அணுக்கருத் தொழில்நுட்பம்

பெரும்பாலான பொது இயற்கை நிகழ்வுகள் ஈர்ப்பு, மின்காந்த விளைவுகளாலேயே ஏற்படுகின்றன. அணுக்கரு வினைகள் மிக அருகலாகவே இவற்ரில் அமைகின்றன. ஏனெனில், அணுக்கருக்கள் நேர்மின்னூட்டத்தோடு இருப்பதால் அவை ஒன்றையொன்று விலக்கிக் கொள்கின்றன என்பதாலேயாகும். என்றி பெக்குவெரல் 1896 இல் யுரேனியத் தனிமத்தின் உடனொளிர்வை ஆய்வு செய்யும்போது புதிய நிகழ்வாகிய கதிரியக்கத்தைக் கண்டுபிடித்தார்.[1]இவரும் பியேர் கியூரியும் மேரி கியூரியும் கதிரியக்க நிகழ்வை ஆய்வுசெய்யத் தொடங்கினர். அப்போது அவர்கள் கதிரியம் (Radium) எனும் உயர்கதிரியக்கமுள்ள தனிமத்தைப் பிரித்தெடுத்தனர். கதிரியக்கப் பொருள்கள் மூன்றுவகை செறிவான ஊடுருவும் கதிர்களை வெளியிடுதலைக் கண்டுபிடித்தனர். இவற்றுக்கு அவர்கல் கிரேக்க எழுத்துகளாகிய ஆல்பா, பீட்டா, காம்மா ஆகிய பெயர்களைச் சூட்டினர். இவ்வகைக் கதிர்வீச்சுகளில் சில இயல்புநிலை பொருளில் ஊடுருவிக் கடக்கவல்லவையாக விளங்கின. இவை அனைத்துமே பெருந்தீங்கு விளைவிக்க்க் கூடியவையாக அமைந்தன. தொடக்கநிலை ஆய்வாலர்கள் சூரியத் தீய்ப்பு போன்ற கதிரியக்கப் புண்களுக்கு ஆளாயினர். அதைப் பற்றிச் சிறிதும் கவலைப்படமல் ஆய்வில் ஆழ்ந்தனர்.

இந்தப் புதிதாக கண்டறிந்த கதிரியக்க நிகழ்வு, முன்பு மின்சாரம், காந்தவியல் கண்டுபிடிப்புகளின்போது ந்டந்தது போலவே, மருந்தாக்க குழுமங்களைப் பெரிதும் கவர்ந்து போலி மருந்துகளைச் செய்ய ஊக்குவித்துள்ளது. பல மருந்துகளுக்கும் கதிரியக்கவழி நோய் தீர்ப்புக்கும் பதிவுரிமங்கள் பெறப்பட்டன.

படிப்படியாக கதிரியக்கச் சிதைவால் உருவாகும் கதிர்வீச்சு மின்னணுவாக்கவல்லது எனவும் மிகச் சிறு அளவு மின்னணுவாக்க்க் கதிர்வீச்சு கூட நெடுங்கால இடர்தரும் மிகப் பெரிய தீங்குகளை விளைவிக்க கூடியது எனவும் உணரப்படலானது. கதிரியக்க ஆய்வில் ஈடுபட்ட பல ஆய்வாளர்கள் கதிரியக்கத் தாக்கத்தால் புற்றுநோயால் இறந்துள்ளனர். எனவே, கதிரியக்கப் பதிவுரிம மருந்துகள் மறையலாயின. ஆனால், கதிரியக்கத்தால் ஒளிரும் கடிகார முகப்புகளும் முட்களும் போன்ற மற்ற பயன்பாடுகள் தொடர்ந்தன.

