• facebook
  • whatsapp
  • telegram

ఆధునిక భౌతికశాస్త్రం

మాక్స్‌ప్లాంక్ క్రీ.శ.1900లో క్వాంటం సిద్ధాంతాన్ని ప్రతిపాదించారు. ఈ సిద్ధాంతాన్ని ప్రతిపాదించిన తర్వాత భౌతిక శాస్త్రంలో జరుగుతున్న అభివృద్ధిని కలిపి ఆధునిక భౌతికశాస్త్రం అంటున్నారు. అందువల్ల మాక్స్‌ప్లాంక్‌ను ఆధునిక భౌతికశాస్త్ర పితామహుడు అని పిలుస్తున్నారు. ఈ సిద్ధాంతాన్ని ప్రతిపాదించినందుకు మాక్స్‌ప్లాంక్‌కు 1918లో నోబెల్ బహుమతి లభించింది.
ఆధునిక భౌతికశాస్త్రంలో మనం అధ్యయనం చేసే అంశాల్లో ముఖ్యమైనవి ప్రాథమిక కణాలు (ఎలక్ట్రాన్లు, ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు), X - కిరణాలు, కాస్మిక్ కిరణాలు, ఐసోటోప్‌లు, రేడియోధార్మికత, కేంద్రక విచ్ఛిత్తి, కేంద్రక సంలీనం, అణురియాక్టర్‌లు.

 

పరమాణువు (Atom)
* ఘన, ద్రవ, వాయు పదార్థాలను విభజించినప్పుడు చివరగా మిగిలే కణం పరమాణువు. పరమాణువు నిర్మాణం గురించి జాన్ డాల్టన్ అధ్యయనం చేశారు.
* పరమాణు కేంద్రకాన్ని రూథర్‌ఫర్డ్ కనుక్కున్నారు. పరమాణు కేంద్రకం పరిమాణం ఒక ఫెర్మిగా ఉంటుంది.
                            1 ఫెర్మి = 10-15 మీ.
* పరమాణు కేంద్రకంలో ధనావేశితాలైన ప్రోటాన్లు, ఎలాంటి ఆవేశం లేని న్యూట్రాన్లు ఉంటాయి.
* వీటిలో కనీసం ఒక ప్రోటాన్, ఒక న్యూట్రాన్‌ను కలిపి ఒక న్యూక్లియాన్ అని పిలుస్తారు.
* పరమాణు కేంద్రకం చుట్టూ రుణావేశితాలైన ఎలక్ట్రాన్లు పరిభ్రమిస్తుంటాయి.

 

ఎలక్ట్రాన్ ఆవిష్కరణ (కాథోడ్ కిరణాలు లేదా β - కిరణాల ఆవిష్కరణ)

* ఎలక్ట్రాన్‌ను మొదటి సారిగా ప్లకర్ గుర్తించారు. కానీ జె.జె. థామ్సన్ ఈ కణాన్ని ప్రయోగాత్మకంగా కనుక్కున్నందుకు అతడికి భౌతిక శాస్త్రంలో 1906లో నోబెల్ బహుమతి లభించింది. ఈ కణాన్ని కనుక్కోవడానికి థామ్సన్ ఉత్సర్గనాళాన్ని(Discharge tube) ఉపయోగించారు.
మానవుడు తొలిసారిగా కనుక్కున్న ఈ ప్రాథమిక కణంపై అనేక మంది శాస్త్రవేత్తలు పరిశోధనలు చేసి, దాని ధర్మాలు, ఉపయోగాలను తెలుసుకున్నారు.

 

ధర్మాలు, ఉపయోగాలు
1) కాథోడ్ కిరణాలకు ఎలక్ట్రాన్ అని పేరు పెట్టిన శాస్త్రవేత్త జాన్‌స్టోనీ. ఎలక్ట్రాన్ నుంచి ఎలక్ట్రిసిటీ, ఎలక్ట్రానిక్స్ అనే పదాలు వచ్చాయి.
2) ఎలక్ట్రాన్లు ఎల్లప్పుడూ రుజు మార్గంలో ప్రయాణిస్తాయని హిటోర్ఫ్ నిరూపించారు.
3) ఈ కణాలు ఎల్లప్పుడూ స్థిరమైన వేగంతో ముందుకు కదులుతాయి.
4) ఒక లోహ పలక ఉపరితలంపైన జింక్ సల్ఫైడ్ లేదా బేరియం ప్లాటినో సైనైడ్ (BPC) లాంటి పదార్థాలతో పూతను పూసి, దానిపై ఎలక్ట్రాన్లు పతనమయ్యేలా చేసినప్పుడు దట్టమైన వెలుగు కనిపిస్తుంది. దీన్ని ప్రతిదీప్తి అంటారు. ఈ ధర్మాన్ని ఆధారంగా చేసుకుని ఎలక్ట్రాన్ల ఉనికిని గుర్తించవచ్చు.
5) ఎలక్ట్రాన్‌కు రుణావేశం ఉంటుందని మొదటిసారిగా పెర్రైన్ గుర్తించారు. కానీ ఈ ఆవేశ విలువను మిల్లికాన్ ప్రయోగాత్మకంగా నిర్ధారించారు.
ఒక ఎలక్ట్రాన్‌కు ఉండే ఆవేశ విలువ e
- = 1.602  × 1019 కులూంబ్‌లు
6) ఎలక్ట్రాన్లు ప్రయాణిస్తున్న మార్గంలో ఫోటోగ్రఫిక్ ఫిల్మ్‌ను అమర్చినట్లయితే ఆ ఫిల్మ్‌పై ఎలక్ట్రాన్ల ఫోటో ఏర్పడుతుంది. ఈ ధర్మాన్ని ఫోటోగ్రఫిక్ ప్లేటు ప్రభావితం చెందడం అని అంటారు.
7) ఎలక్ట్రాన్లు ప్రయాణిస్తున్న మార్గంలో వాయుస్థితిలో ఉన్న పరమాణువులను ఢీకొని వాటిని అయనీకరణం చెందిస్తాయి.
గమనిక: ఒక పరమాణువు బాహ్య కర్పరంలోని ఎలక్ట్రాన్లను తొలగించడం లేదా అదనంగా ఎలక్ట్రాన్లను చేర్చడాన్ని అయనీకరణం అంటారు. ఈ అయనీకరణం జరగాలంటే ఢీకొనే కణానికి ధనావేశం లేదా రుణావేశం ఉండాలి. తటస్థ ఆవేశం ఉన్న కణాల వల్ల (న్యూట్రాన్లు) అయనీకరణం జరగదు.
8) ఎలక్ట్రాన్ ద్రవ్యరాశి m = 9.11 × 10-31 kg గా ఉంటుంది. కాబట్టి ఇది చాలా తేలికైన కణం. అందువల్ల పదార్థంలో ఎలక్ట్రాన్ ఎక్కువ లోతుకు చొచ్చుకొని వెళుతుంది.
ఈ కణం దృఢమైన లోహాల్లోకి (ప్లాటినం, టంగ్‌స్టన్, మాల్బిడినమ్) చొచ్చుకొని వెళ్లినప్పుడు X - కిరణాలు ఉత్పత్తి అవుతాయి.
9) ఎలక్ట్రాన్ విశిష్ట ఆవేశాన్ని (Specific Charge) జె.జె. థామ్సన్ నిర్ధారించారు.

