• facebook
  • whatsapp
  • telegram

కేంద్రక భౌతికశాస్త్రం

పదార్థ నిర్మాణానికి మూలమైన కేంద్రకం (Nucleus) మానవాళి మనుగడకు, నాశనానికి దోహదం చేస్తోంది. మానవ శరీర అంతర్ కణజాలాన్ని పరీక్షించడానికి ఉపయోగించే కోతలేని ఎం.ఆర్.ఐ. (ఎన్.ఎం.ఆర్.) స్కానింగ్, భయంకర క్యాన్సర్ వ్యాధి చికిత్సలో, కర్బన ఇంధనం కంటే మిలియన్ల రెట్ల శక్తినిచ్చే అణు ఇంధనాల్లో కేంద్రకం ప్రముఖపాత్ర పోషిస్తోంది. మానవజాతితోపాటు, మిగతా జీవకోటిని క్షణాల్లో, సమూలంగా మట్టుబెట్టి అణుబాంబుల్లో, జీవి జన్యు నిర్మాణంలో అవాంఛిత, అసాధారణ జన్యు మార్పులకు కారణమయ్యే రేడియోధార్మిక వికిరణాల్లో 'కేంద్రకం' ముఖ్యభాగం.
 

కేంద్రక నిర్మాణం 
              ప్రతి పరమాణువు కేంద్రకాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఇది పరమాణు పరిమాణంలో లక్షవ వంతు. కేంద్రకంలో ధనావేశిత ప్రోటాన్లు; తటస్థ న్యూట్రాన్లు ఉంటాయి. ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లను కలిపి న్యూక్లియాన్లు అంటారు. ధనావేశిత కేంద్రకం చుట్టూ, రుణావేశిత ఎలక్ట్రాన్లు, వివిధ కక్ష్యల్లో పరిభ్రమిస్తాయి. న్యూక్లియన్లు నిజానికి ప్రాథమిక కణాలు కావు. ఇవి క్వార్క్ (Quark) లనే అత్యంత సరళ కణాలతో ఏర్పడ్డాయి. అత్యల్ప పరిమాణంలో న్యూక్లియాన్లను బంధించే బలాలను 'కేంద్రక బలాలు' అంటారు. ఇవి ప్రకృతిలోని బలాలకెల్లా బలమైనవి.
న్యూక్లియాన్ల మధ్య జరిగే మిసాన్ (Meson) కణాల వినిమయంవల్ల కేంద్రక బలాలు ఉత్పన్నమయ్యాయని యుకావా (Yukawa) అనే శాస్త్రవేత్త ప్రతిపాదించాడు.
* గోళాకారంగా ఉండే కేంద్రక వ్యాసార్ధం (R), పరమాణు ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A) ఘన మూలానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. అంటే, పరమాణు సంఖ్య పెరిగే కొద్దీ, వాటి కేంద్రకాల పరిమాణం కూడా పెరుగుతుంది. 
                                  

            
* కేంద్రక పరిమాణంతో పోల్చదగిన, డీబ్రోయి తరంగ దైర్ఘ్యంతో వేగంగా చలించే ఎలక్ట్రాన్, న్యూట్రాన్ల వివర్తన ప్రక్రియలతో, కేంద్రక అంతర్నిర్మాణాన్ని తెలుసుకున్నారు.
* అత్యల్ప పరిమాణంలో, అత్యధిక ద్రవ్యరాశి కేంద్రీకృతం కావడం వల్ల, కేంద్రక సాంద్రత అత్యధికం. అధిక గురుత్వాకర్షణ బలం వల్ల కేంద్రకంలో పతనం చెందే పరమాణువులు ఉండే నక్షత్ర దశ శ్వేత వామన తార (White Drwarf) సాంద్రతను మాత్రమే, కేంద్రక సాంద్రతతో పోల్చవచ్చు. కేంద్రక సాంద్రత విలువ సమారుగా 2.3. X 1017 kg/m3.
* కేంద్రక కణాలు (న్యూక్లియాన్లు) ఉండే స్పిన్ (Spin) ఆధారంగా మాగ్నెటిక్ రెజోనెన్స్ ఇమేజింగ్ (ఎం.ఆర్.ఐ.) స్కానింగ్ పనిచేస్తుంది. మానవ శరీరంలో పుష్కలంగా ఉండే నీటి (H2O) అణువులోని హైడ్రోజన్ కేంద్రకం స్పిన్, బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రంతో జరిపే ప్రతిచర్యల ఫలితమే ఎం.ఆర్.ఐ. చిత్రీకరణ.
* హైడ్రోజన్ మూలక కేంద్రకంలో కేవలం ఒక ప్రోటాన్ మాత్రమే ఉంటుంది. న్యూట్రాన్లు ఉండవు.
* కేంద్రక పరిమాణాన్ని ఫెమ్‌టోమీటర్ (Femtometer) లేదా ఫెర్మీతో సూచిస్తారు. దీని విలువ 1015 మీటర్.