அணு பற்றிய புரிதல் வளர்ந்த்தும் கதிரியக்கத்தின் தன்மையும் நன்கு தெளிவாகியது. சில உயர் அணுக்கருக்கல் நிலைப்பற்றனவாக அமைவதால், அவை கதிரியக்கச் சிதைவால் தற்போக்கன இடைவெளிகளில் பொருண்மத்தையும் ஆற்றலையும் வெளியிடுகின்றன. பெக்குவெரலும் கியூரி இணையரும் மூவகை மின்னணுவாக்க்க் கதிர்வீச்சுகலைக் கண்டுபிடித்தனர். இவைபற்றிய புரிதலும் இன்று முழுமையாக வளர்ந்துள்ளது. ஆல்பாச் சிதைவு நிகழ்வில் அணுக்கரு ஆல்பாத் துகளை வெளியிடுகிறது. இதில் இரண்டு முன்மிகளும் இரண்டு நொதுமிகளும் அமைகின்றன. இது எல்லிய அணுக்கருவுக்கு இணையானது. பீட்டச் சிதைவுநிகழ்வில் அணுக்கரு பீட்ட்த் துகளை வெளியிடுகிறது. இது உயர் ஆற்றல் மின்னன் ஆகும். காம்மாச் சிதைவு நிகழ்வில் ஆல்ப்பா, பீட்டா கதிர்வீச்சுகளைப் போலல்லாமல் பொருண்மம் ஏதும் வெளியிடப்படாமல், உயர் அலைவெண் உள்ள மின்காந்தக் கதிர்வீச்சு வெளியிடப்படுகிறது. எனவே, இது ஆற்ரல் வடிவம் ஆகும். மூன்றாம் வகைக் கதிர்வீச்சு இடர் மிகுந்த்தும் தடுக்க இயலாத்தும் ஆகும். இந்த மூன்று கதிர்வீச்சுகளுமே சில ஓரகத் தனிமங்களில் இயற்கையாக வெளியிடப்படுகின்றன. புவியக ஆற்றலின் அறுதி வாயில், அணுக்கரு சார்ந்ததே என்பது இன்று தெளிவாக விளங்குகிறது. இது வின்மீனின் பயப்பில் நிகழும் வெப்ப அணுக்கரு வினைகளால் உருவாகும் சூரியக் கதிர்வீச்சாகவோ அல்லது புவியக யுரேனியம் கதிரியக்கச் சிதைவால் உருவாகும் முதன்மை வாயிலான புவிவெப்ப ஆற்றலாகவோ அமைகிறது.

இயற்கை அணுக்கருக் கதிர்வீச்சில், உருவாகும் விளைபொருள்கள் அவை தோன்றும் அணுக்கருக்களை ஒப்பிடும்போது மிகவும் சிறியனவாகும்.அணுக்கருப் பிளவு என்பது அணுக்கரு இருசம பகுதிகளாகப் பிளவுறும் நிகழ்வாகும். அந்நிகழ்வில்நொதுமிகளும் ஆற்றலும் வெளியிடப்படும். இந்த நொதுமிகள் நிலைப்பற்ற அணுக்கருக்களால் கவரப்படும்போது, அவையும் பிளவுற வாய்ப்புள்ளது. எனவே இதனாலொரு தொடர்வினை உருவாகிறது. ஒவ்வொரு அணுக்கருவும் வெளியிடும் நிரலான நொதுமியின் எண்ணிக்கை k எனக் குறிக்கப்படுகிறது. k மதிப்பு 1 இனும் பெரியதாக அமைந்தால் உட்கவரும் நொதுமிகளின் எண்ணிக்கையை விட வெளியிடும் நொதுமிகளின் எண்ணிக்கை கூடுத்லாக அமையும்; எனவே இத்தகைய வினை தானே நீடிக்கும் தொடர்வினை எனப்படுகிறது. தானே நீடிக்கும் தொடர்வினையைத் தூண்டவல்ல பேரளவு பொருண்மை உய்யநிலைப் பொருண்மை எனப்படும்.

தகுந்த அணுக்கரு நொதுமியை உட்கவரும்போது, அது உடனே பிளவுறலாம் அல்லது குறிகிய நேரத்துக்கு அந்த நிலைப்பற்ற நிலையிலேயே நிலவலாம். அப்போது உடனே போதுமான சிதைவுகள் தொடர்வினையைத் தொடரும் அளவுக்கு அமைந்தால், அப்போதுள்ள பொருண்மை தூண்டு உய்யநிலை வாய்ந்த்தாக்க் கருதப்படும். அப்போது ஆற்றல் கட்டுக்கடங்காமல் வளர்ந்துகொண்டே சென்று வெடிப்பில் முடிவுறும்.