10) విద్యుత్ క్షేత్రం, అయస్కాంత క్షేత్రాల్లో ఎలక్ట్రాన్ వంగి ప్రయాణిస్తుంది. ఈ ధర్మాన్ని అపవర్తనం (Deflection) చెందడం అంటారు.
11) గమనంలోని ఎలక్ట్రాన్‌కు తరంగ స్వభావం ఉంటుందని జె.జె. థామ్సన్ కుమారుడైన జి.పి.థామ్సన్ కనుక్కున్నందుకు అతడికి నోబెల్ బహుమతి లభించింది. ఈ తరంగ స్వభావం ఆధారంగానే ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలన్నీ పనిచేస్తున్నాయి.

      ఉంటాయని ప్రయోగాత్మకంగా విలియం క్రూక్స్ నిరూపించారు.

 

ప్రోటాన్
ప్రోటాన్‌ను మొదటిసారిగా గోల్డ్‌స్టెయిన్ గుర్తించారు. దీన్ని రూథర్‌ఫర్డ్ ప్రయోగాత్మకంగా కనుక్కున్నారు.

ధర్మాలు, ఉపయోగాలు
1) ప్రోటాన్ ఆవేశం అనేది ఎలక్ట్రాన్ ఆవేశానికి సమానంగా ఉండి ధన స్వభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది. అంటే
    e = + 1.602 × 10-19 C

3) విద్యుత్, అయస్కాంత క్షేత్రాల్లో ప్రోటాన్లు వంగి ప్రయాణిస్తాయి.
4) ఈ కణాలు ఫోటోగ్రఫిక్ ప్లేటును ప్రభావితం చేస్తాయి.
5) ప్రోటాన్లు వాయు కణాలను అయనీకరణం చెందిస్తాయి.
6) ప్రోటాన్‌ను హైడ్రోజన్ పరమాణు కేంద్రకంతో సూచిస్తారు. ఈ విశ్వమంతా సూర్యుడు, నక్షత్రాలు లాంటి ప్రోటాన్ కణాలతో (హైడ్రోజన్ అణువులు) నిర్మితమై ఉంది. ఈ కణాలు కేంద్రక సంలీనంలో పాల్గొన్నప్పుడు కాంతి శక్తి వెలువడుతుంది.
గమనిక: న్యూట్రాన్ల సంఖ్య ప్రోటాన్ల సంఖ్యకు సమానంగా లేదా ఎక్కువగా ఉంటుంది. అంతేకాకుండా ప్రోటాన్ల సంఖ్య కంటే న్యూట్రాన్ల సంఖ్య ఎట్టి పరిస్థితిల్లో కూడా తక్కువగా ఉండదు.

 

ఐసోటోపులు (సమస్థానీయాలు)
* వీటిని ఆస్టన్ కనుక్కున్నారు.
* ఒకే పరమాణు సంఖ్య, భిన్నమైన పరమాణు ద్రవ్యరాశులను కల్గిన పరమాణువులను ఐసోటోపులు  అంటారు.
* పరమాణు కేంద్రకంలో అదనంగా న్యూట్రాన్‌లు వచ్చి చేరినప్పుడు ఐసోటోపులు ఏర్పడతాయి.
     
రేడియో ఐసోటోప్స్
 * రేడియో ఐసోటోప్స్‌ను అణురియాక్టర్లలో ఉత్పత్తి చేస్తారు. రేడియో ధార్మికతను ప్రదర్శించడం వల్ల వీటిని 'రేడియో ఐసోటోప్స్' అంటారు.

1) రేడియో అయోడిన్: తాగే నీటిలో తగిన మోతాదులో అయోడిన్ లేనట్లయితే గాయిటర్ వ్యాధి వస్తుంది. కాబట్టి ఈ వ్యాధిని నివారించేందుకు అయోడిన్ ఐసోటోప్‌లను ఉపయోగిస్తారు.
2) రేడియో సోడియం: మానవ శరీరంలో రక్తసరఫరాలోని లోపాలను తెలుసుకోవడానికి, హృదయ స్పందనను నియంత్రించేందుకు ఈ ఐసోటోప్‌లను ఉపయోగిస్తారు.
3) రేడియో ఫాస్ఫరస్: ఈ ఐసోటోప్‌లను కిందివాటిలో ఉపయోగిస్తారు.
i) మెదడులో ఏర్పడిన కణతి స్థానాన్ని గుర్తించేందుకు
ii) ఒక మొక్క లేదా చెట్టు నిర్ణీత సమయంలో పీల్చుకునే నీటి శాతాన్ని అంచనా వేయడానికి
iii) యంత్ర భాగాల అరుగుదల శాతాన్ని అంచనా వేయడం కోసం
 ఈ ఐసోటోప్‌ల నుంచి γ - కిరణాలు విడుదలవుతాయి. వీటికి ఎలాంటి ఆవేశం, ద్రవ్యరాశి ఉండవు. కాబట్టి ఈ కిరణాలు పదార్థంలో ఎక్కువ లోతుకు చొచ్చుకొని వెళతాయి. అందువల్ల క్యాన్సర్ గడ్డలను కరిగించడం కోసం ఈ కిరణాలను ఉపయోగిస్తారు. ఈ పద్ధతిని 'కోబాల్ట్ థెరపీ' అని పిలుస్తారు.
శిలాజాల వయసును అంచనా వేయడానికి ఉపయోగించే ఈ పద్ధతిని 'లిబ్బి' అనే శాస్త్రవేత్త కనుక్కున్నారు.

