அணு சக்தி பிறந்த கதை - 5

இந்த அணுசக்தி பிறந்த கதை – எழுதப்பட தூண்டுகோலாய் அமைந்த  கூடங்குளம் அணுமின் நிலைய பாதுகாப்பு பற்றி மக்களிடம் எழுந்துள்ள ஐயப்பாடுகளைப் போக்கும் விதமாக அணு விஞ்ஞானிகளுடன் நடத்திய ஆலோசனைக்குப் பிறகு தமிழக முதல்வர் அவர்கள் இன்று (17-09-2011) ஓர் அறிக்கை வெளியிட்டுள்ளார்கள்.

அதில் கூடங்குளம் அணுமின் நிலையம் நில நடுக்கம் ஏற்பட சாத்தியமில்லாத இரண்டாம் நிலை மண்டலத்தில் மிகவும் பாதுகாப்பாக உள்ளது எனவும், கடல் மட்டத்திலிருந்து ஆழிப்பேரலை நெருங்க முடியாத 7.5-9 மீட்டர் உயரத்தில் உள்ளதாகவும் குறிப்பிட்டுள்ளார். மேலும் அணு உலைகளை இயக்கத்திலிருந்து நிறுத்தி வைத்திருக்கும் போது அவற்றைக் குளிர்விக்க ஒன்றுக்குப் பதிலாக நான்கு டீசல் மின்னாக்கிகள் (Diesel Generators) 9 மீட்டர் உயரத்தில் அமைக்கப்பட்டுள்ளன என்பதால் மக்கள் பயப்படத் தேவை இல்லை என்றும் எனவே போராட்டத்தைக் கைவிடுமாறும் வேண்டுகோள் விடுத்துள்ளார். 

எப்படியெல்லாம் விபத்து நடக்லாம் என, அனைத்து கோணங்களையும் கடந்த பத்து ஆண்டுகளாக ஆராய்ந்து  எந்த நிகழ்வானாலும் கதிர்வீச்சோ, கட்டடங்களுகுச் சேதமோ, சுற்றுப்புற ஊர்களுக்குச் சிக்கலோ ஏற்படாத அளவிற்கு மற்ற உலக நாடுகளும் பின்பற்றக் கூடிய அதிநவீன பாதுகாப்பு ஏற்பாடுகளை கூடங்குளத்தில் செயல்படுத்தியுள்ளோம்  என்கிறார் கூடங்குளம் அணுமின் நிலைய திட்ட இயக்குனர் காசிநாத் பாலாஜி அவர்கள். 

(இது தொடர்பான தொழில் நுட்பக்கூறுகளை அடுத்து வரும் அணு உலைகள் பற்றிய கட்டுரைகளில் விரிவாக ஆராய்வோம்)

கடந்த 20 ஆண்டுகளாகத் திட்டமிட்டு இந்திய அணுமின் கழகத்தால் ரூ 16,700 கோடி மதிப்பில் 2000 மெகாவாட் மின்உற்பத்தித் திறன் கொண்ட இத்திட்டத்தில் தமிழகத்தின் பங்கு 925 மெகாவாட் என்பது, 3000 மெகாவாட் மின்பற்றாக்குறை உள்ள ஒரு மாநிலத்திற்கு எத்தனை முக்கியமான திட்டம் என்பது சொல்லித் தெரிய வேண்டியதில்லை.


ஒரே நேரத்தில் எந்த சுற்றுச் சூழல் சீர்கேடும் இல்லாமல் 2000 மெகாவாட் மின் உற்பத்திக்கு உகந்த இத்திட்டம் அடுத்த மாதம் மின் உற்பத்தி துவங்க வேண்டிய நிலையில் திடீரென எதிர்ப்பு கிளம்பியிருப்பதில் அரசியல் உள்நோக்கம் இருக்குமோவென நடுநிலையாளர்கள் கருதுகிறாகள். மேற்குவங்க முதல்வர் மம்தா பானர்ஜி ஆரம்பகட்டத்தில் இருந்த அணுமின் திட்டத்தைத்தான் நிறுத்திவைத்துள்ளார். இன்றைய காலகட்டத்தில் பஸ் ரயில், விமானம் என எந்த ஒரு பயணமாகட்டும் விபத்து இல்லாமல் இருக்கிறதா? அதற்காக யாரும் பயணம் மேற்கொள்ளாமல் இருக்கிறோமா? என்பது நடுநிலையாளர்களின் கேள்வி. சேது சமுத்திரம்  திட்டத்தைப் போல் ஒவ்வொரு திட்டமும் இப்படி அரசியல் சகதியில் சிக்கி சீரழிந்தால் தமிழ் நாட்டில் இனி வளர்ச்சி என்பது கேள்விக்குறிதான் என்பதும் அவர்கள் ஆதங்கம்.

இடிந்தகரையில் தொடர் உண்ணாவிரதப் போராட்டத்தை மேற்கொண்டுவரும் போராட்டக் குழுவினர் முதல்வர் வேண்டுகோளை ஏற்றுப் போராட்டத்தைக் கைவிடுவார்களா அல்லது தலையும் வயிற்று வலியும் தனக்கு வந்தால்தானே தெரியும் என்ற ரீதியில் போராட்டத்தை தொடர்வார்களா என்பது காலதேவனின் பதிலில்தான் உள்ளது. 

இனி கட்டுரைக்கு வருவோம்.

அணுக்குள் நிலவும் பல்வேறு விசைகள்  (Forces):

‘குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ்’ என்ற இயக்கயெந்திர அணுவியல் பிரிவு அணுக்குள் நிலவும் பல்வேறு விசைகளைப் பற்றியும்,  உட்பிரிவு அணுத் துகள்களின் (Sub atomic particles) இயக்கத்தைப் பற்றியும் விவரிக்கும் துறையாகும். 1913ல் டென்மார்க் இயற்பியல் விஞ்ஞானி நீல்ஸ் பேகர் என்பவர் அணுவில் எலெக்ட்ரான்களின் இயக்கத்தை விளக்க குவாண்டம் மெக்கானிசத்தைப் பயன்படுத்தினார். அதன் பிறகு வந்த விஞ்ஞானிகள் இதன் கோட்பாடுகளை அணு உட்கருவைப் பற்றி ஆராயவும் பயன்படுத்தினர். எலெக்ட்ரான்களைப் பற்றி மேலும் விரிவாக ஆராய்ந்து செயற்கைப் பிரளயம் ஒன்றை உருவாக்கி, அதன் மூலம் இப்பிரபஞ்சம் உருவாகக் காரணமான கடவுள் துகளைக் கண்டுபிடிக்கும் அளவிற்கு வளர்ச்சி காண இக்கோட்பாடுகள்தாம் காரணம். 