இரண்டாம் உலகப் போருக்கு முன்பு கண்டறியப்பட்ட இந்த உண்மை பல நாடுகள் அணுகுண்டு உருவாக்கும் ஆய்வுத் திதிட்டங்களைத் தீட்டிச் செயல்பட வழிவகுத்தது.அணுகுண்டுத் திட்டம் அணுக்கருப் பிணைவு வினைகளைப் பயன்படுத்தி அப்போது இருந்த வேதி வெடிகுண்டுகளை விட பேரளவு ஆற்றலால் பேரழிவு படைக்கும் ஆயுதங்களை உருவாக்கும் திட்டமாகும் . இவற்றில் ஒன்றுதான் அமெரிக்காவின் மேனாட்டன் அணுகுண்டுத் திட்டமாகும். இத்திட்ட்த்தில் கனடாவும் பெரும்பிரித்தானியாவும் கூட்டாளிகள் ஆகும். இது உருவாக்கிய நீரக அணுகுண்டு 1945 இல் யப்பானில் இரோழ்சிமா, நாகசாகி மீது ஏவப்பட்டது. இத்திட்ட்த்தில் முதல் அணுக்கரு உலையும் புதிதாகப் புனையப்பட்டது. ஆனால், அதை மின்னாக்கத்துக்குப் பயன்படுத்தவில்லை குறைவேக நொதிமிகள் உள்ள அமைப்பின் பொருண்மை உய்யநிலையில் இருந்தால் தான் அணுக்கருப் பிளவு வினையைக் கட்டுபடுத்த முடியும். இதற்கு நொதுமி உட்கவரிகளைப் பயன்படுத்தி நொதுமிகளை உள்ளிடலாம் அல்லது உட்கவரலாம். இந்நெறிமுறைப்படிதான் அணுக்கரு உலைகள் கட்டியமைக்கப்படுகின்றன. வேக நொதுமிகள் எளிதாக அணுக்கருக்களால் உட்கவரப்படுவதில்லை; எனவே அவற்றின் வேகத்தைக் குறைக்கவேண்டும்; பொதுவாக இது நொதுமித் தணிப்பிகளால் நிறைவேற்றப்படுகிறது. நொதுமித் தணிப்பிகளால் வேகம் குறைந்த நொதுமிகளை அணுக்கருக்கள் எளிதாக உட்கவர்கின்றன. இன்று இவ்வகை அணுக்கருப் பிளவு மன்னாக்கத்துக்குப் பயன்படுகிறது.

அணுக்கருக்களை விசையோடு மொத்தவிட்டால், அப்போது அணுக்கருப் பிணப்பு ஏற்படும். இந்நிகழ்வு ஆற்றலை வெளிடலாம் அல்லது உட்கவரலாம். விளையும் அணுக்கரு இரும்பை விட எடைகுறைந்ததாக அமைந்தால், ஆற்றல் வெளியிடப்படும்; அணுக்கரு இரும்பை விட எடைமிகுந்ததாக அமைந்தால் பொதுவாக ஆற்றல் உட்கவரப்படும். இத்தகைய பிணப்பு வினைகள் விண்மீன்களில் நிகழ்கின்றன. இதற்கான ஆற்றலை நீரகத்தில் இருந்தும் எல்லியத்தில் இருந்தும் பெறுகின்றன. இவை அணுக்கருத் தொகுப்பு வழியாக எடைகுறைந்த தனிமங்களாகிய கல்லியம் (Lithium) முதல் சுண்ணகம் (calcium) வரை உருவாக்குகின்றன. மேலும் இரும்புக்கும் நிக்கலுக்கும் இடையில் அமையும் சில எடைமிகுந்த தனிமங்களையும் எசு வகை நிகழ்வால் உருவாக்குகின்றன. நிக்கல் முதல் யுரேனியம் வரையுள்ல எடைமிகுந்த தனிமங்கள் மீவிண்மீன் வெடிப்புகளின் போது ஏற்படும் அணுக்கருத் தொகுப்பில் ஆர் வகை நிகழ்வால் உருவாகின்றன.

