பிரபஞ்ச கட்டமைப்புகள் – பாகம் 2

0
66
பார்வைகள்

பாகம் ஒன்றை வாசித்த பின்னர் இதனைத் தொடரவும். சில விடயங்கள் பற்றிய விளக்கங்கள் முன்னைய பாகத்தில் இருக்கலாம்.

பிரபஞ்ச கட்டமைப்புகள் – பாகம் 1

ஹீலியம் அணுக்கரு / Helium nucleus (3×10-15 meters)

ஆவர்த்தன அட்டவணையில்(periodic table) இருக்கும் மூலகங்களில் மிகச் சிறியது ஹைட்ரோஜன். ஒரு புரோத்திரன் மற்றும் இலத்திரன் சேர்ந்தால் ஹைட்ரோஜன் அணு உருவாகிவிடும். ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட புரோத்திரன்கள் சேர்ந்து அணுக்கருவை உருவாக்கும் உடன்பாட்டில் முதலாவது சிறிய கட்டமைப்பு ஹைட்ரோஜனுக்கு அடுத்ததாக ஆவர்த்தன அட்டவணையில் இருக்கும் மூலகத்தில் இருக்கிறது.

ஹீலியம் அணு ஒன்றின் அளவோடு ஒப்பிட்டால் ஹீலியம் அணுக்கரு பல்லாயிரம் மடங்கு சிறியதுதான். இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் அதிகளவில் காணப்படும் ஹீலியம், ஹீலியம்-4 என அழைக்கப்படுகிறது. பூமியில் காணப்படும் ஹீலியத்தில் 99.99986% இந்த ஹீலியம் தான்!

ஹீலியம்-4 என்பது, இரண்டு நியுட்ரோன் / நியுத்திரன், இரண்டு ப்ரோட்டான் / புரோத்திரன் சேர்ந்து உருவாகும் ஹீலியமாகும். இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் காணப்படும் அளவுக்கதிகமான ஹைட்ரோஜன் அணுக்களுக்கு அடுத்ததாக அதிகளவில் காணப்படும் அணுக்கள் இந்த ஹீலியம்-4 அணுக்கள்தான். இவை இந்தப் பிரபஞ்சம் பெருவெடிப்பில் உருவாகிய போது உருவாகியவை.

இன்னுமொரு சுவாரசியமான விடயம், ஹீலியம் பூமியில் கண்டுபிடிக்கப்பட முன்னரே சூரியனில் கண்டறியப்பட்டுவிட்டது. ஹீலியம் என்கிற பெயருக்கு காரணமும் அதுதான். ஹீலியோஸ் என்கிற கிரேக்க சூரியக்கடவுளின் சார்பாக ஹீலியம் என இந்த மூலகம் பெயரிடப்பட்டது.

1868 இல் சூரியனில் கண்டறியப்பட்ட ஹீலியம், 1895 இல் சுவீடன் நாட்டைச் சேர்ந்த இரசாயனவியலாளர்களால் பூமியில் கண்டறியப்பட்டது.

யுரேனியம் அணுக்கரு / Uranium nucleus (1.5×10-14 meters)

இயற்கையில் உள்ள மிகப் பாரமான அணு யுரேனியம் என்று கூறலாம். பாரமான என்றால் உடனே எதோ கிலோ கணக்கு என்று எண்ணிவிடவேண்டாம். அணுக்களின் திணிவு (பாரம் என்கிற சொல்லை இலகுவாக விளங்கிக் கொள்ள பயன்படுத்துவோம்), திணிவு எண் என்னும் ஒன்றினால் அளக்கப்படுகிறது. ஒரு அனுவைக் பொறுத்தவரை அதன் கருவில் ப்ரோட்டன்கள் இருக்கும் அல்லவா? ஒரு அணுவில் எத்தனை ப்ரோட்டன்கள் இருக்கும் என்பது அந்த அணுவின் அணுவெண் என அழைக்கப்படும். குறித்த எண்ணிக்கையான ப்ரோட்டன்களை கொண்டுள்ள அனைத்து அணுக்களும் ஒரே வகையானவை. உதாரணமாக ஆறு ப்ரோட்டன்களை கொண்டுள்ள அனைத்து அணுக்களும் கார்பன் அணுக்களாகும். இவற்றை மூலகம் (element) என அழைக்கிறோம்.

