ట్యూనియం  శ్రేణి, దీన్ని (4n + 1) శ్రేణిగా సూచిస్తారు.

రేడియోధార్మిక శ్రేణుల ముఖ్య లక్షణాలు
* మూడు శ్రేణుల్లోనూ మాతృ - పుత్రికా పరంపరలు ఉంటాయి.
* మూడు శ్రేణుల్లోనూ ప్రతిశ్రేణి ఒక స్థిర సీసం ఐసోటోపుతోనే అంతం అవుతుంది.
* ప్రతి శ్రేణిలోనూ Z = 86గా ఉండే రేడాన్ (Rn) అనే ఒక జడవాయు మూలకం ఉంటుంది.
* శ్రేణులన్నింటిలోనూ ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A)లో మార్పు నాలుగు ప్రమాణాలుగా ఉంటుంది.
* థోరియం శ్రేణిలోని మూలకాల ద్రవ్యరాశులన్నీ 4 యొక్క గుణిజాలే. అందుకే థోరియం శ్రేణిని 4nశ్రేణి అంటారు.
* ఇదేవిధంగా యురేనియం శ్రేణిని (4n + 2) శ్రేణిగా గుర్తించారు. ఎందుకంటే ఈ శ్రేణిలోని ప్రతి మూలక ద్రవ్యరాశిని 2 తగ్గిస్తే అది 4 గుణిజం అవుతుంది.
* ఆక్టీనియం శ్రేణిని (4n + 3) శ్రేణి అని సరి చూడవచ్చు.
 

రేడియోధార్మిక విఘటన నియమం: ఏదైనా ఒక రేడియో ధార్మిక పదార్థంలో ఒక క్షణం వద్ద పరమాణువుల విఘటన రేటు, ఆ క్షణం వద్ద దానిలోని పరమాణువుల సంఖ్యకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
అర్ధ జీవితకాలం (T): ఒక రేడియోధార్మిక పదార్థంలోని పరమాణువుల సంఖ్యలో సగం పరమాణువులు విఘటనం చెందడానికి పట్టే సమయాన్ని దాని అర్ధ జీవితకాలం (T) అంటారు.


* ఒకే పరమాణు సంఖ్య, వేర్వేరు ద్రవ్యరాశి సంఖ్యలు ఉండే ఒకే మూలక పరమాణువులను ఐసోటోపులు అంటారు.
ఉదా: a) హైడ్రోజన్, డ్యుటీరియం, ట్రిటియం
           
* ఒకే పరమాణు ద్రవ్యరాశి సంఖ్యలు ఉండి, వేర్వేరు పరమాణు సంఖ్యలు ఉన్న వివిధ మూలకాల పరమాణువులను ఐసోబార్లు అంటారు.

* ఒకే న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్య ఉండి, వేర్వేరు ప్రోటాన్‌ల సంఖ్య ఉండే వేర్వేరు మూలకాల పరమాణువులను ఐసోటోన్‌లు అంటారు.

Si లోని న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్య = 31 - 14 = 17
P లోని న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్య= 32 - 15 = 17
* అధిక శక్తి కణాలతో తాడనం చేసి ఒక మూలకాన్ని మరో మూలకంగా మార్చే ప్రక్రియను కృత్రిమ పరివర్తనం అంటారు.


* కృత్రిమ పరివర్తనాన్ని α కణాలతో లేదా ప్రోటాన్‌లతో లేదా ఇతర అధిక శక్తి ఉన్న కణాలతో అల్పభార మూలకాలను తాడనం చేయడం ద్వారా ఏర్పరచవచ్చు. తాడనానికి ఉపయోగించే కణాలను ప్రక్షిప్త కణాలు అంటారు. ఈ ప్రక్రియలో α కణాన్ని ప్రక్షిప్త కణంగా ఉపయోగించిన ప్రతిసారి ప్రోటాన్  విడుదలవుతుంది.


α కణాలతో కృత్రిమ పరివర్తనం: రూథర్‌ఫర్డ్, చాడ్విక్‌లు పరిశోధనలు చేశారు.


  ప్రోటాన్‌లతో కృత్రిమ పరివర్తనం: కాక్రాఫ్ట్, వాల్టన్‌లు పరిశోధనలు చేశారు.

* ఒక స్థిర మూలకాన్ని రేడియోధార్మికత ఉండే మూలకంగా మార్చడాన్ని కృత్రిమ రేడియోధార్మికత అంటారు. 1934లో తొలిసారిగా కృత్రిమ రేడియోధార్మికతను మేడం ఐరీన్ క్యూరి జోలియట్, ఫెడ్రిక్ జోలియట్‌లు ఆవిష్కరించారు.
     
                                                    రెడియోధార్మిక ఐసోటోప్


* α − కణాలతో స్థిర మూలకాలను తాడనం చేసి సుమారు 500 రేడియోధార్మిక ఐసోటోపులను కృత్రిమంగా ఉత్పత్తి చేశారు.
* రేడియోధార్మికత ఉన్న ఐసోటోపును రేడియో ఐసోటోపు అంటారు. వీటిని వైద్య, పరిశ్రమ, వ్యవసాయ, వాతావరణ పరిశోధనలు, రేడియోధార్మిక డేటింగ్ లాంటి అనేక రంగాల్లో ఉపయోగిస్తారు.


వైద్యరంగం:
* రేడియోధార్మిక సోడియం  ను మానవ శరీరంలో రక్తం గడ్డకట్టి ఉన్న భాగాన్ని గుర్తించేందుకు ఉపయోగిస్తారు. ఈ లవణ ద్రావణాన్ని పరిశీలించాల్సిన భాగంలో ఇంజక్షన్ ద్వారా పంపి, అది రక్తంలో ప్రవహించే రేటును గమనిస్తారు.
* రేడియో ధార్మిక కోబాల్ట్   (ఐసోటోపు) ఒక శక్తిమంతమైన α −కిరణ జనకం. దీన్ని క్యాన్సర్ కణాల నిర్మూలనకు ఉపయోగిస్తారు.
* థైరాయిడ్ గ్రంథి పని తీరును  ఐసోటోపుతో పరీక్షిస్తారు.
 

పరిశ్రమల రంగం
* రేడియోధార్మిక ఐసోటోపులతో యంత్ర భాగాల పనితీరు, అరుగుదలను తెలుసుకోవచ్చు.
* రేడియో ఐసోటోపుతో పోత పోసిన పదార్థాల్లోని లోపాలను తెలుసుకోవచ్చు.
* రేడియో ఐసోటోపుల వికిరణాలతో కొన్ని పదార్థాలపై ఉండే స్థావర విద్యుత్తున్ తొలగించడానికి ఉపయోగిస్తారు.
 

వ్యవసాయ రంగం
* విత్తనాల్లో అనవసరమైన పరివర్తనలను రేడియో ఐసోటోపుల వికిరణాలతో ఆపవచ్చు.
* రేడియో ఫాస్ఫరస్ ద్వారా ఒక నేలలో ఉపయోగించాల్సిన ఉత్తమ ఎరువును, దానిలో ఉండే ఫాస్ఫరస్ ప్రమాణాన్ని గణించి ఎంపిక చేయవచ్చు.
* తృణ ధాన్యాలు, ఉల్లిపాయలు, పప్పులు లాంటి వస్తువులకు α − వికిరణాలను సోకించి అవి ఎక్కువ కాలం నిల్వ ఉండేలా చేయవచ్చు.


వాతావరణ రంగం
* వాతావరణ రంగంలో ప్రధానంగా రుతుపవనాల మార్గాలు, వాటి మార్గాల్లోని మార్పులను ఎప్పటికప్పుడు తెలుసుకోవడానికి రేడియోధార్మిక వాయువులను వాతావరణంలోకి పంపి వాటిని శోధిస్తారు.

* ఇదేవిధంగా భూమి లేదా శిలల వయసును కూడా 235U, సీసం (Pb) ఐసోటోపుల నిష్పత్తిని గణించి నిర్ణయిస్తారు.
 

