அணுப்பிளவு (Nuclear Fission)

இந்த பிரபஞ்சம் மிகப் பெரியது. 'மிகப் பெரியது' என்றால்? சொல்லத் தெரியவில்லை. ஆனால் 'மிகப் பெரியது'. இந்த பிரபஞ்சம் எதனால் உருவாக்கப்பட்டது? எப்படி உருவாக்கப்பட்டது? இதன் ஆதி என்ன? அந்தம் என்ன? (இத்தன கேள்வி கேட்டா எந்த கேள்விக்கு மொதல்ல பதில் சொல்லுறது?)
இந்த பிரபஞ்சத்தில் உள்ள எந்த ஒரு பொருளை உடைத்துக் கொண்டேபோனாலும் கடைசியில் மிஞ்சிருப்பது அணுக்கள். நம்ம கதை இங்கே அணுக்கள் பற்றி இல்லை. உலகில் உள்ள எல்லா பொருட்களும் அணுக்களால் ஆனவையே. சில கேள்விகளுக்கு பதில் கிடைக்காது. இந்த உலகம் எப்பொழுது உருவானது? அப்படி ஒரு காலத்தில் உருவானது என்றால், உருவாவதற்கு முன் என்ன இருந்தது? வெற்றிடம்? அப்படியானால் அந்த வெற்றிடம் உருவாவதற்கு முன் என்ன இருந்தது?!!!
அணுக்கள் தாம் இந்த உலகின் மிகச் சிறிய பொருள். அப்போ அணுக்கள் உள்ளே இருப்பவை? கண்ணால் பார்க்க இயலாது. ஒரு குண்டூசி தலையில் 100 பில்லியன் பில்லியன் அணுக்களை உட்கார்த்தி வைக்க முடியும். ஒவ்வொரு அணுவும் மூன்று அடிப்படை பொருட்களால் உருவாக்கப்பட்டன.
1) இலத்திரன்கள் (எலெக்ட்ரான்கள்) - இவை -ve சார்ஜ் உள்ளவை.
2) புரோத்தன்கள் (ப்ரோட்டான்ஸ்) - இவை +ve சார்ஜ் உள்ளவை. இவை எலெக்ட்ரான்களை விட 1836 மடங்கு எடை கொண்டது.
3) நியூட்ரான்ஸ் - இவை எந்த சார்ஜும் இல்லாத, நடுநிலை மின்னேற்றம்.இவை எலெக்ட்ரான்களை விட 1839 மடங்கு எடை கொண்டது.
ப்ரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும் சேர்ந்து நியூக்லியான்ஸ் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இது உட்கரு. ஒவ்வொரு அணுவின் உட்கருவை ப்ரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும் சேர்ந்து உருவாக்குகின்றன. அதாவது, உட்கரு என்பது ப்ரோட்டான்கள் + நியூட்ரான்கள். இவ்விரண்டையும் சுற்றி, ஒரு சிமென்ட் கலவை அல்லது கோ(யி)ந்து போல, ஒரு கலவை (binding force) இருப்பதால் அவை உட்கருவை அப்படியே வைத்திருக்க உதவுகிறது. ஒரு அணுவை சுற்றிக் இருக்கும் எலெக்ட்ரான்களும் (-ve), உட்கருவில் இருக்கும் ப்ரோட்டான்களும் (+ve) ஒன்றை ஒன்று ஈர்த்துக் கொள்கிறது.

