परमाणु विकिरण कैसे काम करता है

आपने शायद लोगों को कल्पना और वास्तविक जीवन दोनों में विकिरण के बारे में बात करते सुना होगा। उदाहरण के लिए, जब एंटरप्राइज़ " स्टार ट्रेक " पर किसी तारे के पास जाता है , तो चालक दल का एक सदस्य विकिरण के स्तर में वृद्धि के बारे में चेतावनी दे सकता है। टॉम क्लैन्सी की पुस्तक "द हंट फॉर रेड अक्टूबर" में, एक रूसी पनडुब्बी में विकिरण रिसाव के साथ एक परमाणु रिएक्टर दुर्घटना होती है जो चालक दल को जहाज छोड़ने के लिए मजबूर करती है। थ्री माइल आइलैंड और चेरनोबिल में , परमाणु ऊर्जा संयंत्रों ने परमाणु दुर्घटनाओं के दौरान वातावरण में रेडियोधर्मी पदार्थ छोड़े। और मार्च 2011 में जापान में आए भूकंप और सूनामी के बाद , एक परमाणु संकट ने विकिरण के बारे में आशंकाएं और प्रश्न उठाएपरमाणु ऊर्जा की सुरक्षा ।

परमाणु विकिरण बेहद फायदेमंद और बेहद खतरनाक दोनों हो सकता है। यह सिर्फ इस बात पर निर्भर करता है कि आप इसका उपयोग कैसे करते हैं। एक्स-रे मशीन, कुछ प्रकार के नसबंदी उपकरण और परमाणु ऊर्जा संयंत्र सभी परमाणु विकिरण का उपयोग करते हैं - लेकिन ऐसा ही परमाणु हथियार करते हैं । परमाणु सामग्री (अर्थात, परमाणु विकिरण उत्सर्जित करने वाले पदार्थ) काफी सामान्य हैं और कई अलग-अलग तरीकों से हमारी सामान्य शब्दावली में अपना रास्ता खोज लिया है। आपने शायद निम्नलिखित में से कई शब्दों को सुना (और इस्तेमाल किया) है:

ये सभी शब्द इस तथ्य से संबंधित हैं कि इन सभी का परमाणु तत्वों से कुछ लेना-देना है, या तो प्राकृतिक या मानव निर्मित। लेकिन वास्तव में विकिरण क्या है? यह इतना खतरनाक क्यों है? इस लेख में, हम परमाणु विकिरण को देखेंगे ताकि आप समझ सकें कि यह वास्तव में क्या है और यह आपके जीवन को दैनिक आधार पर कैसे प्रभावित करता है।

अंतर्वस्तु

1. "परमाणु विकिरण" में "परमाणु"
2. रेडियोधर्मी क्षय
3. एक "प्राकृतिक" खतरा

आइए शुरुआत से शुरू करें और समझें कि "परमाणु विकिरण" में "परमाणु" शब्द कहां से आया है। यहाँ कुछ ऐसा है जिसके साथ आपको पहले से ही सहज महसूस करना चाहिए: सब कुछ परमाणुओं से बना है । परमाणु आपस में अणुओं में बंधते हैं । तो एक पानी का अणु दो हाइड्रोजन परमाणुओं से बना होता है और एक ऑक्सीजन परमाणु एक इकाई में एक साथ बंधे होते हैं। क्योंकि हम प्राथमिक विद्यालय में परमाणुओं और अणुओं के बारे में सीखते हैं, हम उन्हें समझते हैं और उनके साथ सहज महसूस करते हैं। प्रकृति में, आप जो भी परमाणु पाते हैं, वह 92 प्रकार के परमाणुओं में से एक होगा, जिसे तत्व भी कहा जाता है । तो पृथ्वी पर हर पदार्थ - धातु, प्लास्टिक, बाल, कपड़े, पत्ते, कांच - प्रकृति में पाए जाने वाले 92 परमाणुओं के संयोजन से बना है। तत्वों की आवर्त सारणीआप रसायन विज्ञान वर्ग में प्रकृति में पाए जाने वाले तत्वों के साथ-साथ कई मानव निर्मित तत्वों की सूची देखते हैं।