కేంద్రక విచ్ఛిత్తి (Nuclear fission): 1939లో జర్మన్ శాస్త్రవేత్తలైన ఓట్టోహాన్, లిసేమెయిట్‌నెర్, ప్రిట్జ్ స్ట్రాస్‌మన్ కేంద్రక విచ్ఛిత్తికి సంబంధించిన ఒక ముఖ్యమైన ఆవిష్కరణను చేశారు. 235U కేంద్రకాన్ని రెండు భాగాలుగా విడగొడితే 40 నుంచి 50 వంతుల అధిక శక్తి (సుమారు 200 MeV) విడుదలవుతుందని కనుక్కున్నారు. వారి పరిశోధనల్లో 235U కేంద్రకాలను న్యూట్రాన్‌లతో తాడనం చేసినప్పుడు మొదట యురేనియం ఒక న్యూట్రాన్‌ను శోషణం చేస్తుంది. తర్వాత ఈ సంయుక్త కేంద్రకం అస్థిరమై దాదాపు రెండు సమ భాగాలుగా విడిపోతుంది. ఈ ప్రక్రియను 'కేంద్రక విచ్ఛిత్తి' అంటారు.
 * ఒక భారమైన కేంద్రకాన్ని న్యూట్రాన్‌లతో తాడనం చేసి, దాదాపు రెండు సమభారాలున్న కేంద్రకాలుగా విడదీసే ప్రక్రియను కేంద్ర విచ్ఛిత్తి అంటారు. ఈ ప్రక్రియలో ఎక్కువ శక్తి విడుదలవుతుంది.


శృంఖల చర్య (Chain Reaction): ప్రతి కేంద్రక చర్యలో వెలువడే న్యూట్రాన్‌లు మరికొన్ని కేంద్రక చర్యలను జనింపజేసే కేంద్రక చర్యల శ్రేణినే శృంఖల చర్య అంటారు.
* శృంఖల చర్యలో జరిగే కేంద్రక విచ్ఛిత్తుల సంఖ్యను నియంత్రిచడానికి వీలుకాదు. ఇలాంటి చర్యలను అనియంత్రిత శృంఖల చర్యలు అంటారు. అనియంత్రిత శృంఖల చర్యలు సెకనులో లక్షవంతు కాలంలోనే అపరిమితంగా అంటే సుమారు వెయ్యి రెట్ల వరకు కేంద్రక విచ్ఛిత్తిలు పెరగవచ్చు. ఒక కేంద్రక విచ్ఛిత్తి సుమారు 200 MeV శక్తిని విడుదల చేస్తుంది. ఈ విధంగా అనియంత్రిత శృంఖల చర్య వల్ల అతి తక్కువ సమయంలోనే అపరిమితమైన శక్తి విడుదలవుతుంది. ఇలాంటి చర్య అణుబాంబులో జరుగుతుంది.


 

నియంత్రిత శృంఖల చర్య: యురేనియం కేంద్రక పరిసరాల్లో జరిగే విచ్ఛిత్తి చర్యల్లో కేవలం ఒక న్యూట్రాన్ మాత్రమే పాల్గొనే విధంగా శృంఖల చర్యను నియంత్రించగలిగితే విడుదలైన శక్తిని వినియోగించుకోవచ్చు. అంటే ప్రతి కేంద్రక విచ్ఛితిలో వెలువడే మూడు న్యూట్రాన్‌లలో ఒకటి మాత్రమే చర్యలో పాల్గొనేలా చూడాలి. అందువల్ల ఒక కేంద్రక విచ్ఛిత్తి మాత్రమే కలగజేస్తుంది. ఈ విధంగా శృంఖల చర్యను నియంత్రించవచ్చు. దీనివల్ల ఉత్పత్తితయ్యే శక్తి రేటును కూడా నియంత్రించవచ్చు. నియంత్రిత శృంఖల చర్య అనే నియమంపై న్యూక్లియర్ రియాక్టర్‌లు పని చేస్తాయి.
 

న్యూక్లియర్ రియాక్టర్
ఇందులో ప్రధానంగా మూడు భాగాలు ఉంటాయి.


                          
                                                న్యూక్లియర్ - రియాక్టర్ వర్ణణాత్మక పటం
                                1) ఇంధన కడ్డీలు      2) మితకారి            3) నియంత్రణా కడ్డీలు
 

i) ఇంధన మూలకాలు: ఇవి కేంద్రక విచ్ఛిత్తిలో పాల్గొనే మూలకాలతో  చేసిన ఒక సెం.మీ. మందం ఉన్న కడ్డీలు. పెద్ద న్యూక్లియర్ రియాక్టర్లలో ఈ కడ్డీలు వేల సంఖ్యలో పక్కపక్కనే అమర్చి ఉంటాయి. ఈ భాగాన్ని రియాక్టర్ కోర్ అంటారు.
ii) మితకారి: తక్కువ శక్తి ఉన్న (సుమారు 0.04 eV)న్యూట్రాన్‌లు  తో సులభంగా కేంద్రక విచ్ఛిత్తిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ఇంత తక్కువ శక్తి ఉన్న న్యూట్రాన్‌లను 'థర్మల్ న్యూట్రాన్‌లు' అంటారు. అయితే కేంద్రక విచ్ఛిత్తిలో ఉత్పత్తి అయ్యే న్యూట్రాన్‌లకు అధిక శక్తి (1 MeV)ఉంటుంది. అధిక శక్తి ఉన్న న్యూట్రాన్‌లకు కేంద్రక విచ్ఛిత్తిలో పాల్గొనకుండా తప్పించుకునే సంభావ్యత ఉంటుంది. ఇలాంటి న్యూట్రాన్‌లు కేంద్రక విచ్ఛిత్తిని ఉత్పత్తి చేసే సంభావ్యతను థర్మల్ ఎలక్ట్రాన్‌లతో పోల్చినప్పుడు 500 వంతులు తక్కువగా ఉంటుంది.
కాబట్టి న్యూక్లియర్ రియాక్టర్‌లో అతివేగంగా ఉండే న్యూట్రాన్‌ల వేగాన్ని తగ్గించేందుకు లేదా మితంగా ఉంచేందుకు ఒక పదార్థం కావాలి. ఈ న్యూట్రాన్‌లు మరికొన్ని  కేంద్రకాల విచ్ఛితికి ఉపయోగించుకునే విధంగా ఉండాలి. న్యూక్లియర్ రియాక్టర్‌లో న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని తగ్గించే పదార్థాన్ని మితకారి అంటారు. సాధారణంగా ఉపయోగించే మితకారి నీరు లేదా డ్యుటిరాన్లు ఉన్న భారజలం. శక్తివంతమైన న్యూట్రాన్ ఇంధన కడ్డీని వదిలిన వెంటనే అది పరిసరాల్లో ఉన్న నీటిలో ప్రవేశిస్తుంది. న్యూట్రాన్‌లు నీటి అణువులను ఢీకొంటాయి. ఈ విధంగా ఢీకొన్న ప్రతిసారీ న్యూట్రాన్ శక్తి తగ్గిపోతుంది.
iii) నియంత్రణ కడ్డీలు: ఒక కేంద్రక విచ్ఛిత్తి మళ్లీ ఒకే ఒక కేంద్రక విచ్ఛిత్తిని ఉత్పత్తి చేయగలిగినప్పుడే రియాక్టర్ నిలకడగా శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఇది న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్యను నియంత్రించడం వల్ల మాత్రమే సాధ్యమవుతుంది. ఇది నియంత్రణ కడ్డీల వల్ల సాధ్యపడుతుంది.
   నియంత్రణ కడ్డీలను సాధారణంగా బోరాన్, కాడ్మియం లాంటి మూలకాలతో చేస్తారు. ఈ కడ్డీలు కోర్‌లో తోసినప్పుడు ఇవి న్యూట్రాన్‌లను శోషించి అధిక కేంద్రక విచ్ఛిత్తులను నివారిస్తాయి. ఈ కడ్డీలను కోర్ నుంచి తీసినప్పుడు కేంద్రక విచ్ఛిత్తి అధికమవుతుంది. ఈ విధంగా నిలకడగా శక్తిని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు.
  రియాక్టర్ కోర్, పంపులు ఉష్ణమార్పిడి చేసేభాగం (H.E.), నీటితో కలిపి ఉంటాయి. నీటిఆవిరిగా (S) మారి టర్బైన్‌లను తిప్పుతాయి. ఉష్ణమార్పిడి చేసే భాగంలోని నీటిని (W) క్రమంగా మారుస్తారు. ఈ భాగాన్ని ఒక మందమైన సీసపు కవచం (Sh) లో మూసి ఉంచుతారు.
కేంద్రక సంలీనం (Nuclear Fussion): రెండు తేలిక కేంద్రకాలను కలిపి, ఒక భారమైన కేంద్రకంగా చేసే ప్రక్రియ కేంద్రక సంలీనం అంటారు. ఈ ప్రక్రియలో చాలా ఎక్కువ శక్తి విడుదలవుతుంది.
ఉదా: సూర్యుడిలో జరిగే (ఉష్ణ కేంద్రక) సంలీన చర్యలు