 

ద్రవ్యరాశి లోపం (Mass Defect)

            ఆభరణ తయారీలో కొంత బంగారాన్ని తరుగుగా నష్టపోతాం. అదే విధంగా, పరమాణు కేంద్రకం ఏర్పడే ప్రక్రియలో పాల్గొనే ప్రోటాన్, న్యూట్రాన్ల ద్రవ్యరాశుల మొత్తం కంటే, ఏర్పడిన కేంద్రక ద్రవ్యరాశి తక్కువగా ఉంటుంది. కేంద్రక నిర్మాణంలో అదృశ్యమయ్యే ద్రవ్యరాశిని 'ద్రవ్యరాశి లోపం' అంటారు. తరిగిపోయే ద్రవ్యరాశి ఐన్‌స్టీన్ ద్రవ్యరాశి - శక్తి తుల్యతా నియమం E = mc2 ప్రకారం శక్తిగా పరివర్తనం చెందుతుంది. దీన్నే బంధనశక్తి (Binding Energy) అంటారు. న్యూక్లియాన్లను సంఘటితం చేసి కేంద్రకంగా ఏర్పరిస్తే విడుదలయ్యే శక్తి లేదా కేంద్రకాన్ని న్యూక్లియాన్లుగా విడగొట్టేందుకు అవసరమయ్యే శక్తినే బంధనశక్తిగా నిర్వచిస్తారు.
* ఒక పరమాణు ద్రవ్యరాశి ప్రమాణం (a.m.u.)కు తుల్యమయ్యే బంధనశక్తి 931.5 Mev. (మిలియన్ ఎలక్ట్రాన్ ఓల్ట్).
* కేంద్రకం (న్యూక్త్లెడ్) బంధనశక్తిని దానిలోని న్యూక్లియాన్ల సంఖ్య (A) తో భాగిస్తే, సగటు బంధనశక్తి వస్తుంది. సగటు బంధనశక్తి, న్యూక్త్లెడ్ స్థిరత్వానికి కొలమానం.
* ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A) 30170 వరకు ఉండే మూలకాలకు సగటు బంధనశక్తి ఎక్కువ కాబట్టి, అవి స్థిర కేంద్రకాలు. 30 కంటే తక్కువ, 170 కంటే ఎక్కువ A విలువ ఉండే మూలక కేంద్రకాలు అస్థిరంగా ఉంటాయి.
*అల్ప భార కేంద్రకాలు (A < 30) కలిసే 'కేంద్రక సంలీనం' వల్ల, అధిక భార కేంద్రకాలు (A < 170) విడిపోయే 'కేంద్రక విచ్ఛిత్తి' వల్ల స్థిర న్యూక్త్లెడ్‌లు ఏర్పడతాయి.
* ఇనుము (A = 56) కేంద్రకం అత్యధిక సగటు బంధన శక్తి (8.75 Mev) తో ఉంటుంది.
* న్యూక్త్లెడ్‌లోని న్యూట్రాన్, ప్రోటాన్ సంఖ్యల నిష్పత్తి (N/P) తో కూడా కేంద్రక స్థిరత్వాన్ని వివరించవచ్చు.

 

అస్థిరం నుంచి స్థిరత్వం వైపు..