प्रत्येक परमाणु के अंदर तीन उप- परमाणु कण होते हैं : प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन परमाणु के नाभिक का निर्माण करने के लिए एक साथ जुड़ते हैं , जबकि इलेक्ट्रॉन नाभिक को घेरते और परिक्रमा करते हैं। प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के विपरीत चार्ज होते हैं और इसलिए एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं (इलेक्ट्रॉन नकारात्मक होते हैं और प्रोटॉन सकारात्मक होते हैं, और विपरीत चार्ज आकर्षित होते हैं), और ज्यादातर मामलों में एक परमाणु के लिए इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन की संख्या समान होती है (परमाणु को प्रभारी तटस्थ बनाते हैं) . न्यूट्रॉन तटस्थ हैं। नाभिक में इनका उद्देश्य प्रोटॉनों को आपस में बांधना होता है। क्योंकि सभी प्रोटॉनों का आवेश समान होता है और वे स्वाभाविक रूप से एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, न्यूट्रॉन नाभिक में प्रोटॉन को कसकर एक साथ रखने के लिए "गोंद" के रूप में कार्य करते हैं।

नाभिक में प्रोटॉन की संख्या परमाणु के व्यवहार को निर्धारित करती है। उदाहरण के लिए, यदि आप एक नाभिक बनाने के लिए 13 प्रोटॉनों को 14 न्यूट्रॉन के साथ जोड़ते हैं और फिर उस नाभिक के चारों ओर 13 इलेक्ट्रॉनों को घुमाते हैं, तो आपके पास एक एल्यूमीनियम परमाणु है। यदि आप लाखों एल्युमिनियम परमाणुओं को एक साथ समूहित करते हैं तो आपको एक पदार्थ मिलता है जो कि एल्युमिनियम है - आप इससे एल्युमिनियम के डिब्बे, एल्युमिनियम फॉयल और एल्युमिनियम साइडिंग बना सकते हैं। प्रकृति में आपको जो भी एल्युमिनियम मिलता है उसे एल्युमिनियम-27 कहते हैं। "27" परमाणु द्रव्यमान संख्या है - नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की संख्या का योग। अगर आप एल्युमिनियम का एक परमाणु लेकर बोतल में भरकर कई करोड़ साल में वापस आ जाएं, तो भी वह एल्युमिनियम का परमाणु ही रहेगा। इसलिए एल्युमिनियम-27 को स्थिर कहा जाता हैपरमाणु। लगभग 100 साल पहले तक यह माना जाता था कि सभी परमाणु इसी तरह स्थिर होते हैं।

कई परमाणु विभिन्न रूपों में आते हैं। उदाहरण के लिए, तांबे के दो स्थिर रूप होते हैं: तांबा -63 (सभी प्राकृतिक तांबे का लगभग 70 प्रतिशत) और तांबा -65 (लगभग 30 प्रतिशत)। दो रूपों को आइसोटोप कहा जाता है । तांबे के दोनों समस्थानिकों के परमाणुओं में 29 प्रोटॉन होते हैं, लेकिन तांबे -63 परमाणु में 34 न्यूट्रॉन होते हैं जबकि तांबे -65 परमाणु में 36 न्यूट्रॉन होते हैं। दोनों समस्थानिक कार्य करते हैं और समान दिखते हैं, और दोनों स्थिर हैं।