పై మూడు ప్రక్రియల్లో నాలుగు ప్రోటాన్లు కలిసి ఒక కేంద్రకాన్ని ఏర్పరిచాయి. కాబట్టి పై మూడు ప్రక్రియలను ఒకే కేంద్రక చర్యగా చూపవచ్చు.

ఉష్ణకేంద్రక చర్యలు: కేంద్రక సంలీన చర్యలను ప్రారంభించడానికి అల్పభార కేంద్రకాలకు 0.01 MeV గతిజ శక్తి అవసరం. ఈ గతిజ శక్తికి అనుగుణమైన వాయువుల ఉష్ణోగ్రత 80 × 106 డిగ్రీల కెల్విన్. ఇలాంటి ఉష్ణోగ్రతలు అవసరమయ్యే కేంద్రక సంలీన చర్యలను 'ఉష్ణ - కేంద్రక చర్యలు' అంటారు. ఇలాంటి చర్యలు ప్రధానంగా నక్షత్రాలు, సూర్యుడిలో జరుగుతుంటాయి.
 

హైడ్రోజన్ బాంబు: హైడ్రోజన్ బాంబు అనియంత్రిత కేంద్రక సంలీన చర్యల నియమంతో తయారైంది. బాంబు లోపల ఉండే యురేనియం లేదా ప్లూటోనియం లాంటి కేంద్రక విచ్ఛిత్తి పదార్థాలు రాజుకోవడం వల్ల చర్య ప్రారంభమవుతుంది. కేంద్రక విచ్ఛితి వల్ల ఉత్పత్తి అయిన ఉష్ణం ఉష్ణ - కేంద్రక చర్యలను ప్రారంభించడానికి
సరిపోతుంది.
* ఘన పదార్థాలు ఎక్కువగా స్ఫటిక ఆకారంలో ఉంటాయి. ఒక స్ఫటికంలో పరమాణువులు త్రిమితీయంగా, సమాన దూరాల్లో ఉంటాయి. స్ఫటికంలోని పరమాణువులు స్వేచ్ఛగా కాకుండా ఒకటిగా బంధితమై ఉంటాయి. స్వేచ్ఛా పరమాణవులో ఎలక్ట్రాన్‌లు సునిర్వచిత, వివిక్త శక్తి స్థాయిల్లో ఉంటాయి. పరమాణువులు స్ఫటికంలో ఉన్నప్పుడు వాటి మధ్య రసాయన బంధాలు ఉంటాయి. ఈ రసాయన బంధం పరమాణువులను వాటి స్థానాల్లో ఉండేలా చేస్తుంది. పరమాణువుల స్వభావాన్ని బట్టి ఈ రసాయన బంధం ఉంటుంది.
* స్ఫటికాల్లోని పరమాణువుల మధ్య దూరం చాలా తక్కువగా  ఉంటుంది. కాబట్టి బాహ్య కక్ష్యలో తిరిగే ఎలక్ట్రాన్‌లు శక్తి స్థాయిల మార్పుకు లోనవుతాయి. అయితే లోపలి కక్ష్యలో ఉండే ఎలక్ట్రాన్‌ల శక్తి స్థాయిలు వాటి పక్కన ఉండే పరమాణువుల వల్ల మారవు. కాబట్టి వాటి ప్రభావం ఘన పదార్థాల ధర్మాలను నిర్ధారించేందుకు అవసరంలేదు.
* స్ఫటికం ఏర్పడేటప్పుడు పరమాణువులు దగ్గరగా రావడం వల్ల వాటి బాహ్య కర్పరంలోని ఎలక్ట్రాన్‌ల శక్తిస్థాయిలు ఒక దాంతో మరొకటి అధ్యారోపణమవుతాయి. దీని వల్ల పరమాణువులు శక్తి స్థాయిలకు ఉండే వివిక్తతను నష్టపోతాయి. ఈ విధమైన అధ్యారోపణ వల్ల స్ఫటికంలో ఎలక్ట్రాన్లకు కొంతపరిధిలో ఉండే శక్తి విలువలు లభిస్తాయి. ఈ శక్తి స్థాయిల పరిధిని స్థూలంగా ఘన పదార్థపు 'శక్తి పట్టీ' అంటారు.
* ఈ శక్తి పట్టి లోపల ఎలక్ట్రాన్‌లకు ఉండే శక్తి అవిచ్ఛిన్నంగా మారుతూ ఉంటుంది. ఒక ఘన పదార్థాన్ని ఏర్పిరిచే పరమాణవుల ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసాన్ని బట్టి చాలా శక్తి పట్టీలు ఏర్పడతాయి.
* అధిక సంఖ్యలో దట్టంగా పేర్చిన వివక్త శక్తి స్థాయిలను 'శక్తి పట్టీ' అంటారు.
* సంయోజక ఎలక్ట్రాన్‌లతో నిండి ఉన్న కింది శక్తి పట్టీని సంయోజక పట్టీ అంటారు.
* ఖాళీ శక్తి స్థాయిలున్న పై శక్తి పట్టీని వాహక పట్టీ అంటారు.
* సంయోజక పట్టీ, వాహక పట్టీల మధ్య అంతరాన్ని నిషిద్ధ అంతరం లేదా శక్తి అంతరం అంటారు. ఏ ఎలక్ట్రాన్‌కు కూడా నిషిద్ధ పట్టీలో శక్తి స్థాయిలు ఉండవు.
* ఏ పదార్థంలోనైనా పరమశూన్య ఉష్ణోగ్రత వద్ద వాహక పట్టీ పూర్తిగా ఖాళీగా ఉంటుంది.
* ఘన పదార్థాల్లోని శక్తి పట్టీల నిర్మాణం ఆ పదార్థపు విద్యుత్ ప్రవర్తనను నిర్ణయిస్తుంది.

   a) ఒక విద్యుత్ బంధ‌కంలో             b) ఒక వాహ‌కంలో          c) ఒక అర్ధ వాహ‌కంలో శ‌క్తి అంత‌రం (EG)

 

a) విద్యుత్ బంధకాలు (Insulators)
* విద్యుత్ అధమ వాహకాన్ని విద్యుత్ బంధకం అంటారు. ప్లాస్టిక్, రబ్బరు, చెక్క, వజ్రం లాంటివి విద్యుత్ బంధకాలకు కొన్ని ఉదాహరణలు.
* విద్యుత్ బంధకాల్లో నిషిద్ధ పట్టీ చాలా ఎక్కువగా, స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్‌ల సాంద్రత చాలా తక్కువగా (107/ మీ.3) ఉంటుంది.
* విద్యుత్ బంధకంలో విద్యుత్‌ను ప్రవహింపజేయడం అసాధ్యం. ఎందుకంటే ఇందులోని ఎలక్ట్రాన్‌లకు చాలా ఎక్కువ శక్తి అవసరమవుతుంది. విద్యుత్ బంధక శక్తి అంతరం చాలా ఎక్కువ. సాధారణంగా ఇది 3eV కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది.108 వోల్టు/మీటర్ విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని ప్రయోగిస్తేగాని విద్యుత్ బంధకంలో సంయోజక పట్టీలో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లు నిషిద్ధ పట్టీని దాటి వాహక పట్టీని చేరవు. ఇది ప్రయోగాత్మకంగా సాధ్యం కాదు.

