क्या रेडियोधर्मी पदार्थ का आधा जीवन काल घट जाता है यदि उसका तापमान बढ़ता है?
यदि उच्च तापमान पर परमाणु एक-दूसरे या उत्सर्जित फोटॉन के साथ अधिक तीव्रता से बातचीत कर रहे हैं जो कोर कंपन भी कर सकता है। क्या इन परिस्थितियों में रेडियोधर्मी सामग्री के तेजी से विखंडन की संभावना है? क्या इसका उपयोग रेडियोधर्मी कचरे से छुटकारा पाने के लिए किया जा सकता है?
जवाब
रेडियोधर्मिता की खोज के बाद के वर्षों में, भौतिकविदों और रसायनज्ञों (याद रखें कि रदरफोर्ड को रसायन विज्ञान के लिए नोबेल पुरस्कार दिया गया था!) ने रेडियोधर्मी पदार्थों के ताप के प्रभाव की जांच की। वे गतिविधि पर कोई प्रभाव नहीं तलाश सकते थे, और इसलिए आधे जीवन पर कोई भी नहीं। यह व्याख्या की गई थी (जैसे ही परमाणु इलेक्ट्रॉनों से घिरा हुआ एक नाभिक के रूप में स्थापित किया गया था) सबूत के रूप में कि नाभिक से विकिरण आया था।
तर्क था - और अभी भी है - कि भट्ठी के तापमान पर भी (3000 K तक) इलेक्ट्रान विन्यास में गड़बड़ी होगी, लेकिन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों से पूरी तरह से छीन लिया जाना दुर्लभ होगा, और हिंसक आंतरिक परमाणु टक्कर बहुत दुर्लभ होगी । केवल ऐसी टक्करों से अस्थिर नाभिक के कण के उत्सर्जन को प्रभावित करने की संभावना होगी।
बहुत अधिक तापमान और घनत्व में (जैसे कि एक टोकामक या एक तारे में) हिंसक आंतरिक टकराव आम होगा, और मुझे लगता है कि अस्थिर नाभिक के आधे जीवन को कम कर दिया जाएगा, लेकिन ऐसा नहीं है, जहां तक मुझे पता है 'साधारण' स्थलीय तापमान पर पता लगाने योग्य।
पहले से ही दो अच्छे और सही उत्तर हैं। विशेष रूप से यह देखते हुए कि ओपी मुख्य रूप से विखंडन प्रक्रियाओं के बारे में पूछता है, ये उत्तर मुख्य भौतिकी पर कब्जा करते हैं। मैं केवल यह बताना चाहूंगा कि नाभिक में क्षय प्रक्रियाएं होती हैं जो तापमान से प्रभावित होती हैं , यहां तक कि कमरे के तापमान के पैमाने पर भी।
एक प्रमुख उदाहरण प्रसिद्ध Mössbauer नाभिक हैं, जो गामा-क्षय की पुनरावृत्ति करते हैं । आइए हम एक विशिष्ट उदाहरण आइसोटोप को देखें और यह क्षय श्रृंखला है। 57Co में रेडियोएक्टिवली (वास्तव में इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा, जो दूसरे उत्तर में एक अन्य उदाहरण के रूप में दिया गया था) का फैसला करता है। क्या अच्छा है कि यह 57Fe के एक उत्साहित परमाणु राज्य में समाप्त होता है, जो बाद में एक गामा-फोटोन जारी करके समाप्त हो जाता है।
ये संक्रमण Mössbauer स्पेक्ट्रोस्कोपी में उपयोग किए जाते हैं और कई अनुप्रयोग होते हैं। एक फोनन स्पेक्ट्रा और जाली कंपन का अध्ययन करना है , जो तापमान से दृढ़ता से प्रभावित होते हैं।
उदाहरण के लिए तथाकथित लैंब-मोसेबॉएर कारक अक्सर सीधे तापमान पर निर्भर होता है, और बदले में सीधे प्राकृतिक रेखा की चौड़ाई के चौड़ीकरण से संबंधित होता है और इसलिए आधे जीवन / क्षय के समय तक।
ध्यान दें कि यह प्रभाव नाभिक पर प्रत्यक्ष प्रभाव से नहीं आता है, लेकिन क्षय चैनलों पर एक प्रभाव और परिणामी परमाणु पुनरावृत्ति से आता है। यह बताता है कि तापमान भिन्नता के ऊर्जा पैमानों को परमाणु क्यों नहीं होना चाहिए।
