അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങൾ

ഇംഗ്ലീഷ് വിലാസം

https://ml.wikipedia.org/wiki/Nuclear_Instruments_and_Methods_in_Physics_Research

അണുകേന്ദ്രങ്ങളിൽനിന്നുണ്ടാകുന്ന വികിരണങ്ങളെ (radiations)^[1] അളക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഭൌതികശാസ്ത്രോപകരണങ്ങളെ അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങൾ എന്നു പറയുന്നു. α,β,γ- രശ്മികൾ, ന്യൂട്രോണുകൾ തുടങ്ങിയവയാണ് അണുകേന്ദ്രത്തിൽനിന്നുള്ള വികിരണങ്ങൾ. ഒരു നിശ്ചിത സ്ഥാനത്തുള്ള കിരണനം (irradiation),^[2] തീവ്രത (intensity),^[3] നിശ്ചിത റേഡിയോ ആക്റ്റീവ് സ്രോതസ്സിന്റെ ആക്റ്റിവത (activity),^[4] അപക്ഷയം (depletion)^[5] തുടങ്ങിയവയാണ് ഈ ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്നത്. അണുകേന്ദ്രീയ കണങ്ങൾ സഞ്ചരിക്കുന്ന പ്രക്ഷേപപഥങ്ങളുടെ ഛായാചിത്രങ്ങൾ നല്കുന്ന ന്യൂക്ളിയർ എമൽഷൻ, ക്ളൌഡ് ചേംബർ പോലുള്ള ഉപകരണങ്ങളും ഇക്കൂട്ടത്തിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.

അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങളെ അണുകേന്ദ്രീയ സംസൂചകങ്ങൾ (nuclear detectors)^[6] എന്നും വിവരങ്ങൾ വിശ്ളേഷണം ചെയ്യുന്ന വിശ്ളേഷണോപകരണങ്ങൾ എന്നും രണ്ടായി തരംതിരിക്കാം.

അണുകേന്ദ്രീയകണങ്ങൾ ഒരു നിശ്ചിത സ്ഥാനത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുമ്പോൾ സംസൂചകങ്ങൾ സൂചന നല്കുകയും അവയുടെ ഏതെങ്കിലും ഗുണത്തെ (ഊർജം, വേഗം തുടങ്ങിയവയെ) അളക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇവയുടെ പ്രധാന രൂപങ്ങൾ പട്ടികയിൽ നിന്നും വ്യക്തമാകും. ഒരു കണത്തെ സൂചിപ്പിച്ചു കഴിഞ്ഞാൽ പൊതുവേ, ഇവയ്ക്കെല്ലാം തന്നെ കുറച്ചുസമയത്തേക്ക് പ്രവർത്തനശേഷി ഇല്ലാതായിത്തീരുന്നു. ഇങ്ങനെ തുടരെ വരുന്ന രണ്ടു കണങ്ങളെ വേർതിരിച്ചു സൂചിപ്പിക്കുന്നതിനു വേണ്ടിവരുന്ന അല്പതമകാലാന്തരാള(least interval of time)ത്തിനെ വിഭേദനകാലം (resolution time)^[7] എന്നു പറയുന്നു. അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങളുടെ വിഭേദനകാലം കുറയുന്തോറും പ്രവർത്തനക്ഷമത കൂടുന്നതിനാൽ ഈ ഉപകരണങ്ങളെ വിലയിരുത്തുന്നതിന്, സംവേദകശീലത(sensitivity)യോടൊപ്പം^[8] വിഭേദനകാലവും ഒരു മാനദണ്ഡമായിത്തീരുന്നു.