heuraniumc
யுரேனியம் – சில்வர் நிறமான உலோகம். படம்: விக்கிபீடியா

ஒரு மூலகத்தில் இருக்கும் ப்ரோட்டன்களின் எண்ணிக்கை மாறாது, ஆனால் அதில் இருக்கும் நியுட்ரோன்களின் எண்ணிக்கை மாறும், இப்படி வேறுபட்ட நியுட்ரோன் எண்ணிக்கையைக் கொண்ட அணுக்களை குறித்த மூலகத்தின் சமதனிகள் (isotopes) என அழைக்கின்றனர். மேலே நாம் ஹீலியம்-4 என்கிற மூலகத்தைப் பார்த்தோம் அல்லவா? இது ஹீலியத்தின் ஒரு சமதானியாகும். இதில் இரண்டு ப்ரோடான் மற்றும் இரண்டு நியுட்ரோன் உண்டு. அதேபோல ஹீலியம்-3 என்னும் சமதானியும் உண்டு, இதில் இரண்டு ப்ரோடான்களும் ஒரு நியுட்ரோன்னும் உண்டு.

மேலும் ஒரு தகவல் – ஹீலியத்தில் நாமறிந்து 9 சமதானிகள் உண்டு. சரி மீண்டும் யுரேனியத்திற்கு செல்வோம்.

யுரேனியத்தின் அணுக்கருவில் 92 புரோத்திரன்கள் இருக்கின்றன. இவரை விடவும் பாரமான ஆசாமிகள் இருக்கிறார்கள், ஆனால் பூமி உருவாகிய காலத்தில் இருந்தே இருக்கும் அணுக்களில் பாரமான அணு எண்ணைக்கொண்ட மூலகம் இதுதான். இதிலும் பலவகை சமதானிகள் (isotopes) இருக்கிறார்கள், குறிப்பாக யுரேனியம் 238 என்னும் சமதானி பூமியில் இருக்கும் யுரேனியத்தில் 99% மாகும்.

அணுவெண் 93 – நெப்டியுனியம், அணுவெண் 94 – புளுடோனியம் போன்றவையும் இருகின்றன, ஆனால் அவை அனைத்தும் பரிசோதனைக் கூடத்தில் உருவாக்கப்பட்டவை. புதிய ஆய்வுகள் இவை இயற்கையிலும் சொற்ப அளவில், அல்லது மிக மிக மிகக் குறைந்த அளவில் இருப்பதை உறுதிப்படுத்துகின்றன, ஆனால் பெருமளவில் இருக்கும் பாரமான அணு என்றால் நாம் தற்போதைக்கு யுரேனியம் என்றே கருதலாம்.

யுரேனியத்தையும் தாண்டி பாரமான மூலகங்கள் இயற்கையில் உருவாகவில்லையா என்று கேட்டால், அதற்கு விடையை நாம் விண்மீன்களில் தேடலாம், அதற்கு முன்னர், மூலகங்களைப் பற்றி சிறிய ஆனால் முக்கியமான விடயம் ஒன்றை அறிந்துகொள்ளவேண்டும். அதாவது மூலகங்களில் நிலையான (stable), மற்றும் நிலையற்ற (unstable) மூலகங்கள் உண்டு. நிலையான மூலகங்கள் எனப்படுபவை குறைந்தது ஒரு நிலையான கதிரியக்க செயற்பாடு அற்ற சமதாணியைக் கொண்டிருக்கும் மூலகங்கள் ஆகும். அதேபோல நிலையற்ற மூலகங்கள் எனப்படுபவை கதிரியக்க செயற்பாடு அற்ற ஒரு சமதானியேனும் கொண்டிருக்காத மூலகங்கலாகும். கதிரியக்க செயற்பாடு என்பது, ஒரு மூலகத்தின் அணுக்கரு ஒன்று அல்பா துணிக்கைகள், பீட்டா துணிக்கைகள், காமா கதிர்வீச்சு போன்றவற்றின் மூலம் சக்தியை இழக்கும் செயன்முறையாகும். சில வேளைகளில் இப்படியாக சக்தியை இழந்து ஒரு மூலக அணுக்கரு வேறு ஒரு மூலகமாக மாறும் நிகழ்வும் இடம்பெறும். நிலையான மூலகங்களில் இப்படியான கதிரியக்க செயற்பாடுகள் இடம்பெறுவதில்லை.

அதிகளவான ப்ரோடான்களைக் கொண்ட அணுக்களில்தான் இப்படி கதிரியக்க செயற்பாடுகள் நடைபெறும் என்றில்லை, உதாரணமாக அணுவெண் 6 ஐக் கொண்ட மூலகம் கார்பன். இதில் காபர்ன்-12 மற்றும் கார்பன்-13 ஆகியவை நிலையானவை, ஆனால் கார்பன்-14 கதிரியக்க செயற்பாடு கொண்டது. கார்பன்-14 இன் அரைவாழ்வுக் காலம் 5730 வருடங்களாகும். அரைவாழ்வுக்காலம் என்பது ஒரு  அணுக்கரு தனது கருவில் இருந்து கதிரியக்கம் மூலம் துகள்களை வெளியிட்டு சிதைந்து கொண்டிருக்கும். இப்படி சிதைந்து கொண்டிருக்குமானால், குறித்த காலத்தில் அணுக்களின் தொகுதியில் இருந்து கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அணுக்களின் அளவு குறைவடையும்.

