न्यूक्लियर भौतिकी

न्यूक्लियर भौतिकी भौतिकी की वह शाखा है जो परमाणु नाभिक की संरचना और व्यवहार का अध्ययन करती है। यह एक मौलिक विज्ञान है जिसके अनेक क्षेत्रों में अनुप्रयोग हैं, जिनमें न्यूक्लियर ऊर्जा, न्यूक्लियर चिकित्सा और कण भौतिकी शामिल हैं।

न्यूक्लियर भौतिकी के अनुसंधान ने अनेक महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकियों के विकास को जन्म दिया है, जिनमें न्यूक्लियर रिएक्टर, न्यूक्लियर हथियार और चिकित्सा इमेजिंग उपकरण शामिल हैं। इसने हमें तत्वों की उत्पत्ति और ब्रह्मांड के विकास को समझने में भी सहायता की है।

किसी परमाणु का नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है, जिन्हें बलवान नाभिकीय बल द्वारा एक साथ बांधा जाता है। बलवान नाभिकीय बल प्रकृति के चार मौलिक बलों में से एक है, और यह चारों में सबसे शक्तिशाली है।

न्यूक्लियर भौतिकी अध्ययन का एक चुनौतीपूर्ण परंतु फलदायी क्षेत्र है। इसके लिए गणित और भौतिकी में दृढ़ आधार की आवश्यकता होती है, साथ ही जटिल और खतरनाक पदार्थों के साथ कार्य करने की इच्छा भी चाहिए। तथापि, न्यूक्लियर भौतिकी अनुसंधान के पुरस्कार बड़े हो सकते हैं, वैज्ञानिक ज्ञान के साथ-साथ व्यावहारिक अनुप्रयोगों दोनों की दृष्टि से।

न्यूक्लियर भौतिकी क्या है?

न्यूक्लियर भौतिकी परमाणु के नाभिक का अध्ययन है, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है। यह भौतिकी की वह शाखा है जो पदार्थ के मौलिक घटकों और उनके बीच कार्य करने वाले बलों से संबंधित है। न्यूक्लियर भौतिकी के अनेक क्षेत्रों में अनुप्रयोग हैं, जिनमें न्यूक्लियर ऊर्जा, न्यूक्लियर चिकित्सा और कण भौतिकी शामिल हैं।

नाभिक

नाभिक परमाणु का केंद्रीय मूल है, और इसमें परमाणु का अधिकांश द्रव्यमान होता है। नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है, जिन्हें सशक्त नाभिकीय बल एक साथ रखता है। प्रोटॉन पर सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, जबकि न्यूट्रॉन पर कोई विद्युत आवेश नहीं होता। नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या तत्व की परमाणु संख्या निर्धारित करती है।

नाभिकीय बल

सशक्त नाभिकीय बल प्रकृति के चार मूलभूत बलों में से एक है। यह चारों बलों में सबसे सशक्त है, लेकिन यह बहुत ही छोटी दूरी तक ही कार्य करता है। सशक्त नाभिकीय बल नाभिक में प्रोटॉनों और न्यूट्रॉनों को एक साथ बांधे रखने के लिए उत्तरदायी है।

दुर्बल नाभिकीय बल प्रकृति के चार मूलभूत बलों में से एक अन्य बल है। यह सशक्त नाभिकीय बल की तुलना में बहुत कमजोर है, लेकिन यह अधिक दूरी तक कार्य करता है। दुर्बल नाभिकीय बल कुछ प्रकार की रेडियोधर्मी क्षय के लिए उत्तरदायी है।

नाभिकीय अभिक्रियाएँ

नाभिकीय अभिक्रियाएँ ऐसी प्रक्रियाएँ हैं जो नाभिक की संरचना को बदलती हैं। नाभिकीय अभिक्रियाएँ विभिन्न कारणों से हो सकती हैं, जिनमें दो परमाणुओं की टक्कर, एक फोटॉन का अवशोषण या एक रेडियोधर्मी नाभिक का क्षय शामिल हैं।

नाभिकीय अभिक्रियाएँ बड़ी मात्रा में ऊर्जा मुक्त कर सकती हैं। इस ऊर्जा का उपयोग नाभिकीय रिएक्टरों को चलाने के लिए किया जा सकता है, जो विद्युत उत्पन्न करते हैं। नाभिकीय अभिक्रियाओं का उपयोग नाभिकीय हथियार बनाने के लिए भी किया जा सकता है।

नाभिकीय भौतिकी के अनुप्रयोग

नाभिकीय भौतिकी के अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला है, जिनमें शामिल हैं:

• परमाणु ऊर्जा: परमाणु ऊर्जा संयंत्र परमाणु अभिक्रियाओं का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए करते हैं। परमाणु ऊर्जा ऊर्जा का एक स्वच्छ और कुशल स्रोत है, लेकिन इसमें दुर्घटनाओं की संभावना भी होती है।
• परमाणु चिकित्सा: परमाणु चिकित्सा रोगों का निदान और उपचार करने के लिए रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग करती है। रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग शरीर की इमेजिंग, रोग की प्रगति को ट्रैक करने और लक्षित चिकित्सा देने के लिए किया जा सकता है।
• कण भौतिकी: कण भौतिका पदार्थ के मौलिक घटकों और उनके बीच कार्य करने वाले बलों का अध्ययन है। परमाणु भौतिकी कण भौतिकी में एक भूमिका निभाती है, क्योंकि यह नाभिक की संरचना और उपपरमाणु कणों की अन्योन्यक्रियाओं में अंतर्दृष्टि प्रदान करती है।

निष्कर्ष

परमाणु भौतिकी अध्ययन का एक जटिल और आकर्षक क्षेत्र है। इसके अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, और यह पदार्थ की मौलिक प्रकृति को समझने के लिए आवश्यक है।