             పరమాణు సంఖ్య 83 కంటే ఎక్కువ, ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 209 కంటే ఎక్కువ ఉండే మూలకాల కేంద్రకాలు అస్థిరంగా ఉంటాయి. అస్థిర భారన్యూక్త్లెడ్‌లు స్థిరత్వాన్ని పొందడానికి తమకు తాముగా కొన్ని వికిరణాలను విడుదల చేస్తాయి. ఈ ప్రక్రియను రేడియోధార్మికత (Radioactivity) అంటారు. పీడనం, ఉష్ణోగ్రత వంటి భౌతిక పరిస్థితులపై రేడియోధార్మిక ప్రక్రియ ఆధారపడదు. ఈ యాదృచ్ఛిక ప్రక్రియ ఏ సమయంలో, ఏ విధంగా, ఏ కేంద్రకం విఘటనం వల్ల జరుగుతుందో ఊహించలేం.
* రేడియో ధార్మిక విఘటన ప్రక్రియలు అయిదు రకాలు. 
* ప్రకృతిలో లభించే మూలక కేంద్రకాలు, సహజ సిద్ధంగా రేడియోధార్మికతను ప్రదర్శిస్తే, దాన్ని 'సహజ రేడియోధార్మికత' అంటారు. దీన్ని హెన్రీ బెకరల్ అనే శాస్త్రవేత్త 1896లో మొదటిసారిగా యురేనియం విషయంలో గమనించాడు.
* రేడియోధార్మికతను ప్రదర్శించని మూలక కేంద్రకాన్ని, తాడనం చెందించడం వల్ల ఏర్పడే కొత్త మూలక కేంద్రకం రేడియోధార్మికతను ప్రదర్శిస్తే, దాన్ని కృత్రిమ లేదా ప్రేరిత రేడియోధార్మికత అంటారు. దీన్ని 1934లో మేడంక్యూరీ, ఫ్రెడరిక్ జోలియట్ దంపతులు కనుక్కున్నారు.
* రేడియోధార్మికత వల్ల అస్థిర న్యూక్త్లెడ్, కణాలను, విద్యుదయస్కాంత వికిరణాలను వెదజల్లుతూ తన శక్తిని కోల్పోయి, స్థిరన్యూక్త్లెడ్‌గా పరివర్తనం చెందుతుంది.

 

ఆల్ఫా వికిరణం: అస్థిర, పెద్ద న్యూక్త్లెడ్‌లోని కేంద్రక బలాలు, న్యూక్లియాన్లను బంధించలేనప్పుడు, అవి    - వికరణాలను విడుదల చేస్తాయి. దీనివల్ల జనక కేంద్రక పరిమాణం తగ్గి స్థిరత్వం ఏర్పడుతుంది. ఆల్ఫా క్షయ ప్రక్రియలో కేంద్రకం నుంచి హీలియం కేంద్రకాలు వెలువడతాయి. దీనివల్ల జనక కేంద్రక పరమాణు సంఖ్య (Z) 2 యూనిట్లు, ద్రవ్యరాశి సంఖ్య (A) 4 యూనిట్లు తగ్గుతుంది. , స్థిరన్యూక్త్లెడ్‌గా పరివర్తనం చెందుతుంది.   కణాలను ద్వి అయనీకృత (Doubly Ionized) హీలియం పరమాణువులు అని కూడా అంటారు. 
                        
                 జనక కేంద్రక,   కణాల ద్రవ్యరాశుల మొత్తం, మాతృకేంద్రక (Y) ద్రవ్యరాశి కంటే తక్కువ. దీనివల్ల జరిగే ద్రవ్యరాశి తరుగు వెలువడే  కణ గతిశక్తి, జనక కేంద్ర ప్రత్యావర్తన (Recoil) శక్తిగా మారుతుంది.

* వీటికి అయనీకరణ సామర్థ్యం చాలా ఎక్కువ, చొచ్చుకుని పోయే సామర్థ్యం చాలా తక్కువ.