 

b) వాహకాలు
* విద్యుత్‌ను సమర్థంగా ప్రవహింపజేసే పదార్థాలను వాహకాలు అంటారు. వాహకాల్లో స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్‌లు ఎక్కువగా ఉంటాయి (1028 /మీ.3). ఇవి పదార్థం అంతటా స్వేచ్ఛ‌గా తిరుగుతుంటాయి. వెండి, రాగి, ఇనుము, అల్యూమినియం లాంటి లోహాలన్నీ మంచి విద్యుత్ వాహకాలు.
* వాహకాల్లో సంయోజక పట్టీ, వాహక పట్టీలు అతిపాతం చెందుతాయి. కాబట్టి వాహకాల్లో నిషిద్ధ పట్టీ ఉండదు. కొద్దిపాటి విద్యుత్ క్షేత్రంతోనే ఎలక్ట్రాన్‌లు పై శక్తి స్థాయిలను చేరుతాయి. ఎలక్ట్రాన్‌ల ప్రవాహమే విద్యుత్ ప్రవాహం. కాబట్టి అల్యూమినియం, రాగి లాంటి వాహకాలను విద్యుత్ వాహకాలుగా ఉపయోగిస్తారు.

 

c) అర్ధవాహకాలు
* ఘన పదార్థాల్లో నిషిద్ధ పట్టీ అంతరం సాపేక్షంగా చిన్నగా (సూమారు 1 eV) ఉంటే ఆ పదార్థాన్ని అర్ధవాహకం అంటారు.
* అర్ధవాహకాల విద్యుత్ ధర్మాలు విద్యుత్ బంధకాలకు, వాహకాలకు మధ్యగా ఉంటాయి. అర్ధవాహకంలో ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత వాహకాలు, విద్యుత్ బంధకాలకు మధ్యగా సుమారు 1017/మీ.3 ఉంటుంది.
* గ్రాఫైట్, స్వచ్ఛమైన జర్మేనియం, సిలికాన్ అర్ధవాహకాలకు ఉదాహరణలు.
* గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద స్వచ్ఛమైన సిలికాన్ శక్తి అంతరం సుమారు 1.1 eV, స్వచ్ఛమైన జర్మేనియం శక్తి అంతరం 0.72 eV. ఇవి అర్ధవాహకపు వాహకత్వం, దాని ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఉష్ణోగ్రత పెరిగితే వాహకత్వం పెరుగుతుంది. దీనికి కారణం ఉష్ణోగ్రత పెరిగితే శక్తి అంతరం (EG) తగ్గుతుంది.
* అర్ధవాహకాన్ని పరమశూన్య (0 K) ఉష్ణోగ్రతకు చల్లారిస్తే దానిలోని స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్‌లన్నీ సంయోజక పట్టీలోనే ఉంటాయి. EG విలువ పెరుగుతుంది కాబట్టి 0 K వద్ద అర్ధవాహకం ఒక విద్యుత్ బంధకం. ఉష్ణోగ్రతను క్రమంగా పెంచితే, సంయోజక పట్టీలోని కొన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లు కొంత శక్తి పొంది వాహక పట్టీలోని శక్తి స్థాయిలను చేరుతాయి. ఎలక్ట్రాన్‌లు సంయోజక పట్టీని వదిలినప్పుడు దానిలో ఎలక్ట్రాన్ లేని శక్తి స్థితి ఉంటుంది.
* సంయోజక పట్టీలో ఎలక్ట్రాన్ లేమిని రంధ్రం లేదా హోల్ అంటారు. హోలులు సంయోజక పట్టీలో మాత్రమే ఉంటాయి. ఎలక్ట్రాన్‌ల వల్ల హోలులు కూడా అర్ధవాహకంలో విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని కలగజేస్తాయి. కాబట్టి అర్ధవాహకంలో ప్రవహించే విద్యుత్ ఎలక్ట్రాన్ హోల్ విద్యుత్ ప్రవాహాల మొత్తానికి సమానం.
* అర్ధవాహకాలు రెండు రకాలు అవి:
   1) స్వభావజ అర్ధవాహకాలు
   2) అస్వభావజ అర్ధవాహకాలు.
* స్వచ్ఛమైన లేదా మలిన పదార్థాలు లేని అర్ధవాహకాలను స్వభావజ అర్ధవాహకాలు అంటారు.
* గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద స్వచ్ఛమైన జర్మేనియం 0.72 eV నిషిద్ధ పట్టీ విలువ ఉండే అర్ధవాహకం. ఇదేవిధంగా స్వచ్ఛమైన సిలికాన్ కూడా 1.1 eVనిషిద్ధ పట్టీ విలువ ఉన్న అర్ధవాహకం. అయితే 0 K వద్ద జర్మేనియం, సిలికాన్‌ల నిషిద్ధ పట్టీ విలువలు వరుసగా 0.785 eV, 1.21 eV. ఈ ఉష్ణోగ్రత వద్ద సంయోజక పట్టీ పూర్తిగా ఎలక్ట్రాన్‌లతో నిండి ఉంటుంది. వాహక పట్టీ పూర్తిగా ఖాళీగా ఉంటుంది. ఈ విధంగా స్వభావజ అర్ధవాహకం 0 K వద్ద ఒక బంధకంలా పని చేస్తుంది.
* ఉష్ణోగ్రతను 0 K నుంచి గది ఉష్ణోగ్రత (సుమారు 300 K) కు పెంచితే సంయోజక పట్టీ నుంచి కొన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లు EG కంటే ఎక్కువ ఉష్ణశక్తిని పొంది వాహక పట్టీలోకి ప్రవేశిస్తాయి.



హోలు ఏర్పడటం, హోలు చలనం

పై పటంలో చూపినట్లు సంయోజకపట్టీలో ఎలక్ట్రాన్‌ల కొరత, హోలులను ఏర్పరుస్తుంది.
 వాహక పట్టీని చేరిన ఎలక్ట్రాన్‌లు ఇప్పుడు స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్‌లు. ప్రతి స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్ సంయోజక పట్టీలో ఒక హోలును సృష్టిస్తుంది. కాబట్టి వాహక పట్టీలోని ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య, సంయోజక పట్టీలోని హోలుల సంఖ్యకు సమానమవుతుంది. ఈ స్థితిలో ఉన్న అర్ధవాహకాన్ని 'స్వభావజ అర్ధవాహకం' అంటారు.
* స్వభావజ అర్ధవాహకంలో వాహక పట్టీలోని ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య సంయోజక పట్టీలోని హోలుల సంఖ్యకు సమానం.
* స్వభావజ అర్ధవాహకంలో సంయోజక పట్టీ (VB) లో స్థానం Aలో ఉన్న ఒక ఎలక్ట్రాన్‌కు తగినంత శక్తి లభిస్తే అది వాహక పట్టీలోకి (CB) దూకుతుంది. అప్పుడు A స్థానంలో ఒక హోలును సృష్టిస్తుంది. అయితే ఈ స్థానం (A)లోకి B స్థానం నుంచి ఒక ఎలక్ట్రాన్ వచ్చి చేరుతుంది. దీనివల్ల B స్థానంలో ఒక హోలు ఏర్పడుతుంది. దీని అర్థం హోలు ఒక స్థానం A నుంచి Bకు కదిలినట్లు. ఇదేవిధంగా C స్థానం నుంచి ఒక ఎలక్ట్రాన్ స్థానం Bకి వెళితే, C వద్ద రంధ్రం ఏర్పడుతుంది. పక్కన ఉన్నD స్థానం నుంచి ఒక ఎలక్ట్రాన్ C ని చేరుతూ ప్రక్రియ కొనసాగుతుంది.