परमाणु भौतिकी और परमाणु भौतिकी के बीच अंतर

परमाणु भौतिकी बनाम परमाणु भौतिकी

परमाणु भौतिकी और परमाणु भौतिकी भौतिकी के दो निकट से संबंधित क्षेत्र हैं जो परमाणु और उपपरमाणु स्तरों पर पदार्थ की संरचना और व्यवहार का अध्ययन करते हैं। हालांकि, इन दोनों क्षेत्रों के बीच कुछ प्रमुख अंतर हैं।

परमाणु भौतिकी

परमाणु भौतिकी उस संरचना और व्यवहार का अध्ययन है जो परमाणुओं की होती है, और परमाणु पदार्थ के मूलभूत निर्माण खंड होते हैं। परमाणु भौतिकी वैज्ञानिक परमाणुओं के गुणों—जैसे उनका आकार, द्रव्यमान और ऊर्जा स्तर—का अध्ययन करते हैं। वे यह भी अध्ययन करते हैं कि परमाणु एक-दूसरे से और अन्य पदार्थों के साथ किस प्रकार परस्पर क्रिया करते हैं।

नाभिकीय भौतिकी

नाभिकीय भौतिकी उस संरचना और व्यवहार का अध्ययन है जो परमाणु नाभिकों की होती है, और नाभिक परमाणुओं का केंद्रीय मूलभूत भाग होता है। नाभिकीय भौतिकी वैज्ञानिक नाभिकों के गुणों—जैसे उनका आकार, द्रव्यमान और ऊर्जा स्तर—का अध्ययन करते हैं। वे यह भी अध्ययन करते हैं कि नाभिक एक-दूसरे से और अन्य पदार्थों के साथ किस प्रकार परस्पर क्रिया करते हैं।

मुख्य अंतर

नाभिकीय भौतिकी और परमाणु भौतिकी के बीच मुख्य अंतर इस प्रकार संक्षेपित किए जा सकते हैं:

• परमाणु भौतिकी परमाणुओं की संरचना और व्यवहार का अध्ययन करती है, जबकि नाभिकीय भौतिकी परमाणु नाभिकों की संरचना और व्यवहार का अध्ययन करती है।
• परमाणु भौतिकी वैज्ञानिक परमाणुओं के गुणों—जैसे उनका आकार, द्रव्यमान और ऊर्जा स्तर—का अध्ययन करते हैं। नाभिकीय भौतिकी वैज्ञानिक नाभिकों के गुणों—जैसे उनका आकार, द्रव्यमान और ऊर्जा स्तर—का अध्ययन करते हैं।
• परमाणु भौतिकी वैज्ञानिक यह अध्ययन करते हैं कि परमाणु एक-दूसरे से और अन्य पदार्थों के साथ किस प्रकार परस्पर क्रिया करते हैं। नाभिकीय भौतिकी वैज्ञानिक यह अध्ययन करते हैं कि नाभिक एक-दूसरे से और अन्य पदार्थों के साथ किस प्रकार परस्पर क्रिया करते हैं।

उदाहरण

यहाँ कुछ उदाहरण दिए गए हैं जिनसे यह पता चलता है कि परमाणु भौतिकी वैज्ञानिक और नाभिकीय भौतिकी वैज्ञानिक किस प्रकार के अनुसंधान करते हैं:

• परमाणु भौतिकविद् परमाणुओं के गुणों—जैसे उनका आकार, द्रव्यमान और ऊर्जा स्तर—का अध्ययन करते हैं। वे इसके लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी और द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री जैसी विभिन्न तकनीकों का उपयोग करते हैं।
• नाभिकीय भौतिकविद् नाभिकों के गुणों—जैसे उनका आकार, द्रव्यमान और ऊर्जा स्तर—का अध्ययन करते हैं। वे इसके लिए नाभिकीय स्पेक्ट्रोस्कोपी और नाभिकीय अभिक्रियाओं जैसी विभिन्न तकनीकों का उपयोग करते हैं।
• परमाणु भौतिकविद् यह भी अध्ययन करते हैं कि परमाणु एक-दूसरे से और अन्य पदार्थों के साथ किस प्रकार परस्पर क्रिया करते हैं। वे इसके लिए प्रकीर्णन प्रयोगों और आण्विक स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसी विभिन्न तकनीकों का उपयोग करते हैं।
• नाभिकीय भौतिकविद् यह भी अध्ययन करते हैं कि नाभिक एक-दूसरे से और अन्य पदार्थों के साथ किस प्रकार परस्पर क्रिया करते हैं। वे इसके लिए नाभिकीय अभिक्रियाओं और नाभिकीय प्रकीर्णन प्रयोगों जैसी विभिन्न तकनीकों का उपयोग करते हैं।

नाभिकीय भौतिकी और परमाणु भौतिकी भौतिकी के दो निकट से सम्बद्ध क्षेत्र हैं जो परमाणु और उप-परमाणु स्तरों पर पदार्थ की संरचना और व्यवहार का अध्ययन करते हैं। यद्यपि इन दोनों क्षेत्रों के बीच कुछ प्रमुख अंतर हैं, वे दोनों हमारे चारों ओर की दुनिया को समझने के लिए अत्यावश्यक हैं।

रेडियोधर्मिता क्या है?