लगभग 100 साल पहले तक जो हिस्सा नहीं समझा गया था, वह यह है कि कुछ तत्वों में आइसोटोप होते हैं जो रेडियोधर्मी होते हैं. कुछ तत्वों में, सभी समस्थानिक रेडियोधर्मी होते हैं। हाइड्रोजन कई समस्थानिकों वाले तत्व का एक अच्छा उदाहरण है, जिनमें से एक रेडियोधर्मी है। सामान्य हाइड्रोजन, या हाइड्रोजन -1 में एक प्रोटॉन होता है और कोई न्यूट्रॉन नहीं होता है (क्योंकि नाभिक में केवल एक प्रोटॉन होता है, न्यूट्रॉन के बाध्यकारी प्रभावों की कोई आवश्यकता नहीं होती है)। एक और समस्थानिक है, हाइड्रोजन -2 (जिसे ड्यूटेरियम भी कहा जाता है), जिसमें एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है। ड्यूटेरियम प्रकृति में बहुत दुर्लभ है (सभी हाइड्रोजन का लगभग 0.015 प्रतिशत बनाता है), और हालांकि यह हाइड्रोजन -1 की तरह काम करता है (उदाहरण के लिए, आप इससे पानी बना सकते हैं) यह पता चला है कि यह हाइड्रोजन -1 से काफी अलग है। यह उच्च सांद्रता में विषाक्त है। हाइड्रोजन का ड्यूटेरियम समस्थानिक स्थिर होता है। एक तीसरा आइसोटोप, हाइड्रोजन -3 (जिसे ट्रिटियम भी कहा जाता है) में एक प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। यह पता चला है कि यह आइसोटोप हैअस्थिर । यानी अगर आपके पास ट्रिटियम से भरा कंटेनर है और एक लाख साल में वापस आता है, तो आप पाएंगे कि यह सब हीलियम -3 (दो प्रोटॉन, एक न्यूट्रॉन) में बदल गया है, जो स्थिर है। जिस प्रक्रिया से यह हीलियम में बदल जाता है उसे रेडियोधर्मी क्षय कहा जाता है ।

कुछ तत्व अपने सभी समस्थानिकों में स्वाभाविक रूप से रेडियोधर्मी होते हैं। यूरेनियम ऐसे तत्व का सबसे अच्छा उदाहरण है और प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला सबसे भारी रेडियोधर्मी तत्व है। आठ अन्य प्राकृतिक रूप से रेडियोधर्मी तत्व हैं: पोलोनियम, एस्टैटिन, रेडॉन, फ्रांसियम, रेडियम, एक्टिनियम, थोरियम और प्रोटैक्टीनियम। यूरेनियम से भारी अन्य सभी मानव निर्मित तत्व भी रेडियोधर्मी हैं।

रेडियोधर्मी क्षय एक प्राकृतिक प्रक्रिया है। एक रेडियोधर्मी समस्थानिक का एक परमाणु तीन सामान्य प्रक्रियाओं में से एक के माध्यम से अनायास दूसरे तत्व में क्षय हो जाएगा:

इस प्रक्रिया में, चार अलग-अलग प्रकार की रेडियोधर्मी किरणें उत्पन्न होती हैं:

Americium-241, एक रेडियोधर्मी तत्व जो स्मोक डिटेक्टरों में उपयोग के लिए सबसे अच्छी तरह से जाना जाता है, एक ऐसे तत्व का एक अच्छा उदाहरण है जो अल्फा क्षय से गुजरता है । एक अमेरिकियम-241 परमाणु स्वतः ही एक अल्फा कण को फेंक देगा । एक अल्फा कण दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन से मिलकर बना होता है, जो एक हीलियम -4 नाभिक के बराबर होता है। अल्फा कण के उत्सर्जन की प्रक्रिया में अमरीकियम-241 परमाणु नेपच्यूनियम-237 परमाणु बन जाता है। अल्फा कण दृश्य को उच्च वेग से छोड़ देता है - शायद 10,000 मील प्रति सेकंड (16,000 किमी/सेकंड)।

यदि आप एक अकेले अमेरिकियम-241 परमाणु को देख रहे हैं, तो यह अनुमान लगाना असंभव होगा कि यह अल्फा कण को ​​कब फेंकेगा। हालाँकि, यदि आपके पास अमेरिकियम परमाणुओं का एक बड़ा संग्रह है, तो क्षय की दर काफी अनुमानित हो जाती है। अमेरिकियम-241 के लिए, यह ज्ञात है कि 458 वर्षों में आधे परमाणु क्षय हो जाते हैं। इसलिए, 458 वर्ष अमरीकियम-241 की अर्ध-आयु है। प्रत्येक रेडियोधर्मी तत्व का एक अलग आधा जीवन होता है, जो विशिष्ट आइसोटोप के आधार पर एक सेकंड से लेकर लाखों वर्षों के अंशों तक होता है। उदाहरण के लिए, अमरीकियम-243 का आधा जीवन 7,370 वर्ष है।