ஒரு அணு

சில்வர்-ன் அணு எண்

உட்கருவின் ஒரு பகுதியாக இருக்கும் நியூட்ரான்ஸ் சும்மா 'தேமே' என்று தான் இருக்கும். ஆனால், அது தான் இங்கே மேட்டரே. ஆக, இது ஒரு அணுவின் கட்டமைப்பு. இதைப் போல 92+ விதமான அணுக்கள் இருப்பதாக கண்டுபிடித்து பட்டியல் இடப்பட்டிருக்கிறது. அவை அடிப்படைத் தனிமங்கள். அவற்றை ஒவ்வொன்றையும் ஒவ்வொரு எண் வைத்து குறிப்பிடுகின்றனர். ஒவ்வொரு அணுவிலும் இருக்கும் உட்கருவில் உள்ள ப்ரோட்டான்களின் (+ve) எண்ணிக்கை தான் அது. இதை தான் 'அணு எண்' - Atomic Number - என்று அழைக்கின்றனர். பெரும்பாலும் ஒரு உட்கருவில் உள்ள இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை இந்த அணு எண்ணுடன் ஒத்துப் போகும். உதா, ஹைட்ரஜன் - 1, லித்தியம் - 2, ஆக்ஸிஜன் - 8, தங்கம் - 79, யுரேணியம் - 92. இவற்றை இங்கு காணலாம். மற்றபடி இவற்றை பற்றி விலாவரியாக பேச இங்கு தேவை இல்லை (அதாவது, எனக்கும் அவ்வளவு தான் தெரியும்னு அர்த்தம், புரிஞ்சுக்கோங்க).
உதா,

லித்தியம் - மாதிரி

அடுத்து, ஒவ்வொரு அணு குடும்பத்திலும் இன்னபிற உருப்பினர்களும் உண்டு. அவற்றை isotopes என்று அழைப்பர். இந்த குடும்ப அங்கத்தினர்கள் யாவரும் ஒரே எண்ணிக்கை புரோத்தன்களை வைத்திருப்பர். ஆனால், அவர்களுக்குள் உள்ள வித்தியாசம் அதன் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையே.
உதா, யுரேணியம்-ன் புரோத்தன்களின் எண்ணிக்கை என்னவோ 92 தான். ஆனால், அவற்றின் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை மாறுபடும். 142, 143, 146 என. புரோத்தன்கள் + நியூட்ரான்கள் = அணு எடை (Atomic Mass). அதனால், நம்மிடம் உள்ள யுரேணியத்தின் வகைகள் U₂₃₄, U₂₃₅, U₂₃₈. இங்கு 234 என்பது 92 + 142.
இவற்றில் பல தனிமங்கள் தங்கள் நிலையிலேயே நிலையாக இருக்கும். ஆனால் 'சில' தனிமங்கள் எப்பொழுதும் ஏதாவது வெளிப்படுத்திக் கொண்டே இருக்கும். அவைகள் கதிரியக்கம் (radioactive) என்பர். உதாரணமாக, ரேடியம் (Ra₈₈) தன்னில் இருந்து, தன் நியூட்ரான்கள் மற்றும் புரோத்தன்கள் உடன், சக்தி வாய்ந்த கதிர்களை வெளிப்படுத்திக் கொண்டே இருக்கும். இரவில் கூட ஒளிருமே, கடைகளில் ஸ்டிக்கர்க்ளாக விற்ப்பார்கள். இது எந்த அளவு active-ஆக இருக்கும் என்றால், தன் சொந்த உட்கருவின் கட்டமைப்பையே மாற்றும் வரை active ஆக இருக்கும் ("சொந்த செலவுல சூன்யம் வைத்துக் கொள்வது"?). இப்படி தன் கட்டமைப்பே மாறும் பொழுது அது தன் குடும்பத்தையே மாற்றுகிறது. உதா, ரேடியம் (Ra₈₈) தன்னுள் இருந்த சக்தியை எல்லாம் வெளியேற்றி வெளியேற்றி ரேடான் (Rn₈₆) ஆக மாறி பின் காரீயம், Lead,(Pb₈₂) ஆக மாறுகிறது. அது தன்னைத் தானே நிலை நிறுத்திக் கொள்ளும் வரை இப்படி நிலை மாறிக் கொண்டிருக்கும். இதற்குப் பெயர் இயற்கை உருமாற்றம் (Natural Transmutation), இது இயற்கையாக நடக்கும் பட்சத்தில். இப்படி ஒரு அணு தன் நிலையை தன்னைத் தானே மாற்றிக் கொள்ளும் பொழுது, ஏன் மனிதன் தன்னால் ஒரு அணுவின் நிலையை மாற்ற முடியாது என்று சிந்தித்ததன் விளைவு தான் செயற்கையாக உருமாற்றம் செய்வது.
இதன் படி, ஒரு கதிரியக்க உட்கருவை, (உதா, யுரேனியும், ரேடியம்), மிண்காந்த சக்தியைக் கொண்டு வெளிப்படுத்தப்படும் ஆல்ஃபா கதிர்களில் உள்ள உட்கருவில் 2 புரோத்தன்கள் மற்றும் 2 நியூட்ரான்கள் இருக்கும். 2 புரோத்தன்கள் + 2 நியூட்ரான்கள் = ஹீலியம் (He₂). இந்த முறைக்கு Alpha decay என்று பெயர். இதுவும் ஒரு தனிமம் தான். இது வேகமாக நகரக் கூடியது, 1 வினாடியில் 2 கோடி மீட்டர்கள். இவை காற்றில் சில தூரங்கள் (இன்ச்-ல்) மட்டுமே பயணப்படும். அவற்றை சாதாரண காகிதங்களாலேயே தடுக்க முடியும். இந்த முறையில் 2 அணுக்கள் இழந்து அது வேறு ஒரு பொருளாக மாற்றம் பெருகிறது. உதா, யுரேணியம் (U₉₂) 2 அணுக்களை இழந்து தோரியமாக (Th₉₂) மாறுகிறது. சுருக்கமாக சொன்னால், நீங்கள் கடையில் வாங்கும் ரேடியமானது வெளிச்சத்தை உமிழ்ந்துக் கொண்டே இருக்கும். அந்த வெளிச்சம் தான் ஹீலியம் (He₂). ஹீலியம் காலியாகிக்கொண்டே இருப்பதால் காலப்போக்கில், அந்த ரேடியம் (Ra₈₈) ரேடான்-ஆக (Rn₈₆) மாறுகிறது. ஆல்ஃபா கதிர்கள் தான் முதலில் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட Nuclear Radiation.
இப்படி ஆல்ஃபா கதிர்களை ஒரு, உதா, நைட்ரஜன் மீது பாய்ச்சும் பொழுது, ஆல்ஃபா கதிர்களில் உள்ள ஒரு புரோத்தன், நைட்ரஜன் உட்கருவால் ஈர்க்கப்பட்டு அது ஆக்சிஜனாக மாறியது. இதற்குப் பெயர் செயற்கை உருமாற்றம் (Artificial Transmutation). மனிதன் ஒரு அணுவையே மாற்றுகிறான். இந்த ஆராய்ச்சிகள் அதன் பின் வந்த விஞ்ஞானிகளால் வலுப்பெற்றது.