எலெக்ட்ரானின் சக்தி வெளிப்பாடு:

எலெக்ட்ரான் ஒரு எதிர்மின் சக்தி கொண்ட மின்னணு. இதனால் மின் ஆற்றலைத் தன் வயப்படுத்தும் தன்மை இதற்குக் கிடையாது. ஆனால் இயல்பு நிலையில் இவை உட்கருவைத் தேர்ந்தெடுத்த ஒரு சுற்றுப் பதையில் வலம் வருகின்றன. எலெக்ட்ரானின் இந்த நிலையைத்தான் ‘எலக்ட்ரான் ஆற்றல் நிலை அல்லது வளையம்’ (Quantum State or Energy Level) என்கிறோம்.

                                                                              

                                      பாத்திரத்தில் நீரின் மட்டம்

நீரானது அதன் கொள்கலத்தில் எப்போதும் குறைந்த உயரத்தில்தான் நிலை கொள்ளும். தன்மையுடையது. அதே போல் மிகக் குறைந்த ஆற்றல் பெற்ற நிலையில் இயங்குவதுதான் எலெக்ட்ரான்களின் தனிப் பண்பு. ஒரு குறிபிட்ட நேரத்தில் குறைந்த நிலை ஆற்றல் வளையத்தை (உள் வளையம்) இட்டு நிரப்ப ஒரே ஒரு எலெக்ட்ரானால் மட்டுமே முடியும். முதல் வளையம் நிரப்பப்பட்டதும் மற்ற எலெக்ட்ரான்கள் அடுத்த உயர் நிலை வளையத்தை நோக்கிச் செல்ல வேண்டிய நிர்பந்ததிற்கு ஆட்படும். இவ்வாறு சதாரண வெப்ப நிலையில் முடிந்த அளவு குறைந்த நிலை ஆற்றல் வளையயங்களை எலெக்ட்ரான்கள் ஆக்கிரமித்து முடிந்த அணுவை அதன் இயல்பு நிலையில் (Ground state) இருப்பதாகக் கொள்ளலாம்.

                                                               

 

இந்நிலையில் அந்த அணுவால் உள்ளிருக்கும் ஒரு எலெக்ட்ரானை இழக்கவோ, வெளியில் இருந்து மற்றொரு எலெக்ட்ரானைப் பெறவோ இயலாது.

  

அணுக்குள் நிலவும் பல்வேறு விசைகள்  (Forces):

ஒரு பொருளை நாம் சூடேற்றும் போது  அப்பொருளில் உள்ள அணுக்கள் கிளர்ச்சி அடையும். வெப்பநிலை 200⁰ அல்லது 300⁰ க்கு மேற்படும் போது உட்கரு அருகில் முதல் சுற்றில் உள்ள எலெக்ட்ரான்கள் வெப்பத்தால் கிளர்ச்சி அடைந்து அடுத்த சுற்றுக்கு மாறும் அளவிற்கு கூடுதல் சக்தியைப் பெறுகின்றன. இதை அணுக்களின் கிளர்ச்சி நிலை (Excited state) என்கிறோம். இக்கிளர்ச்சி நிலையில் எலெக்ராடான்கள் அடுத்தடுத்த உயர் சுற்றுப்பதைக்கு மாறும் போது ஒரு கிளர்சியடைந்த எலெக்ட்ரானால் நூற்றிலொரு பங்கு வினாடி நேரம் கூட அந்த உயர் சுற்றுப் பதையில் தாக்குப் பிடிக்க முடிவதில்லை. உடனே அவைகள் பழைய சுற்றுப்பாதைக்கு திரும்பி இயல்பு நிலைக்கு வருகின்றன.

          

எலெக்ட்ரான்கள் இப்படி உயர் வெப்ப நிலையிலிருந்து கீழ் நிலைக்கு மாறி வரும்போது அது கொண்டிருந்த கூடுதல் வெப்பத்தை ஒரு சிறு ஒளிப் புள்ளியாக மாற்றி வெளியேற்றுகின்றன. இதைத்தான் நாம் ஃபோட்டான் (Photon) என்கிறோம். ஒளிக்கும் சக்தி உண்டு என்ற ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீனின் ‘ஒளிமின் விளைவுகள்’  (Photoelectric effects) தத்துவத்தின் மூலம் நமக்குக் கிடத்த வரப்பிரசாதம் இந்த ஃபோட்டான்கள்.  இன்றைய உலகில் இதன் பயன்பாடு லேசர், ஸ்பெக்ட்ரம், கைபேசி என விரிந்து செல்லும் ஒன்றாகும்.

உட்கருவில் நிலவும் விசைகள்:

குவாண்டம் கோட்பாடுகள் எப்படி எலெக்ட்ரான்களுக்குப் பொருந்துகின்றதோ அப்படியே அணு உட்கருவில் உள்ள புரொட்டான் மற்றும் நியூட்ரான்களுக்கும்  பொருந்தும். ஆனால் உட்கருத் துகள்களை ஒருங்கிணைக்கும் விசைக்கும் அணுவில் இயங்கும் எலெக்ட்ரான்களை ஈர்த்து வைக்கும் மின் ஆற்றலுக்கும் நிரம்ப வேறுபாடு உண்டு.  உட்கரு துகள்கள் மிக அண்மையிலுள்ள துகளுடன் ஒன்றுக்கொன்று  தொடர்பிலான ஒருவித சக்தியால் பிணைந்து கிடக்கின்றன. இந்த ஒட்டுமொத்த உள் விசையைவிட உட்கருவின் வெளிப்புற (Nuclear force) விசையானது மிஞ்சி நிற்பதால் உட்கருத் துகள்கள் எப்போதும் சிதறிவிடாமல் வெல்லப்பாகு கடலை உருண்டையைப் பிடித்து வைப்பது போல் ஒரு பிடிப்பில் வைத்துள்ளது.
                                                                                 
