ન્યુક્લિયર સ્થાયીતા અને ન્યુક્લિયર સમીકરણ

અગાઉના વિડીઓમાં આપણે હિલિયમના ન્યુક્લિઅસ વિશે વાત કરી હતી જે બે પ્રોટોન અને બે ન્યુટ્રોનનો સમાવેશ કરે છે ન્યુક્લિઅસ મન પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનને ન્યુક્લીઓન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે હું આ શબ્દનો ઉપયોગ આ વિડિઓમાં થોડીક વખત કરીશ અહીં આ ન્યુક્લીઓનનું ચિત્ર છે જેમાં બે પ્રોટોન અને બે ન્યુટ્રોન છે અને આપણે જાણીએ છીએ કે તે સ્થાયી છે તે બંનેમાં ધન વિધુત ભાર હોવા છતાં અહીં આ બંને પ્રોટોન એક બીજા પ્રત્યે અપાકર્ષાય છે સ્થિત વિધુત બળ સ્થિત વિધુત બળ પ્રમાણે બે સમાન વિધુતભાર વચ્ચે અપાકર્ષણ થાય છે આપણે જાણીએ છીએ કે ન્યુક્લિઅસ સ્થાયી છે માટે ત્યાં કંઈક એવું જોવું જોઈએ જે આ ન્યુક્લિઅસને જકડી રાખે જેને આપણે પ્રબળ બળ કહીશું સ્ટ્રોંગ ફોર્સ ન્યુક્લિઅસનું પ્રબળ બળ એ સ્થિત વિધુત બળ કરતા ઘણો વધારે હોય છે પ્રબળ બળ ખુબ જ ઓછા અંતરે કામ કરે છે પરંતુ તે બધા જ ન્યુક્લિઅસની વચ્ચે કામ કરશે ઉદાહરણ તરીકે પ્રોટોન અને પ્રોટોન વચ્ચે થતી આંતર ક્રિયા એ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન વચ્ચે થતી આંતર ક્રિયાને સમાન છે અને તે ન્યુટ્રોન અને ન્યુટ્રોન વચ્ચે થતી આંતર ક્રિયાને સમાન છે આપણે આ વિડિઓમાં પ્રબળ બળ વિશે વધુ વાત કરીશું નહિ આ વિડિઓનો મુખ્ય હેતુ એ છે કે આ ન્યુક્લિઅસ સ્થાયી છે તે શા માટે છે તે વિચારીએ તે આપણી પાસે સમાન સંખ્યામાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન છે અને રસપ્રત છે પરમાણુ ક્રમાંક પર ધ્યાન આપીએ જે આપણને પ્રોટોનની સંખ્યા દર્શાવે છે જેને આપણે Z તરીકે દર્શાવીએ છીએ અને ન્યુટ્રોનની સંખ્યાને N તરીકે દર્શાવીએ છીએ હવે જો આપણે અહીં આ ગુણોત્તર પર ધ્યાન આપીએ આપણે ન્યુટ્રોનની સંખ્યા અને પ્રોટોનની સંખ્યાના ગુણોત્તર પર ધ્યાન આપીએ આપણે N અને Z ના ગુણોત્તર પર ધ્યાન આપીએ તો અહીં આ ઉદાહરણમાં આપણી પાસે બે ન્યુટ્રોન છે અને બે પ્રોટોન છે તેથી તે 2 /2 થાય જેના બરાબર 1 આમ N અને Z નો ગુણોત્તર 1 છે હવે આપણે એવા ન્યુક્લિઅસની વાત કરીએ જેમાં પ્રોટોનની સંખ્યા ખુબ ઓછો હોય છે જેમાં પ્રોટોનની સંખ્યા 20 કરતા નાની હોય છે તો આ પ્રકારના ન્યુક્લિઅસમાં જયારે N અને Z નો ગુણોત્તર 1 થાય ત્યારે તેમનો ન્યુક્લિઅસ સ્થાયી હશે આમ જયારે N ભાગ્યા Z = 1 થાય ત્યારે તમે કહી શકો કે ન્યુક્લિઅસ સ્થાયી છે જો પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની સંખ્યા સમાન હોય તો તમારે ન્યુક્લિઅસ સ્થાયી બને છે માટે જો આપણે આ ઉદાહરણની વાત કરીએ તો હિલિયમ 4 સ્ટેબલ છે એટલે કે સ્થાયી છે હવે આપણે કાર્બન 14 વિશે વિચારીએ કાર્બનનો પરમાણુ ક્રમાંક 6 હોય છે જેનો અર્થ એ થાય કે કાર્બનના ન્યુક્લિઅસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા 6 છે અને તેની પાસે ન્યુટ્રોનની સંખ્યા 14 -6 એટલે કે 8 થશે તેના ન્યુક્લિસમાં 8 ન્યુટ્રોન હોય છે તો હવે અહીં ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોનનો ગુણોત્તર શું થાય અહીં N અને Z નો ગુણોત્તર શું થાય આપણી પાસે 8 ન્યુટ્રોન છે અને 6 પ્રોટોન છે આનો ગુણોત્તર 1 કરતા મોટો થશે આમ આપણી પાસે હવે અસ્થાયી ન્યુક્લિઅસ છે આ કાર્બન 14 એ અસ્થાયી ન્યુક્લિઅસ ધરાવે છે તે રેડિયો એક્ટિવ પદાર્થ છે અને તે ક્ષય પામે છે ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોનના ગુણોત્તરને વધુ સારું બનાવવાનો પ્રયત્ન કરીએ અને ન્યુક્લિઅસ સમીકરણને જોઈએ જે કાર્બન 14 ના સ્વયંસ્ફૂરિત ક્ષયને દર્શાવે તે ન્યુક્લિઅસ સમીકરણ અહીં છે જયારે તમે ન્યુક્લિઅર સમીકરણ લખો ત્યારે તમે ફક્ત ન્યુક્લિઅસને જ દર્શાવો છો ઉદાહરણ તરીકે સમીકરણની ડાબી બાજુએ મારી પાસે કાર્બન 14 છે આપણે ફક્ત તેને ન્યુક્લિઅસ વિશે જ વાત કરીશું એટલે કે આપણે ન્યુક્લિઅસમાં રહેલા 6 પ્રોટોન અને 8 ન્યુટ્રોન વિશે વાત કરીશું હવે અહીં શું થઇ રહ્યું છે તે જોઈએ કાર્બન 14 તેના ન્યુક્લિઅસ માંથી એક ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરે છે શા માટે તેના વિશે આપણે પછીના વિડિઓમાં વધારે વાત કરીશું અને આવું નિર્બળ ન્યુક્લિઅર બળને કારણે થાય છે અને આપણે જાણીએ છીએ કે ઇલેક્ટ્રોન ઋણ વિધુતભાર ધરાવે છે કાર્બન 14 પાસે 6 પ્રોટોન રહેલા છે અને આ ઇલેક્ટ્રોનનો વિધુતભાર ઋણ છે અને અહીં કાર્બન 14 નું ન્યુક્લિઅસ નાઇટ્રોજનના ન્યુક્લિઅસમાં ફેરવાઈ રહ્યું છે આપણી પાસે અહીં શું છે તે જોઈએ આનો પરમાણુ ક્રમાંક 7 છે એટલે કે આપણી પાસે 7 પ્રોટોન છે આપણી પાસે અહીં 7 પ્રોટોન છે અને પછી 14 -7 કરીએ તો આપણને 7 ન્યુટ્રોન મળે તમે તેના દળ ક્રમાંકને જુઓ તે 14 છે તેમાંથી પ્રોટોનની સંખ્યા બાદ કરીએ તો આપણને ન્યુટ્રોનની સંખ્યા મળે જે 7 થશે હવે જો આપણે અહીં ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોનનો ગુણોત્તર લઈએ તો તેના બરાબર 7 /7 થાય જેના બરાબર 1 થશે આમ આ દર્શાવે છે કે આપણી પાસે હવે સ્થાયી ન્યુક્લિઅસ છે અને આ જ કારણે કાર્બન 14 રેડિયો એક્ટિવ ક્ષય માંથી પસાર થાય છે હવે આપણે આ ન્યુક્લિઅસ સમીકરણને વધુ ઊંડાણમાં જોઈએ હું આ વિડિઓમાં તમને તેનો પરિચય આપવા મંગુ છું અહીં ન્યુક્લીઓનની સંખ્યાનો સંરક્ષણ થવું જોઈએ આપણી પાસે અહીં ડાબી બાજુ 14 ન્યુક્લીઓન છે 8 ન્યુટ્રોન અને 6 પ્રોટોન આપણી પાસે જમણી બાજુ પણ 14 ન્યુક્લીઓન છે 7 પ્રોટોન અને 7 ન્યુટ્રોન અહીં આ ઇલેક્ટ્રોન છે તેની પાસે પ્રોટોન કે ન્યુટ્રોન હોતા નથી આમ ન્યુક્લીઓનનું સંરક્ષણ થાય છે આપણી પાસે ડાબી