ஆனால், இயற்கையின் விந்தையில், ஒரு குறித்த அணு எப்போது இப்படி முழுமையாக சிதையும் என்று கூறவே முடியாது. ஒரு அணு இன்று சிதைந்து விடலாம், அல்லது ஆயிரம் வருடங்களில், அல்லது பல பில்லியன் வருடங்களாகவும் சிதையாமலே இருக்கலாம். குறித்த அணுவை எப்போது சிதையும் என்று கூறமுடியாதிருப்பினும், குறித்த அணுக்கூட்டதில் இருக்கும் அணுக்களில் குறித்த சதவீதமான அணுக்கள் சிதைந்துவிடுவதற்கு எவ்வளவு காலம் எடுக்கும் என்று நிகழ்தகவை அடிப்படியாகக் கொண்டு கணிக்க முடியும். அதன் அடிப்படையில், ஒரு குறித்த அணுக்குழுவில் இருந்து 50% மான அணுக்கள் சிதைந்துவிடுவதற்கு எவ்வளவு காலம் எடுக்கும் என்று கணிப்பிடுவதே அரைவாழ்வுக் காலம் எனப்படும்.

இப்போது மீண்டும் யுரேனியத்திற்கு வருவோம். யுரேனியம்-238 என்கிற மூலகத்தின் அரைவாழ்வுக் காலம் 4468 மில்லியன் வருடங்களாகும். அண்ணளவாக நமது பூமியின் வயது. ஆகவே தற்போது பூமியில் இருக்கும் யுரேனியம்-238 அணுக்கள் பூமி பிறப்பதற்கு முன்பிருந்தே இங்கு இருகின்றன! மேலும் சில மூலகங்களின் அரைவாழ்வுக் காலம் மிக மிகக் குறைவானதாகும். உதாரணமாக ஹைட்ரோஜன்-7 இன் அரைவாழ்வுக் காலம் 23×10-24 செக்கன்களாகும். 23 யோக்டோசெக்கன்கள் – ஒரு செக்கனை ஒரு ட்ரில்லியன் பாகங்களாக பிரித்து, அதில் ஒரு பாகத்தை மீண்டும் ஒரு ட்ரில்லியன் பாகமாக பிரித்தால் கிடைப்பது ஒரு யோக்டோசெக்கன் ஆகும்!

இயற்கையில் இருக்கும் நிலையான மூலகங்களில் பாரமான மூலகம் அணுவெண் 82 ஐக் கொண்ட ஈயமாகும். இதைவிடக் கூடிய அனுவெண்ணைக் கொண்ட எந்தவொரு மூலகமும் நிலையான சமதாணியைக் கொண்டிருக்கவில்லை. அணுவெண் 82 ஐவிடக் கூடிய அணைத்து மூலகங்களின் சமதானிகளும் ஏதோவொரு வகையில் கதிரியக்க சிதைவுக்கு (radioactive decay) உள்ளாகின்றன.

மீண்டும் விண்மீன்களுக்கு வருவோம். விண்மீன்கள் பிரபஞ்சத்தின் சமையல்கூடங்கள். பொதுவாக விண்மீன்களின் அணுக்கரு இணைவுச் செயற்பாடு மூலம் ஹைட்ரோஜன் ஹீலியம் போன்ற மூலகங்கள் அதைவிடப் பெரிய பாரமான மூலகங்களாக படிப்படியாக மாற்றப்படுகிறன. ஆனால் இந்த நிலைமாற்றம் இரும்பு-56 உடன் நிறைவடைகிறது. உண்மையில், விண்மீன்களின் உள்ளே இந்தச் செயன்முறை நிக்கல்-62 வரை செல்கிறது, ஆனால் இறுதியில் விண்மீனின் வெளிப்புற கட்டமைப்பின் வெளியேற்றத்தின் போது நிக்கல்-62 இரும்பு-56 ஆக மாற்றமடைகிறது. இது சாதாரண விண்மீனின் செயற்பாட்டில் உருவாகக்கூடிய மூலகங்களே, ஆனால் சில விண்மீன்கள் சுப்பர்நோவா என்கிற பாரிய வெடிப்பில் தங்கள் வாழ்வை முடித்துக்கொள்கின்றன. இந்த நிகழ்வு மிகவும் சக்திவாய்ந்த உக்கிரமான நிகழ்வாகும். இதன் போது உருவாகும் அதிகளவான சக்தியால், இரும்பு-56 ஐ விடப் பாரமான, அதாவது ஆவர்த்தன அட்டவணையில் இருக்கும் மற்றிய மூலகங்கள் உருவாக்கப்படுகின்றன.