സംസൂചകവർഗങ്ങൾ

വികിരണം (radiation) ഒരു വാതകത്തിൽകൂടി കടന്നുപോകുമ്പോൾ അതിന്റെ പഥത്തിനടുത്തുള്ള തന്മാത്രകളുമായുണ്ടാകുന്ന വിദ്യുത്കാന്തിക പരസ്പരക്രിയ (electro-magnetic interaction)^[9] മൂലം തൻമാത്രകളിൽനിന്നും ഇലക്ട്രോണുകൾ സ്വതന്ത്രമാകുന്നു; തൻമൂലം വാതകത്തിന്റെ വൈദ്യുതചാലകത ക്രമാതീതമായി വർധിക്കുന്നു. ഇതാണ് വാതകഗണിത്രങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനതത്ത്വം. ഇവയുടെയെല്ലാം അടിസ്ഥാനമാതൃക, അയോണന ചേംബർ (Ionisation chamber) ആണ്.^[10]

എന്നാൽ വാതകത്തിൽക്കൂടി ഒരു വികീർണ കണം (radiation particle)^[11][12] കടന്നുപോകുമ്പോൾ കണത്തിന്റെ ഊർജ്ജത്തെ ആശ്രയിച്ച് ഏതാനും ആവേശിതകണയുഗ്മങ്ങളെ മുൻപറഞ്ഞതുപോലെ ഉണ്ടാക്കുന്നു. അതിനാൽ വൈദ്യുതപ്രവാഹം ഉണ്ടാകുകയും ഈ ആവേശിതകണങ്ങൾ പുനഃസംയോജനം ചെയ്ത് അപ്രത്യക്ഷമാകുമ്പോൾ വൈദ്യുതപ്രവാഹം നിലയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ സ്പന്ദത്തിന്റെ സ്തരം (level) വികിരണ കണം ഉളവാക്കുന്ന ആവേശിതകണയുഗ്മങ്ങളുടെ എണ്ണത്തിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.

വാതകഗണിത്രങ്ങളുടെ പ്രധാന പരിമിതി ദീർഘമായ പ്രവർത്തനരഹിതകാലം (10-4 സെ.) ഉണ്ടെന്നതാണ്.

(Cloud Chamber).

വാതകഗണിത്രങ്ങളുടേതിൽനിന്നും തികച്ചും വിഭിന്നമാണ് ക്ലൗഡ് ചേംബറിന്റെ പ്രവർത്തനം.^[13] പേരിന് അന്വർഥമായി, കണങ്ങളുടെ പ്രക്ഷേപപഥങ്ങളിൽ മേഘശകലങ്ങളെ സൃഷ്ടിച്ച് അവയെ ഛായാഗ്രഹണസമർഥമാക്കിത്തീർക്കുന്നു. വിൽസൺ എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞൻ കണ്ടുപിടിച്ച ക്ലൗഡ് ചേംബറിൽ ഒരു അതിപൂരിത വാതകമിശ്രിതത്തെ ഒരു പിസ്റ്റൺ മൂലം പെട്ടെന്നുള്ള വികാസംകൊണ്ട് തണുപ്പിച്ചാണ് ഇതു സാധിക്കുന്നത്. പ്രവർത്തനരഹിതകാലം ദീർഘമായതിനാൽ വിസരണം ഉപയോഗിച്ചുള്ള മറ്റൊരുതരം ക്ലൗഡ് ചേംബറും ഉപയോഗത്തിലുണ്ട്.

(Solid_Liquid counters).

(Scintillation counter).

വാതകഗണിത്രങ്ങളുടെ സ്ഥാനത്ത് ഇപ്പോൾ പ്രധാനമായി ഉപയോഗിക്കുന്നത് പ്രസ്ഫുരണഗണിത്രം ആണ്.^[14] ചില ഖര, ദ്രവ-വസ്തുക്കളിൽക്കൂടി വികിരണം കടന്നുപോകുമ്പോൾ അവയിലുള്ള തൻമാത്രകളിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുകയും തൻമൂലം പ്രകാശകണങ്ങൾ വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നതാണ് ഇവയുടെ പ്രവർത്തനതത്ത്വം. ഈ പ്രകാശകണങ്ങളെ പ്രകാശ ഇലക്ട്രോൺ സംവർധകം (Photo electric multiplier) ^[15]ഉപയോഗിച്ച് വൈദ്യുതസ്പന്ദങ്ങളാക്കി മാറ്റി ഉപയോഗിക്കുന്നു. പലതരത്തിലുള്ള ക്രിസ്റ്റലുകളും ഫോസ്ഫോറുകളും (ZnS,Kl,മുതലായവ), ആന്ത്രാസീൻ, ചില പ്രത്യേക പ്ലാസ്റ്റിക്കുകൾ തുടങ്ങിയ ജൈവയൌഗികങ്ങളും ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്. പ്രവർത്തനലാളിത്യവും വളരെ ചെറിയ വിഭേദനകാലവും (10-9 സെ.) ഇവയുടെ മേൻമ വർധിപ്പിക്കുന്നു.

