அணுக்கரு இயற்பியல் மற்றும் லேசர்

அணுக்கரு இயற்பியல்: அறிமுகம்

அணுக்கரு இயற்பியல் என்பது அணுவின் மையப்பகுதியான கருவை (Nucleus) பற்றியும், அதில் உள்ள புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் செயல்பாடுகள், அவற்றின் ஆற்றல் மாற்றங்கள் மற்றும் அணுக்கரு சிதைவுகள் பற்றியும் படிக்கும் அறிவியலாகும். அணுக்கருவின் விட்டம் 10^-15 மீட்டர் (பெர்மி) அளவில் மிகச்சிறியதாக இருந்தாலும், அணுவின் ஒட்டுமொத்த நிறையும் இங்கேதான் அடங்கியுள்ளது.

அணுக்கருவின் அமைப்பு

அணுக்கருவில் புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்கள் இணைந்துள்ளன. இவற்றை ஒன்றாக 'நியூக்ளியான்கள்' (Nucleons) என்று அழைக்கிறோம். அணு எண் (Z) என்பது புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கும். நிறை எண் (A) என்பது புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் மொத்த எண்ணிக்கையைக் குறிக்கும்.

அணுக்கரு விசை (Nuclear Force)

அணுக்கருவினுள் புரோட்டான்கள் நேர்மின் சுமை கொண்டவை. ஒத்த மின்னூட்டங்கள் ஒன்றை ஒன்று விலக்க வேண்டும். ஆனால், அணுக்கரு சிதையாமல் ஒன்றாக இருப்பதற்குக் காரணம் 'வலிமையான அணுக்கரு விசை' ஆகும். இது இயற்கையிலேயே மிக வலிமையான விசை.

அணுக்கரு பிளவு (Nuclear Fission)

ஒரு கனமான அணுக்கரு (உதாரணமாக யுரேனியம்-235) நியூட்ரானால் தாக்கப்பட்டு, இரண்டு சிறிய கருக்களாகப் பிரிந்து, பெரும் ஆற்றலை வெளியிடும் நிகழ்வு அணுக்கரு பிளவு எனப்படும். இது அணு உலைகளில் மின்சாரம் தயாரிக்கப் பயன்படுகிறது.

அணுக்கரு இணைவு (Nuclear Fusion)

இரண்டு லேசான அணுக்கருக்கள் இணைந்து ஒரு கனமான அணுக்கருவாக மாறும் நிகழ்வு அணுக்கரு இணைவு ஆகும். இது சூரியன் மற்றும் நட்சத்திரங்களில் ஆற்றல் உருவாவதற்கான அடிப்படைச் செயல்பாடாகும். இதற்கு மிக அதிக வெப்பநிலையும் அழுத்தமும் தேவை.

லேசர் (LASER): தத்துவம் மற்றும் பயன்கள்

லேசர் என்பதன் விரிவாக்கம் 'Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation'. இது 'தூண்டப்பட்ட உமிழ்வு மூலம் ஒளியைப் பெருக்குதல்' எனப் பொருள்படும். சாதாரண ஒளியிலிருந்து லேசர் ஒளி மாறுபட்டது. இது ஒற்றை நிறம் (Monochromatic), ஒரு திசையில் பயணிக்கும் (Directional) மற்றும் அதிக செறிவு கொண்டது.

லேசரின் அடிப்படைத் தத்துவங்கள்

1. உறிஞ்சுதல் (Absorption): அணுக்கள் ஆற்றலை உறிஞ்சி உயர் ஆற்றல் நிலைக்குச் செல்லுதல்.
2. தன்னிச்சையான உமிழ்வு (Spontaneous Emission): உயர் ஆற்றல் நிலையில் உள்ள அணுக்கள் தானாகவே ஆற்றலை வெளியிட்டுத் தாழ்ந்த நிலைக்கு வருதல்.
3. தூண்டப்பட்ட உமிழ்வு (Stimulated Emission): ஒரு ஃபோட்டான் அணுவைத் தாக்கி, அதே போன்ற மற்றொரு ஃபோட்டானை வெளிவரச் செய்தல். இதுவே லேசரின் அடிப்படை.

அணுக்கரு உலைகள்

அணுக்கரு பிளவு வினையை ஒரு கட்டுப்படுத்தப்பட்ட சங்கிலித் தொடர் வினையாக மாற்றி, மின்சாரம் தயாரிக்கும் இடமே அணுக்கரு உலை. இதில் முக்கிய பாகங்கள் உள்ளன:

கதிரியக்கம் (Radioactivity)

நிலையற்ற அணுக்கருக்கள் தானாகவே சிதைந்து ஆல்பா, பீட்டா, காமா கதிர்களை வெளியிடும் நிகழ்வு கதிரியக்கம் எனப்படும். ஹென்றி பெக்கரல் இதைக் கண்டறிந்தார். கதிரியக்கத்தை அளவிட கியூரி (Curie) அல்லது பெக்கரல் (Becquerel) என்ற அலகுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

பயன்பாடுகள்

• மருத்துவம்: புற்றுநோய் செல்களை அழிக்க கோபால்ட்-60 பயன்படுகிறது.
• தொழில்துறை: உலோகங்களில் உள்ள விரிசல்களைக் கண்டறிய.
• தொல்பொருள் ஆய்வு: கார்பன்-14 முறை மூலம் வயதைக் கண்டறிதல்.

லேசரின் நவீன பயன்பாடுகள்

லேசர் தொழில்நுட்பம் இன்று மருத்துவத்தில் அறுவை சிகிச்சைகளுக்கும், தகவல் தொடர்பில் ஃபைபர் ஆப்டிக்ஸ் கேபிள்கள் வழியாகத் தரவுகளை அனுப்பவும், தொழிற்சாலைகளில் உலோகங்களை வெட்டவும் பெரிதும் பயன்படுகிறது.

பயிற்சி வினாக்கள் மற்றும் முக்கிய ஆண்டுகள்

அணுக்கரு இயற்பியல் மற்றும் லேசர் தொடர்பான சில முக்கிய மைல்கற்கள்:

• 1896 - கதிரியக்கம் கண்டறியப்பட்டது (ஹென்றி பெக்கரல்).
• 1911 - அணுக்கரு மாதிரி (ரூதர்ஃபோர்ட்).
• 1960 - முதல் லேசர் உருவாக்கப்பட்டது (தியோடர் மைமன்).

மேற்கூறிய தகவல்கள் போட்டித் தேர்வுகளுக்குத் தேவையான அனைத்து அடிப்படை மற்றும் மேம்பட்ட கருத்துகளையும் உள்ளடக்கியுள்ளன. அணுக்கரு ஆற்றல் மற்றும் லேசர் தொழில்நுட்பத்தின் பயன்பாடுகள் குறித்துத் தெளிவான புரிதல் அவசியம்.