ट्रिटियम (हाइड्रोजन-3) एक ऐसे तत्व का अच्छा उदाहरण है जो बीटा क्षय से गुजरता है । बीटा क्षय में, नाभिक में एक न्यूट्रॉन अनायास एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन और एक तीसरे कण में बदल जाता है जिसे एंटीन्यूट्रिनो कहा जाता है। नाभिक इलेक्ट्रॉन और एंटीन्यूट्रिनो को बाहर निकालता है, जबकि प्रोटॉन नाभिक में रहता है। उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन को बीटा कण कहा जाता है । नाभिक एक न्यूट्रॉन खो देता है और एक प्रोटॉन प्राप्त करता है। इसलिए, बीटा क्षय से गुजरने वाला हाइड्रोजन -3 परमाणु हीलियम -3 परमाणु बन जाता है। यदि आप नीचे दिए गए चित्र में "गो" बटन पर क्लिक करते हैं, तो आप न्यूट्रॉन परिवर्तन देख सकते हैं।

में सहज विखंडन , एक परमाणु वास्तव में के बजाय किसी अल्फ़ा या बीटा कण बंद फेंकने की बांट देता है। "विखंडन" शब्द का अर्थ है "विभाजन।" फर्मियम-256 जैसा भारी परमाणु क्षय होने पर लगभग 97 प्रतिशत समय में स्वतः विखंडन से गुजरता है और इस प्रक्रिया में यह दो परमाणु बन जाता है। उदाहरण के लिए, एक फ़र्मियम-256 परमाणु एक क्सीनन-140 और एक पैलेडियम-112 परमाणु बन सकता है, और इस प्रक्रिया में यह चार न्यूट्रॉन ("शीघ्र न्यूट्रॉन" के रूप में जाना जाता है क्योंकि वे विखंडन के समय बाहर निकल जाते हैं) को बाहर निकाल देंगे। ये न्यूट्रॉन अन्य परमाणुओं द्वारा अवशोषित किए जा सकते हैं और परमाणु प्रतिक्रियाओं का कारण बन सकते हैं, जैसे कि क्षय या विखंडन, या वे अन्य परमाणुओं से टकरा सकते हैं, जैसे बिलियर्ड बॉल, और गामा किरणों का उत्सर्जन कर सकते हैं।

न्यूट्रॉन विकिरण का उपयोग गैर-रेडियोधर्मी परमाणुओं को रेडियोधर्मी बनाने के लिए किया जा सकता है; इसका परमाणु चिकित्सा में व्यावहारिक अनुप्रयोग है । न्यूट्रॉन विकिरण बिजली संयंत्रों और परमाणु ऊर्जा से चलने वाले जहाजों में परमाणु रिएक्टरों से और कण त्वरक में, उप-परमाणु भौतिकी का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों से भी बनाया जाता है।

कई मामलों में, एक नाभिक जो अल्फा क्षय, बीटा क्षय या सहज विखंडन से गुजर चुका है, अत्यधिक ऊर्जावान और इसलिए अस्थिर होगा। यह गामा किरण के रूप में जानी जाने वाली विद्युत चुम्बकीय नाड़ी के रूप में अपनी अतिरिक्त ऊर्जा को समाप्त कर देगा । गामा किरणें एक्स-रे की तरह होती हैं, जिसमें वे पदार्थ में प्रवेश करती हैं, लेकिन वे एक्स-रे की तुलना में अधिक ऊर्जावान होती हैं। गामा किरणें ऊर्जा से बनी होती हैं, न कि गतिमान कण जैसे अल्फा और बीटा कण।

जबकि विभिन्न किरणों के विषय में, ब्रह्मांडीय किरणें भी हर समय पृथ्वी पर बमबारी करती रहती हैं। कॉस्मिक किरणें सूर्य से और फटते तारों जैसी चीजों से भी निकलती हैं । अधिकांश कॉस्मिक किरणें (शायद 85 प्रतिशत) प्रकाश की गति के निकट यात्रा करने वाले प्रोटॉन हैं, जबकि शायद 12 प्रतिशत अल्फा कण बहुत तेज़ी से यात्रा कर रहे हैं। वैसे, यह कणों की गति है, जो उन्हें पदार्थ में घुसने की क्षमता देती है। जब वे वायुमंडल से टकराते हैं, तो वे वायुमंडल में परमाणुओं से विभिन्न तरीकों से टकराते हैं, जिससे कम ऊर्जा वाली द्वितीयक ब्रह्मांडीय किरणें बनती हैं। ये द्वितीयक ब्रह्मांडीय किरणें तब मनुष्यों सहित पृथ्वी पर अन्य चीजों से टकराती हैं। हम हर समय द्वितीयक ब्रह्मांडीय किरणों से टकराते हैं, लेकिन हम घायल नहीं होते क्योंकि इन द्वितीयक किरणों में प्राथमिक ब्रह्मांडीय किरणों की तुलना में कम ऊर्जा होती है। बाहरी अंतरिक्ष में अंतरिक्ष यात्रियों के लिए प्राथमिक ब्रह्मांडीय किरणें एक खतरा हैं ।