रेडियोधर्मिता वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा अस्थिर परमाणु नाभिक कणों या विद्युतचुंबकीय तरंगों के रूप में विकिरण उत्सर्जित करके ऊर्जा खो देते हैं। यह प्रक्रिया एक यादृच्छिक घटना है, और यह अनुमान लगाना असंभव है कि कोई विशेष परमाणु कब क्षय करेगा। हालांकि, किसी दिए गए प्रकार के परमाणु के लिए परमाणुओं के क्षय की दर स्थिर होती है। इस दर को अर्ध-आयु कहा जाता है, और यह वह समय है जिसमें नमूने में मौजूद परमाणुओं की आधी संख्या क्षय हो जाती है।

रेडियोधर्मी क्षय के तीन मुख्य प्रकार होते हैं:

• अल्फा क्षय एक अल्फा कण का उत्सर्जन है, जो दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन वाला एक हीलियम नाभिक होता है। अल्फा क्षय विकिरण का सबसे कम भेदन करने वाला प्रकार है, और इसे एक कागज की शीट या कुछ सेंटीमीटर हवा से रोका जा सकता है।
• बीटा क्षय एक बीटा कण का उत्सर्जन है, जो या तो एक इलेक्ट्रॉन या एक पॉज़िट्रॉन होता है। बीटा क्षय अल्फा क्षय की तुलना में अधिक भेदन करता है, लेकिन इसे कुछ मिलीमीटर एल्युमिनियम या कुछ मीटर हवा से रोका जा सकता है।
• गामा क्षय एक गामा किरण का उत्सर्जन है, जो एक उच्च-ऊर्जा फोटॉन होता है। गामा क्षय विकिरण का सबसे अधिक भेदन करने वाला प्रकार है, और इसे केवल सीसे या कंक्रीट की मोटी परतों से रोका जा सकता है।

रेडियोधर्मिता एक प्राकृतिक प्रक्रिया है जो सभी परमाणुओं में होती है, लेकिन यह केवल अस्थिर नाभिक वाले परमाणुओं में ही महत्वपूर्ण होती है। ये परमाणु सभी पदार्थों में थोड़ी मात्रा में पाए जाते हैं और ये उस पृष्ठभूमि विकिरण के लिए उत्तरदायी होते हैं जिसके हम सभी संपर्क में रहते हैं। हालांकि, कुछ पदार्थ, जैसे कि यूरेनियम और प्लूटोनियम, में रेडियोधर्मी परमाणुओं की मात्रा बहुत अधिक होती है और ये पदार्थ यदि सही ढंग से संभाले न जाएं तो खतरनाक हो सकते हैं।

रेडियोधर्मिता का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है, जिनमें शामिल हैं:

• बिजली उत्पन्न करना: परमाणु ऊर्जा संयंत्र रेडियोधर्मी क्षय से उत्पन्न होने वाली ऊष्मा का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए करते हैं।
• चिकित्सीय इमेजिंग: रेडियोधर्मी समस्थानिक चिकित्सीय इमेजिंग प्रक्रियाओं, जैसे कि एक्स-रे और सीटी स्कैन, में उपयोग किए जाते हैं।
• कैंसर उपचार: रेडियोधर्मी समस्थानिक कैंसर कोशिकाओं को मारकर कैंसर के उपचार के लिए उपयोग किए जाते हैं।
• औद्योगिक अनुप्रयोग: रेडियोधर्मी समस्थानिक विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं, जैसे कि पदार्थों की मोटाई मापना और द्रवों के प्रवाह का पता लगाना।

रेडियोधर्मिता एक शक्तिशाली उपकरण है, लेकिन इसका उपयोग सावधानी से किया जाना चाहिए। जब सही ढंग से उपयोग किया जाता है, तो रेडियोधर्मिता मानवता को कई तरह से लाभ पहुंचा सकती है। हालांकि, जब गलत तरीके से उपयोग किया जाता है, तो रेडियोधर्मिता खतरनाक हो सकती है।

परमाणु भौतिकी के अनुप्रयोग

परमाणु भौतिकी परमाणु के नाभिक का अध्ययन है, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है। परमाणु भौतिकी के विभिन्न क्षेत्रों में विस्तृत अनुप्रयोग हैं, जिनमें शामिल हैं:

1. नाभिकीय ऊर्जा: नाभिकीय ऊर्जा संयंत्र नाभिकीय विखंडन का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए करते हैं। नाभिकीय विखंडन में, एक भारी परमाणु का नाभिक, जैसे कि यूरेनियम या प्लूटोनियम, दो या अधिक छोटे नाभिकों में विभाजित होता है, जिससे बड़ी मात्रा में ऊर्जा मुक्त होती है। यह ऊर्जा पानी को गर्म करने और भाप उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाती है, जो एक टरबाइन को चलाकर बिजली उत्पन्न करती है।

2. नाभिकीय चिकित्सा: नाभिकीय चिकित्सा बीमारियों का निदान और उपचार करने के लिए रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग करती है। रेडियोधर्मी समस्थानिक अस्थिर परमाणु होते हैं जो विकिरण उत्सर्जित करते हैं, जिसका उपयोग शरीर के अंदर की छवियां बनाने या कैंसर कोशिकाओं को नष्ट करने के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, टेक्नीशियम-99m एक रेडियोधर्मी समस्थानिक है जो अस्थि स्कैन में अस्थि असामान्यताओं का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है।

3. औद्योगिक अनुप्रयोग: नाभिकीय भौतिकी का उपयोग विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि:

• रेडियोग्राफी: यह तकनीक वस्तुओं के अंदर की छवियाँ बनाने के लिए एक्स-रे या गामा किरणों का उपयोग करती है। इसका उपयोग विनिर्माण, निर्माण और सुरक्षा जैसे उद्योगों में किया जाता है।
  • न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण: यह तकनीक परमाणुओं के नाभिकों को सक्रिय करने के लिए न्यूट्रॉनों का उपयोग करती है, जिससे वे रेडियोधर्मी हो जाते हैं। फिर इन रेडियोधर्मी परमाणुओं का पता लगाया और मापा जा सकता है ताकि नमूने की तत्व संरचना निर्धारित की जा सके। इसका उपयोग खनन, पुरातत्व और फॉरेंसिक्स जैसे उद्योगों में किया जाता है।
  • विकिरण निर्जीवीकरण: यह तकनीक जीवाणुओं और अन्य सूक्ष्मजीवों को मारने के लिए विकिरण का उपयोग करती है। इसका उपयोग खाद्य प्रसंस्करण, चिकित्सा उपकरण विनिर्माण और फार्मास्यूटिकल उत्पादन जैसे उद्योगों में किया जाता है।