* ఈ విధంగా సంయోజక పట్టీలోని ఎలక్ట్రాన్ కదలిక ఎడమ నుంచి కుడికి కొనసాగుతుంది. అయితే ఈ ప్రక్రియ హోలు వ్యతిరేక దిశలో అంటే కుడి నుంచి ఎడమ కదలికకు సమానమవుతుంది. ఈ విధంగా అర్ధవాహకంలోని సంయోజక పట్టీలో హోలు ప్రవాహం ఏర్పడుతుంది.
* ఒక స్వభావజ అర్ధవాహకాన్ని విద్యుత్ వలయంలో బ్యాటరీ (B) కి కలిపినప్పుడు ఎలక్ట్రాన్‌లు బ్యాటరీ ధన ధృవం వైపుగా కదులుతాయి. హోలు వాటికి వ్యతిరేక దిశలో బ్యాటరీ రుణ ధృవం వైపుకు కదులుతుంది. ఈ విధంగా అర్ధవాహకంలో ఎలక్ట్రాన్, హోలు విద్యుత్ ప్రవాహాలు రెండూ ఉంటాయి. వలయంలో ఈ రెండు విద్యుత్ ప్రవాహాలు ఒకే దిశలో ఉంటాయి. కారణం స్వభావజ అర్ధవాహకంలో ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య హోలుల సంఖ్యకు సమానం. వాటివల్ల ఏర్పడే విద్యుత్ ప్రవాహం పరిమాణాలు కూడా సమానం. ఈ విధంగా మొత్తం విద్యుత్ ప్రవాహం (I) ఎలక్ట్రాన్, హోలు విద్యుత్ ప్రవాహం మొత్తానికి సమానం.
I = Iహోలు + Iఎలక్ట్రాన్ = 2Iహోలు = 2Iఎలక్ట్రాన్
* ప్రత్యేకంగా ఎంపిక చేసిన మలిన పదార్థాలను చాలా తక్కువ మోతాదుల్లో స్వభావజ అర్ధవాహకాలకు కలిపి అస్వభావజ అర్ధవాహకాలను తయారుచేస్తారు.
* చాలా తక్కువ మోతాదుల్లో మలిన పదార్థాలను స్వచ్ఛమైన పదార్థాల్లోకి ప్రవేశపెట్టడాన్ని మాదీకరణం (doping) అంటారు.
* ఒక అస్వభావజ అర్ధవాహకం, డోపింగ్ చేసిన అర్ధవాహకం మలిన పదార్థ రకాన్ని బట్టి అస్వభావజ అర్ధవాహకాలను రెండు రకాలుగా విభజించారు.
అవి: 1) p - రకం అర్ధవాహకాలు 2) n - రకం అర్ధవాహకాలు

 

p - రకం అర్ధవాహకాలు
* స్వభావజ అర్ధవాహకానికి గ్రహీత మాలిన్యాలను చేర్చడం వల్ల p - రకం అర్ధవాహకం తయారవుతుంది.
* జర్మేనియం (Ge) లేదా సిలికాన్ (Si)లలో నాలుగు సంయోజక ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉండటం వల్ల అవి నాలుగు సంయోజనీయ బంధాలను ఏర్పరుస్తాయి. గాలియం (Ga), ఇండియం (In), అల్యూమినియం (Al), బోరాన్ (B)లలో మూడు సంయోజక ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉంటాయి. ఈ పరమాణువులను మలిన పదార్థాలుగా జర్మేనియం (Ge)కి కలిపితే దాని నాలుగు సంయోజక ఎలక్ట్రాన్‌లు మరో నాలుగు ఎలక్ట్రాన్‌లతో కలిసి నాలుగు సంయోజనీయ బంధాలను ఏర్పరిచేందుకు ప్రయత్నిస్తాయి. అయితే మూడు సంయోజకాలు ఉన్న మలిన పదార్థాలు మూడు ఎలక్ట్రాన్‌లను మాత్రమే ఇస్తాయి. కాబట్టి నాలుగు సంయోజనీయ బంధాలకు ఒక ఎలక్ట్రాన్ కొరత ఏర్పడుతుంది. ఈ ఒక ఎలక్ట్రాన్ కొరత ఒక హోలుకు సమానం. ఈ విధంగా ప్రతి మూడు సంయోజకాలు ఉన్న మలిన పరమాణువు అర్ధవాహకంలో ఒక హోలును ఏర్పరుస్తుంది.
* త్రి సంయోజనీయ మాలిన్యాలను గ్రహీత మాలిన్యాలు అంటారు.
* మూడు సంయోజకత ఉన్న మలినం గాలియం (Z = 31)ని నాలుగు సంయోజకత ఉన్న అర్ధవాహకం జర్మేనియంకు చేర్చడం వల్ల పటంలో చూపిన విధంగా ప్రతి Ga పరమాణువు మూడు Ge పరమాణువులతో మూడు సంయోజనీయ బంధాలను ఏర్పరుస్తుంది. నాలుగో సంయోజనీయ బంధంలో Ge పరమాణువు మాత్రం ఒక సంయోజక ఎలక్ట్రాన్‌ను అందిస్తుంది. అయితే Geలో అందించడానికి ఎలక్ట్రాన్ లేదు. ఈ విధంగా నాలుగో బంధం ఒక ఎలక్ట్రాన్ కొరత వల్ల అసంపూర్ణమైంది. భౌతికంగా లేని ఎలక్ట్రాన్‌నే హోల్ అంటారు.

                        
               
               గాలియం, Ge(1), Ge(2), Ge(3), ల‌తో త్రిసంయోజ‌నీయం


* అర్ధవాహకానికి అల్ప మోతాదులో కలిపిన Ga కొన్ని మిలియన్ల హోలులను ఇస్తుంది. వాటి సంఖ్య వహనానికి అవసరమయ్యే ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఫలితంగా p - రకం అర్ధవాహకం ఏర్పడుతుంది.
* p -  రకం అర్ధవాహకాల్లో హోలులను 'అధిక సంఖ్య వాహక కణాలు', ఎలక్ట్రాన్‌లను 'అల్ప సంఖ్య వాహక కణాలు' అని అంటారు.

n - రకం అర్ధవాహకం
* స్వభావజ అర్ధవాహకానికి దాత మాలిన్యాలను చేర్చడం వల్ల n - రకం అర్ధవాహకం తయావుతుంది. అయిదు (పంచ) సంయోజక పరమాణువులు ఉదాహరణకు అర్సెనిక్ (As), ఆంటిమొని (Sb), ఫాస్ఫరస్ (P)ల సంయోజక ఎలక్ట్రాన్‌లు అయిదు. ఇలాంటి మాలిన్యాలను నాలుగు సంయోజకాలున్న సిలికాన్, జర్మేనియంలకు కలిపితే జర్మేనియంలోని నాలుగు సంయోజక ఎలక్ట్రాన్‌లు అయిదు సంయోజకాలున్న మలినాలు నాలుగు ఎలక్ట్రాన్‌లతో కలిసి నాలుగు సంయోజనీయ బంధాలను ఏర్పరుస్తాయి. కానీ పంచ సంయోజనీయ మాలిన్యం అయిదు ఎలక్ట్రాన్‌లను ఇస్తుంది. దీంతో ఒక ఎలక్ట్రాన్ ఎక్కువగా ఉంది. దీనివల్ల అర్ధవాహకానికి ప్రతి పంచ సంయోజనీయ మాలిన్యం ఒక ఎలక్ట్రాన్‌ను ఎక్కువగా అందిస్తుంది.
* పంచసంయోజనీయ మాలిన్యాలను దాత మాలిన్యాలు అంటారు.
* పంచసంయోజనీయ మాలిన్యం ఫాస్ఫరస్ (Z = 15), జర్మేనియంతో నాలుగు సంయోజనీయ బంధాలను పటంలో చూపిన విధంగా ఏర్పరుస్తుంది. ఈ విధంగా అయిదో ఎలక్ట్రాన్ సంయోజనీయ బంధాలను ఏర్పర్చడంలో పాల్గొనదు. కాబట్టి ఇది స్వేచ్ఛగా ఉండే ఎలక్ట్రాన్. ఫాస్ఫరస్ ఒక ఎలక్ట్రాన్‌ను ఇవ్వడానికి సిద్ధంగా ఉంటుంది.
                  