                                                                                                                                     அடுத்த  சந்திப்பில் பார்ப்போம்...                                       

                       

                                               

                                                                                                                                

அணு சக்தி பிறந்த கதை-4

அணுவியல் கோட்பாடுகள் உருவான விதம்:

எந்த ஒரு பொருளுமே பல சிறு நுண் பாகங்களால் உருவானவை  என்ற சித்தாந்தம் கிரேக்கப் பேரரசில் கி.மு நான்காம் நூற்றாண்டிலேயே நிலவி வந்தது. பின்னர் இதை அணுவியல் (Atomism)  தத்துவமாக மாற்றியவர்  கிரேக்க தத்துவஞானி லூசிபஸ். ஆனால் அவரது சீடர் டெமாக்ரிடஸ் என்பவர்தான் இந்த சிந்னைக்கு ஒரு முழு வடிவம் தந்தார். ‘எந்த ஒரு பொருளுமே ஒரு அடிப்படை அலகைக் கொண்டே உருவாகும். அந்த அடிப்படை அலகே அணு (Atom) என்பதாகும். அணு என்பது ஒரு கடினமான பொருளால் ஆன நுண் துகள். இதை வெட்டவோ நொறுக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது. ஒரு பொருளை நாம் தூள் தூளாக நொறுக்கினாலும் அணுகள் காற்றில் மிதந்து இயங்கும் தன்மையுடையவை என்பதால் அவைகள் காற்றோடு காற்றாக கலந்துவிடுமே தவிர அழியாது. மேலும் அணுக்களால் குதிக்கவோ, ஒன்றோடொன்று மோதிக் கொள்ளவோ முடியும். அணுக்கள் பல வித்தியாசமான அளவுகளிலும் பல வடிவங்களிலும் இருக்கும்’ என்றார் டெமாக்ரிடஸ். இதை இரத்தினச் சுருக்கமாக "Nothing exists except atoms and Empty Space. Everything else is Opinion” என்கிறர் அவர்.

கி.மு மூன்றாம் நூற்றாண்டைச் சேர்ந்த கிரேக்க தத்துவஞானி எபிகியூரஸ் சில மாற்றங்களுடன் டெமாக்ரிடஸ் சித்தாந்தத்தை ஆமோதித்து ஏற்றுக்கொண்டார். ஆனால், கி.மு 50ல் வாழ்ந்த ரோமானிய தத்துவ மேதையும் கவியரசருமான லுக்ரீடியஸ் என்பவர் ‘On the Nature of Things’ என்ற தமது நீண்ட கவிதை நூலில் கையாண்ட பிறகே அணுவியல் சித்தாந்தம் மக்களிடையே ஓரளவு பிரபலமானது.

தமிழகத்தில் ஔவையார், மாணிக்கவாசகர், கம்பர், போன்ற புலவர்கள் ‘அணு’ பற்றி எழுதிய கவிதைகளை ஏற்கனவே எமது முந்தைய அறிவியல் கட்டுரைகளில் பார்த்திருக்கின்றோம்.

அணுதான் பொருட்களின் அடிப்படை அலகு என்ற கருத்தைப் பலரும் ஒப்புக் கொண்டாலும் டெமாக்ரிடஸின் அணுவியல் சித்தாந்தத்தை கிரேக்கத்தில் அவருக்குப் பின்னால் வந்த பிரபல தத்துவஞானி அரிஸ்டாட்டில் ஏற்றுக் கொள்ளவில்லை. எனவே தத்துவார்த்தமாகவும், விஞ்ஞானரீதியிலும் அரிஸ்டாடில் கோட்பாடுகள் பின்னாளில் நிலைகொள்ள, அணுவியல் தத்துவம் பின்னுக்குத் தள்ளப்பட்டது.

அரிஸ்டாட்டிலின் கோட்பாடுகள் மொத்தம் 150க்கும் மேற்பட்டவை என்ற போதிலும் அவற்றில் காலம் கடந்து நிலைத்தது நிற்பவை 30 கோட்பாடுகள் மட்டுமே. இவைகள் பெரும்பாலும் உயிரியல், வானியல், பௌதீகம், அரசியல் பற்றியே அதிகம் பேசுகின்றன. அணுவியல் பற்றி மேலோட்டமாகத்தான் சில கருத்துக்ளை முன் வைக்கிறார். ‘நம் புலன்களால் அறியப்படும் பொருட்கள் (Objects) யாவுமே சாத்தியமுள்ள சிறு பருப்பொருட்களால் (matter) ஒரு சிற்பியின் சிந்தனையில் உருவாகும் கற்சிலைகளைப் போல் வடிவமைக்கப் பட்டு உருவாகின்றன’ என்பதே அவர் அணுவியல் கோட்பாடு.

நவீன விஞ்ஞானத்தின் சிற்பிகளான இங்கிலாந்து நாட்டைச் சேர்ந்த பிரான்சிஸ் பேகன், ஐசக் நியூட்டன், இத்தாலி நாட்டின் கலிலியோ போன்றோர் அணு பற்றிய கொள்கைகளில் நம்பிக்கை வைத்திருந்தாலும் அவர்களும்  டெமாக்ரிடஸ் கூற்றுக்கு மேலாகப் புதிதாக ஏதும் சொல்லவில்லை.

தற்கால அணுவியல் கோட்பாடுகளின் தோற்றம்:

கி.பி 1750ல் தற்போதைய குரோசியா நாட்டில் பிறந்த ரூட்ஜெர் போஸ்கோவிக் என்ற விஞ்ஞானிதான் முதன் முதலாக டெமாக்ரிடஸ் கூற்றை மறுத்தார். குறிப்பாக அவர் டெமாக்ரிடஸின் அணுக்களைப் வெட்டவோ, பிளக்கவோ முடியாது என்ற கோட்பாட்டை நிராகரித்தார். ‘அணுக்கள் ஒரே பொருளாலான உருண்டைகள் அல்ல. மாறக அவைகள் மேலும் சிறிய துகள்களாலும் அத்துகள்கள் மேலும் சிறிய நுண்துகள்களாலும் ஆனவை’ என்றார் ரூட்ஜெர். இந்த சிறிய நுண்துகள்கள் கூட வெறும் ஜியோமிதிப் புள்ளிகள்தான் என்றும் அவற்றிற்கு எந்த ஒரு வடிவமோ அளவுவோ கிடையாதென்றார். இந்த அதிநவீன இயற்பியல் அணு கோட்பாட்டை அக்கால விஞ்ஞானிகள் மட்டுமல்லாது இக்கால விஞ்ஞானிகளும் மேலும் சில மாற்றங்களுடன் ஏற்றுக் கொண்டுள்ளனர்.      