4. अनुसंधान: नाभिकीय भौतिकी का उपयोग अनुसंधान के विस्तृत क्षेत्रों में किया जाता है, जैसे:

• कण भौतिकी: नाभिकीय भौतिकी का उपयोग उन मूलभूत कणों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है जो पदार्थ बनाते हैं और उन बलों का जो उनके बीच कार्य करते हैं।
• नाभिकीय खगोल भौतिकी: नाभिकीय भौतिकी का उपयोग तारों और अन्य खगोलीय वस्तुओं में होने वाली नाभिकीय प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।
• नाभिकीय अभियांत्रिकी: नाभिकीय भौतिकी का उपयोग नाभिकीय रिएक्टरों और अन्य नाभिकीय प्रौद्योगिकियों को डिज़ाइन और विकसित करने के लिए किया जाता है।

5. राष्ट्रीय सुरक्षा: नाभिकीय भौतिकी राष्ट्रीय सुरक्षा में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, जिसमें शामिल हैं:

• परमाणु हथियार: परमाणु भौतिकी का उपयोग परमाणु हथियारों को डिज़ाइन करने और विकसित करने के लिए किया जाता है।
  • परमाणु अप्रसार: परमाणु भौतिकी का उपयोग परमाणु हथियारों के प्रसार को रोकने के लिए प्रौद्योगिकियों और नीतियों को विकसित करने के लिए किया जाता है।
  • परमाणु सुरक्षा और सुरक्षा: परमाणु भौतिकी का उपयोग परमाणु सुविधाओं के सुरक्षित और सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है।

संक्षेप में, परमाणु भौतिकी का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है, जिनमें परमाणु ऊर्जा, परमाणु चिकित्सा, औद्योगिक अनुप्रयोग, अनुसंधान और राष्ट्रीय सुरक्षा शामिल हैं।

परमाणु भौतिकी पर हल किया गया उदाहरण

उदाहरण 1: रेडियोधर्मी क्षय

एक रेडियोधर्मी समस्थानिक के नमूने पर विचार करें, जैसे कार्बन-14 (C-14)। C-14 की अर्ध-आयु 5730 वर्ष है, जिसका अर्थ है कि 5730 वर्षों के बाद, नमूने में मौजूद C-14 परमाणुओं की आधी संख्या क्षय हो चुकी होगी।

C-14 के क्षय को निम्न समीकरण द्वारा दर्शाया गया है:

$$ C-14 → N-14 + e^- + एंटीन्यूट्रिनो $$

इस समीकरण में, C-14 नाइट्रोजन-14 (N-14), एक इलेक्ट्रॉन $(e^-)$ और एक एंटीन्यूट्रिनो में क्षय होता है। इलेक्ट्रॉन और एंटीन्यूट्रिनो एक निश्चित ऊर्जा के साथ उत्सर्जित होते हैं, जो विकिरण के रूप में वहन की जाती है।

उदाहरण 2: परमाणु विखंडन

परमाणु विखंडन एक प्रक्रिया है जिसमें एक भारी नाभिक, जैसे यूरेनियम-235 (U-235), दो छोटे नाभिकों में विभाजित हो जाता है, जिससे बड़ी मात्रा में ऊर्जा मुक्त होती है।

U-235 के विखंडन को निम्न समीकरण द्वारा दर्शाया गया है:

$$ U-235 + न्यूट्रॉन → Kr-92 + Ba-141 + 3 न्यूट्रॉन + ऊर्जा $$

इस समीकरण में, U-235 एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है और फिर क्रिप्टॉन-92 (Kr-92) और बेरियम-141 (Ba-141) में विभाजित हो जाता है। विखंडन प्रक्रिया तीन न्यूट्रॉन भी मुक्त करती है, जो आगे अन्य विखंडनों का कारण बन सकते हैं, एक श्रृंखला अभिक्रिया बनाते हुए।

न्यूक्लियर विखंडन द्वारा मुक्त ऊर्जा का उपयोग न्यूक्लियर पावर प्लांटों में बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

उदाहरण 3: न्यूक्लियर फ्यूजन

न्यूक्लियर फ्यूजन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें दो हल्के नाभिक, जैसे ड्यूटेरियम (D) और ट्रिटियम (T), मिलकर एक भारी नाभिक बनाते हैं, जिससे बड़ी मात्रा में ऊर्जा मुक्त होती है।

D और T के फ्यूजन को निम्न समीकरण द्वारा दर्शाया गया है:

$$ D + T → He-4 + neutron + energy $$

इस समीकरण में, D और T मिलकर हीलियम-4 (He-4) और एक न्यूट्रॉन बनाते हैं। फ्यूजन प्रक्रिया एक न्यूट्रॉन भी मुक्त करती है, जो आगे अन्य फ्यूजनों का कारण बन सकता है, एक श्रृंखला अभिक्रिया बनाते हुए।

न्यूक्लियर फ्यूजन द्वारा मुक्त ऊर्जा न्यूक्लियर विखंडन द्वारा मुक्त ऊर्जा से कहीं अधिक होती है। हालांकि, न्यूक्लियर फ्यूजन को प्राप्त करना न्यूक्लियर विखंडन की तुलना में कहीं अधिक कठिन है, और यह अभी तक वाणिज्यिक स्तर पर बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग नहीं किया जाता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न – FAQs

न्यूक्लियर भौतिकी क्या है?