ஆனால், இந்த வானியற்பியல் நிகழ்வுகள் அணுக்கருத் தொழில்நுட்பம் உருவாக்கும் நிகழ்வுகள் அல்ல.அணுக்கருக்களுக்கு இடையில் வலிமையான விலக்குவிசை அமைவதால், கட்டுப்படுத்திய பாங்கில் அணுக்கருப் பிணைப்பை அடைதல் முடியாது. நீரகக் குண்டுகள் தம் அளவற்ர அழிப்புத் திறனை பினைப்பு வழியாகவே பெறுகின்றன. அவற்றின் ஆற்றலைக் கட்டுபடுத்த முடியாது. கட்டுபடுத்திய பிணைப்பு துகள்முடுக்கிகளில் அடைய முடிந்துள்ளது; இவ்வாறு தான் பல் செயற்கைத் தனிமங்கள் தொகுக்கப்படுகின்றன.ஒரு பிணைப்பி கட்டுபடுத்திய பிணைப்பை உருவாக்க வல்லதாகும். இது ஒரு நல்ல நொதுமி வாயிலும் ஆகும். என்றாலும், இவை இரண்டுமே நிகர ஆற்றல் இழப்பில் செயல்படுகின்றன. சில புரளிகளைத் தவிர, கட்டுபடுத்திய பிணைப்பாற்றல் அடைய இயலாத்தாகவே உள்லது. உலகமெங்கும் ஆய்வுகள் இன்றும் தொடர்ந்து நடந்து வந்தாலும், தொழில்நுட்ப, கோட்பாட்டு இடர்களால் பொதுப் பயனுக்கான பிணைப்புத் தொழில்நுட்பத்தை உருவாக்க முடியவில்லை.

அணுக்கருப் பிணைப்பு இரண்டாம் உலகப் போரின்போது கோட்பாட்டியல் கட்டங்களில் மட்டுமே ஆய்வில் இருந்தது. அப்போது எட்வர்டு டெல்லர் தலைமையில் இயங்கிய மேனாட்டன் திட்டத்தில் இருந்த அறிவியலாளர்கள் அணுகுண்டு உருவாக்கவே அந்த ஆய்வில் ஈடுபட்டு வந்துள்ளனர். பின்னர் அந்தத் திட்டம், அணுக்கருப் பிணைப்பைக் கைவிட்டு விட்டு அணுக்கருப் பிளவாலும் பேராற்றலை உருவாக்கி வெடிக்கச் செய்யலாம் என்ற முடிவுக்கு வந்துள்ளனர். ஆனால், முதல் நீரகக் குண்டை வெடிக்க, 1952 இல் தான் இயன்றுள்ளது. இது இருநீரக, முந்நீரக பிளவு வினைகளைப் பயன்படுத்தியது. அணுக்கருப் பிணைப்பு வினைகள் எரிமத்தின் ஒற்றை அலகு பொருண்மைக்கு அணுக்கருப் பிளவு வினையை விட பன்மடங்கு கூடுதலான ஆற்றலைத் தரவல்லதாகும். ஆனால், பிணைப்புத் தொடர் வினையைத் தொடங்கி வைத்தல் மிக அரிய செயலாக விளங்கியது.

அணுக்கரு மின்திறன் கட்டுபடுத்திய அணுக்கருப் பிளப்பைப் பயன்படுத்தி ஆற்ரலைப் பெறும் தொழில்நுட்பம் ஆகும். இந்த ஆற்றல் ஊர்திகளை ஓட்டவோ வெப்பம் பெறவோ மின்னாக்கத்துக்கோ பயன்படுகிறது. அணுக்கரு ஆற்றல் கட்டுபடுத்திய அணுக்கரு தொடர்வினையைப் பயன்படுத்தை வெப்பத்தை உருவாக்குகிறது. இந்த வெப்பம் கொதிகலனின் நீரைச் சூடாக்கி நீராவியை அந்நீராவியால் நீராவிச் சுழலியை இயக்குகிறது. நீராவிச் சுழலி மின்னாக்கத்துக்கோ வேறு எந்திர வேலையை செய்யவோ பயன்படுத்தப்படுகிறது.