ஜான் டால்டன்

நாம் ஏற்கனவே பிரிட்டிஷ் வேதியல் விஞ்ஞானி ஜான் டால்டன் தமது அணுக்கொள்கையை கி.பி 1803ல் வெளியிட்டார் என்று பார்த்தோம். அவரது கோட்பாட்டின்படி ‘ஒவ்வொரு தனிமமும் ஒரே வகையான அணுக்களையே கொண்டிருக்கும். அவை யாவுமே ஒரே வடிவில், ஒரே அளவில் ஒரே அணு நிறையைக் கொண்டிருக்கும். உலகில் வெவ்வேறு வகையான் பொருட்கள் காணப்படுவதற்கு அவற்றில் உள்ள வெவ்வேறு வகையான அணுக்களே காரணம். இரண்டு தனிமங்கள் சேர்ந்து ஒரு கூட்டுப் பொருள் உருவாகும்போது அக்கூட்டுப் பொருளில் அத்தனிமங்களின் கலப்பு விகிதம் ஒரேவிதமாகத்தான் இருக்கும். எனவே அக்கலவையின் நிறையும் எப்போதும் மாறாத ஒரே அளவில்தான் இருக்கும்’. என்பது அவர் கூற்றாகும்.

ஜோசப் ஜான் தாம்சன் என்ற பிரிட்டிஷ் இயற்பியல் வல்லுனர் ஒரு வெற்றிடமுள்ள குழாயில் மின்னோட்டம் கொண்ட இரு உலோகத் தகடுகள் இடையே செல்லும் கதிர்களைப் பற்றிய ஆராய்ச்சியில் ஈடுபட்டார். அப்போது மிகவும் இலகுவான எதிர் மின் ஆற்றல் கொண்ட துகள்கள் அக்கதிர்களில் இருப்பதைக் கண்டார். அந்த துகள்களை அவர் எலெக்ட்ரான் எனறார். இவை அணுக்களின் ஒரு அங்கம் என்ற முடிவுக்கு வந்தவர் இதைக் கொண்டு அணுவுக்கு ஒரு மாதிரியை (Model) வடிவமைத்தார். உண்மையான அணு அமைவுக்கு இது முற்றிலும் மாறுபட்டுக் காணப்பட்டாலும் இது மற்ற விஞ்ஞானிகளின் ஊக்கத்திற்கு வழிவகுத்தது. இதன் மூலம் அணுக்கள் பல கூறுகளைக் கொண்டது என்ற ரூட்ஜர் கருத்து மேலும் வலுப்பட்டது.

     

ஜான்சனின் அணுவின் கட்டமைப்பை விளக்கும் மாதிரிகள்

 

 

ஜான்சன் ஒரு தர்பூசினிப் பழத்தை இரண்டாக வெட்டி  அதிலுள்ள விதைகளை எதிர் மின் ஆற்றல் கொண்ட எலெக்ட்ரான்களுக்கு ஒப்பிட்டார். உள்ளே உள்ள பழத்தின் மற்ற சதைப்பற்றை அவர் நேர் மின்சக்தி கொண்ட பொருட்கள் என்பது அவர் முடிவாகும். அணுக்குளே இருக்கும் உட்கருவைப் பற்றி அவருக்கு ஏதும் தெரிந்திருக்கவில்லை.

ஏர்னெஸ்ட் ரூதர்போர்டு: இவர் ஒரு நியூஜிலாந்தில் பிறந்து கேம்பிரிட்ஜில் பயின்ற பிரிட்டிஷ் விஞ்ஞானி ஆவார். இவர் தாம்சனின் மாணாக்கரும் கூட. இவர் மெலிதான தங்கத் தகடுகளில் ஆல்ஃபாக் கதிர்களை மோதவிட்டு தகட்டின் மறுபக்கம் கதிர்கள் வெளியேரும் விதத்தை ஆராய்ந்தார். பெரும்பாலான கதிர்கள் தகட்டின் வெளிப்புறம் தங்குதடையின்றி வரவே தங்க அணுக்கள் பெரும்பாலும் வெற்றிடத்தைக் கொண்டுள்ளது எனக் கண்டறிந்தார். ஆனால் சில கதிர்கள் ஒரு சுவற்றில் மோதிவிட்டுத் திரும்பும் பந்தைப்போல் திரும்பி வருவதைக் கண்டறிந்தார்.  இதன் மூலம் ரூதர்போர்டு அணுக்களுக் குள்ளே ஏதொ சக்திவாய்ந்த ஒரு திடப்பொருள் இருக்கவேண்டும் என்ற முடிவுக்கு வந்தார். கி.பி 1911ல் இவர் அத்திடப் பொருளுக்கு உட்கரு (Nucleus)  எனப் பெயரிட்டார். இந்த மிகச் சிறிய உட்கருதான் ஒரு அணுவின் மொத்த நிறையையும் உள்ளடக்கிய நேர் மின் ஆற்றல் கொண்ட மிகவும் சக்தி வாய்ந்த ஒரு துகள் என்பது இவரது ஆய்வின் முடிவுகும்.

                         
        ரூதர்போர்டின் ஆராய்ச்சி                    ரூதர்போர்டின் அணு அமைப்பின் மாதிரி 

                                                                                             

இருந்த போதிலும் ரூதர்போர்ட் கோட்பாடு ஒரு அணுவில் எலெக்ரான்களின் உண்மையான அமைவைப் பற்றி ஏதும் விளக்கவில்லை.