न्यूक्लियर भौतिकी एक परमाणु के नाभिक के अध्ययन को कहा जाता है, जिसमें इसकी संरचना, संघटन और अन्योन्यक्रियाएँ शामिल हैं। यह भौतिकी की एक शाखा है जो पदार्थ के मूलभूत घटकों और उन्हें एक साथ रखने वाली ताकतों से संबंधित है। न्यूक्लियर भौतिकी के अनुप्रयोग कई क्षेत्रों में हैं, जिनमें न्यूक्लियर पावर, न्यूक्लियर चिकित्सा और कण भौतिकी शामिल हैं।

परमाणु का नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है, जिन्हें सशक्त नाभिकीय बल एक साथ रखता है। प्रोटॉन पर सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, जबकि न्यूट्रॉन पर कोई आवेश नहीं होता। नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या तत्व को निर्धारित करती है, जबकि न्यूट्रॉनों की संख्या समस्थानिक को निर्धारित करती है।

सशक्त नाभिकीय बल प्रकृति के चार मूलभूत बलों में से एक है। यह चारों बलों में सबसे सशक्त है, लेकिन यह बहुत ही कम दूरी तक ही कार्य करता है। सशक्त नाभिकीय बल नाभिक में प्रोटॉनों और न्यूट्रॉनों को एक साथ बांधने के लिए उत्तरदायी है।

नाभिकीय अभिक्रियाएं ऐसी प्रक्रियाएं हैं जो नाभिक की संरचना को बदल देती हैं। नाभिकीय अभिक्रियाएं या तो स्वतः हो सकती हैं या उकसाई गई हो सकती हैं। स्वतः नाभिकीय अभिक्रियाएं प्राकृतिक रूप से होती हैं, जबकि उकसाई गई नाभिकीय अभिक्रियाएं किसी बाहरी बल—जैसे कणों की किरण—के साथ नाभिक की अन्योन्यक्रिया के कारण होती हैं।

नाभिकीय ऊर्जा बिजली उत्पादन का एक रूप है जो ऊष्मा पैदा करने के लिए नाभिकीय अभिक्रियाओं का उपयोग करता है। फिर उस ऊष्मा का उपयोग टरबाइन घुमाने के लिए किया जाता है, जो बिजली उत्पन्न करता है। नाभिकीय ऊर्जा एक विश्वसनीय और कुशल ऊर्जा स्रोत है, पर इसमें खतरनाक होने की संभावना भी है।

नाभिकीय चिकित्सा चिकित्सा का एक क्षेत्र है जो रोगों का निदान और उपचार करने के लिए रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग करता है। रेडियोधर्मी समस्थानिक अस्थिर परमाणु होते हैं जो विकिरण उत्सर्जित करते हैं। इस विकिरण का उपयोग कैंसर कोशिकाओं को मारने या शरीर के अंदर की छवि बनाने के लिए किया जा सकता है।

कण भौतिकी भौतिकी की एक शाखा है जो पदार्थ के मूलभूत घटकों और उनके बीच कार्य करने वाली बलों का अध्ययन करती है। कण भौतिकी नाभिकीय भौतिकी से घनिष्ठ रूप से संबंधित है, और दोनों क्षेत्रों में कई समान तकनीकों का उपयोग किया जाता है।

यहाँ नाभिकीय भौतिकी के कुछ उदाहरण दिए गए हैं:

• नाभिकीय विद्युत संयंत्र नाभिकीय अभिक्रियाओं का उपयोग ऊष्मा उत्पन्न करने के लिए करते हैं, जिसका उपयोग टरबाइन को घुमाकर बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।
• नाभिकीय चिकित्सा रोगों का निदान और उपचार करने के लिए रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग करती है।
• क्वन त्वरक पदार्थ के मूलभूत घटकों और उनके बीच कार्य करने वाली बलों का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
• नाभिकीय हथियार एक शक्तिशाली विस्फोट उत्पन्न करने के लिए नाभिकीय अभिक्रियाओं का उपयोग करते हैं।

नाभिकीय भौतिकी एक जटिल और चुनौतीपूर्ण क्षेत्र है, लेकिन यह एक आकर्षक क्षेत्र भी है। यह एक ऐसा क्षेत्र है जिसमें ब्रह्मांड की हमारी समझ को क्रांतिकारी बदलाव देने और हमारे जीवन को कई तरीकों से बेहतर बनाने की क्षमता है।

नाभिकीय भौतिकी के जनक कौन हैं?

अर्नेस्ट रदरफोर्ड: नाभिकीय भौतिकी के जनक

अर्नेस्ट रदरफोर्ड, 20वीं सदी के प्रारंभ के एक प्रसिद्ध भौतिकीविद्, को व्यापक रूप से नाभिकीय भौतिकी का जनक माना जाता है। उनके मूलभूत प्रयोगों और खोजों ने परमाणु नाभिक की हमारी समझ की नींव रखी और भौतिकी के क्षेत्र में क्रांति ला दी।

प्रारंभिक जीवन और शिक्षा:

अर्नेस्ट रदरफोर्ड का जन्म 30 अगस्त 1871 को ब्राइटवाटर, न्यूज़ीलैंड में हुआ था। उन्होंने बचपन से ही असाधारण शैक्षणिक प्रतिभा दिखाई और गणित तथा भौतिकी में उत्कृष्टता प्राप्त की। रदरफोर्ड ने अपनी उच्च शिक्षा कैंब्रिज विश्वविद्यालय से प्राप्त की, जहाँ उन्होंने प्रसिद्ध भौतिकविद् जे.जे. थॉमसन के मार्गदर्शन में अध्ययन किया।