యురేనియం ఐసోటోప్‌లను ఉపయోగించి భూమి వయసును అంచనా వేయవచ్చు.
గమనిక: భారత అణుశక్తి సంఘం ముంబయిలో బోర్డ్ ఆఫ్ రేడియేషన్ అండ్ ఐసోటోప్ టెక్నాలజీ (BRIT) అనే విభాగాన్ని ఏర్పాటు చేసింది. ఈ విభాగం ఆధ్వర్యంలో మనకు కావాల్సిన రేడియో ఐసోటోప్‌లను ఆయా అణురియాక్టర్లలో ఉత్పత్తి చేసి, వినియోగ స్థలాలకు సరఫరా చేస్తున్నారు.
రేడియో ఐసోటోప్‌ల ఉత్పత్తి, వినియోగంలో ప్రస్తుతం మనదేశం ప్రపంచ దేశాల్లో మొదటి స్థానంలో ఉంది.
X - కిరణాలు
    X - కిరణాలను క్రీ.శ. 1895లో రాంట్‌జెన్ కనుక్కున్నారు. దీనికిగానూ ఈయన భౌతికశాస్త్రంలో తొలి నోబెల్ బహుమతిని (1901) పొందారు.
ధర్మాలు, ఉపయోగాలు
1) X − కిరణాల తరంగదైర్ఘ్య అవధి 0.01 Aº నుంచి 100 Aº వరకు ఉంటుంది. కాబట్టి క్వాంటం

2) X − కిరణాలు ఒక రకమైన విద్యుత్ అయస్కాంత తరంగాలు కావడం వల్ల శూన్యం, గాలిలో వీటి వేగం కాంతివేగానికి
    (C = 3 × 108 m/s) సమానంగా ఉంటుంది.
3) ఈ కిరణాలకు ఎలాంటి ఆవేశం, ద్రవ్యరాశి ఉండవు. అందువల్ల X − కిరణాలు ఒక రకమైన ప్రోటాన్‌ల ప్రవాహం మాత్రమే. ఈ కారణం వల్ల విద్యుత్ క్షేత్రం, అయస్కాంత క్షేత్రాల్లో X − కిరణాలు ఎటువైపు వంగి ప్రయాణించకుండా రుజుమార్గంలో వెళతాయి.
4) X − కిరణాలకు ఆవేశం లేకపోవడం వల్ల అయనీకరణ సామర్థ్యం దాదాపు శూన్యంగా, సమానంగా ఉంటుంది.
5) X − కిరణాలు ఫోటోగ్రఫిక్ ప్లేటును ప్రభావితం చెందిస్తాయి. ఈ ధర్మాన్ని వైద్యరంగంతోపాటు ఇతర రంగాల్లో కూడా ఉపయోగించి X − కిరణాల సహాయంతో ఫోటోను తీస్తారు.
X − కిరణాలను రెండు రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు
కఠిన X − కిరణాలు: ఈ కిరణాల తరంగదైర్ఘ్య అవధి 0.01Aº − 400 Aº వరకు మాత్రమే ఉంటుంది. అంటే కఠిన X - కిరణాల తరంగదైర్ఘ్యం తక్కువగా ఉండటం వల్ల వీటి శక్తి ఎక్కువగా ఉంటుంది. కాబట్టి ఈ కిరణాలు మెత్తగా ఉన్న పదార్థాలతో పాటు దృఢమైన లోహాల ద్వారా కూడా చొచ్చుకుని వెళతాయి.
ఉపయోగాలు
i) పెద్ద బాయిలర్లు, పైపులు, డ్యామ్‌లలో పగుళ్లు గుర్తించడానికి ఉపయోగిస్తారు.
ii) స్మగ్లర్‌ల శరీరంలోని డ్రగ్స్‌ను గుర్తించడానికి ఉపయోగిస్తారు.
iii) విమానాశ్రయాలు, నౌకాశ్రయాలు, దేశ సరిహద్దులు, దర్శనీయ స్థలాల వద్ద ప్రయాణికుల లగేజీని తనిఖీ చేయడానికి ఈ కిరణాలను ఉపయోగిస్తారు.

మృదు X - కిరణాలు: ఈ కిరణాల తరంగదైర్ఘ్య అవధి 4 Aº - 100 Aº వరకు ఉంటుంది. అందువల్ల ఈ కిరణాల శక్తి తక్కువగా ఉండి, కేవలం మెత్తగా ఉన్న రక్తం, మాంసం ద్వారా మాత్రమే చొచ్చుకొని వెళతాయి. దృఢమైన ఎముకల ద్వారా ఈ కిరణాలను చొచ్చుకొని వెళ్లగలవు కాబట్టి వైద్యరంగంలో ఈ కిరణాలను ఉపయోగిస్తారు.
7. కంప్యూటరైజ్డ్ టోమోగ్రఫీ స్కానింగ్‌లో X - కిరణాలను వాడతారు.
8. రోగ నిర్ధారణ కోసం X - కిరణాలను ఉపయోగించడాన్ని రేడియోగ్రఫీ అనీ, రోగనివారణ కోసం ఈ తరంగాలను ఉపయోగించే పద్ధతిని రేడియోథెరపీ అనీ అంటారు. కాబట్టి X - కిరణాలను ఉపయోగించి పనిచేసే డాక్టర్‌ను రేడియాలజిస్ట్ అని పిలుస్తారు.
9. జీర్ణాశయంలో ఉన్న వివిధ అవయవాలను X - కిరణాల ఫోటో తీసే ముందు ఆ రోగికి బేరియం మీల్స్ (బేరియం సల్ఫేట్) అనే రసాయన ద్రావణాన్ని తాగిస్తారు. ఈ రసాయన పదార్థం అనేది X - కిరణాలను కావాల్సిన అవయవాలపై కేంద్రీకృతం చేస్తుంది.
10. X -కిరణాలను ఉత్పత్తి చేసేందుకు కూలిడ్జ్ నాళాన్ని ఉపయోగిస్తారు. ఈ నాళాన్ని సీసం పెట్టెలో భద్రపరుస్తారు. ఎందుకంటే సీసం ద్వారా X - కిరణాలు, ఇతర రేడియోథార్మిక కిరణాలు చొచ్చుకొని వెళ్లలేవు.
కాస్మిక్ కిరణాలు లేదా విశ్వకిరణాలు
    విశ్వంలో ఏదో ఒక చోట జనించిన అత్యంత శక్తిమంతమైన కిరణాలు నిరంతరంగా భూమిని చేరుతున్నాయి. ఈ కిరణాలను విశ్వకిరణాలు లేదా కాస్మిక్ కిరణాలు అని అంటారు. ఈ కిరణాల ఉనికిని తొలిసారిగా సి.టి.ఆర్. విల్సన్ అనే శాస్త్రవేత్త గుర్తించగా, వాటిని మిల్లికన్ అనే శాస్త్రవేత్త ప్రయోగాత్మకంగా కనుక్కున్నారు.