பூமியைப் பொறுத்தவரையில் சூரியனுக்கு முன்னர் இருந்த ஒரு விண்மீன் சுப்பர்நோவாவாக வெடித்ததில் இருந்து உருவான மூலகங்களைக் கொண்டே சூரியனும் பூமியும் உருவாகியது. அந்த விண்மீனின் வெடிப்பில் இருந்து உருவாகிய மிகப்பாரமான மூலகம் யுரேனியம் என்று நாம் கருதலாம், ஆனால் சில சுப்பர்நோவா வெடிப்புகள், மாற்றிய சுப்பர்நோவா வெடிப்புகளை விட மிகவும் சக்தி வாய்ந்தது. சில வேளைகளில் 100 மடங்கிற்கும் மேல் சக்தி மிக்கதாக இருக்கிறது. இப்படியான நிகழ்வின் போது யுரேனியத்தையும் விடப் பாரமாக மூலகங்களும் இயற்கையாகவே அதிகளவில் உருவாக்கப்பட்டிருக்கலாம் என்பதும் சாத்தியமான ஒன்றே. (நெப்டியுனியம் மற்றும் புளுட்டோனியம் போன்றவை இயற்கையில் மிக மிக அரிதாக இருப்பதை நாம் கண்டறிந்துள்ளோம்)

காமா கதிர் அலைநீளம் / Gamma ray wavelength (1×10-12 meters)

மின்காந்த அலைகளிலேயே மிகவும் சிறிய அலைநீளம் கொண்ட கதிர் காமா கதிராகும். மிகக்குறைந்த அலைநீளம் என்பதால் மிகவும் சக்திவாய்ந்த இந்த அலையை, அலை என்று அழைப்பதைவிட கதிர்வீச்சு என்றே பொதுவாக அழைக்கின்றனர். பொதுவாக விண்வெளியில் மிகவும் வெப்பம் மிகுந்த மற்றும் சக்திவாய்ந்த பொருட்களால் காமா கதிர்வீச்சு வெளியிடப்படுகிறது.

காமா கதிர்வீச்சைப் பற்றிய முழுமையான கட்டுரையை இங்கே வாசிக்கவும் – மின்காந்த அலைகள் 9: காமா கதிர்கள்

https://parimaanam.wordpress.com/2016/05/24/electromagnetic-waves-9/

ஹைட்ரோஜன் அணு / Hydrogen atom (3.1 x 10-11 meters)

பிரபஞ்சத்திலேயே மிக அதிகளவில் காணப்படும் அணு ஹைட்ரோஜன் அணுதான். பிரபஞ்ச பெருவெடிப்பின் பின்னர் உருவானவை ஹைட்ரோஜனும் ஹீலியமும். ஒரு ப்ரோடான் மற்றும் ஒரு இலத்திரன் சேர்ந்தால் ஹைட்ரோஜன் அணு தயார்!

ஹைட்ரோஜன் அணுவைப் பொறுத்தவரை மூன்று இயற்கையான சமதானிகள் உண்டு. ஹைட்ரோஜன்-1, ஹைட்ரோஜன்-2 மற்றும் ஹைட்ரோஜன்-3 ஆகியவை. இதில் ஹைட்ரோஜன்-1 (ஒரு ப்ரோடான் + ஒரு இலத்திரன்) அதிகளவில் காணப்படும் சமதானியாகும். கிட்டத்தட்ட 99.98% மான ஹைட்ரோஜன் அணுக்கள், ஹைட்ரோஜன்-1 ஆகவே காணப்படுகின்றன. ஹைட்ரோஜன்-1 ப்ரோட்டியம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

சரி அணுக்களை விட்டு அடுத்ததாக கொஞ்சம் பெரிய கட்டமைப்புகளைப் பற்றிப் பார்க்கலாம்.

பயணங்கள் தொடரும்…


மேலும் பல அறிவியல் தகவல்களுக்கு, பரிமாணத்தின் பேஸ்புக் பக்கத்தை லைக் செய்யுங்கள் :- https://facebook.com/parimaanam

பின்னூட்டம் ஒன்றை இடவும்