நீல்ஸ் பேகர் (Niels Bohr):

                                                

    

ஆனால் ரூதர்போர்டுடன் இணைந்து பணியாற்றிய டென்மார்க்கைச் சேர்ந்த இயற்பியல் விஞ்ஞானி  நீல்ஸ் பேகர் என்பவர் அணுவில் எலெக்ட்ரான்கள் ஒவ்வொன்றும் அதற்கென் உருவாக்கிக் கொண்ட ஒரு நிலையான பாதையில் உட்கருவைச் சுற்றி வருகின்றன என்றார். இவர்தான் முதன் முதலில் சூரியனைக் கிரகங்கள் சுற்றி வருவதுபோல் எலெக்ட்ரான்கள் அணுவின் உட்கருவைச் சுற்றி வருகின்றன என்றார். இவரது அணு அமைப்பின் மாதிரியும் முழுமையான வடிவத்தை எட்டவில்லை என்ற போதிலும் இவரது அந்த கச்சா வடிவத்தின் பின்னாலுள்ள யோசனை, உண்மை நிலையைப் பிரதிபலிப்பதாக இருந்தது.  

            

The planetary model for the atom, with which Niels Bohr started quantum mechanics, is a view of the atom still held by much of the public.

கி.பி 1924ல் எலெக்ட்ரான்களின் தன்மை பற்றி மேலும் ஆராய்ந்த பிரஞ்சு விஞ்ஞானி லூயிஸ் டி பிராலி (Louis de Brogaile) என்பவர் எலெக்ட்ரான்களுக்கு அலைபாயும் தன்மை உண்டு என்றார். இப்படி யானையைப் பார்த்த குருடர்கள் கதையாக வளர்ந்த எலெக்ட்ரான் களின் அமைவியல், எர்வின் சுரோடிங்கர், உல்ப்காங் பாலி,  ஆகிய ஆஸ்திரிய நாட்டு விஞ்ஞானிகளுடன் மாக்ஸ் போர்ன்,  வேர்னர் ஐசன்பேர்க் போன்ற ஜெர்மானிய விஞ்ஞானிகளின் கூட்டு முயற்சியால் எலெக்ட்ரான்களின் சரியான வடிவமைப்பைப் கொண்ட மாதிரியை கி.பி 1928ல் வெளியிட்டனர்

                அணுவின் வடிவமைப்பு கடந்து வந்த பாதை

                                                        மீண்டும் சந்திப்போம்….

அணுசக்தி பிறந்த கதை-3

மாமனாம் திருமாமன் தனஞ்சயனாம் திருத்தந்தை – வானோர்க்கெல்லாம்

நாயனாம் பிதாமகன் மற்றும் ஒருகோடி நண்பர்கள் அன்பாய் வந்தும்

சேயனாம் அபிமன்யு செயத்ரதன் கைப்படுவான் செயற்கை வெவ்வேறு

ஆயனான் அவ்வினையை வெல்லும் வகை யார் வல்லரோ.

உலகைக் காக்கும் கடவுள் கண்ணபிரான் இவன் தாய் மாமன்! வில்லுக்கு விஜயனான அர்ஜுனன் இவன் தந்தை! தேவலோகத்திற்கு அதிபதியான இந்திரன் இவன் தாத்தா! ஆயிரம் யானைகள் பலம் கொண்ட பீமசேனன் இவன் பெரியப்பா! பல அக்ரோணி சேணைகளுக்குத் தலைவர்களும் கோடிக்கணக்கான வீரர்கள் உடன் இருந்தும் என்ன பயன்? சிந்து நாட்டின் அரசனான செயத்ரதன் இதோ இவனைக் கொன்று வீழ்த்தி விட்டான். விதியை வெல்ல யாரால் முடியும்? என்று யுத்தகளத்தில் வீழ்ந்து கிடக்கும் அபிமன்யூவைப் பற்றி வில்லிபுத்தூரார் வர்ணிக்கிறார்!

எப்படிப்பட்ட பலம் பொருந்திய வீரானாயிருந்தாலும் அவனுக்கும் பலம் பலவீனம் என்று இருக்கத்தான் செய்யும். சக்கர வியூகத்தை உடைத்து உள்ளே புகுந்து செல்லும் வல்லமையுடைய அபிமன்யூவுக்கு அதிலிருந்து வெளியே வரும் யுக்தி தெரியாது. இந்த பலவீனத்தைப் பயன்படுத்தி அவனது எதிரிகள் அவனை யுத்தத்தில் வீழ்த்துகிறார்கள்! அந்த யுக்தியை கிருஷ்ணன் அர்ஜுனனுக்கு உபதேசித்தபோது சுபத்திரை வயிற்றில் கருவாயிருந்த அபிமன்யூ அதை உற்றுக் கேற்பதை அறிந்த கிருஷ்ணன் அன்று உபதேசத்தை நிறுத்தி விட்டு மறுநாள் சுபத்திரை இல்லாத சமயத்தில் அர்ஜுனனுக்கு அதை உபதேசித்தாராம்.

செயத்ரதன் தலையை எவன் மண்ணில் வீழ்த்துகிறானோ அவன் தலை சுக்கு நூறாய் வெடித்துச் சிதறும் என்பது புத்திர பாசத்தால் அவன் தந்தை பெற்ற வரம். எனவே எந்த அரசனும் செயத்ரதனை எதிர்த்து போரிடவே நடுங்குவர். யுத்தத்தில் அவன் தலையைப் பாணத்தால் சிதைத்த அர்ஜுனனை அருகிலிருந்த வனத்தில் தவம் செய்யும் செயத்ரதன் தந்தை கைகளில் விழுமாறு செய்ய ஏவுகிறார் கிருஷ்ணன். தன் கைகளில் விழுந்த செயத்ரதன் தலையை அவன் தந்தை அலறிப்புடைத்து மண்ணில் உருட்ட, வரம் பெற்றவர் தலையே வெடித்துச் சிதற, செயத்ரதன் பழிவாங்கப்பட்டான்.

எதிரில் நிற்கும் எதிரியின் பலத்தில் பாதியை உறிஞ்சி விடும் சக்தி வாலிக்கு   உண்டு. எனவே அவனை யாராலும் யுத்தத்தில் வெல்ல முடியவில்லை. சுக்ரீவனோடு சண்டையிடும் வாலியை ராமன் அவனுக்கு எதிரில் வராமல் மறைவிலிருந்து பாணத்தை விட்டுக் கொன்றான்!