அணுக்கரு மின்திறன் 2004 இல் உலகின் மொத்த மின்திறனில் 15.7% அளவு தேவையை நிறைவு செய்துள்ளது; இது வானூர்திகளையும் பனிச்சறுக்கு வண்டிகளையும் நீர்மூகிக் கப்பல்களையும் ஓட்ட பயன்படுகிறது. சில துறைமுகங்கள் அச்சத்தால் அணுக்கருப் போக்குவரத்துக் கப்பல்களை ஏற்பதில்லை.[4] அனைத்து அணுமின்நிலையங்களும் அணுக்கருப் பிளப்பைப் பயன்படுத்துகின்றன. மின்னாக்கத்துக்கு அணுக்கருப் பிணைப்பு வினையேதும் பயன்பாட்டில் இல்லை.

அணுக்கருத் தொழில்நுட்பம் மருத்துவத் துறையில் நோய்நாடலுக்கும் (நோயறிதலுக்கும்) கதிர்வீச்சுமுறைப் பண்டுவத்துக்கும் (நோயாற்றலுக்கும்) பயன்படுகிறது.

படிமம் எடுத்தல் – மருத்துவத்தில் மின்னணுவாக்கக் கதிர்வீச்சின் பேரளவுப் பயன்பாடு மருத்துவக் கதிர்வரைவியலில் அமைகிறது. இது புதிர்க் (எக்சு) கதிர்களைப் பயன்படுத்தி மாந்த உடல் உள்ளுறுப்புகளைப் படிம மாக்க உதவுகிறது. இதுவொன்றே மாந்தர் கதிர்வீச்சுக்கு ஆட்ப்டும் மிகப் பெரிய செயற்கை வாயிலாக உள்ளது. மருத்துவ, பல் படிமவியலாளர்கள் கோபால்ட் 50 தனிமக் கதிர்வீச்சையோ புதிர்க் கதிர் வாயில்களையோ பயன்படுத்துகின்றனர். பல கதிவீச்சு மருந்துகள் உயிரி மூலக்கூறுகளுடன் இணைத்து கதிரியக்கத் தடங்காணிகளகவோ மாந்த உடல் வேறுபாட்டு முகமைப்பொருள்கலாகவோ பய்ன்படுத்தப்படுகின்றன. நேர்மின்னன் அல்லது நேர்மின்னி உமிழும் உயிர்க்கலக் கருவன்கள் (nucleotides)உயர் பிரிதிறன் பெற குறுநேர இடைவெளி படிம மாக்கத்தில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இப்பயன்பாட்டுமுறை நேர்மின்னன் உமிழ்வு முப்பருமான வரைவு எனப்படுகிறது.

கதிர்வீச்சு மருத்துவத்தில் நோய்களை ஆற்றவும் கதிர்வீச்சு பயன்படுகிறது.

சில மின்னணுவாக்கக் கதிர்வீச்சுகள் பொருண்மத்தை ( matter) ஊடுருவும் திறம் பெற்றுள்ளதால். இவை பலவகை அளவீட்டு முறைகளுக்குப் பயன்படுகின்றன. எக்சுக் கதிர்களும் காம்மாக் கதிர்களும் தொழிலகக் கதிர்வரைவியலில் திண்பொருள்களின் உள்படிமத்தை வரைய சிதைவிலாத ஓர்தலுக்கும் ஆய்வுக்கும் முறையாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கதிர்வரைவுக்குத் தேர்வாகிய பொருள் கதிர் வாயிலுக்கும் படிமப் படலத்துக்கும் இடையில் ஒரு பேழைக்குள் வைக்கப்படுகிறது. சிறிது நேரம் அப்பொருள் கதிருக்கு ஆட்பட்டதும் படலம் கழுவப்படுகிறது. கழுவிய படலத்தில் இருந்து பொருளின் உட்குறைகளை அறியலாம்.