 

 పరమాణు సంఖ్య 31 నుంచి 82 వరకు (సీసం) ఉన్న పరమాణు కేంద్రకాల్లో కులూంబ్ ఆకర్షణ బలాలు క్రమక్రమంగా తగ్గిపోయి, వికర్షణ బలాలు పెరుగుతాయి. కాబట్టి ఈ పరమాణు కేంద్రకాల్లో అస్థిరత్వం (Unstability) క్రమక్రమంగా పెరుగుతుంది.
ఉదా: 36Kr, 56Ba
 పరమాణు సంఖ్య 82 కంటే ఎక్కువగా ఉంటే పరమాణు కేంద్రకాల్లో కులూంబ్ వికర్షణ బలాలు గరిష్ఠంగా, ఆకర్షణ బలాలు చాలా కనిష్ఠంగా ఉంటాయి. కాబట్టి ఇటువంటి పరమాణు కేంద్రకాల్లో అస్థిరత్వం అనేది గరిష్ఠ స్థాయిలో ఉండి, తాము స్థిరత్వం పొందేందుకు తమంతట తాముగా తమలో నుంచి, α, β, γ కిరణాలను బయటకు వెదజిమ్ముతాయి. ఈ ధర్మాన్ని సహజ రేడియోధార్మికత అంటారు.
ఉదా: 92U, 91Th
 సహజ రేడియోధార్మికత అనేది ఆయా పదార్థాల స్వభావంపైన మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది. బాహ్యకారకాలైన ఉష్ణోగ్రత, పీడనాల పైన ఆధారపడి ఉండదు.
 ఒక సహజ రేడియోధార్మికత పదార్థం నుంచి ఒకసారి ఏదో ఒక రేడియోధార్మిక కిరణం అంటే α లేదా β లేదా γ కిరణం మాత్రమే బయటకు వెలువడుతుంది. అంతేకాని ఒకేసారి ఏ రెండూ రేడియోధార్మిక కిరణాలు బయటకు వెలువడవు.

కాస్మిక్ కిరణాలను గురించి అధ్యయనం చేసిన భారత శాస్త్రవేత్తల్లో ముఖ్యులు 
   1) సర్. సి.వి. రామన్
   2) డాక్టర్. విక్రం సారాభాయి
   3) డాక్టర్. హెచ్.జె. బాబా
   4) డాక్టర్. మేఘనాథ్ సాహ.
 * కాస్మిక్ కిరణాల గురించి అధ్యయనం చేసేందుకు భారత శాస్త్రవేత్తలు, నాసా శాస్త్రవేత్తలు సంయుక్తంగా 'అనురాధ' అనే ఉపగ్రహాన్ని అంతరిక్షంలోకి పంపి కాస్మిక్ కిరణాలను అధ్యయనం చేశారు.
 ఈ ఉపగ్రహం కాస్మిక్ కిరణాలకు సంబంధించిన ఎంతో విలువైన సమాచారాన్ని అందించింది.**
నక్షత్రాల రకాలు
పరిమాణాన్ని బట్టి ఈ విశ్వంలో నక్షత్రాలను మూడు రకాలుగా వర్గీకరించారు.
1) భారీ నక్షత్రాలు (Giant Stars): ఈ నక్షత్రాల పరిమాణం చాలా పెద్దగా ఉంటుంది.
    ఉదా: ఎప్సిలాన్, అరిగా
2) మధ్యతరహా నక్షత్రాలు: వీటి పరిమాణం భారీ నక్షత్రాల కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.
     ఉదా: సూర్యుడు.
కృష్ణబిలం (Blackhole)
      నక్షత్ర గురుత్వాకర్షణ బలం ఒకేసారి అనేకరెట్లు పెరిగి తనవైపు వస్తున్న ప్రతి వస్తువును తన కేంద్రం వైపు ఆకర్షిస్తుంది. చిట్టచివరికి తన నుంచి వెలువడే కాంతిని కూడా బయటకు వెళ్లనీయకుండా నిరోధిస్తుంది. నక్షత్రాల ఈ దశను కృష్ణబిలం అని అంటారు. ఈ పేరుపెట్టిన శాస్త్రవేత్త జాన్‌వీలర్. నక్షత్రాల జీవిత చక్రాన్ని డాక్టర్ సుబ్రహ్మణ్య చంద్రశేఖర్ అనే భారత శాస్త్రవేత్త అధ్యయనం చేశారు. ఒక నక్షత్రం బ్లాక్‌హోల్ దశను పొందాలంటే దాని ద్రవ్యరాశి అనేది కనీసం ఒక చంద్రశేఖర్ లిమిట్‌కు సమానంగా ఉండాలని ప్రతిపాదించినందుకుగానూ అతడికి 1983లో నోబెల్ బహుమతి లభించింది.
 ఒక చంద్రశేఖర్ లిమిట్ = 1.4 × సూర్యుడి ద్రవ్యరాశి
                                  = 1.4 × 2 × 1030 కి.గ్రా.
*ఒక నక్షత్రం బ్లాక్‌హోల్ దశకు చేరుకొని దాని ఉపరితలం మాత్రమే విస్ఫోటనం చెందినట్లయితే, ఆ స్థితిని Novae అని అంటారు.
* ఒకవేళ నక్షత్రం మధ్యబిందువు నుంచి విస్ఫోటనం చెంది శకలాలుగా మారినట్లయితే దాన్ని Super novae అని పిలుస్తారు.
 అంతరిక్షంలో వ్యోమగాములు ధరించే స్పేస్ సూట్‌ను ఎక్స్‌ట్రా టెరాస్ట్రియల్ మొబైల్ యూనిట్ (ETMU) అని పిలుస్తారు. దీన్ని ఫైబర్ నైలాన్ అనే పదార్థంతో తయారు చేస్తారు.
ప్రతి స్పేస్‌సూట్‌లో కనీసం 7 పొరలు ఉంటాయి.
అంతరిక్షంలో వ్యోమగాములు చేసే ఏ చర్యనైనా ఎక్స్‌ట్రా వెహిక్యులర్ యాక్టివిటీ (EVA) అని అంటారు.
   ఉదా: స్పేస్‌వాక్‌ని EVA అంటారు.
సహజ రేడియోధార్మికత
సహజ రేడియోధార్మికత అనే ధర్మాన్ని క్రీ.శ. 1896లో హెన్రీ బెకరల్ అనే శాస్త్రవేత్త కనుక్కున్నారు.