வசிஷ்டர் கொடுத்த மாம்பழத்தை இரு மனைவியர் பகிர்ந்து உண்டதால் பாதிப் பாதி பிண்டமாகப் பிறந்த ஜராசந்தன் பிறகு ஒன்றாய் ஒட்டிக் கொண்டு மகாவீரனாகி கிருஷ்ணனுக்கு ஜென்மப் பகைவனாகத் திகழ்ந்தான். மல்யுத்தத்தில் பீமன்  கிருஷ்ணன் சமிக்‌ஷைப்படி அவனை இரு கூறாகப் பிளந்து கால் மாறு தாலை மாறாகப் போட்டுவிட, மீண்டும் ஒட்ட முடியாமல் ஜராசந்தன் மடிந்தான்.

இறுதிக் கட்டப் போரில் ராம பாணங்கள் ராவணன் தலையை அரிந்து தள்ளத் தள்ள மீண்டும் மீண்டும் ராவணன் தலைகள் முளைத்த வண்ணமிருந்தன. விபீஷ்ணன் மூலம் ராவணன் உயிர் நாடியை அறிந்துகொண்ட ராமன்  கடைசியில் அவன் நெஞ்சில் பாணத்தை விட ராவணன் மடிந்தான்.

கிருஷ்ணர்  துரியோதணன் பலம் அவன் தொடையில் இருப்பதை பீமனுக்குச் சொல்ல அவன் கதாயுதத்தால் துரியோதணன் தொடையில் அடித்து அவனை வீழ்த்தினான்.

இப்படி ஒரு எதிரியை நாம் வீழ்த்த வேண்டுமானால் அவன் பலம் மற்றும் பலவீணத்தை முதலில் நன்கு அறிந்துகொள்ள வேண்டும் பிறகு அவனை எங்கு தட்டினால் எப்படி வீழ்வான் என்பது நமக்கு அத்துபடியாகும்.

இந்த யுக்தியைப் பயன்படுத்தித்தான் நமது விஞ்ஞானிகளும் அணுவை பிளக்கும் சூட்சுமத்தைக் கண்டறிந்தார்கள். ஆனால் இந்த அணுக்களின் பண்புகளையும் குணாதிசயங்களையும் பற்றி நன்கு அறிந்து கொள்ள நம் விஞ்ஞானிகளுக்குத் தேவைப்பட்ட காலம்  ஒன்று இரண்டு ஆண்டுகள் அல்ல. கிட்டத்தட்ட இது ஒரு 200 ஆண்டு கால விடா முயற்சிக்குக் கிடைத்த வெற்றி எனலாம். நூற்றுக்கு மேற்பட்ட விஞ்ஞானிகள் இரவென்றும் பகல் என்றும்  பாராமல்  உழைத்த உழைப்புக்குக் கிடைத்த வெற்றி இது!

கி.பி 1700களின் முற்பாதி வரை அணுவியல் கோட்பாடுகள் எதுவுமே உருக்கொள்ளவில்லை. ஏனெனில் பௌதீக கோட்பாடுகளே அறிவியலில் பிரதானம் என்ற நிலையிருந்த கால கட்டம் அது. அந்நிலை மாறி வேதியல் கோட்பாடுகளும் அறிவியலில் முக்கியத்துவம் பெற தொடங்கிய பின்னரே அணுவியல் கோடுபாடுகளும் உருவாயின. கி.பி 1700களின் கடைசிக் காலகட்டத்தில் வேதியல் விஞ்ஞானிகள் இரண்டு வெவ்வேறு வகையான தனிமங்களைச் சேர்த்து ஒரு கூட்டுப் பொருளை உருவாக்க முடியுமா என்ற ஆராய்ச்சியில் ஈடுபட்டனர். முடிவில் அந்தச் சேர்க்கை அந்தத் தனிமங்களின் ஒரு நிலையான விகிதத்தில் அவற்றின் நிறை அல்லது பொருள் திணிவின் (Mass) அளவைப் பொருத்து ஒரு கூட்டுப் பொருள் உருவாகும் என்று கண்டறிந்தனர். இதன் விளைவாக கி.பி 1803ல் ஜான் டால்டன் என்ற பிரிட்டிஷ் வேதியல் விஞ்ஞானி தனது முதலாவது அணுக்கொள்கையை அறிவித்தார். அது முதல் கி.பி 1942ல் அமெரிக்க நாட்டின்  சிக்காகோ பல்கலைக் கழகத்தில் இத்தாலிய விஞ்ஞானி என்ரிகோ பெர்மி நிகழ்த்திய முதல் அணுவெடி பரிசோதனை வரை கிட்டத் தட்ட 150 ஆண்டுகள் இந்த வெற்றிக்குத் தேவைப்பட்டன.

இப்போது அணுக்களின் பண்புகளையும் அதன் குணாதிசயங்களையும் பற்றிப் பார்ப்போம்.

அணு எண் ( Atomic Number): ஒரு அணுவிலுள்ள புரோட்டான்களின் மொத்த எண்ணிக்கையைத்தான் அந்த அணுவின் அணு எண் என்கிறோம். ஒரு தனிமத்தில் உள்ள எல்லா அணுக்களிலும் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை ஒரே மாதிரியாகத்தான் இருக்கும். அதேபோல் ஒரு தனிமத்தின் அணு எண் வேறு எந்த ஒரு தனிமத்திற்கும் இருக்கவே இருக்காது. உதாரணமாக ஹைட்ரஜன் அணு புரொட்டனின் எண்ணிக்கை ஒன்றே ஒன்றுதான். எனவே ஹைட்ரஜனின் அணு எண் 1. இதே போல் ஒவ்வொரு தனிமத்திற்கும் அதன் புரொட்டன்களின் எண்ணிக்கையைப்  பொறுத்து வேவ்வேறு எண்ணிக்கையிலான அணு எண்கள் இருக்கும். ஹீலியம்-2, லித்தியம்-3, பெரிலியம்-4, போரான்-5, கார்பன்-,6 பாஸ்பரஸ்-15, பிஸ்மத்-83 யுரேனியம்-92. புளூட்டோனியம் 94 என அணு எண்கள் பலவாறு இருக்கும். பிஸ்மத் அணு எண்ணுக்கு மேற்பட்ட அணு எண் கொண்ட தனிமங்களை நம்மால் பரிசோதனைக் கூடங்களில் கூட உருவாக்க முடியும். இந்த அணு எண்களின் வரிசைப்படிதான் தனிமங்களின் வரிசைப் பட்டியலில் (Periodic Table) அவற்றை நாம் வரிசைப்படுத்தி இருக்கிறோம். இதன் மூலம் அடுத்தடுத்த அணு எண் கொண்ட தனிமங்களின் குணாதிசயங்களில் உள்ள ஒற்றுமைகளை வைத்து மேலும் பல குடும்பங்களாக அவற்றை நாம் வகைப்படுத்த முடிகிறது.

