રેડિયોઍક્ટિવ ક્ષય પ્રકાર આર્ટીકલ

કેટલીક વાર પરમાણુઓ ફક્ત પોતે જ રહેતા નથી; તેઓ અચાનક જ કોઈ ચેતવણી આપ્યા વગર, બીજા પરમાણુમાં સંપૂર્ણ રીતે બદલાય જાય છે. તત્વના એક પ્રકારનું બીજામાં આ રહસ્યમયી રૂપાંતરણ એ ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાઓનો પાયો છે, જેના કારણે એક ન્યુક્લિયસ બીજા ન્યુક્લિયસમાં ફેરવાય છે. જેવી રીતે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ ઇલેક્ટ્રોનની અદલાબદલી કરીને એક સંયોજનને બીજા સંયોજનમાં ફેરવે છે, તે રીતે જ્યારે પરમાણુના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની સંખ્યા બદલાય ત્યારે ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાઓ થાય છે.

કેટલાક પ્રકારની ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાઓ ન્યુક્લિયસમાંથી પ્રોટોનને બહાર કરી શકે, અથવા તેમને ન્યુટ્રોનમાં ફેરવી શકે. આવર્ત કોષ્ટક પર તત્વના ક્રમાંકને જોઈને તેને શું કહેવું એ આપણે જાણીએ છીએ અને પછી તેનું નામ વાંચીએ છીએ, જ્યારે પરમાણુક્રમાંક (પ્રોટોનની સંખ્યા) બદલાય, ત્યારે તત્વનું નામ પણ. જેના કારણે ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાઓ એક વિદ્યા જેવી લાગે; પોટેશિયમ (પરમાણુક્રમાંક 19) નો પરમાણુ અચાનક અને અણધારી રીતે કૅલ્શિયમ (પરમાણુક્રમાંક 20) ના પરમાણુમાં ફેરવાય શકે. કંઈક બદલાય છે તેની ફક્ત એક નિશાની વિકિરણ મુક્ત થવા એ છે, જેના વિશે આપણે થોડું ઊંડાણમાં વાત કરીશું.

વધુ પ્રબળતાથી, ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાઓ મોટે ભાગે આખી યાદ્દચ્છિક રીતે જ થાય છે. જો તમારી પાસે એક જ ન્યુક્લિયસ હોય જેનો કોઈ જુદા ન્યુક્લિયસમાં અંતે ક્ષય થશે, તો તે જોવા માટે તમને કેટલો સમય લાગશે એ હજુ પણ એક અંદાજ જ છે. તમે થોડી સેકન્ડ અને તમારા આખા જીવનકાળની વચ્ચે ક્યારેય પણ બેસીને તે ન્યુક્લિયસને જોઈ શકો, અને કોઈ એક ક્ષણે તે કોઈ પણ ચેતવણી આપ્યા વગર ક્ષય પામશે! તેમછતાં, ન્યુક્લિયસના પ્રકારને આધારે, જો તમે એક જ સમયે ઘણા ન્યુક્લિયસને જોતા હોવ, તો તેનો ક્ષય થતા સરેરાશ કેટલો સમય લાગશે તેનું અનુમાન તમે કરી શકો. તેથી માપી શકાય તેવી સંખ્યાના ક્ષય માટે સરેરાશ સમય (પોટેશિયમ માટે તે બિલિયન વર્ષથી વધુ છે) , ક્ષયનો ચોક્કસ સમય તદ્દન યાદ્દચ્છિક હોય છે.