* పరమాణు కేంద్రకం పరిమాణం ఒక ఫెర్మిగా ఉంటుంది. ఈ పరమాణు కేంద్రకంలో ధనావేశ ప్రోటాన్లు, తటస్థ ఆవేశం ఉన్న న్యూట్రాన్లు ఉంటాయి. ఈ న్యూక్లియాన్లను పరమాణు కేంద్రకంలో కేంద్రక బలాలు (న్యూక్లియర్ బలాలు) అనేవి బంధించి ఉంచుతాయి.
ఈ విశ్వంలో ఉన్న ఇతర బలాలతో పోల్చినప్పుడు (అయస్కాంత బలాలు, విద్యుత్ బలాలు, గురుత్వాకర్షణ బలాలు) ఈ కేంద్రక బలాలు అనేవి అత్యంత బలమైన బలాలు. ఈ బలాలను గురించి కూలుంబ్ అనే శాస్త్రవేత్త అధ్యయనం చేసి, వాటిని రెండు రకాలుగా వర్గీకరించారు. అవి:
  1. కులూంబ్ ఆకర్షణ బలాలు
  2. వికర్షణ బలాలు
ఈ రెండు రకాల బలాల పరిమాణాన్ని ఆధారంగా చేసుకుని పరమాణువుల స్థిరత్వాన్ని, రేడియోధార్మికతను వివరించవచ్చు.
పరమాణు సంఖ్య 1 నుంచి 30 వరకు ఉన్న పరమాణు కేంద్రకాల్లో కులూంబ్ ఆకర్షణ బలాలు గరిష్ఠంగా, వికర్షణ బలాలు కనిష్ఠంగా ఉంటాయి. కాబట్టి ఇటువంటి పరమాణు కేంద్రకాల్లో స్థిరత్వం ఎక్కువగా ఉంటుంది.
 

* పరమాణు సంఖ్య 31 నుంచి 82 వరకు (సీసం) ఉన్న పరమాణు కేంద్రకాల్లో కులూంబ్ ఆకర్షణ బలాలు క్రమక్రమంగా తగ్గిపోయి, వికర్షణ బలాలు పెరుగుతాయి. కాబట్టి ఈ పరమాణు కేంద్రకాల్లో అస్థిరత్వం (Unstability) క్రమక్రమంగా పెరుగుతుంది.
ఉదా: 36Kr, 56Ba
పరమాణు సంఖ్య 82 కంటే ఎక్కువగా ఉంటే పరమాణు కేంద్రకాల్లో కులూంబ్ వికర్షణ బలాలు గరిష్ఠంగా, ఆకర్షణ బలాలు చాలా కనిష్ఠంగా ఉంటాయి. కాబట్టి ఇటువంటి పరమాణు కేంద్రకాల్లో అస్థిరత్వం అనేది గరిష్ఠ స్థాయిలో ఉండి, తాము స్థిరత్వం పొందేందుకు తమంతట తాముగా తమలో నుంచి, α, β, γ కిరణాలను బయటకు వెదజిమ్ముతాయి. ఈ ధర్మాన్ని సహజ రేడియోధార్మికత అంటారు.
ఉదా: 92U, 91Th
 సహజ రేడియోధార్మికత అనేది ఆయా పదార్థాల స్వభావంపైన మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది. బాహ్యకారకాలైన ఉష్ణోగ్రత, పీడనాల పైన ఆధారపడి ఉండదు.
 ఒక సహజ రేడియోధార్మికత పదార్థం నుంచి ఒకసారి ఏదో ఒక రేడియోధార్మిక కిరణం అంటే α లేదా β లేదా γ కిరణం మాత్రమే బయటకు వెలువడుతుంది. అంతేకాని ఒకేసారి ఏ రెండూ రేడియోధార్మిక కిరణాలు బయటకు వెలువడవు.

∝- కణం
* ఈ కణానికి 2 యూనిట్ల ధనావేశం, 4 యూనిట్ల ద్రవ్యరాశి ఉంటుంది. ఇది జడవాయువైన He పరమాణు కేంద్రకాన్ని పోలి ఉంటుంది.
* ఈ కణంలో రెండు న్యూట్రాన్లు, 2 ప్రోటాన్లు ఉంటాయి. కాబట్టి రేడియోధార్మిక పదార్థం నుంచి α - కణం విడుదల అయినప్పుడు దాని పరమాణు సంఖ్య 2 ప్రమాణాలు, పరమాణు ద్రవ్యరాశి 4 ప్రమాణాలు తగ్గుతుంది.