    
ఫాస్ఫరస్ నాలుగు Ge (1, 2, 3, 4) ల‌తో నాలుగు సంయోజ‌నీయ బంధాల‌ను ఏర్పరిచి, ఒక ఎల‌క్ట్రాన్‌కు స్వేచ్ఛగా వ‌దిలేస్తుంది: n - ర‌కం అర్ధవాహ‌కం
* స్వభావజ అర్ధవాహకానికి చాలా తక్కువ మోతాదులో ఫాస్ఫరస్ లాంటి దాత మాలిన్యాన్ని కలపడం వల్ల అది కొన్ని మిలియన్ల ఎలక్ట్రాన్‌లను అందించి n − రకం అర్ధవాహకాన్ని తయారు చేస్తుంది. n − రకం అర్ధవాహకంలో వహనానికి ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య హోలుల సంఖ్య కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది.
* n - రకం అర్ధవాహకంలో వహనం ప్రధానంగా వాహక పట్టీలోని ఎలక్ట్రాన్‌ల వల్ల జరుగుతుంది.
* n - రకం అర్ధవాహకంలో ఎలక్ట్రాన్‌లను 'అధిక సంఖ్యా వాహక కణాలు', హోలులను 'అల్ప సంఖ్యా వాహక కణాలు' అని అంటారు.
* స్వభావజ అర్ధవాహకానికి త్రిసంయోజనీయ మాలిన్యాన్ని లేదా పంచ సంయోజనీయ మాలిన్యాన్ని కలపడం వల్ల దాని విద్యుత్ తటస్థ స్వభావంలో ఎలాంటి మార్పు ఉండదు. ఈ విధంగా p - రకం, n - రకం అర్ధవాహకాలు విద్యుత్ పరంగా తటస్థంగా ఉంటాయి.
p - n జంక్షన్: ఒక p − రకం అర్ధవాహకాన్ని, n −రకం అర్ధ వాహకాన్ని తగిన విధంగా జతచేసినప్పుడు ఆ రెండూ స్పర్శించుకునే స్థానాన్ని కూడలి లేదా జంక్షన్ అంటారు.
*  p − రకం, n - రకం అర్ధవాహకాల వల్ల ఏర్పడిన p - n జంక్షన్ p - రకం, n - రకం అర్ధవాహకాలను విడదీస్తుంది. అయితే రెండింటి మధ్య ఉండే స్పర్శ వల్ల n - భాగం నుంచి కొన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లు p - భాగంలోకి ప్రవేశిస్తాయి. అదేవిధంగా p - భాగంలో నుంచి కొన్ని హోలులు n - భాగంలోకి ప్రవేశిస్తాయి. ఈ విధంగా జంక్షన్ వద్ద ఎలక్ట్రాన్‌లు, హోలులు కలుస్తాయి. ఈ విధంగా కలిసినప్పుడు ఎలక్ట్రాన్‌లు, హోలులు ఒక దాంతో మరొకటి తటస్థీకరించుకుంటాయి.
* జంక్షన్‌కు దగ్గరలో ఉన్న p - భాగంలో రుణాత్మక అయాన్‌లు, n - భాగంలో ధనాత్మక అయాన్‌లు మిగిలిపోతాయి. దీనివల్ల p - n జంక్షన్‌కు రెండువైపులా అల్ప ఆవేశ ప్రాంతాలు ఏర్పడతాయి. జంక్షన్‌కు దగ్గరగా ఉన్న n - భాగం ధనావేశంగా, p - భాగం రుణావేశంగా మారతాయి.

                   p - n జంక్షన్ ఏర్పడటం
a) p - రకం, n - రకం అర్ధవాహకం
b) జంక్షన్ ఏర్పడినప్పుడు ఎలక్ట్రాన్‌లు, హోలులు కలవడం
b) లేమి పొర 'D' ఉన్న p - n జంక్షన్ డయోడ్
      3 - ఎలక్ట్రాన్‌లు, 4 హోలులు, 5 గ్రహీత అయాన్‌లు, 6 దాత అయాన్‌లు
* జంక్షన్‌కు రెండు పక్కల 'D' ప్రాంతం చలించే వాహక కణాల నుంచి స్వేచ్ఛగా ఉంటుంది. అంటే n - భాగంలోని D వద్ద స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉండవు. అలాగే p - భాగంలోని D వద్ద హోలులు ఉండవు. D భాగాల్లో చలించని దాత గ్రహీత అయాన్‌లు మాత్రం ఉంటాయి.
* p - n జంక్షన్‌కు దగ్గరగా చలించే ఆవేశ వాహక కణాల లేమి వల్ల ఏర్పడిన ప్రాంతాన్ని లేమిపొర లేదా లేమి ప్రాంతం అంటారు.
* జంక్షన్ Jకు రెండువైపులా నిశ్చల ధనాత్మక, రుణాత్మక ఆవేశాలు ఉంటాయి. కాబట్టి D 1, 2 హద్దుల్లో కొంత పొటెన్షియల్ భేదం VD ఉంటుంది. జంక్షన్ వెంట ఉండే ఈ పొటెన్షియల్ భేదాన్ని 'అవరోధ పొటెన్షియల్' అంటారు. ఈ అవరోధ పొటెన్షియల్ ఎలక్ట్రాన్‌ల, హోలుల చలనాన్ని నివారిస్తుంది.
* టర్మినల్ ఉండే p - రకం, n - రకం అర్ధవాహకాల్లో ఏర్పడిన p - n జంక్షన్‌ను p - n జంక్షన్ డయోడ్ అంటారు.

                   p - n జంక్షన్ డయోడ్ సంకేతం

 p - n జంక్షన్ డయోడ్ సంకేతంలో బాణం గుర్తు తల భాగం p - రకం అర్ధవాహకాన్ని, ధనావేశాల ప్రవాహ దిశను (సంప్రదాయక ప్రవాహ దిశ) సూచిస్తుంది. అడ్డుగీత n - రకం అర్ధవాహకాన్ని సూచిస్తుంది. p - n సంధి డయోడ్‌లో సంప్రదాయ విద్యుత్ ప్రవాహ దిశ p - రకం నుంచి n - రకం వైపుకు ఉండటం వల్ల దీన్ని బాణం గుర్తుతో సూచిస్తారు.
* p - n సంధి డయోడ్‌ను బ్యాటరీకి రెండు విధాలుగా అనుసంధానం చేస్తారు.
అవి: 1) వాలు (పురో) బయాస్ 2) ఎదురు (తిరో) బయాస్
                  
                    p - n జంక్షన్ డ‌యోడ్ (a) వాలు బ‌యాస్‌లో (b) ఎదురు బ‌యాస్‌లో

p - n  జంక్షన్ డయోడ్‌లో p - భాగాన్ని బ్యాటరీ ధనావేశ టర్మినల్‌కు, n - భాగాన్ని బ్యాటరీ రుణావేశ టర్మినల్‌కు కలిపినప్పుడు డయోడ్ వాలు బయాస్‌లో ఉందని అంటారు.
 p - n జంక్షన్ డయోడ్‌లో p - భాగాన్ని బ్యాటరీ రుణావేశ టర్మినల్‌కు, n - భాగాన్ని బ్యాటరీ ధనావేశ టర్మినల్‌కు కలిపినప్పుడు డయోడ్ ఎదురు బయాస్‌లో ఉందని అంటారు.

p - n జంక్షన్ డయోడ్ ధర్మాలు:
* p - n జంక్షన్ డయోడ్ వాలు బయాస్‌తో అల్ప నిరోధాన్ని కల్పించి విద్యుత్‌ను ప్రవహింపజేస్తుంది. ఎదురు బయాస్‌తో అత్యధిక నిరోధాన్ని కల్పించి వలయంలో విద్యుత్ ప్రవహించకుండా చేస్తుంది.
 

p - n జంక్షన్ డయోడ్ ఉపయోగాలు:
* p - n జంక్షన్ డయోడ్‌ను ఎలక్ట్రానిక్ స్విచ్‌లా ఉపయోగిస్తారు.
* p - n జంక్షన్ డయోడ్‌ను ఏకధిక్కారిగా ఉపయోగిస్తారు. అంటే A.C. కరెంటును D.C. కరెంటుగా మార్చేందుకు ఉపయోగిస్తారు. ఈ విధమైన మార్పు రేడియో, టీవీ లాంటి ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలకు సరఫరా చేసే విద్యుత్‌కు ఎంతో అవసరం.
* కొన్ని రకాల p - n డయోడ్‌లకు విద్యుత్‌ను సరఫరా చేసినప్పుడు అవి వెలుగుతాయి. ఇలాంటి డయోడ్‌లను కాంతి ఉద్గారక డయోడ్‌లు అంటారు. వీటిని డిజిటల్ గడియారాలు, ఎలక్ట్రానిక్ క్యాలిక్యులేటర్‌లలో ఉపయోగిస్తారు.
 