ત્યાં ત્રણ પ્રકારની ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાઓ છે, જેમની દરેક ન્યુક્લિયસમાંથી જુદા, ઝડપી-ગતિ કરતા કણને (જેમ કે ફોટોન અથવા ઈલેક્ટ્રોન) બહાર કાઢે છે. આ મુક્ત થતા કણો એ તત્વ તેનો પરમાણુક્રમાંક અથવા દળ બદલે તેની આડ અસર છે, અને જ્યારે વૈજ્ઞાનિકો ન્યુક્લિયર વિકિરણની ચેતવણી આપે ત્યારે તેમનો અર્થ આ થાય, કારણકે ઝડપી-ગતિ કરતા કણો નાની બુલેટ તરીકે વર્તી શકે જે તમારા શરીરમાં ઘોંચાઈને કાણું પાડી શકે. તેમછતાં, મોટા ભાગના ન્યુક્લિયર વિકિરણ નુકસાનકારક હોતા નથી, અને તેમને ક્યારેય નવા પ્રકારના તબીબી અથવા નિદાનના સાધનો પૂરા પાડવા માટે વાપરી શકાય છે.

બધા જ તત્વો સમયના માપક્રમ દરમિયાન ન્યુક્લિયર ક્ષય પામતા નથી જેનું આપણે નિરીક્ષણ કરીએ છીએ. કેટલાક તત્વો ક્ષય પામવા માટે મિલિયન વર્ષ લે છે. હકીકતમાં, મોટા ભાગની સજીવ વસ્તુઓ મુખ્યત્વે કાર્બન અને નાઇટ્રોજનના સમસ્થાનિકોની બનેલી હોય છે, જેમની પાસે જીવનકાળ ખુબ જ લાંબું હોય છે જે સજીવોના જીવનકાળ દરમિયાન કયારેય ક્ષય પામશે નહિ. આ જરૂરી છે કારણકે આ દરેક પરમાણુનું જૈવરાસાયણિક કાર્ય ખાસ કરીને તેના પરમાણુક્રમાંક સાથે બંધાયેલું છે: જો ચેતા ગ્રાહી કંઈક શોધે અને કાર્બન-આધારિત સંદેશાવાહક અણુ સાથે જોડાય, તો તે જ્યારે કાર્બન જાતે જ બેરિલિયમમાં ફેરવાય ત્યારે તેના માટે કામ કરશે નહિ.

એકસમાન તત્વના જુદા જુદા પરમાણુઓ પાસે જુદા જુદા દળ હોઈ શકે. ઉદાહરણ તરીકે, કાર્બનના પરમાણુ (પરમાણુક્રમાંક 6, તેથી છ પ્રોટોન) પાસે ક્યાં તો 6 ન્યુટ્રોન અથવા 8 ન્યુટ્રોન હોઈ શકે. અગાઉની પરિસ્થિતિ રસાયણવિજ્ઞાનના વર્ગ પરથી વધુ પરિચિત છે, જીવવિજ્ઞાનમાં ઉપયોગી મોટા ભાગના સામાન્ય હલકા તત્વો (જેમ કે ઓક્સિજન, કાર્બન, અને નાઇટ્રોજન) પાસે ન્યુટ્રોનની જેમ જ પ્રોટોનની સંખ્યા સમાન હોય છે. પણ એવું કહી શકાય કે 6 પ્રોટોન અને 8 ન્યુટ્રોન ધરાવતો કાર્બન, 6 અને 6 જેટલો સ્થાયી નથી, પૂરતો સ્થાયી છે જે કુદરતમાં માપી શકાય એટલા પ્રમાણમાં મળી આવે છે. કારણકે 8 ન્યુટ્રોન ન્યુક્લિયસ અને 6 ન્યુટ્રોન ન્યુક્લિયસ બંને તકનિકી રીતે કાર્બન જ છે, આપણે તેને કાર્બન જુદા જુદા *સમસ્થાનિકો *કહીએ છીએ.

પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન પાસે લગભગ એકસમાન જ દળ હોય છે, તેથી કાર્બનના સૌથી સામાન્ય સ્વરૂપને કાર્બન-12 (6 પ્રોટોન + 6 ન્યુટ્રોન) કહેવાય છે. ભારે સમસ્થાનિક કાર્બન-14 (6 પ્રોટોન + 8 ન્યુટ્રોન) છે. પણ જ્યારે તમે આવર્ત કોષ્ટક પર કાર્બનના દળને જુઓ, ત્યારે તે કહે છે કે દળ 12.011 પરમાણ્વીય દળ એકમ (amu) છે. આનું કારણ એ છે કે જો તમે બહાર જાઓ અને કાર્બનના ખુબ મોટા જથ્થાનું વજન કરો, તો તમે જોશો કે મોટા ભાગના પરમાણુઓનું વજન 12 amu છે. પણ તે મોટા જથ્થામાં તમે ક્યારેક જ કાર્બન-14 ન્યુક્લિયસ શોધશો, જેના કારણે તમારા માપનના સરેરાશની કિંમત 12 કરતા થોડી વધુ આવશે.

મૂળભૂત બળ સાથે ઊંડાણમાં સંબંધિત કારણો જે ન્યુક્લિયસમાં કામ કરે છે, ન્યુક્લિયર ક્ષય પામવા માટે પદાર્થનું વલણ પરમાણુક્રમાંક અને તત્વનું પરમાણ્વીય દળ બંને સાથે સંબંધિત છે. તેનો અર્થ થાય કે એક જ તત્વના બે જુદા સમસ્થાનિકો ન્યુક્લિયર ક્ષય પામવા માટે જુદું જુદું વલણ ધરાવશે. કાર્બનના ઉદાહરણમાં, સમસ્થાનિક કાર્બન-14 નાઇટ્રોજનમાં ક્ષય પામવા માંગે જ્યારે કાર્બન-12 (જે તમારા શરીરમાં મોટા ભાગનું કાર્બન છે) સ્થાયી રહે છે.

પરિણામે, તત્વના નમૂનામાં કયો સમસ્થાનિક હાજર છે એ જાણીને ફક્ત નમૂનાની સ્થાયીતા વિશે જ કહી શકાતું નથી, પણ તે કયા ક્ષયના પ્રકારમાં જશે એ પણ કહી શકાય.

આલ્ફા ક્ષય દરમિયાન, ન્યુક્લિયસ બે ટુકડાઓમાં વિભાજીત થાય છે: પ્રોટોનની જોડ ન્યુટ્રોનની જોડ સાથે જોડાય છે (ચાર કણોનું જોડાણ જે હિલિયમનું ન્યુક્લિયસ છે, અને તેને આલ્ફા કણ કહેવાય છે), અને બીજા ટુકડામાં મૂળભૂત ન્યુક્લિયસ ઓછા આ ટુકડો હોય છે. તેથી આપણે આલ્ફા ક્ષય પાસે રાસાયણિક પ્રક્રિયા સમીકરણ લખી શકીએ:

Ra → Rn + He${}^{2+}$‍

રેડિયમ ન્યુક્લિયસ (Ra, પરમાણુક્રમાંક 88) હિલિયમ ન્યુક્લિયસ (He${}^{2+}$‍, નાનો ટુકડો) અને બીજું ન્યુક્લિયસ જે તત્વ રેડોનને (Rn, પરમાણુક્રમાંક 86) અનુરૂપ છે એમાં વિભાજીત થાય છે. વિકિરણ સાથે જોડાયેલા તબીબી જોખમમાં સામાન્ય રીતે ઝડપનો સમાવેશ થાય છે જેમાં ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાની નીપજો ગતિ કરે છે. આ પ્રક્રિયા વડે મુક્ત થયેલા આલ્ફા કણને નાની બુલેટ તરીકે વિચારો, જે નરમ પેશીઓ જેમ કે પેટ અને ફેફસાના સ્તરમાં કાણું પાડી શકે. સદનસીબે, આલ્ફા ક્ષય મોટી, ધીમી-ગતિ કરતી ક્ષય નીપજો મુક્ત કરે છે, અને તેથી આ પ્રકારના વિકિરણની સામે રક્ષણ પૂરું પાડવું સરળ છે.