(Photographic emulsion).

ആദ്യകാലം മുതല്ക്കുതന്നെ പ്രചാരത്തിലുള്ളതാണ് ഫോട്ടോഗ്രാഫിക് എമൽഷൻ.^[16] രജതഹാലൈഡ് ക്രിസ്റ്റലുകളും ജെലാറ്റിനും മറ്റു ചില വസ്തുക്കളുമായുള്ള മിശ്രിതം, അതിൽക്കൂടി കടന്നുപോകുന്ന ആവേശിത കണങ്ങളുടെ സൂചന നല്കുകയും അതേസമയം അവയുടെ പ്രക്ഷേപപഥത്തിന്റെ സ്ഥിരമായ അഭിലേഖങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സാധാരണ ഛായാഗ്രഹണത്തിലെന്നപോലെ വ്യക്തീകരണവും (developing) സ്ഥായീകരണവും (fixing) ആവശ്യമാണ്. ഡോസിമീറ്ററുകളിലും ഫിലിം എത്രമാത്രം കറുക്കുന്നു എന്നതിൽനിന്നും വികിരണ തീവ്രത കണക്കാക്കാം. സാധാരണ ഫോട്ടോഗ്രാഫിക് ഏമൽഷനെക്കാൾ കൂടുതൽ സ്ഥൂലതയും (25 മുതൽ 1000μ വരെ) സൂക്ഷ്മചൂർണിതമായ തരികളും ഉള്ള അണുകേന്ദ്രീയ എമൽഷനുകളിൽ ഓരോ കണങ്ങളുടെയും പ്രക്ഷേപപഥങ്ങൾ സൂക്ഷ്മദർശിനി ഉപയോഗിച്ച് പഠനവിധേയമാക്കാവുന്നതാണ്. ഈ പഥങ്ങളുടെ ജ്യാമിതീയ ഗുണങ്ങളിൽനിന്നും കണങ്ങളുടെ ഊർജം, ചാർജ് മുതലായവ കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. എന്നാൽ ഇത്തരം അളവുകൾ എടുക്കാൻവേണ്ടി വ്യക്തീകരണം, സ്ഥായീകരണം മുതലായവ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഇവയുടെ താപനില, ആർദ്രത തുടങ്ങിയവയെ കർശനമായി നിയന്ത്രിക്കേണ്ടതുണ്ട്. അല്ലെങ്കിൽ അളവുകൾ തെറ്റായിത്തീരുമെന്നതാണ് ഇവയുടെ പ്രധാന ന്യൂനത.

(Cherenkov counter).

ഒരു സുതാര്യ വസ്തുവിലൂടെയുള്ള നൈസർഗികമായ പ്രകാശവേഗത്തെക്കാൾ കൂടുതൽ വേഗത്തിൽ ഒരു ആവേശിതകണം ആ വസ്തുവിൽക്കൂടി സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്നിരിക്കട്ടെ. വെള്ളത്തിൽക്കൂടി വളരെവേഗത്തിൽ പോകുന്ന ബോട്ട് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ആഘാതതരംഗങ്ങൾപോലെ ഈ കണം പ്രകാശതരംഗങ്ങളെ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ഈ പ്രകാശധാര, പഥത്തിനുചുറ്റും ഒരു കോണിന്റെ രൂപത്തിൽ ഒതുങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഈ കോണിന്റെ ആകൃതി കണത്തിന്റെ വേഗത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നതിനാൽ ഈ തത്ത്വം ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഗണിത്രങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് കണങ്ങളുടെ വേഗം അളക്കാവുന്നതാണ്. വേഗം കുറഞ്ഞ കണങ്ങൾക്ക് ഖരദ്രവങ്ങളും വേഗം കൂടിയവയ്ക്ക് ദ്രാവകങ്ങളും ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.^[17]

(Semiconductor counter).