లైట్ ఎమిటింగ్ డయోడ్ (LED):
* ఈ రకమైన p - n సంధి డయోడ్‌లో సంధి ప్రాంతం వద్ద రంధ్రంతో సంయోగం చెందే ఎలక్ట్రాన్ శక్తిని ఫోటాన్ల (కాంతి కణాల) రూపంలో వెదజల్లుతుంది. అర్ధవాహక శక్తి అంతరం ఆధారంగా వెలువడే కాంతి పౌనఃపున్యం దృశ్య లేదా అతినీలలోహిత లేదా పరారుణ ప్రాంతానికి చెందుతుంది.
* టీవీ రిమోట్ పైభాగాన పరారుణ వికిరణాన్ని వెలువరిచే ఎల్ఈడీ అమర్చి ఉంటుంది.
* LED సంకేతం
                                        


ఫోటో డయోడ్: ఎల్ఈడీ సూత్రానికి వ్యతిరేకంగా పనిచేసేదే ఫోటో డయోడ్ (కాంతి డయోడ్). దీనిలో నిర్ణీత శక్తితో ఉండే కాంతి డయోడ్‌పై పతనం చెందితే వాహక పట్టీలోని ఎలక్ట్రాన్ ఉత్తేజితమై స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్ రంధ్రాల జంటను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
* LED లో విద్యుత్ శక్తి కాంతి శక్తిగా మారితే కాంతి డయోడ్‌లో కాంతి శక్తి విద్యుత్ శక్తిగా మారుతుంది.
* టీవీ రిమోట్ నుంచి వచ్చే కాంతికి అనుగుణంగా స్పందించే ఫోటో డయోడ్ టీవీలో అమర్చి ఉంటుంది.
* ఫోటో (కాంతి) డయోడ్ - సంకేతం


* ఒక p - రకం లేదా n - రకం అర్ధ వాహకాన్ని దానికి వ్యతిరేకంగా ఉండే రెండు అర్ధవాహకాల మధ్య జోడించగా ఏర్పడిన రెండు p - n జంక్షన్‌లు ఉన్న ఎలక్ట్రానిక్ సాధనాన్ని ట్రాన్సిస్టర్ అంటారు.
* ట్రాన్సిస్టర్‌ను 1948లో జె. బర్డీన్, డబ్ల్యు.హెచ్. బ్రాటెయిన్, విలియం షాక్లీలు కనుక్కున్నారు. ప్రస్తుతం ఉన్న ఆధునిక ఎలక్ట్రానిక్ సాధనాలకు ట్రాన్సిస్టర్ హృదయం లాంటిది.
* p - n జంక్షన్‌లో n భాగానికి కుడివైపున p - రకం అర్ధవాహకాన్ని జోడిస్తే p - n - p ట్రాన్సిస్టర్ ఏర్పడుతుంది.
* p - n జంక్షన్‌లో p భాగానికి ఎడమవైపున n - రకం అర్ధవాహకాన్ని జోడిస్తే n - p - n ట్రాన్సిస్టర్ ఏర్పడుతుంది.
* జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్‌లు రెండు రకాలు
అవి: 1) p - n - p ట్రాన్సిస్టర్
       2) n - p - n ట్రాన్సిస్టర్
 ఎలక్ట్రానిక్ వలయాల్లో ఉపయోగించేందుకు ట్రాన్సిస్టర్‌లోని మూడు అర్ధవాహకాలకు మూడు టర్మినల్‌లు ఉంటాయి.
అవి: i) ఉద్గారకం (Emitter - E)
       ii) ఆధారం (Base - B)
       iii) సేకరిణి (Collector - C)

ట్రాన్సిస్టర్‌లోని మూడు టర్మినల్స్ (E - ఉద్గారం, B - ఆధారం, C - సేకరిణి)
a) p - n - p ట్రాన్సిస్టర్
b) n - p - n ట్రాన్సిస్టర్
* p - n - p, n - p - n ట్రాన్సిస్టర్‌ల సంకేతాలు
                            
                            p - n - p ట్రాన్సిస్టర్ సంకేతం n - p - n ట్రాన్సిస్టర్ సంకేతం
ఈ పటాల్లో ఉద్గారకాన్ని ఒక బాణం గుర్తుతో సూచిస్తారు. ఈ బాణం సంప్రదాయక వాలు బయాస్‌లో విద్యుత్ ప్రవాహ దిశను సూచిస్తుంది.
 

జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ ధర్మాలు: జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్‌లో రెండు p - n జంక్షన్‌లు ఉంటాయి. వలయంలో ఒక జంక్షన్‌ను వాలు బయాస్ స్థితిలో, రెండో జంక్షన్‌ను ఎదురు బయాస్ స్థితిలో ఉండేలా కలుపుతారు. వాలు బయాస్‌లో ఉన్న జంక్షన్ అల్ప నిరోధాన్ని ఇచ్చి విద్యుత్ ప్రవహించేలా చేస్తుంది. ఎదురు బయాస్‌లో ఉన్న జంక్షన్ అధిక నిరోధాన్ని ఇచ్చి విద్యుత్‌ను ప్రవహించకుండా చేస్తుంది.
 

జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ ఉపయోగాలు:
* ట్రాన్సిస్టర్ ఆంప్లిఫైయర్‌గా పని చేస్తుంది. ఆంప్లిఫైయర్ నివేశ (Input) విద్యుత్ ప్రవాహం లేదా వోల్టేజీల పరిమాణాన్ని వృద్ధి చేస్తుంది. ట్రాన్సిస్టర్ ఈ ధర్మాన్ని ఆంప్లిఫికేషన్ అంటారు.జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ ఆంప్లిఫైయర్‌లోని ప్రధాన భాగం.
* ఎలక్ట్రాన్ వలయాల్లో ట్రాన్సిస్టర్లను వివిధ అవధుల్లో ఉండే పౌనఃపున్యాలను ఉత్పత్తి చేసే 'డోలకాలు'గా ఉపయోగిస్తారు.
* సామర్థ్య జనకాల్లో సామర్థ్య స్థిరతను నియంత్రించేందుకు ట్రాన్సిస్టర్లను ఉపయోగిస్తారు.
* మైక్రో ఎలక్ట్రాన్ వ్యవస్థలో ఇంటిగ్రేటడ్ సర్క్యూట్ (IC) లలో ట్రాన్సిస్టర్‌లు ప్రముఖపాత్రను పోషిస్తాయి. ఈ ట్రాన్సిస్టర్ చిప్‌లను అనేక ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు, కంప్యూటర్‌లలో ఉపయోగిస్తారు.