ઉપર બતાવેલી પ્રક્રિયા બીજી, પરોક્ષ રીત દર્શાવે છે જેના વડે આલ્ફા ક્ષય સંકટ ઊભું કરી શકે. રેડિયમ, પ્રક્રિયાના તીરની ડાબી બાજુનું તત્વ, જમીનમાં ખુબ જ ઊંડે મળી આવે છે કારણકે પથ્થર ગ્રેનાઈટ સાથે મિશ્ર થયેલો હોય છે. તેમછતાં, જ્યારે તે આલ્ફા ક્ષય પામે ત્યારે રેડોનમાં ફેરવાય છે, જેને કુદરતી રીતે વાયુ ગણવામાં આવે છે. પછી રેડોન જમીનમાંથી બહાર નીકળે છે અને લોકોના ઘરના ભોંયતળિયામાં આવે છે, જ્યાં તેઓ ફેફસામાં દાખલ થઇ શકે, અને ફરી તેનો ક્ષય થાય છે, અસુરક્ષિત પેશીઓમાં સીધા જ આલ્ફા કણો (અથવા બીજા પ્રકારનું વિકિરણ) મુક્ત કરી શકે. રેડોનના સંપર્કમાં આવવાની આ રીત દુનિયાના મોટા ભાગોમાં ફેફસાંના કેન્સરનું જોખમ બતાવે છે.

બીટા ક્ષયમાં, ન્યુક્લિયનો કોઈ એક ન્યુટ્રોન અચાનક જ પ્રોટોનમાં ફેરવાય છે, જેના કારણે તત્વનો પરમાણુક્રમાંક વધે છે. યાદ કરો કે તત્વનું નામ તેના પરમાણુક્રમાંક વડે નક્કી થાય છે. કાર્બન એ કાર્બન છે કારણકે તેનો પરમાણુક્રમાંક 6 છે, જ્યારે નાઇટ્રોજન એ નાઇટ્રોજન છે કારણકે તેનો પરમાણુક્રમાંક 7 છે. તેનો અર્થ થાય કે પ્રક્રિયા જે ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા બદલે છે આપણે જે તત્વના ન્યુક્લિયસને ધ્યાનમાં લઇએ છીએ એને પણ બદલી નાખે છે. આમ ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાઓ એક પદાર્થને બીજામાં સરળતાથી કઈ રીતે ફેરવી શકે એનું શ્રેષ્ઠ ઉદાહરણ બીટા ક્ષય છે.

નીપજ પોટેશિયમ ક્લોરાઇડ સામાન્ય રીતે કરિયાણાની દુકાનમાં મીઠાની-અવેજી તરીકે વેચાય છે. આ નીપજમાં અલ્પ પ્રમાણમાં પોટેશિયમ-40 (K) નો સમાવેશ થાય છે, જે બીટા ક્ષય પામીને કેલ્શિયમ-40 (Ca) માં ફેરવાય છે. સંજ્ઞાનો ઉપયોગ કરીને, આ પ્રક્રિયા આવી દેખાય:

K→ Ca + e${}^{-}$‍ + v

વધારામાં તેનો પરમાણુક્રમાંક બદલાતા, ન્યુક્લિયસ રચાય છે અને પરમાણુમાંથી ઈલેક્ટ્રોન (e-) મુક્ત થાય છે જે ન્યુટ્રોનમાંથી પ્રોટોનમાં ફેરવાઈને મેળવેલા ધન વીજભારને સંતુલિત કરે છે. આ બીટા ક્ષય સાથે જોડાયેલા "વિકિરણ" મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનનું ઉત્સર્જન કરે છે. મુક્ત થતો બીજો રહસ્યમયી કણ v ને એન્ટિન્યુટ્રિનો કહેવાય છે, જેની પાસે કોઈ વીજભાર નથી અને ભાગ્યે જ દળ છે.