β -కణం
* పరమాణు కేంద్రకంలో ఒక న్యూట్రాన్ విచ్ఛిన్నం చెందినప్పుడు అది ఒక ప్రోటాన్, ఒక ఎలక్ట్రాన్‌గా విడిపోతుంది. వీటిలో భారయుతమైన ప్రోటాన్ పరమాణు కేంద్రకంలో మిగిలిపోగా, తేలికైన ఎలక్ట్రాన్ బయటకు విడుదల అవుతుంది. ఈ ఎలక్ట్రాన్‌ను β - కిరణం అంటారు. ఇది విడుదల అయినప్పుడు పరమాణు సంఖ్య +1 గా పెరుగుతుంది. కానీ పరమాణు ద్రవ్యరాశిలో ఎలాంటి మార్పు ఉండదు.
 

 ⋋- కిరణం
  ఈ కిరణానికి ఎటువంటి ఆవేశం, ద్రవ్యరాశి ఉండవు. అందువల్ల ఇది శక్తిని మోసుకువెళ్లే ఒక రకమైన విద్యుత్ అయస్కాంత తరంగం. ఈ కారణం వల్ల γ - కిరణం విడుదల అయినప్పుడు పరమాణు ద్రవ్యరాశి, పరమాణు సంఖ్యలో ఎలాంటి మార్పు ఉండదు. కానీ ఆ పరమాణ కేంద్రకంలోని శక్తిలో కొంతభాగం తగ్గిపోతుంది.***
* విద్యుత్ క్షేత్రం, అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా రేడియోధార్మిక కిరణాలు ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు ధనావేశం ఉన్న α -   కణాలు రుణ ఫలకం వైపు, రుణావేశం ఉన్న β - కణాలు ధన ఫలకం వైపు ప్రయాణిస్తాయి.
ఒక పదార్థంలోకి రేడియోధార్మిక కిరణాలు చొచ్చుకొని వెళ్లే సామర్థ్యాన్ని ఈ విధంగా తెలపవచ్చు.
                                                     
సహజ రేడియోధార్మికతను కొలిచేందుకు ఉపయోగించే ప్రమాణాలు
1. క్యూరీ:

1 క్యూరీ = 3.7 ×1010 విఘటనాలు/ సెకను - ఇది అంతర్జాతీయ ప్రమాణం.
చిన్న ప్రమాణం: మిల్లీ క్యూరీ
1 మిల్లీ క్యూరీ = 3.7  × 107 విఘటనాలు/ సెకను

2. రూథర్ ఫర్డ్
      1 రూథర్ ఫర్డ్ = 106 విఘటనాలు/సెకను
3. బెకరల్
      1 బెకరల్ = 1 విఘటనం/ సెకను (ఇది అన్నిటికంటే చిన్న ప్రమాణం)
రేడియోధార్మిక కిరణాల ఉనికిని తెలుసుకునేందుకు ఉపయోగించే సాధనాలు
    1) గిగ్గర్ ముల్లర్ కౌంటర్
    2) బబుల్ ఛాంబర్
    3) సింటిలేషన్ కౌంటర్
    4) క్లౌడ్ ఛాంబర్
అర్ధజీవిత కాలం
* ఒక రేడియోధార్మిక పదార్థం తనలో నుంచి రేడియోధార్మిక కిరణాలను విడుదల చేస్తూ అసలు ద్రవ్యరాశిలో సగం ద్రవ్యరాశిగా మార్పు చెందడానికి కావాల్సిన సమయాన్ని అర్ధజీవిత కాలం అంటారు.
* ఈ అర్ధజీవిత కాలం ఆయా రేడియోధార్మిక పదార్థాల స్వభావంపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది. కాబట్టి వేర్వేరు సహజ రేడియోధార్మిక పదార్థాల అర్ధ జీవితకాలాలు వేర్వేరుగా ఉంటాయి.
* ప్రతి సహజ రేడియోధార్మిక పదార్థం తనలో నుంచి రేడియోధార్మిక కిరణాలను విడుదల చేస్తూ సీసం (Pb = 82) ఆకృతిని పొందినప్పుడు స్థిరత్వాన్ని కలిగి రేడియోధార్మికత ఆగిపోతుంది. అందువల్ల సీసం అర్ధజీవిత కాలాన్ని అనంతంగా తీసుకుంటారు.

కృత్రిమ రేడియో ధార్మికత
 * ఒక సిర్థమైన పరమాణు కేంద్రకాన్ని భారయుతమైన కణాలతో ఢీకొనేలా చేసినప్పుడు అది రేడియోధార్మికతను ప్రదర్శిస్తుంది. ఈ పద్ధతిని కృత్రిమ రేడియోధార్మికత అని అంటారు.
 దీన్ని ఐరిన్ క్యూరీ, ఫ్రెడ్రిక్ జ్యూలియట్ క్యూరీ కనుక్కున్నారు.
ఉదా: ప్లూటోనియం, నెఫ్ట్యూనియం, క్యూరియం, ఫెర్మియం, ఐన్‌స్టీనియం, లారెన్షియం, స్ట్రాన్షియం.
* ప్లూటోనియాన్ని అత్యుత్తమ అణు ఇంధనంగా పరిగణిస్తారు.
* స్ట్రాన్షియం 90 అనే రేడియోధార్మిక కిరణాలు మానవ శరీరంపై పడినప్పుడు చర్మ క్యాన్సర్ వస్తుంది.
ఐన్‌స్టీన్
ఈ శాస్త్రవేత్త చేసిన పరిశోధనల్లో ముఖ్యమైనవి
1. ద్రవ్యరాశి శక్తితుల్యతా నియమం
   E = mc2        
   E = శక్తి
   m = ద్రవ్యరాశి
    c = కాంతి వేగం
2. సాపేక్ష సిద్ధాంతం
3. కాంతి విద్యుత్ ఫలిత సమీకరణం
 ఈ సమీకరణాన్ని ప్రతిపాదించినందుకు 1921లో ఐన్‌స్టీన్‌కి నోబెల్ బహుమతి లభించింది. ఈయనను మిలీనియం శాస్త్రవేత్తగా గుర్తించి గౌరవించారు.
కేంద్రక విచ్ఛిత్తి (Nuclear Fission)
      పరమాణు సంఖ్య 82 కంటే ఎక్కువగా ఉన్న పరమాణు కేంద్రకాలను తటస్థ ఆవేశం ఉన్న ఒక న్యూట్రాన్‌తో తాడనం చెందించినప్పుడు అది విచ్ఛిన్నం చెంది, దాదాపు సరిసమానమైన రెండు కొత్త పరమాణు కేంద్రకాలుగా విడిపోయి వాటిలో నుంచి కొన్ని న్యూట్రాన్లు, అత్యధిక అణుశక్తి విడుదల కావడాన్ని కేంద్రక విచ్ఛిత్తి అని అంటారు. ఈ పద్ధతిని ఒట్టోహాన్, స్ట్రాస్‌మాన్ అనే శాస్త్రవేత్తలు కనుకున్నారు.
ఉదా: ఒక యురేనియం పరమాణువును న్యూట్రాన్‌తో తాడనం చెందించినపుడు, అది విచ్ఛిన్నం చెంది Kr, Ba గా విడిపోయినపుడు వాటిలో నుంచి మూడు న్యూట్రాన్లు, 200 MeV శ‌క్తి విడుద‌ల అవుతుంది.
     