അർധചാലക ക്രിസ്റ്റലുകളിൽക്കൂടി അണുകേന്ദ്രീയവികിരണങ്ങൾ കടന്നുപോകുമ്പോൾ അവയുടെ വൈദ്യുതചാലകത പെട്ടെന്ന് വർധിക്കുന്നു. അതിനാൽ അർധചാലകങ്ങൾ ഗൈഗർ ഗണിത്രങ്ങളെപ്പോലെ ഉപയോഗിക്കാവുന്നതാണ്. എന്നാൽ കൂടുതൽ ഉപയോഗിക്കുന്തോറും ഇവയുടെ സംവേദനശീലത കുറയുന്നതിനാൽ ഇവ വിരളമായേ ഉപയോഗിക്കാറുള്ളു.^[18]

(Bubble chamber).

ഒരു അതിതപ്തദ്രാവകത്തിന്റെ മർദം പെട്ടെന്ന് കുറച്ചാൽ അതിൽ ബാഷ്പീകരണം ആരംഭിക്കുകയും കുമിളകൾ ഉണ്ടാകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ അവസരത്തിൽ ഏതെങ്കിലും ആവേശിതകണം അതിൽക്കൂടി കടന്നുപോയിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ അതിന്റെ പ്രക്ഷേപപഥത്തിൽ ഉടനീളം നേരിയ കുമിളകൾ ഉണ്ടാകുന്നതിനാൽ വ്യക്തമായി ഫോട്ടോഗ്രാഫ് ചെയ്യാവുന്നതാണ്. ദ്രവഹൈഡ്രജൻ, ഫ്രിയോൺ തുടങ്ങിയ ദ്രാവകങ്ങൾ ഇതിന് ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നു. വളരെ വലിയ ബബിൾ ചേംബറുകൾ (1.83 മീ. വ്യാസം) ഇപ്പോൾ ഉപയോഗത്തിലുണ്ട്. ഒരു കാന്തികമണ്ഡലം കൂടി ഉപയോഗിച്ചാൽ കണങ്ങളുടെ ഊർജം, ദ്രവ്യമാനം, ചാർജ് തുടങ്ങിയ പല ഗുണങ്ങളും കൃത്യമായി അളക്കാവുന്നതാണ്.^[19]

(Neutron counter).

മേല്പറഞ്ഞ ഗണിത്രങ്ങളെല്ലാംതന്നെ, വിദ്യുത്കാന്തിക പരസ്പരക്രിയമൂലം പ്രവർത്തിക്കുന്നതിനാൽ അവയ്ക്ക് ന്യൂട്രോൺ തുടങ്ങിയ അനാവേശിത (neutral) കണങ്ങളുടെ സൂചന നല്കുന്നതിന് പരോക്ഷമായി മാത്രമേ സാധിക്കുകയുള്ളു. തൻമാത്രകളുടെ അണുകേന്ദ്രങ്ങളുമായുള്ള പരസ്പരക്രിയ മൂലം ന്യൂട്രോണുകൾ ജനിപ്പിക്കുന്ന പ്രോട്ടോണുകൾ പോലെയുള്ള ആവേശിതകണങ്ങളെ സൂചിപ്പിച്ചാണ് ഇതു സാധിക്കുന്നത്. ബോറോൺ തുടങ്ങിയ ചില മൂലകങ്ങളുമായി ന്യൂട്രോണുകൾ കൂടുതൽ പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നു. അതിനാൽ ബോറോൺ പൂശിയതോ BF3-വാതകം നിറച്ചതോ ആയ അയോണന ചേംബറുകൾ, ആന്ത്രാസീൻ പോലുള്ള പ്രസ്ഫുരണഗണിത്രങ്ങൾ, ചില പ്രത്യേക രാസവസ്തുക്കൾ ഉള്ള എമൽഷനുകൾ തുടങ്ങിയവ ഉപയോഗപ്പെടുന്നു. കൂടാതെ ബബിൾചേംബറുകൾ, ക്ലൗഡ് ചേംബറുകൾ തുടങ്ങിയവയും അനാവേശിതകണങ്ങളുടെ പരോക്ഷമായ സൂചന നല്കുന്നവയാണ്.^[20]