તેનો અર્થ થાય કે જો તમે કરિયાણાની દુકાને જાઓ અને પોટેશિયમ-40 સમસ્થાનિકની (જેનો બીટા ક્ષય થાય) બરણી ખરીદો અને તેને તમારા રસોડામાં થોડા વર્ષો એમ જ રહેવા દો, તો તમારી પાસે તમે જેનાથી શરૂઆત કરી હતી તેન કરતા ઓછું પોટેશિયમ હશે (કેલ્શિયમ તેનું સ્થાન લેશે). આ પ્રક્રિયા કરિયાણાની દુકાનમાં રહેલા ખુબ જ અલ્પ સંખ્યાના પોટેશિયમ ક્લોરાઈડ માટે અને ઘણી જ ધીમી થાય છે, અને તેથી આ વિકિરણ વડે ખરેખર સ્વાસ્થ્યનું જોખમ શૂન્ય છે.

બીટા ક્ષયના સંબંધિત પ્રકારમાં જ્યારે પ્રોટોન ન્યુટ્રોન બને ત્યારે ન્યુક્લિયસનો પરમાણુક્રમાંક ઘટે છે. વીજભારના સંરક્ષણને કારણે, આ પ્રકારના બીટા ક્ષયમાં "પોઝિટ્રોન" નામના વીજભારિત કણના મુક્ત થવાનો સમાવેશ થાય છે જે ઈલેક્ટ્રોન જેવો જ દેખાય છે અને વર્તે છે પણ તેની પાસે ધન વીજભાર છે. આ કણની બીજી પેશીઓ સાથેની આંતરક્રિયા સરળતાથી ઓળખી શકાય છે, તેથી કેટલીક મેડિકલ ઇમેજિંગ ટેકનીકમાં હેતુપૂર્વક દર્દીમાં એવી તત્વ દાખલ કરવામાં આવે છે જેનો બીટા ક્ષય પોઝિટ્રોનમાં થતો હોય, અને પછી પોઝિટ્રોનનું ઉત્સર્જન ક્યાં થાય છે એનું અવલોકન કરવામાં આવે છે. જ્યારે બીટા ક્ષય પોઝિટ્રોન બનાવે ત્યારે તેને બીટા-પ્લસ ક્ષય કહેવાય છે, અને જ્યારે તે ઈલેક્ટ્રોન બનાવે ત્યારે તેને બીટા-માઈનસ ક્ષય કહેવાય છે.

ગામા ક્ષય દરમિયાન ન્યુક્લિયસ ખરેખર તેના સંઘટનને બદલ્યા વગર વિકિરણનું ઉત્સર્જન કરે છે: આપણે 12 પ્રોટોન અને 12 ન્યુટ્રોન સાથે ન્યુક્લિયસ સાથે શરૂઆત કરીએ, અને આપણે 12 પ્રોટોન અને 12 ન્યુટ્રોન સાથે ન્યુક્લિયસથી પૂરું કરીએ…પણ આ સાથે ક્યાંક વિકિરણ મુક્ત થાય છે!

ન્યુક્લિયસ ગુંદરની જેમ ચોંટેલા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની ગોઠવણીથી બનેલું છે, પણ ત્યાં ઘણી બધી શક્ય રીત છે જેમાં આ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન ગોઠવાઈ શકે છે. આમાંની કેટલીક ગોઠવણીઓ પાસે ઓછી કુલ ઊર્જા હોય છે, અને તેથી ન્યુક્લિયસ જેમાં પ્રોટોન શરૂઆતમાં એકબીજાની નજીક હોય એ થોડા સમય પછી ઓછી ઊર્જાવાળી ગોઠવણીમાં બદલાઈ શકે.