ஆல்ஃபா கதிர்கள்

ஆல்ஃபா ஊடுருவல்

பின் 1939-ல் சில விஞ்ஞானிகளின் யுரேணியம் உருமாற்ற சோதனையின் பொழுது ஒரு நியூட்ரானை யுரேணியத்தின் உட்கருவின் மீது பாய்ச்சினார்கள். கவனிக்க, யுரேணியம் அதிக எடை கொண்டது. அப்பொழுது கிடைத்த விளைவு? அணுப்பிளவு (Nuclear Fission). ஒரு சிறு மாற்றத்திற்கு பதில், அணுக்களே இரண்டாக உடைந்தது. இது உலகை மற்றத்தக்க (அல்லது உலகின் வரைபடத்தை மாற்றத்தக்க) கண்டுபிடிப்பு. என்ன நடந்தது? அங்கே நடந்தது விஞ்ஞானத்தின் இரட்டிப்பு அதிசயம். விஞ்ஞானிகள் எதிர்ப்பார்க்காத அதிசயம்.
ஒன்று யுரேணியத்தின் உட்கருவை (கவனிக்க ப்ரோட்டான்கள் + நியூட்ரான்கள் கொண்டது) சேர்க்க வைத்திருக்கும் கோந்து (binding force) என்னும் கலவை பற்றியது. யுரேணியம் யுரேணியமாக இருந்த பொழுது இருந்த கலவையின் எடை, அவை இரண்டாக பிரிந்த அணுக்களில் இருந்த கலவையின் மொத்த எடையை விட அதிகமாக இருந்தது (அல்லது அதுவே தேவையானதாக இருந்தது). பிரிந்த பின் அந்த கலவையில் ஒரு பகுதி மட்டும் தனியே வந்து...வெடித்தது. ஏன் bold-ல் வெடித்தது? அது பெரும் சக்தியாக வெடித்தது. வெடித்து ஐண்ஸ்டீனின் E = MC² என்னும் ஃபார்முலா படி எடையும் சக்தியும் ஒன்று என்று நிரூபித்தது. கீழே உள்ள படத்தினைப் பார்க்கவும்.