બાજુ 14 છે અને જમણી બાજુ 0 + 14 છે તેવી જ રીતે વિધુતભારનું પણ સંરક્ષણ થાય છે આપણી પાસે ડાબી બાજુ અહીં 6 ધન વિધુતભાર છે જમણી બાજુ આપણી પાસે 1 ઋણ વીજભાર છે અને 7 ધન વીજભાર છે માટે -1 + 7 6 થાય તે આપણને 6 ધન વીજભાર આપે આમ ન્યુક્લીયસ સમીકરણમાં ન્યુક્લીઓનનો અને વીજભારનો સંરક્ષણ થવું જોઈએ હવે અહીં ધ્યાન આપો કે આપણે તત્વની ઓળખ બદલી છે આપણે કાર્બન માંથી નાઇટ્રોજન મેળવ્યું કારણ કે અહીં પ્રોટોનની સંખ્યા જુદી છે આપણે 6 પ્રોટોનથી 7 પ્રોટોન તરફ જઈએ છીએ અને ત્રાસનમ્યુટેશનનો ખ્યાલ આ છે આપણે એક તત્વને બીજા તત્વમાં બદલીએ છીએ જ્યારે ન્યુક્લિઅસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા ઓછી હોય ત્યારે N અને Z નો ગુણોત્તર 1 જેમ 1 નો હોય છે હવે જો પ્રોટોનની સંખ્યા વધારે હોય તો આ ગુણોત્તર બદલાય છે આપણે હવે તે જોઈએ તો તમે પ્રોટોનની સંખ્યા વધારો તો સ્થાયી ન્યુક્લિઅસ માટે ગુણોત્તર પણ વધે છે તેના માટે ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોનનો ગુણોત્તર 1 .5 થાય છે જયારે તમે પ્રોટોનની સંખ્યા વધારો જયારે તેની સંખ્યા 20 કરતા વધારે હોય ત્યારે તમને વધારે ન્યુટ્રોનની જરૂર પડે એવું શા માટે તે વિચારી ધારો કે મારી પાસે એક ન્યુક્લિઅસ છે જે મોટું છે અને તેમાં મારી પાસે બે પ્રોટોન છે કંઈક આ પ્રમાણે તે બંને પ્રોટોન એક બીજાનું ખુબ નજીક છે આપણે જાણીએ છીએ કે ત્યાં નિર્બળ સ્થિત વિધુત અપાકર્ષણ હશે અને પ્રબળ ન્યુક્લિઅર બળ હશે આ બંને પ્રોટોન વચ્ચેનું ન્યુક્લિઅર બળ ઘણું જ પ્રબળ હોય છે પરંતુ આ ત્યારે જ સાચું થશે જયારે તમે ટૂંકા અંતર વિશે વાત કરી રહ્યા હોવ યાદ રાખો કે પ્રબળ બળ ખુબ જ ઓછા અંતર પર કામ કયારેક હે જો બે પ્રોટોન થોડા દૂર હોય ધારો કે એક પ્રોટોન અહીં છે અને બીજો પ્રોટોન અહીં છે તો તેમની વચ્ચે હજુ પણ અપાકર્ષણ બળ હશે તેમની પાસે હજુ પણ સ્થિત વિધુત બળ હોય છે જેથી તેમની વચ્ચે અપાકર્ષણ થાય છે પરંતુ તેની પાસે હવે આ પ્રબળ બળ હશે નહિ જો તેમની વચ્ચે હવે પ્રબળ બળ ન હોય અને તમે પ્રોટોનની સંખ્યા વધારવાનું ચાલુ રાખો તો તમે તેમની વચ્ચેનો સ્થિત વિધુત બળ વધારી રહ્યા છો જેથી તમારે પ્રબળ બળની જરૂર પાસે અને આ ન્યુક્લિઅસને સંતુલિત કરવા તમારે તેમાં ન્યુટ્રોનને ઉમેરવા પડશે આ ગુણોત્તર વધવાનું કારણ આ જ છે જો તમે પ્રોટોનની સંખ્યા વધારો તો તમારે ન્યુટ્રોનની સંખ્યા પણ વધારવી પડે અને જયારે તમારો પરમાણુ ક્રમાંક 83 કરતા વધારે હોય ત્યારે આપણે અહીં જે સ્થિત વિધુત બળની વાત કરી જે અપાકર્ષણ બળની વાત કરી તે ખુબ જ વધારે હશે અને તેમાં મોટા ભાગના ન્યુક્લિઅસ અસ્થાયી હશે અને આ પ્રકારના ન્યુક્લિઅસ રેડિયો એક્ટિવ ક્ષય પામે આપણે હવે પછીના વિડિઓમાં રેડિયો એક્ટિવ ક્ષયના 3 પ્રકાર જોઈશું