યાદ કરો કે ન્યુક્લિયસની આસપાસ ભ્રમણ કરતા ઈલેક્ટ્રોન માટે ઊર્જા સ્તરો હોય છે, અને જ્યારે દરેક સમયે ઈલેક્ટ્રોન વધુ ઊર્જા સ્તરમાંથી ઓછી ઊર્જા સ્તર પર ગતિ કરે ત્યારે ફોટોનનું ઉત્સર્જન કરે છે. આ સમાન બાબત ન્યુક્લિયસમાં પણ થાય છે: જ્યારે તે ઓછી ઊર્જા અવસ્થામાં ફરીથી ગોઠવાય, ત્યારે તે ગામા-કિરણ તરીકે ઓળખાતા વધુ-ઊર્જાવાળા ફોટોન બહાર કાઢે છે.

ગામા કિરણો વધુ ઊર્જાવાળા અને વિકિરણના સૌથી ખતરનાક સ્રોતમાંથી એક છે કારણકે ફોટોન સૌથી સામાન્ય શિલ્ડીંગ દ્રવ્યમાંથી પસાર થઈ શકે અને તેના કારણે જીવંત પેશીઓમાં DNA ને નુકશાન પહોંચાડી શકે. પણ ગામા વિકિરણ પાસે ચોક્કસ ઉપયોગ છે; ઉદાહરણ તરીકે, તત્વ ટેક્નિશિયમ સાપેક્ષમાં ઓછી-ઊર્જાવાળા ગામા ક્ષયનું ઉત્સર્જન કરે છે જેની પરખ વિશિષ્ટ સ્કૅનરનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય, અને તેથી દર્દીના શરીરની અંદરના ચિત્ર માટે ટ્રેસર તત્વ તરીકે તેનો ઉપયોગ કરી શકાય.

કેટલીક વાર વિકિરણની વાત લાંબા-અંતરની અવકાશ મુસાફરી સાથે જોડાયેલા જોખમના સંદર્ભમાં કરવામાં આવે છે. ખરતા તારા અને અવકાશમાં બીજી બધી વિચિત્ર બાબતો ખુબ જ વધુ પ્રમાણમાં અને વિચિત્ર પ્રકારના વિકિરણ ઉત્પન્ન કરે છે---ઉપર દર્શાવેલા પ્રકારો ઉપરાંત આ અસામાન્ય, વધુ-ઊર્જાવાળા કણો કોસ્મિક વિકિરણો કહેવાય છે, અને અવકાશના ઘણા બધા ભાગોમાં તેઓ મોટે ભાગે વધુ ઊર્જાવાળા ફોટોન, અથવા ગામા વિકિરણનો સમાવેશ કરે છે. યાદ કરો કે ગામા વિકિરણ ખતરનાક છે કારણકે ફોટોન ઘણા બધા વાહકોમાંથી પસાર થઇ શકે અને આમ જીવંત પેશીઓમાં મુસાફરી કરી શકે, જ્યાં તેઓ આંતરિક નુકશાન કરી શકે (અને અંતે કેન્સર પણ).

સ્પેસશીપમાં, અવકાશયાત્રીઓ પાસે કોસ્મિક કિરણોથી બચવા માટે પૃથ્વીના જાડા વાતાવરણનો સંપૂર્ણ લાભ હોતો નથી. તેનો અર્થ થાય કે લાંબા-સમયની અવકાશ મુસાફરી (જેમ કે મંગળ સુધીનું મિશન) પાસે કોસ્મિક વિકિરણો સામે રક્ષણ કરી શકે તેવા દ્રવ્ય સાથે સ્પેસશીપના જીવંત ભાગોને યોગ્ય રક્ષણ પૂરું પાડવા પૂરતા સ્ત્રોત હોવા જોઈએ અવકાશયાત્રીઓને રક્ષણ પૂરું પાડી શકે તેવા દ્રવ્યો સંશોધનનો સક્રિય વિસ્તાર છે!