యురేనియం, థోరియం, ప్లూటోనియం అనేవి కేంద్రక విచ్ఛిత్తికి లోనవుతాయి. అందువల్ల ఈ పదార్థాలను విచ్ఛిత్తిశీల పదార్థాలు లేదా అణు ఇంధనాలు అంటారు.
* వీటిలో యురేనియం పిచ్‌బ్లెండ్ రూపంలో, థోరియం మోనజైట్ రూపంలో భూమిలో లభిస్తాయి.
ప్లూటోనియం మానవులు తయారు చేసిన కృత్రిమ రేడియోధార్మిక పదార్థం.

గొలుసు చర్య లేదా శృంఖల చర్య (Chain Reaction)
* విచ్ఛిత్తిశీల పదార్థంలో కేంద్రక విచ్ఛిత్తి తనంతట తానుగా అన్ని కణాలకు విస్తరించడాన్ని గొలుసు చర్య లేదా శృంఖల చర్య అని అంటారు.
* గొలుసు చర్యలో సెకను కాలంలో విచ్ఛిన్నమైన పరమాణువుల సంఖ్యను గొలుసుచర్యా రేటు లేదా విచ్ఛిత్తి రేటు అంటారు.
* ఈ గొలుసుచర్యా రేటు అనేది రెండు విషయాలపైన ఆధారపడి ఉంటుంది.
1. అణు ఇంధన స్వభావం,
2. న్యూట్రాన్ల వేగం
* గొలుసుచర్యా జరగడానికి కావాల్సిన సమయం కేవలం 10-8సెకన్లు. దీన్ని ఒక షేక్ (shake)అంటారు.
    ... 1 షేక్ = 10-8 సెకన్లు.
* కాలాన్ని కొలవడానికి ఉపయోగించే అతి చిన్న ప్రమాణం షేక్.
* కాలాన్ని కొలవడానికి ఉపయోగించే అతి పెద్ద ప్రమాణం కాస్మిక్ సంవత్సరం.
* కాస్మిక్ సంవత్సరం = 250 బిలియన్ సంవత్సరాలు (సుమారు)
సూర్యుడు ఒకసారి ఈ విశ్వాన్ని చుట్టి రావడానికి పట్టే సమయాన్ని కాస్మిక్ సంవత్సరం అంటారు.
* గొలుసు చర్యలో వెలువడే న్యూట్రాన్ల సగటు సంఖ్య 2.5 మాత్రమే. గొలుసు చర్యను రెండు రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు.

 

 అనియంత్రిత గొలుసు చర్య
   గొలుసు చర్యలో పాల్గొన్న న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని ఏ దశలోనైనా నియంత్రించలేనట్లయితే అది నిరంతరంగా కొనసాగుతుంది.
ఉదా: అణుబాంబులు
  అణుబాంబుల నిర్మాణంలో కేంద్రక విచ్ఛిత్తి అనే సూత్రం ఇమిడి ఉంటుంది. దీని నుంచి అనియంత్రిత గొలుసు చర్య పద్ధతిలో అణుశక్తి విడుదల అవుతుంది.
  అణుబాంబులను నిర్మించిన తర్వాత వాటిని అల్యూమినియం పాత్రలో భద్రపరుస్తారు. ఎందుకంటే 'Al'' ద్వారా న్యూట్రాన్లు చొచ్చుకొని వెళ్లగలవు.
నియంత్రిత గొలుసు చర్య
   గొలుసు చర్యలో పాల్గొనే న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని తగ్గించినట్లయితే ఈ చర్య అదుపులోకి వస్తుంది. ఈ పద్ధతిలో వెలువడిన అణుశక్తిని మానవాళి ప్రయోజనం కోసం ఉపయోగించవచ్చు.
ఉదా: అణు రియాక్టర్
న్యూక్లియర్ రియాక్టర్
 * అణురియాక్టర్ నిర్మాణంలో కేంద్రక విచ్ఛిత్తి అనే సూత్రం ఇమిడి ఉంటుంది. ఈ రియాక్టర్ నుంచి నియంత్రిత గొలుసు చర్య పద్ధతిలో అణుశక్తి విడుదల అవుతంది.
         