(Analysing Instruments).

മുമ്പു പ്രസ്താവിച്ച മിക്ക സംസൂചകങ്ങളും കണങ്ങളുടെ സൂചന നല്കുന്നത് വൈദ്യുതസ്പന്ദങ്ങളിൽക്കൂടിയാണ്.^[21] ഈ സ്പന്ദങ്ങളെ അവയുടെ സ്തരമനുസരിച്ച് തരം തിരിച്ചെണ്ണിയാണ് വികിരണതീവ്രത മുതലായവ അളക്കുന്നതും സ്രോതസ്സുകളുടെ സ്പെക്ട്രം മുതലായവ വരയ്ക്കുന്നതും. ഇതിന്നായി അനേകം ഇലക്ട്രോണികോപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗത്തിലുണ്ട്. ഉദാഹരണമായി നിശ്ചിത സീമകൾക്കുള്ളിൽ സ്തരമുള്ള സ്പന്ദങ്ങളുടെ എണ്ണം കണക്കാക്കുന്ന ഉപകരണമാണ് ഏകവാഹിക-സ്പന്ദോച്ച-വിശ്ളേഷകം(Single channel pulse height analyser ).^[22] ഇത്തരം പലവിധത്തിലുള്ള ബഹുവാഹിക-സ്പന്ദോച്ച വിശ്ളേഷക(multi channel pulse height analyser)ങ്ങൾ,^[23] സ്പെക്ട്രങ്ങൾ വരയ്ക്കുന്നതിന് ഉപയോഗപ്പെടുന്നു. പഠനവിധേയമാക്കപ്പെടുന്ന കണങ്ങളെ കോസ്മിക കിരണ പശ്ചാത്തലത്തിൽനിന്നും വേർതിരിച്ചറിയുന്നതിനും പല വിധത്തിലുള്ള ഇലക്ട്രോണിക പരിപഥങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആധുനിക ഇലക്ട്രോണിക ഗണിത്രങ്ങളുടെ വിഭേദനകാലം 10-9 സെ. വരെ ആകാവുന്നതാണ്.

ബബിൾ ചേംബർ, ക്ലൗഡ് ചേംബർ, സ്ഫുലിംഗ ചേംബർ, ന്യൂക്ളിയർ എമൽഷൻ എന്നിവ നല്കുന്ന കണപഥചിത്രങ്ങളെ അപഗ്രഥിക്കുന്നതിനും മറ്റും ആധുനിക കംപ്യൂട്ടറുകൾ വളരെ അധികം ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.

• ക്ലൗഡ് ചേംബർ ചിത്രങ്ങൾ
• അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങൾ
• അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങൾ Archived 2011-05-26 at the Wayback Machine

കടപ്പാട്: കേരള സർക്കാർ ഗ്നൂ സ്വതന്ത്ര പ്രസിദ്ധീകരണാനുമതി പ്രകാരം ഓൺലൈനിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച മലയാളം സർ‌വ്വവിജ്ഞാനകോശത്തിലെ അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങൾ എന്ന ലേഖനത്തിന്റെ ഉള്ളടക്കം ഈ ലേഖനത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. വിക്കിപീഡിയയിലേക്ക് പകർത്തിയതിന് ശേഷം പ്രസ്തുത ഉള്ളടക്കത്തിന് സാരമായ മാറ്റങ്ങൾ വന്നിട്ടുണ്ടാകാം.