 

బీటా వికిరణం:    అస్థిర కేంద్రకంలో ప్రోటాన్ల కంటే, న్యూట్రాన్ల సంఖ్య అధికంగా ఉంటే,-- స్థిరత్వాన్ని పొందడానికి కేంద్రకం వెలువరించే ఎలక్ట్రాన్లు   - వికిరణాలు.
కేంద్రకంలోని ఒక న్యూట్రాన్ (n0), ప్రోటాన్ (p+) ఎలక్ట్రాన్ (e-) యాంటీన్యూట్రినో (v) లుగా విడిపోవడం వల్ల - వికిరణాలు వెలువడుతాయి.
                                           n0 
      p+  +  e - +  (v)
    వికిరణం కంటే తక్కువ కానీ చొచ్చుకునిపోయే సామర్థ్యం ఎక్కువ.

గామా  వికిరణం: కేంద్రకాలు  లేదా రెండింటినీ ఉద్గారం చేస్తే, కేంద్రకాలు ఉత్తేజితమై, అస్థిరమవుతాయి. ఉత్తేజిత కేంద్రకం  కిరణాల (ఫోటాన్ల) రూపంలో శక్తిని కోల్పోయి స్థిరత్వాన్ని పొందుతాయి.  వికిరణ ఉద్గారం వల్ల జనక కేంద్రక పరమాణు సంఖ్య, ద్రవ్యరాశి సంఖ్యల్లో ఎలాంటి మార్పు రాదు. 
              

పాజిట్రాన్ (Positron) ఉద్గారం (లేదా)  + వికిరణం: అస్థిర కేంద్రకంలోని ఒక ప్రోటాన్, న్యూట్రాన్, పాజిట్రాన్ న్యూట్రినోలుగా విడిపోతూ స్థిరత్వాన్ని పొందే ప్రక్రియను ధన బీటా (  +) వికిరణం అంటారు.
                                p+  
     n0   +   e+   +   v 
             ఎలక్ట్రాన్‌ను పోలి ధనావేశాన్ని కలిగి ఉండే, ఎలక్ట్రాన్ ప్రతి కణాన్ని (Anti Particle) పాజిట్రాన్ అంటారు. ధన బీటా వికిరణం పాజిట్రాన్ల సముదాయం.
ఎలక్ట్రాన్ శోషణం: ధన బీటా ఉద్గారం సాధ్యంకాని కేంద్రకాల్లో, కేంద్రక ప్రోటాన్ పరమాణు అతి అంతర ఎలక్ట్రాన్ కర్పరం (Innermost Electron Shell) నుంచి ఎలక్ట్రాన్ గ్రహించి న్యూట్రాన్‌గా మారుతుంది.
                              p+   +   e -  
      n0

రేడియోధార్మిక శ్రేణులు: సహజ రేడియో ధార్మికతను ప్రదర్శించే కేంద్రక మూలకం, స్వచ్ఛందంగా విఘటనం చెంది ఏర్పరిచే జనక మూలకం కూడా రేడియోధార్మికతతో ఉంటుంది. ఈ విధంగా జనక కేంద్రకాలు, తిరిగి మాతృ కేంద్రకాలుగా మారి విఘటన పరంపరను కొనసాగిస్తాయి. విఘటన పరంపరలో పాల్గొన్న మూలక కేంద్రకాల శ్రేణిని రేడియోధార్మిక శ్రేణి అంటారు. రేడియో ధార్మిక శ్రేణి స్థిర మూలకం (సీసం లేదా బిస్మత్) తో అంతం అవుతుంది. సహజ రేడియోధార్మిక శ్రేణులైన యురేనియం ఆక్టీనియం, థోరియం శ్రేణుల స్థిర లేదా అంత్యమూలక కేంద్రకం సీసం. కృత్రిమ రేడియోధార్మిక శ్రేణి అయిన నెప్ట్యూనియం శ్రేణి అంత్య మూలకం బిస్మత్. 
             థోరియం శ్రేణిలోని మూలక భారాలన్నీ 4తో నిశ్శేషంగా భాగితమైతే, మిగతా శ్రేణుల్లో వరుసగా 1, 2, 3 శేషం వస్తుంది.

Posted Date : 13-10-2020

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.

 

కానిస్టేబుల్స్‌ : ప్రిలిమ్స్

పాత ప్రశ్నప‌త్రాలు

 

విద్యా ఉద్యోగ సమాచారం

 

నమూనా ప్రశ్నపత్రాలు

 

లేటెస్ట్ నోటిఫికేష‌న్స్‌