 

సమస్యలు

1.  లోని న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్యను గణించండి.
సాధన: Z = 10, A = 22
          ... న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్య A - Z = 22 - 10 = 12
 

2.  లోని న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్యను కనుక్కోండి.
సాధన: Z = 92, A = 235
           N = A - Z = 235 - 92 = 143
 

3. హీలియం కేంద్రకంలో ద్రవ్యరాశి తరుగు 0.0303 amu అయితే బంధన శక్తిని లెక్కించండి.
సాధన: బంధనశక్తి = ద్రవ్యరాశి తరుగు × 931.5 MeV
          = 0.0303 × 931.5
           = 28.22 MeV
 

4.  పరమాణు ద్రవ్యరాశి తరుగును, బంధన శక్తిని గణించండి.
Co కేంద్రక ద్రవ్యరాశి 58.933 a.m.u..
(mp = 1.0078 a.m.u., mn = 1.0087 a.m.u.)
సాధన: A = 59, Z = 27
           N = A - Z = 59 - 27
                            = 32
Co కేంద్రక ద్రవ్యరాశి = 58.933 a.m.u.
కోబాల్ట్ (Co) పరమాణువులో విడి సంఘటనాల మొత్తం ద్రవ్యరాశి
27 ప్రోటాన్‌ల ద్రవ్యరాశి = 27 × 1.0078 = 27.2106 a.m.u.
32 న్యూట్రాన్‌ల ద్రవ్యరాశి 32 × 1.0087 = 32.2784 a.m.u.
మొత్తం ద్రవ్యరాశి = 59.4890 a.m.u.
ద్రవ్యరాశి లోపం (m) = విడిసంఘటనాల మొత్తం ద్రవ్యరాశి - కేంద్రక ద్రవ్యరాశి
                           m = 59.4890 - 58.933
                                  = 0.556 a.m.u.
బంధన శక్తి E = m × 931.5 MeV
                   = 0.556 × 931.5
                   = 517.91 MeV
 

5.  పరమాణు ద్రవ్యరాశి 226.025 a.m.u.. దీని ద్రవ్యరాశి తరుగు, బంధన శక్తిని గణించండి.
(mp = 1.0078 a.m.u., mn = 1.0087 a.m.u.)
సాధన: A = 236, Z = 88
            N = A - Z = 236 - 88 = 148
పరమాణు ద్రవ్యరాశి = 226.025 a.m.u.
రేడియం పరమాణువులోని విడి సంఘటనాలు మొత్తం ద్రవ్యరాశి
88 ప్రోటాన్‌ల ద్రవ్యరాశి = 88 × 1.0078 = 88.6864 a.m.u.
148 న్యూట్రాన్‌ల ద్రవ్యరాశి 148 × 1.0087 = 149.2876 a.m.u.
మొత్తం ద్రవ్యరాశి =237.9740 a.m.u
ద్రవ్యరాశి లోపం (m) =విడిసంఘటనాల మొత్తం ద్రవ్యరాశి - కేంద్రక ద్రవ్యరాశి
m = 237.9740 - 226.025
      = 11.949 a.m.u.
బంధన శక్తి (E) = m × 931.5 MeV
                        = 11.949 × 931.5
                        = 11.131 MeV.
 

6. కింది కేంద్రక సంలీన చర్యల్లో విడుదలయ్యే శక్తిని కనుక్కోండి.

సాధన: ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశి mp= 1.0078 a.m.u.
హీలియం ద్రవ్యరాశి = 4.002604 a.m.u.
ఎలక్ట్రాన్ ద్రవ్యరాశి me = 0.000549 a.m.u.
హీలియం కేంద్రక ద్రవ్యరాశి = హీలియం ద్రవ్యరాశి 2 me = 4.002604 - 0.001098
                                             = 4.001506 a.m.u.
4 ప్రోటాన్ల ద్రవ్యరాశి  = 4 × 1.0078
                                          = 4.0312 a.m.u.
కేంద్రక చర్యలో ద్రవ్యరాశి నష్టం m = 4.0312 - 4.0015
                                                   = 0.0297 a.m.u.
విడుదలయ్యే శక్తి Q = m × 931.5 MeV
                             = 0.0297 × 931.5
                              = 27.67 MeV
 

7. ఒక కేంద్రక చర్యలో 3 × 1015 కి.గ్రా. ద్రవ్యరాశి అదృశ్యమై శక్తిగా మారింది. అయితే ఏర్పడిన శక్తి ఎంత?
సాధన: m = 3 × 10-15 కి.గ్రా.
            C = 3 × 108 మీ./సె.
          ∴ వెలువడిన శక్తి (E) = mc2
            = 3 × 1015 × (3 × 108)2
            = 270 జౌల్
            
           = 16.875 × 1020 eV
           = 1.6875 × 1015 MeV
 

8. ఒక కేంద్రక చర్యలో 9 × 1020 జౌల్ శక్తి ఉద్గారితమైంది. అయితే ఎంత ద్రవ్యరాశి అదృశ్యమైంది?
సాధన: E = 9 × 1020 జౌల్
           C = 3 × 108 మీ./సె.
         
                                                     = 104 కి.గ్రా.
 

9. U - 235 కేంద్రక విచ్ఛిత్తిలో సుమారు 200 MeV శక్తి వెలువడుతుంది. తుల్య ద్రవ్యరాశి ఎంత? ఈ ప్రక్రియలో కోల్పోయిన ద్రవ్యరాశి శాతం ఎంత?
సాధన: శక్తి E = 200 MeV
          931.5 MeV = 1 a.m.u.
          
                              = 0.2147 a.m.u.
235 a.m.u. ద్రవ్యరాశి నుంచి 0.2147 a.m.u. ద్రవ్యరాశి శక్తిగా మారింది.

10. ఒక రేడియోధార్మిక మూలకం అర్ధ జీవితకాలం 24 రోజులు. ఒక గ్రామ్ మూలకం  గ్రామ్ విఘటనం చెందడానికి ఎంత సమయం పడుతుంది?
సాధన:  గ్రా. విఘటనం చెందడానికి పట్టే కాలం = 24 రోజులు
             గ్రా. విఘటనం చెందడానికి పట్టే కాలం = 24 రోజులు
           గ్రా. విఘటనం చెందడానికి పట్టే కాలం = 24 రోజులు
          కాబట్టి మూలకం  గ్రా. విఘటనం చెందడానికి పట్టే మొత్తం కాలం = 24 + 24 + 24
                                                                                                            = 72 రోజులు
 

11. ఒక రేడియోధార్మిక మూలకం 24 రోజుల్లో వ వంతుకు విఘటనం చెందింది. అయితే దాని అర్ధ జీవితకాలం ఎంత?
సాధన: 


           
             n = 4
             కానీ t = nT

 

12. 5700 సంవత్సరాల అర్ధజీవిత కాలం ఉండే ఒక రేడియోధార్మిక మూలకం విఘటన స్థిరాంకాన్ని  గణించండి.
సాధన: అర్ధ జీవితకాలం (T) = 5700 సంవత్సరాలు
విఘటన స్థిరాంకం = ?

     = 0.00012157

Posted Date : 04-03-2021

గమనిక : ప్రతిభ.ఈనాడు.నెట్లో వచ్చే ప్రకటనలు అనేక దేశాల నుండి, వ్యాపారస్తులు లేదా వ్యక్తుల నుండి వివిధ పద్ధతులలో సేకరించబడతాయి. ఆయా ప్రకటనకర్తల ఉత్పత్తులు లేదా సేవల గురించి ఈనాడు యాజమాన్యానికీ, ఉద్యోగస్తులకూ ఎటువంటి అవగాహనా ఉండదు. కొన్ని ప్రకటనలు పాఠకుల అభిరుచిననుసరించి కృత్రిమ మేధస్సు సాంకేతికతతో పంపబడతాయి. ఏ ప్రకటనని అయినా పాఠకులు తగినంత జాగ్రత్త వహించి, ఉత్పత్తులు లేదా సేవల గురించి తగిన విచారణ చేసి, తగిన జాగ్రత్తలు తీసుకొని కొనుగోలు చేయాలి. ఉత్పత్తులు / సేవలపై ఈనాడు యాజమాన్యానికి ఎటువంటి నియంత్రణ ఉండదు. కనుక ఉత్పత్తులు లేదా సేవల నాణ్యత లేదా లోపాల విషయంలో ఈనాడు యాజమాన్యం ఎటువంటి బాధ్యత వహించదు. ఈ విషయంలో ఎటువంటి ఉత్తర ప్రత్యుత్తరాలకీ తావు లేదు. ఫిర్యాదులు తీసుకోబడవు.

 

పేపర్ - II

పాత ప్రశ్నప‌త్రాలు

 

విద్యా ఉద్యోగ సమాచారం

 

నమూనా ప్రశ్నపత్రాలు

 

లేటెస్ట్ నోటిఫికేష‌న్స్‌