பிளக்கப்பட்ட அணு

நெட்டில் சுட்டது: அணுப்பிளவைப் (Nuclear Fission) பற்றி பலருக்கும் தெரியும். ஹிரோஷிமா, நகசாகி நகரங்களின் பேரழிவிற்கும் அணுமின் நிலையங்களில் ஆக்கபூர்வ சக்தி உற்பத்திக்கும் அணுப்பிளவுதான் அடிப்படை. மாபெரும் அணுவின் பொருண்மைக்கும் (m0) அதைப் பிளக்கும்பொழுது உருவாகும் சிறு அணுக்களின் கூடுதல் பொருண்மைக்கும் (m1 + m2) இடையே உள்ள சக்தியின் வேறுபாட்டுக்கு நேர்விகிததில் சக்தி தோன்றுகிறது. இதையே ஐன்ஸ்டைனின் E = mc2 என்ற சமன்பாடு கணக்கிடுகிறது. அணுப்பிளவில் சக்தியுடன் கூட பக்கவிளைவாகக் கதிரியக்கம், வெப்பக்கதிர்வீச்சு போன்றவையும் நிகழ்கின்றன. இவற்றினால் மனிதர்களுக்கும், விலங்குகளுக்கும் ஏற்படும் பக்கவிளைவு அதிகம்.