आप दो अलग-अलग अवधारणाओं को भ्रमित कर रहे हैं। एक रेडियोधर्मी समस्थानिक का आधा जीवन वह दर देता है जिस पर अलग-अलग परमाणु अनायास क्षय करेंगे। संभावना है कि एक फिशाइल सामग्री एक श्रृंखला प्रतिक्रिया से गुजरती है, अपने आधे जीवन से काफी अलग होती है।
रेडियोधर्मी क्षय के अधिकांश तरीकों के लिए एक रेडियोधर्मी आइसोटोप का आधा जीवन तापमान, दबाव, रासायनिक बांड, बिजली या चुंबकीय क्षेत्रों जैसे पर्यावरणीय कारकों से स्वतंत्र है। बहुत सटीक प्रयोगों द्वारा इसकी पुष्टि की गई है।
एकमात्र ज्ञात अपवाद यह है कि रेडियोधर्मी क्षय के कुछ मोड जो परमाणु में इलेक्ट्रॉनों को शामिल करते हैं (जैसे इलेक्ट्रॉन कैप्चर ) रासायनिक बांडों से थोड़ा प्रभावित होते हैं जो परमाणु के चारों ओर इलेक्ट्रॉन के गोले के आकार को बदल सकते हैं। अधिक जानकारी के लिए यह विकिपीडिया लेख देखें ।
तापमान पर (और कई अन्य पर्यावरणीय कारकों पर) निर्भर है, एक विखंडन सामग्री का न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन है - संभावना है कि एक न्यूक्लियस के क्षय में उत्सर्जित न्यूट्रॉन दूसरे नाभिक के साथ बातचीत करेगा। यह बदले में यह निर्धारित करता है कि श्रृंखला प्रतिक्रिया होगी या नहीं।
अन्य जवाब कुछ विदेशी मामलों के साथ आए हैं जहां तापमान जैसे बाहरी कारक परमाणु प्रक्रियाओं के कुछ पहलुओं को प्रभावित कर सकते हैं (न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस-सेक्शन)। हालांकि, कुल मिलाकर उत्तर नहीं है, तापमान एक आइसोटोप के आधे जीवन को प्रभावित नहीं करता है।
कोई प्रभाव क्यों नहीं है, इस पर विस्तार करने के लिए, विचार करें कि (जैसा कि आप अपने प्रश्न में उल्लेख करते हैं) जो हम तापमान के रूप में अनुभव करते हैं वह वास्तव में परमाणुओं का कंपन है। आप विभिन्न तापमानों पर परमाणुओं की कंपन ऊर्जा की गणना कर सकते हैं और आप पाएंगे कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्राप्त विशिष्ट तापमान के लिए ऊर्जा कई इलेक्ट्रॉन-वोल्ट (eV) के क्रम की हैं। दूसरी ओर, परमाणु प्रतिक्रियाएँ कुछ मेगा-इलेक्ट्रॉन-वोल्ट (MeV) की ऊर्जा में होती हैं।
इसलिए परमाणु प्रतिक्रियाएं रासायनिक प्रतिक्रियाओं की तुलना में अधिक ऊर्जावान के छह आदेशों के आसपास हैं।
हालांकि, ऊर्जा को जोड़कर परमाणु क्षय में तेजी लाने का एक तरीका है। आपको बस MeVs के पैमाने पर ऊर्जा को जोड़ना होगा। आप एक तीव्र कण किरण का उपयोग करके ऐसा कर सकते हैं। विचार सैद्धांतिक रूप से ध्वनि है , लेकिन यह अभी तक प्रयोगात्मक रूप से विकसित नहीं हुआ है।
एक सापेक्ष प्रभाव है।
विशेष सापेक्षता के अनुसार, एक (अपेक्षाकृत) चलती घड़ी टिक धीमी कर देती है। इसका मतलब यह है कि उच्च गति पर, एक कण क्षय होने से पहले औसत से थोड़ा अधिक समय तक जीवित रहेगा।
एक उच्च तापमान पर, एक गैस में कण तेजी से यात्रा करेंगे, इसलिए वे थोड़ा धीमा हो जाएंगे। प्रभाव वास्तव में छोटा होगा जब तक कि उनकी गति प्रकाश की गति के एक प्रशंसनीय अंश तक नहीं पहुंचती है।
मैंने केवल इस प्रभाव के कण त्वरक और कॉस्मिक किरणों में देखे जाने के बारे में सुना है। इस सिद्धांत को पकड़ना चाहिए कि क्या आप एक गैस को इतना गर्म कर सकते हैं कि रिलेटिविस्टिक प्रभाव अवलोकनीय हो गया है (जो कि कम से कम कहना मुश्किल है), लेकिन उस तापमान पर आपको सभी प्रकार के अन्य परमाणु प्रभाव होने वाले हैं।