यद्यपि वे इस अर्थ में "प्राकृतिक" हैं कि रेडियोधर्मी परमाणु स्वाभाविक रूप से क्षय होते हैं और रेडियोधर्मी तत्व प्रकृति का एक हिस्सा हैं, सभी रेडियोधर्मी उत्सर्जन जीवित चीजों के लिए खतरनाक हैं। अल्फा कण, बीटा कण, न्यूट्रॉन, गामा किरणें और ब्रह्मांडीय किरणें सभी आयनकारी विकिरण के रूप में जानी जाती हैं , जिसका अर्थ है कि जब ये किरणें एक परमाणु के साथ परस्पर क्रिया करती हैं तो वे एक कक्षीय इलेक्ट्रॉन को गिरा सकती हैं। एक इलेक्ट्रॉन का नुकसान किसी भी जीवित चीज में कोशिका मृत्यु से लेकर आनुवंशिक उत्परिवर्तन ( कैंसर की ओर अग्रसर ) तक सब कुछ सहित समस्याएं पैदा कर सकता है ।

क्योंकि अल्फा कण बड़े होते हैं, वे पदार्थ में बहुत दूर तक प्रवेश नहीं कर सकते। उदाहरण के लिए, वे कागज की एक शीट में प्रवेश नहीं कर सकते हैं, इसलिए जब वे शरीर के बाहर होते हैं तो उनका लोगों पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। यदि आप अल्फा कणों का उत्सर्जन करने वाले परमाणुओं को खाते हैं या श्वास लेते हैं, तो अल्फा कण आपके शरीर के अंदर काफी नुकसान पहुंचा सकते हैं।

बीटा कण थोड़ी अधिक गहराई तक प्रवेश करते हैं, लेकिन फिर से केवल खाने या साँस लेने पर ही खतरनाक होते हैं; बीटा कणों को एल्युमिनियम फॉयल या प्लेक्सीग्लस की शीट से रोका जा सकता है। गामा किरणें, एक्स-रे की तरह, सीसा द्वारा रोक दी जाती हैं।

न्यूट्रॉन, क्योंकि उनके पास चार्ज की कमी है, बहुत गहराई से प्रवेश करते हैं, और कंक्रीट या तरल पदार्थ जैसे पानी या ईंधन तेल की अत्यधिक मोटी परतों द्वारा सबसे अच्छा रोका जाता है। गामा किरणें और न्यूट्रॉन, क्योंकि वे इतने मर्मज्ञ हैं, मनुष्यों और अन्य जानवरों की कोशिकाओं पर गंभीर प्रभाव डाल सकते हैं। आपने किसी परमाणु उपकरण के बारे में सुना होगा जिसे न्यूट्रॉन बम कहा जाता है । इस बम का पूरा विचार न्यूट्रॉन और गामा किरणों के उत्पादन को अनुकूलित करना है ताकि जीवित चीजों पर बम का अधिकतम प्रभाव पड़े।

जैसा कि हमने देखा, रेडियोधर्मिता "प्राकृतिक" है, और हम सभी में रेडियोधर्मी कार्बन-14 जैसी चीजें होती हैं । पर्यावरण में कई मानव निर्मित परमाणु तत्व भी हैं जो हानिकारक हैं। परमाणु विकिरण इस तरह के परमाणु ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए के रूप में शक्तिशाली लाभ, है बिजली का पता लगाने और परमाणु चिकित्सा और इलाज बीमारी है, साथ ही महत्वपूर्ण खतरों।

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