அணு நிறை எண் (Atomic Mass Number): ஒரு அணுவின் உட்கருவிலுள்ள புரோட்டான்  மற்றும்   நியூட்ரான்களின்  கூட்டுத் தொகைதான்  அந்த  அணுவின் அணு நிறை எண்.

                                                                 

                         Magnesium atomic structure: Atomic Mass Number - 24

உதாரணமாக மெக்னீசியம் உட்கருவில் 12 புரொட்டான்களும் 12 நியூட்ரான்களும் உள்ளன. எனவே அதன் அணு நிறை எண் 24.

ஒரு தனிமத்தில் உள்ள எல்லா அணுக்களிலும் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை ஒரே மாதிரியாகத்தான் இருக்கும் எனப் பார்த்தோம். ஆனால் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையோ அப்படி அல்ல. ஒரு சில தனிமங்களின் அணுக்களில் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை இயல்பை விட கூடுதலாகவோ குறைவாகவோ இருப்பதும் உண்டு. இவ்வாறு இயல்புக்கு மாறான எண்ணிக்கையில்  நியூட்ரான்களைக் கொண்ட தனிமங்களை நாம் ஐசடோப்பு என அழைக்கின்றோம்.

உதாரணமாக சாதரண ஹைட்ரஜன் அணுவின் உட்கருவில் ஒரே ஒரு புரோட்டான் மட்டுமே இருக்கும். ஆனால் டியூட்டெரியம் என்ற ஹைட்ரஜன் ஐசடோப்பில் ஒரே ஒரு புரொடானுடன் ஒரு நியூட்ரானும் உள்ளது. மற்றொரு ஐசடோப்பு டிரைட்டியம் இரண்டு நியூட்ரான்களைக் கொண்டிருக்கின்றது. ஆனால் இதிலும் ஒரே ஒரு புரொட்டான் மட்டுமே இருப்பதால் இதையும் ஹைட்ரஜனின் ஐசடோப்பு என்கிறோம்.

                        ஹைட்ரஜனின் ஐசடோப்புகள்

  

       1.Protium (Hydrogen)  2. Deuterium    3. Tritium    

நியாயமாகப் பார்த்தால் இந்த மூன்றையும் நாம் மூன்று வெவ்வேறு  தனிமங்களாகத்தான் பாவிக்க வேண்டும். ஆனால் ஒரே ஒரு புரொட்டான் ஹைட்ரஜனுக்கே உள்ள பண்பு. ஆகையால் ஒரே அணு எண் கொண்ட டியூட்டெரியம், டிரைட்டியம் இரண்டையும் நியுட்ரான்களின் வேறுபாடு காரணமாக ஹைட்ரஜன் என்று அழைக்க முடியாததால் இவற்றை நாம் ஹைட்ரஜனின் ஐசடோப்பு என்ற பெயரில் அழைக்க வேண்டியதாகிறது.

புரொட்டான் + நியூட்ரான் = அணு நிறை எண் எனும்போது நியூட்ரான்களின் இந்த கூடுதல்/குறைவு காரணமாக இந்த மூன்று தனிமங்களின் அணு நிறை எண்ணும் வித்தியாசமாயிருக்கும். இவ்வாறு ஒரு தனிமத்தின் அணு எண்ணுக்கும் அணு நிறை எண்ணுக்கும் உள்ள வேறுபாடுதான் ஒரு தனிமத்தின் ஐசடோப்புகளைக் கண்டறிய நமக்கு உதவுகின்றன.

அடுத்ததாக அணு நிறை எண் அதிகம் கொண்ட யுரேனியத்தின் ஐசடோப்புகளைப் பற்றிப் பார்ப்போம். நமக்கு இயற்கையில் கிடைக்கும் யுரேனியம் இருவகை ஐசடோப்புகளாகக் கிடைக்கின்றன.

அணு எண் 92  + 143 நியூட்ரான்கள் =  அணு நிறை எண் 235 கொண்ட யுரேனியத்தை நாம் U-235 என அழக்கிறோம்.

92 + 146 = 238 எனக் கிடைக்கும் யுரேனியத்தை நாம் U-238 என்கிறோம். 

           யுரேனியத்தின் ஐசடொப்புகள்  U-235 & U-238

அணு எடை (Atomic weight):  நாம் முதலில் பார்த்த அணு எண் வேறு.  இப்போது பார்க்கும் அணு எடை வேறு. அணு எடை என்பது ஒரு அணு இயல்பு நிலையில் அந்த அணுவிலுள்ள புரொட்டன், நியூட்ரான் மற்றும் எலெட்ரான்கள் நிறைகளின் மொத்தக் கூட்டுத் தொகையாகும். நாம் ஏற்கனவே எலெட்ரான்களின் நிறையைப் பற்றிப் பார்த்திருக்கின்றொம். ஒரு உட்கருவுடன் ஒப்பிடும் போது ஒர் எலெக்ட்ரானின் நிறை அதில் வெறும் 1/4300 பங்குதான். எனவே எணு எடைக்கும் அணு நிறை எண்ணுக்கும் பெரிய வித்தியாசம் ஒன்றுமில்லை. ஏறக்குறைய இரண்டும் சமம் எனலாம். ஐசடோப்புகள் உள்ள தனிமங்களுக்கு நாம் அணு எடையைக் காண முக்கியமான ஐசடோப்புகளின் அணு நிறை எண்களின்  கூட்டுத் தொகையைக்கு சராசரியைக் கணக்கிட வேண்டும். உதாரணமாக யுரேனியத்தின் அணு எடை என்பது 238+235/2=236.5+92/4300=236.521395 amu. (இங்கு 92 என்பது யுரேனியத்தின் எலெக்ரான்களின் எண்ணிக்கை)

அணு எடையை நாம் amu  (electronic mass unit) என்ற அலகில் குறிப்பிடுகின்றோம். இதையே ஒரு டால்டன் என்கின்றோம். இதையே கிராமில் சொல்வதானால் ஒரு கிராமை 602 பில்லியன் ட்ரில்லியனால் வகுக்க வரும் எடை ஆகும்!