* మొదటి అణురియాక్టర్‌ను ఫెర్మీ అనే శాస్త్రవేత్త 1942 డిసెంబరులో అమెరికాలోని చికాగోలో నిర్మించారు. అందుకే ఇతణ్ని అణురియాక్టర్ పితామహుడు అంటారు.
ప్రతి న్యూక్లియర్ రియాక్టర్‌లో కింది భాగాలు ఉంటాయి
1) అణు ఇంధనాలు (Core): యురేనియం, థోరియం, ప్లూటోనియం లాంటి వాటిని చిన్న కడ్డీలుగా తయారు చేసి అణురియాక్టర్లలో వివిధ వరుసల్లో పేరుస్తారు. ఈ వ్యవస్థను కోర్ అని అంటారు.
2) మితకారులు: న్యూక్లియర్ రియాక్టర్లలో న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని తగ్గించి గొలుసు చర్యను అదుపు చేయడం కోసం మితకారులను ఉపయోగిస్తారు.
ఉదా: భారజలం (D2O), గ్రాఫైట్ కడ్డీలు, దృఢమైన ప్లాస్టిక్ పదార్థాలు.
గమనిక: భారజలాన్ని 'యూరే' అనే శాస్త్రవేత్త కనుకున్నారు దీన్ని హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్ అయిన డ్యుటీరియంతో తయారు చేస్తారు. కాబట్టి భారజలాన్ని 'డ్యుటీరియం ఆక్సైడ్' అని కూడా అంటారు.
3) నియంత్రకాలు: న్యూక్లియర్ రియాక్టర్‌లోని న్యూట్రాన్లను శోషించుకొని, గొలుసు చర్యను అదుపు చేసేందుకు (ఆపడానికి) నియంత్రకాలను ఉపయోగిస్తారు.
నియంత్రక కడ్డీలుగా కాడ్మియం, బోరాన్, స్టీల్ కడ్డీలను వాడతారు.
4) కూలెంట్: న్యూక్లియర్ రియాక్టర్‌లో స్టీల్ పైపులు అమర్చి వాటి నుంచి నీటిని లేదా భారజలాన్ని ప్రవహింపజేసినప్పుడు రియాక్టర్‌లోని ఉష్ణం శోషించుకొని బయటకు వెళ్లడం వల్ల ఆ రియాక్టర్ ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది.

5) షీల్డింగ్: అణురియాక్టర్‌పైన ప్రత్యేకమైన పై కప్పును Al, Pb, Concretల మిశ్రమంతో నిర్మిస్తారు. రియాక్టర్ సామర్థ్యాన్ని బట్టి ఈ పైకప్పు మందం 7 అడుగుల నుంచి 10 మీటర్ల వరకు ఉంటుంది.
    రియాక్టర్ నుంచి వెలువడే హానికరమైన రేడియోధార్మిక కిరణాలు ఈ పై కప్పును తాకి, పరావర్తనం చెంది వెనకకు వస్తాయి. అందువల్ల రియాక్టర్ పరిసరాలకు ఎటువంటి ప్రమాదం జరుగదు.
గమనిక: రియాక్టర్‌ను నిర్మించిన తర్వాత అది అణుశక్తిని ఉత్పత్తి చేసే దశకు చేరుకున్నట్లయితే, ఆ దశను 'సందిగ్ధ స్థితి' అంటారు.
కేంద్రక సంలీనం (Nuclear Fussion)
* రెండు తేలికైన పరమాణు కేంద్రకాలు కలిసి ఏకకేంద్రంగా మారినప్పుడు అత్యధిక శక్తి విడుదల అవుతుంది. దీన్ని కేంద్రక సంలీనం అంటారు.
ఉదా: రెండు ప్రోటాన్లు కేంద్రక సంలీనంలో పాల్గొని డ్యుటీరియంగా మారినప్పుడు సుమారు 26.8 MeV శక్తి విడుదల అవుతుంది.
     
* సాధారణ గది ఉష్ణోగ్రత పీడనాల వద్ద ప్రోటాన్లు పరస్పరం వికర్షించుకుని ఒకదాని నుంచి మరొకటి దూరంగా వెళ్లడం వల్ల కేంద్రక సంలీనం జరగదు. కాబట్టి, సుమారు 20 మిలియన్ డిగ్రీల సెల్సియస్ ఉష్ణోగ్రత, అత్యధిక పీడనం వద్ద ప్రోటాన్లు అధిక వేగంతో ప్రయాణిస్తూ తమ మధ్య ఉన్న వికర్షణ బలాన్ని అధిగమించి కేంద్రక సంలీనంలో పాల్గొంటాయి. ఈ విధంగా కేంద్రక సంలీనం అనేది అత్యధికమైన ఉష్ణోగ్రతా పీడనాల వద్ద జరగడం వల్ల దీన్ని 'ఉష్ణకేంద్రక చర్యలు' లేదా 'థర్మో న్యూక్లియర్ రియాక్షన్స్' అంటారు.
 *సూర్యుడు, నక్షత్రాలపైన అత్యధిక ఉష్ణోగ్రత పీడనాల వద్ద వాటిలో ఉన్న ప్రోటాన్లు నిరంతరంగా కేంద్రక సంలీనంలో పాల్గొని, కాంతి శక్తిని విడుదల చేస్తుంది.
           
   
                                  

 


 


 

 

 

 

 


 

Posted Date : 02-02-2021

గమనిక : ప్రతిభ.ఈనాడు.నెట్‌లో కనిపించే వ్యాపార ప్రకటనలు వివిధ దేశాల్లోని వ్యాపారులు, సంస్థల నుంచి వస్తాయి. మరి కొన్ని ప్రకటనలు పాఠకుల అభిరుచి మేరకు కృత్రిమ మేధస్సు సాంకేతికత సాయంతో ప్రదర్శితమవుతుంటాయి. ఆ ప్రకటనల్లోని ఉత్పత్తులను లేదా సేవలను పాఠకులు స్వయంగా విచారించుకొని, జాగ్రత్తగా పరిశీలించి కొనుక్కోవాలి లేదా వినియోగించుకోవాలి. వాటి నాణ్యత లేదా లోపాలతో ఈనాడు యాజమాన్యానికి ఎలాంటి సంబంధం లేదు. ఈ విషయంలో ఉత్తర ప్రత్యుత్తరాలకు, ఈ-మెయిల్స్ కి, ఇంకా ఇతర రూపాల్లో సమాచార మార్పిడికి తావు లేదు. ఫిర్యాదులు స్వీకరించడం కుదరదు. పాఠకులు గమనించి, సహకరించాలని మనవి.

 

జనరల్ స్టడీస్ అండ్ జనరల్ ఎబిలిటీస్

పాత ప్రశ్నప‌త్రాలు

 
 

నమూనా ప్రశ్నపత్రాలు

 

లేటెస్ట్ నోటిఫికేష‌న్స్‌