स्वर्ण पत्र फॉयल प्रयोग:

भौतिकी में रदरफोर्ड का सबसे महत्वपूर्ण योगदान उनका प्रसिद्ध स्वर्ण पत्र फॉयल प्रयोग था, जो 1909 में किया गया। इस प्रयोग में रदरफोर्ड ने अल्फा कणों (हीलियम नाभिक) की किरण को पतले स्वर्ण पत्र फॉयल की चादर पर केंद्रित किया। अधिकांश अल्फा कण बिना किसी महत्वपूर्ण विचलन के पत्र फॉयल से गुजर गए, लेकिन कुछ कण बड़े कोणों पर विचलित हुए या वापस लौट आए।

स्वर्ण पत्र फॉयल प्रयोग के परिणामों ने परमाणु के प्रचलित “प्लम पुडिंग” मॉडल को चुनौती दी, जो यह प्रस्तावित करता था कि इलेक्ट्रॉन समान रूप से वितरित सकारात्मक आवेश के गोले में एम्बेडेड होते हैं। रदरफोर्ड के अवलोकनों ने संकेत दिया कि सकारात्मक आवेश और परमाणु के अधिकांश द्रव्यमान केंद्र में स्थित एक छोटे, घने क्षेत्र में केंद्रित होते हैं, जिसे उन्होंने “नाभिक” कहा।

नाभिकीय संरचना:

रदरफोर्ड के प्रयोगों ने परमाणु नाभिक के अस्तित्व के प्रमाण प्रदान किए और परमाणु के रदरफोर्ड मॉडल के विकास को प्रेरित किया। इस मॉडल ने परमाणु को एक छोटे, सकारात्मक आवेश वाले नाभिक के रूप में चित्रित किया जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन परिक्रमा करते हैं। रदरफोर्ड के कार्यों ने नाभिक की संरचना और व्यवहार के बारे में आगे की जांच की नींव रखी।

प्रोटॉन की खोज:

1919 में, रदरफोर्ड ने एक और महत्वपूर्ण प्रयोग किया जिससे प्रोटॉन की खोज हुई। उसने नाइट्रोजन परमाणुओं को अल्फा कणों से बमबारी की और हाइड्रोजन नाभिकों के उत्सर्जन का अवलोकन किया, जिन्हें उसने प्रोटॉन के रूप में पहचाना। इस खोज ने प्रोटॉन के अस्तित्व की पुष्टि की कि वे परमाणु नाभिकों की मूलभूत इकाइयाँ हैं।

बाद का शोध और विरासत:

अपने पूरे करियर के दौरान, रदरफोर्ड ने नाभिकीय भौतिकी और विज्ञान के अन्य क्षेत्रों में महत्वपूर्ण योगदान देना जारी रखा। उसने रेडियोधर्मिता, तत्वों की कृत्रिम रूपांतरण और कण त्वरकों के विकास पर अग्रणी शोध किया। रदरफोर्ड के कार्य ने उन्हें कई सम्मान दिलाए, जिनमें 1908 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार शामिल है।

अर्नेस्ट रदरफोर्ड का 19 अक्टूबर 1937 को निधन हो गया, और वे भौतिकी के क्षेत्र में एक उल्लेखनीय विरासत छोड़ गए। उनकी मौलिक खोजों और प्रयोगात्मक कौशल ने परमाणु की हमारी समझ को क्रांतिकारी बना दिया और नाभिकीय भौतिकी के विकास की नींव रखी। रदरफोर्ड के योगदान आज भी भौतिकीविदों को प्रेरित और प्रभावित करते हैं, और उन्हें नाभिकीय भौतिकी का जनक बनाते हैं।

नाभिकीय भौतिकी का उपयोग क्या है?

नाभिकीय भौतिकी के विभिन्न क्षेत्रों में कई प्रकार के अनुप्रयोग हैं, जिनमें शामिल हैं:

1. नाभिकीय ऊर्जा: नाभिकीय भौतिकी नाभिकीय ऊर्जा संयंत्रों के विकास और संचालन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। परमाणु नाभिकों के व्यवहार को समझकर वैज्ञानिक ऐसे नाभिकीय रिएक्टर डिज़ाइन और निर्मित कर सकते हैं जो नाभिकीय विखंडन के माध्यम से सुरक्षित और दक्षता से बिजली उत्पन्न करते हैं।

2. चिकित्सीय इमेजिंग और चिकित्सा: नाभिकीय भौतिकी चिकित्सीय इमेजिंग तकनीकों जैसे एक्स-रे, कम्प्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी स्कैन) और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के लिए अनिवार्य है। यह नाभिकीय चिकित्सा के विकास में भी योगदान देती है, जहाँ रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग निदान और चिकित्सीय उद्देश्यों के लिए किया जाता है, जैसे कि कैंसर उपचार में।

3. कण भौतिकी: नाभिकीय भौतिकी उन मूलभूत कणों के बारे में अंतर्दृष्टि प्रदान करती है जो पदार्थ बनाते हैं और उन बलों के बारे में जो उनकी अन्योन्यक्रिया को नियंत्रित करते हैं। यह ज्ञान सबसे छोटे पैमाने पर ब्रह्मांड को समझने के लिए अनिवार्य है और इसने उच्च-ऊर्जा भौतिकी अनुसंधान में प्रयुक्त क्विकर्षक और डिटेक्टरों के विकास को जन्म दिया है।

4. पदार्थ विज्ञान: नाभिकीय भौतिकी तकनीकों का उपयोग परमाणु और उपपरमाणु स्तर पर पदार्थों के गुणों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। यह ज्ञन इच्छित गुणों वाले नए पदार्थों के विकास में सहायता करता है, जैसे अर्धचालक, अतिचालक और मिश्रधातुएँ।