கடிகைகள் – கடிகைகள் காம்மாக் கதிரின் இயல்வளர்ர்ச்சி அல்லது படியேற்ற உறிஞ்சல் விதியைப் பயன்படுத்துகின்றன.

• மட்டங் காட்டிகள்: கதிர்வாயிலும் காணியும் கொள்கலனுக்கு இருபுறங்களிலும் வைக்கப்படுகின்றன; இந்நிலை கிடைமட்டக் கதிரின் தடத்தில் பொருள் இருத்தலையோ இல்லாமையையோ காட்டும். பொருளின் தடிப்பையும் அடர்த்தியையும் பொறுத்து பீட்டா அல்லது காம்மா வாயில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இம்முறை நீர்மங்கள் அல்லது குறுணைமனிகள் உள்ள நெய்போன்ற பொருள்களுக்கும் பயன்படுகிறது.

• தடிப்புக் கடிகைகள்:சீரான அடர்த்தியுள்ள பொருளில் கதிர்க்காணி அளந்த குறிகை அதன் தடிப்பைத் தரும். இது தாள், தொய்வம் போன்ற பொருளாக்கங்களுக்கு அதன் தடிப்பைச் சீராக்க் கட்டுபாட்டில் வைக்கப் பயன்படுகிறது.

நிலைமின் கட்டுபாடு – தொழிலகத்தில் உருவாகும் தாளில்அல்லது நெகிழியில் அல்லது செயற்கைத் துணியில் நிலைமின்னேற்றம் குவிவதைத் தவிர்க்க, நாட வடிவ ஆல்பா உமிழி ²⁴¹Am பொருளுக்கு அண்மையில் ஆக்கத் தொடரின் முடிவில் வைக்கலாம். இந்த வாயில் காற்றை மின்னணுவாக்கம் செய்து பொருள் மீதுள்ள மின்னேற்றத்தை நீக்கிவிடும்.

கதிரியக்கத் தடயங்காணிகள் – கதிரியக்கப் பொருள்கள் வேதியியலாக செயலறு தனிமம் போல அமைதலால் சில வேதிப் பொருள்களின் நட்த்தையைக் கதியக்கத் தடயத்தைப் பின்பற்றிக் கணடறியலாம். எடுத்துகாட்டுகள்:

• மூடிய அமைப்பில் உள்ள நீர்மத்தில் அல்லது வளிமத்தில் காம்மாக் கதிர்த் தடயங்காணியை அனுப்பினால் அது குழாயின் துளையைக் கண்டுபிடிக்க உதவுகிறது.
• மின்னோடியின் உறுப்பின் மேற்பரப்பில் தடயங்காணியையை வைத்தால் உயவு எண்ணெயின் செயலைப் பின்பற்றி, அதன் தேய்மானத்தை அறியலாம்.

எண்ணெய், வளிமத் தேட்டம்- அணுக்கருக் கிணற்றுப் பதிவு புதிய அல்லது நிலவும் கிணறுகளின் வணிகவியலான ஏற்புதிறத்தை அறிய பயன்படுகிறது. இதொழில்நுட்பத்தில் நொதுமி அல்லது காம்மாக் கதிர் வாயிலும் காணியும் பயன்படுகின்றன. இவை துளைக்கிணற்றுக்குள் சுற்றியுள்ள பாறையின் புரைமை, கல்வகைமை போன்ற இயல்புகளை அறிய இறக்கி விடப்படுகின்றன.

சாலைக் கட்டுமானம் – அணுக்கரு ஈரம்/அடர்த்திக் கடிகைகள், மண், நிலக்கீல், கற்காரை ஆகியவற்றின் அடர்த்தியைக் கண்டுபிடிக்க பயன்படுத்தப்படுகின்றன. வழக்கமாக சீசியம்-137 வாயில் பயன்படுகிறது.