இரண்டாவது? யுரேணியம் உட்கரு பிரியும் பொழுது சக்தியானது வெப்பமாகவும், வெடியாகவும் வெளிப்பட்டது. அப்பொழுது சக்தி வாய்ந்த கதிர்கள் வெளிப்படுகின்றன. அவை எக்ஸ்-ரேக்களை ஒத்திருந்தன. அப்பொழுது அதி வேகத்தில் சில நியூட்ரான்கள் வெளியேற்றப்படுகின்றன. அங்கே இன்னும் சில பல U₂₃₅ இருப்பதால், அந்த நியூட்ரான்கள் மற்ற U₂₃₅ அணுக்களை முன்பு சொன்ன அதே ஒன்றாவது அதிசயப்படி யுரேணியத்தைப் பிரித்து பிரித்து பிரித்து பிரித்து பிரித்து அவற்றை வெடிக்க வைக்கிறது.
விளைவு அல்ல!!! ஒரு தொடர் விளைவு (Chain Reaction), நம்ம பாலபாரதி அடுத்தடுத்து 'தம்' போடுவது போல, இரண்டே இரண்டு வினாடிகளில் மில்லியன் பில்லியன் பில்லியன் அணுக்கள் வெடிக்கின்றன. அதன் சக்தி எப்படிப்பட்டது என்றால், ஒரு பெரிய மைதானம் நிறைய டைனமைட்டை வெடிக்க வைத்தால் கிடைக்கக் கூடிய சக்தி, இந்த ஒரு சிறிய பந்து அளவிலான யுரேணியத்தை பிளப்பதால் உண்டாகும். எந்த ஒரு அதிசய கண்டுபிடிப்பும், ஆக்கபூர்வமாக பயன்படுத்தப்படுவதை விட, தற்காப்புக்கு பயன்படுத்தப் போய், பின் சமயம் கிடைக்கும் பொழுது அந்த நாட்டை அழிக்க பயன்படுத்திவிட்டு, அதன் பின் பிராயசித்தத்துக்காக அழிக்கப்பட்ட தேசத்தின் ராணுவ தேவைகளை கவனித்துக் கொள்வது. பாதிக்கப்பட்ட நாடும் சமாதானம் பேசிக் கொண்டு உலகிலேயே அதிகமாக ஆயுதங்களை தயார் செய்வது (கேட்டால் அது business).
சரி! அணு ஆயுதம் செய்ய ஒரு பந்து அளவிலான யுரேணியத்திற்கு என்ன செய்வது? மண்ணில் அதிகமாக கிடைக்கக் கூடிய யுரேணியத்தின் isotopes-களில் ஒன்றான U₂₃₈-ஐ மலையளவு பிளவித்து செய்து U₂₃₅-ஆக மாற்றி முதல் அணுகுண்டை செய்தார்கள். இதற்கு ஏராளமான மனித உழைப்பு தேவைப்பட்டது (அடுத்தவனை அழிக்கத்தான் ஓவர் டைமில் ஒர்க் பன்னுவோமே!!!). இங்கே கவனிக்க வேண்டியது, U₂₃₅ மட்டுமே சங்கிலித் தொடரை அனுமதிக்கும், U₂₃₈ அல்ல. ஆனால், புளூட்டோனியம் (Pu₉₄) சங்கிலித் தொடரை அனுமதிக்கும்.
ஆக, அணுகுண்டு எப்படி வெடிக்கிறது என்று (மேலோட்டமாக) பார்த்தோம்.
(சுற்றிலும் சீல் செய்யப்பட்ட) ரியாக்ட்டர்களின் உதவியுடன், செயற்கையான(க) புளூட்டோனியம் தயாரிக்க மேற்கொண்ட முயற்சி வெற்றி பெற்றது. ரியாக்ட்டர்களில் இயற்கையான யுரேணியங்கள் (U₂₃₅ மற்றும் U₂₃₈) கம்பி வடிவில் வைக்கப்படுகின்றது. அந்த ரியாக்ட்டர்களில் உள்ள கிராஃப்பைட், U₂₃₅ பிளக்கப்படும் பொழுது அதி வேகத்தில் வெளியாகும் சில நியூட்ரான்களின் வேகத்தை கட்டுப்படுத்துகிறது. அவற்றில் சில (கட்டுப்படுத்தப்படாத) நியூட்ரான்கள் மற்ற U₂₃₅-க்களை பிளக்கும். அதனால், இது அந்த சங்கிலித் தொடரை கட்டுக்குள் வைத்திருந்து தொடர முடிகிறது. கட்டுப்படுத்தப்பட்ட நியூட்ரான்கள் U₂₃₈-ஐ பிளக்க ஆரம்பிக்கிறது. U₂₃₈ சங்கிலித் தொடரை அனுமதிப்பதில்லை. ஆனால் U₂₃₅-ல் இருந்து வரும் ஒரு நியூட்ராணை எடுத்துக் கொண்டு U₂₃₈-ஆனது முதலின் நெப்ட்யூனியம்-ஆக (Np₉₃) மாறி, பின் அது புளூட்டோனியமாக (Pu₉₄) மாறுகிறது. புளூட்டோனியம் (Pu₉₄) சங்கிலித் தொடரை அனுமதிக்கும். அதனால், புளூட்டோனியம் உபயோகித்து அணுகுண்டு தயாரிக்க முடிந்தது. இங்கே, ரியாக்ட்டரே ஒரு அணுவிசை மையமாக இருக்க முடிகிறது. புளூட்டோனியம் கிடைப்பதுடன், அதன் விளைவாக மிக பயங்கரமான அளவில் வெப்பமும் வெளிப்படுவது நியூட்டனின் மூன்றாவது விதி. அந்த வெப்பத்தை கட்டுக்குள் கொண்டு வந்து அதை உபயோகிக்க முடிவதால் பல வழிகளில் உபயோகமாகிறது. அதன் ஒரு முக்கியமான உபயோகம் மின்சாரம்.
அறிவியலும், வானவியலைப் பற்றியும் என் மற்ற பதிவுகள்
கால இயந்திரம்
E = MC²
கருந்துளைகள்
1-D, 2-D, 3-D, 4-D...
விண்கற்கள்
The Expanding Universe
அறிவியல் - வரமா / சாபமா?