5. पुरातत्त्व और डेटिंग: कार्बन डेटिंग और पोटैशियम-आर्गन डेटिंग जैसी नाभिकीय भौतिकी तकनीकों का उपयोग प्राचीन वस्तुओं, जीवाश्मों और भूवैज्ञानिक संरचनाओं की आयु निर्धारित करने के लिए किया जाता है। इन तकनीकों ने मानव इतिहास और पृथ्वी के विकास की हमारी समझ में क्रांति ला दी है।

6. नाभिकीय खगोल भौतिकी: नाभिकीय भौतिकी तारों और अन्य खगोलीय वस्तुओं में होने वाली प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए आवश्यक है। यह हमें तारकीय विकास, न्यूक्लियोसिंथेसिस (तत्वों की रचना) और ब्रह्मांड में पाए जाने वाले चरम परिस्थितियों के अंतर्गत पदार्थ के व्यवहार को समझने में मदद करती है।

7. राष्ट्रीय सुरक्षा: नाभिकीय भौतिकी राष्ट्रीय सुरक्षा में भूमिका निभाती है, जिसमें परमाणु हथियारों और परमाणु अप्रसार तकनीकों का विकास शामिल है। यह परमाणु सामग्रियों की पहचान और निगरानी में योगदान देती है और विकिरण ढाल और सुरक्षा उपायों के विकास में भी सहायक है।

8. औद्योगिक अनुप्रयोग: नाभिकीय भौतिकी तकनीकों का उपयोग विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे सामग्रियों की मोटाई मापना, धातु ढलाई में दोषों का पता लगाना और खाद्य तथा चिकित्सा आपूर्ति को निर्जीवित करना।

9. पर्यावरण विज्ञान: नाभिकीय भौतिकी तकनीकों का उपयोग पर्यावरणीय प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए किया जाता है, जैसे वायुमंडल और जल में प्रदूषकों का परिवहन और पर्यावरण में रेडियोधर्मी सामग्रियों का व्यवहार।

१०. अंतरिक्ष अन्वेषण: परमाणु-संचालित अंतरिक्ष यान विकसित करने और अंतरिक्ष यात्रा के दौरान अंतरिक्ष यात्रियों पर विकिरण के प्रभावों को समझने के लिए परमाणु भौतिकी अत्यावश्यक है।

ये परमाणु भौतिकी के विविध अनुप्रयोगों के कुछ ही उदाहरण हैं, जो विभिन्न क्षेत्रों पर इसके प्रभाव और हमारे आसपास की दुनिया को समझने में इसके योगदान को दर्शाते हैं।

रेडियोधर्मिता क्या है?

रेडियोधर्मिता वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा अस्थिर परमाणु नाभिक कणों या विद्युतचुंबकीय तरंगों के रूप में विकिरण उत्सर्जित करके ऊर्जा खो देते हैं। यह प्रक्रिया एक यादृच्छिक घटना है, और यह अनुमान लगाना असंभव है कि कोई विशेष परमाणु कब क्षय करेगा। हालांकि, किसी दिए गए प्रकार के परमाणु के लिए परमाणुओं के क्षय की दर स्थिर होती है। इस दर को अर्ध-आयु कहा जाता है, और यह वह समय है जिसमें नमूने के आधे परमाणु क्षय कर जाते हैं।

रेडियोधर्मी क्षय के तीन मुख्य प्रकार होते हैं:

• अल्फा क्षय एक अल्फा कण का उत्सर्जन है, जो दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन वाला एक हीलियम नाभिक होता है। अल्फा क्षय केवल बहुत भारी परमाणुओं, जैसे यूरेनियम और प्लूटोनियम, के लिए संभव है।
• बीटा क्षय एक बीटा कण का उत्सर्जन है, जो या तो एक इलेक्ट्रॉन या एक पॉज़िट्रॉन होता है। बीटा क्षय तब होता है जब नाभिक में एक न्यूट्रॉन प्रोटॉन या पॉज़िट्रॉन में परिवर्तित होता है, और एक इलेक्ट्रॉन या एक न्यूट्रिनो उत्सर्जित होता है।
• गामा क्षय एक गामा किरण का उत्सर्जन है, जो एक उच्च-ऊर्जा फोटॉन होता है। गामा क्षय तब होता है जब एक उत्तेजित नाभिक अपनी आधार अवस्था में लौटता है।

रेडियोधर्मिता एक प्राकृतिक प्रक्रिया है जो सभी परमाणुओं में होती है, लेकिन यह केवल भारी परमाणुओं में ही महत्वपूर्ण होती है। किसी पदार्थ में रेडियोधर्मिता की मात्रा बेकेरेल (Bq) में मापी जाती है। एक बेकेरेल एक रेडियोधर्मी क्षय के बराबर होता है प्रति सेकंड।

रेडियोधर्मिता का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है, जिनमें शामिल हैं:

• बिजली उत्पादन: परमाणु बिजली संयंत्र रेडियोधर्मी क्षय से उत्पन्न होने वाली ऊष्मा का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए करते हैं।
• चिकित्सीय इमेजिंग: रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग चिकित्सीय इमेजिंग तकनीकों जैसे एक्स-रे और सीटी स्कैन में किया जाता है।
• कैंसर उपचार: रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग कैंसर कोशिकाओं को मारकर कैंसर के उपचार के लिए किया जाता है।
• धुआं संवेदक: धुआं संवेदक धुएं के कणों का पता लगाने के लिए एक रेडियोधर्मी समस्थानिक का उपयोग करते हैं।

रेडियोधर्मिता हानिकारक भी हो सकती है, और विकिरण के संपर्क से खुद को बचाने के लिए सावधानियां बरतना महत्वपूर्ण है। इन सावधानियों में शामिल हैं:

• रेडियोधर्मी पदार्थों से दूर रहना: विकिरण से खुद को बचाने का सबसे अच्छा तरीका रेडियोधर्मी पदार्थों से दूर रहना है।
• ढालन का उपयोग: विकिरण को रोकने के लिए ढालन का उपयोग किया जा सकता है। सीसा एक अच्छा ढालन सामग्री है।
• अपने संपर्क समय को सीमित करना: जितनी देर आप विकिरण के संपर्क में रहते हैं, आपके स्वास्थ्य समस्याओं के विकसित होने का जोखिम उतना ही अधिक होता है।
• अपने संपर्क की निगरानी: आप डोसीमीटर का उपयोग करके अपने विकिरण संपर्क की निगरानी कर सकते हैं।

रेडियोधर्मिता एक शक्तिशाली शक्ति है जिसका उपयोग भलाई या बुराई के लिए किया जा सकता है। रेडियोधर्मिता के जोखिमों और लाभों को समझना महत्वपूर्ण है ताकि आप इसके उपयोग के बारे में सूचित निर्णय ले सकें।

यहां कुछ उदाहरण दिए गए हैं रोजमर्रा की जिंदगी में रेडियोधर्मिता के:

• केले: केलों में पोटैशियम-40 की थोड़ी मात्रा होती है, जो पोटैशियम का एक रेडियोधर्मी समस्थानिक है। औसतन एक केले में लगभग 0.1 माइक्रोग्राम पोटैशियम-40 होता है।
• ग्रेनाइट काउंटरटॉप्स: ग्रेनाइट काउंटरटॉप्स में यूरेनियम और थोरियम की थोड़ी मात्रा हो सकती है, जो रेडियोधर्मी तत्व हैं। औसतन एक ग्रेनाइट काउंटरटॉप प्रति वर्ष लगभग 1 मिलिरेम विकिरण उत्सर्जित करता है।
• कोयला आधारित बिजली संयंत्र: कोयला आधारित बिजली संयंत्र वायु में रेडियोधर्मी समस्थानिकों को छोड़ते हैं, जिनमें यूरेनियम, थोरियम और रेडॉन शामिल हैं। ये समस्थानिक वायु प्रदूषण में योगदान कर सकते हैं और कोयला आधारित बिजली संयंत्रों के पास रहने वाले लोगों के लिए स्वास्थ्य जोखिम पैदा कर सकते हैं।
• परमाणु बिजली संयंत्र: परमाणु बिजली संयंत्र रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पन्न करते हैं, जिसे सुरक्षित रूप से संग्रहित करना होता है। रेडियोधर्मी अपशिष्ट हजारों वर्षों तक रेडियोधर्मी बना रह सकता है।
• चिकित्सा इमेजिंग: रेडियोधर्मी समस्थानिक चिकित्सा इमेजिंग तकनीकों जैसे एक्स-रे और सीटी स्कैन में उपयोग किए जाते हैं। ये समस्थानिक विकिरण उत्सर्जित करते हैं जिसका उपयोग शरीर के अंदर की छवियां बनाने के लिए किया जा सकता है।
• कैंसर उपचार: रेडियोधर्मी समस्थानिक कैंसर कोशिकाओं को मारकर कैंसर के उपचार के लिए उपयोग किए जाते हैं। इन समस्थानिकों को मौखिक रूप से, नसों में या सीधे ट्यूमर में दिया जा सकता है।

रेडियोधर्मिता की इकाइयाँ क्या हैं?

गतिविधि की SI इकाई बेक्वेरल (Bq) है, जिसे प्रति सेकंड एक क्षय के रूप में परिभाषित किया गया है। गतिविधि की अन्य सामान्यतः प्रयुक्त इकाइयों में क्यूरी (Ci) शामिल है, जो 3.7 × 10^10 Bq के बराबर है, और प्रति मिनट विघटन (dpm), जो 1/60 Bq के बराबर है।

किसी रेडियोधर्मी नमूने की गतिविधि को गीगर काउंटर, सिंटिलेशन काउंटर और आयनन चैंबर सहित विभिन्न उपकरणों का उपयोग करके मापा जा सकता है। उपकरण का चयन उत्सर्जित विकिरण के प्रकार और वांछित संवेदनशीलता स्तर पर निर्भर करता है।

रेडियोधर्मिता की इकाइयों के उदाहरण

निम्न तालिका रेडियोधर्मिता की इकाइयों और उनके संगत मानों के कुछ उदाहरण प्रदान करती है:

रेडियोधर्मिता की इकाइयों के अनुप्रयोग

रेडियोधर्मिता की इकाइयों का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

• विकिरण संरक्षण: रेडियोधर्मिता की इकाइयों का उपयोग विकिरण के संपर्क से जुड़े संभावित स्वास्थ्य जोखिमों का आकलन करने के लिए किया जाता है।
• चिकित्सीय इमेजिंग: रेडियोधर्मिता की इकाइयों का उपयोग चिकित्सीय इमेजिंग प्रक्रियाओं के दौरान रोगियों द्वारा अवशोषित विकिरण की मात्रा को मापने के लिए किया जाता है।
• परमाणु ऊर्जा: रेडियोधर्मिता की इकाइयों का उपयोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा जारी विकिरण के स्तर की निगरानी के लिए किया जाता है।
• पर्यावरण निगरानी: रेडियोधर्मिता की इकाइयों का उपयोग पर्यावरण में विकिरण के स्तर को मापने के लिए किया जाता है।

रेडियोधर्मिता की इकाइयों को समझकर, हम विकिरण के संपर्क से जुड़े जोखिमों को बेहतर ढंग से समझ सकते हैं और खुद तथा अपने पर्यावरण की रक्षा के लिए कदम उठा सकते हैं।