அணுக்களின் மின் ஆற்றல்: நாம் பொதுவாக அணுக்களை சமநிலை மின்னோட்டம் (Electrically Neutral) கொண்டவையாகக் கருதினாலும் சில சமையங்களில் ஒரு அணு வேறு அணுக்களுடன் மோதும் போதோ இராசயண வினைபுரியும் போதோ வெளி அடுக்கில் உள்ள எலெக்ட்ரான்கள் எண்ணிக்கையில் ஒன்றை பெறவோ இழக்கவோ நேரிடும்.

  

அப்போது மின்னோட்டம் கொண்ட ஒரு புதிய அணு உருவாகும். இதை நாம் அயனி (ion) என்றும், இந்த நிகழ்வை அயனிமயமாக்கல்  (Ionization) என்றும் அழைக்கிறோம். இந்த நிகழ்வின் போது ஒரு அணு ஒரு எலெக்ட்ரானை இழக்க நேர்ந்தால் இழந்த அயனியை நேர்மின் அயனி என்றும், பெறும் அயனியை எதிர் மின் அயனி என்றும் அழைகின்றோம்.

அணுக்களின் கதிரியக்கத் தன்மை: ஒருசில அணுக்களின் உட்கரு இயற்கையிலேயே மாறும் தன்மை கொண்டவையாக் இருக்கும். இவ்வாறான அணுக்களை நாம் கதிரியக்கத் தன்மை (Radioactive) கொண்டவை என்கிறோம். இந்த மாற்றம் என்பது அணுவின் உட்கருவில் இரண்டு வகைகளில் நிகழ்கின்றது

  
    1. ஒரு அணுவின் புரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரான்களின் இயல்பான எண்ணிக்கையில் ஏற்படும் மாற்றம் கரணமாக உருவாகும் கதிரியக்கமாகும். அணுவின் உட்கருவில் இவ்வாறான மாற்றம் நிகழும்போது அதிலிருந்து ஆல்பா (alpha) அல்லது பீட்டா (beta) துகள்கள் அடங்கிய கச்திர்வீச்சு வெளிப்படும். இவ்வகைக் கதிவீச்சு மனிதன் உட்பட அனைத்து உயிரினங்களையும் அதிகம் பாதிக்கும்.

 
    2.இரண்டாவது வகைக் கதிர்வீச்சு உட்கருவில் புரொட்டான் + நியுட்ரான் கட்டமைப்பில் (arrangements) ஏற்படக்கூடிய மாற்றம் காரணமாக நிகழ்வது. இத்தகைய நிகழ்வின் போது வெளிப்படும் கதிர்வீச்சை காமா கதிர்கள் (Gamma rays) என்கிறோம். 

                                               

Carbon isotopes

யுரேனியம் U-235, U-238 ரேடியம் Ra-226 போன்றவை கதிரியக்கம் அதிகம் கொண்ட தனிமங்களாகும். அணு எண் 83ஐக் கொண்ட பிஸ்மத் தனிமத்தை விட அதிக அணு எண் கொண்ட அனைத்து தனிமங்களுமே கதிவீச்சுத் தன்மை கொண்டவைகளே. இலகுவான் குறைந்த அணு எண் கொண்ட ஒரு சில தனிமங்களின் ஐசடோப்புகளுக்கும் இக்கதிவீச்சுத் தன்மை உண்டு.  உதாரணம் ஹைட்ரஜனின் டியூட்டெரியம்,  மற்றும் கார்பன்-14.

ஒரு அணுவின் இத்தகைய இயற்கைக்கு மாறான பண்புகளை வைத்துத்தான் ஒரு எதிரியை வீழ்த்தப் பயன்படுத்திய அதே யுக்தியைக் கொண்டு இந்த அணுக்களையும் பிளக்க நாம் வழி வகை கண்டறிந்தோம்.

நாம் பெரும்பாலும் தனிமங்களைப் பூமியின் பாறைகளை அகழ்ந்து அதிலுள்ள கனிமங்களில் இருந்துதான் பெறுகிறோம். படிகப்பாறைகள் எரிமலைக் குழம்பு குளிர்ந்து இருகிய நிலையில் உருவனவை. எனவே லட்சக்கணக்காண ஆண்டுகளுக்கு முன் உருவான பாறைகளிலிருந்து பெறப்படும் ஒரு தனிமத்திற்கும் சமீப காலங்களில் உருவான பாறைகளிலிருந்து பெறப்படும் அதே தனிமத்திற்குமான பண்புகளில் சிறிதளவு வித்தியாசம் இருக்கவே செய்யும். ஐசடொப்புகள் உருவாக இத்தகைய பண்புகளே காரணம் எனலாம். லட்சக்கணக்கான ஆண்டுகட்கு முன்பு உருவான பாறைகளிலிருந்து பெறப்பட்ட  யுரேனியம் U-238 நிலைத்த தன்மையுடையதாகவும் அதன் அணுக்களை அவ்வளவு எளிதில் பிளக்க முடியாத குணத்துடனும் விளங்குகின்றது. ஆனால் வயது குறைந்த பாறைகளில் இருந்து பெறப்படும் யுரேனியமானது இன்னும் U-238 போன்று அந்தப் பக்குவ நிலையை அடையததால் இது நிலையற்ற தன்மையுடையதாகவும் இதன் அணுக்கள் எளிதில் பிளவுறும் தன்மை (fission) கொண்டதாகவும் இருக்கின்றது. எனவேதான் இந்த (Fissile) வகை U-235 யுரேனியத்தை நாம்மால் எளிதில் பிளக்க முடியுமாதலால் இதுதான் எரிப்பதற்கு ஏற்ற அணு எரிபொருள் வடிவம் ஆகும். எனவேதான் அணு வெடி  சோதனைகளுக்கு இதனையே நாம் அதிகம் பயன் படுத்துகின்றோம். இவை பெரும்பாலும் அதிகம் கதிர்வீச்சுத் தன்மை உடையவை.

-மீண்டும் சந்திபோம்.......