This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങള്‍
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങള്‍
Nuclear Instruments
അണുകേന്ദ്രങ്ങളില്‍നിന്നുണ്ടാകുന്ന വികിരണങ്ങളെ (radiations) അളക്കാന്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഭൌതികശാസ്ത്രോപകരണങ്ങള്‍. α,β,γ- രശ്മികള്‍, ന്യൂട്രോണുകള്‍ തുടങ്ങിയവയാണ് അണുകേന്ദ്രത്തില്‍നിന്നുള്ള വികിരണങ്ങള്‍. ഒരു നിശ്ചിത സ്ഥാനത്തുള്ള കിരണനം (irradiation), തീവ്രത (intensity), നിശ്ചിത റേഡിയോ ആക്റ്റീവ് സ്രോതസ്സിന്റെ ആക്റ്റിവത (activity), അപക്ഷയം (depletion) തുടങ്ങിയവയാണ് ഈ ഉപകരണങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്നത്. അണുകേന്ദ്രീയ കണങ്ങള്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന പ്രക്ഷേപപഥങ്ങളുടെ ഛായാചിത്രങ്ങള്‍ നല്കുന്ന ന്യൂക്ളിയര്‍ എമല്‍ഷന്‍, ക്ളൌഡ് ചേംബര്‍ പോലുള്ള ഉപകരണങ്ങളും ഇക്കൂട്ടത്തില്‍ ഉള്‍പ്പെടുന്നു.
അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങളെ അണുകേന്ദ്രീയ സംസൂചകങ്ങള്‍ (nuclear detectors) എന്നും വിവരങ്ങള്‍ വിശ്ളേഷണം ചെയ്യുന്ന വിശ്ളേഷണോപകരണങ്ങള്‍ എന്നും രണ്ടായി തരംതിരിക്കാം.
അണുകേന്ദ്രീയകണങ്ങള്‍ ഒരു നിശ്ചിത സ്ഥാനത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ സംസൂചകങ്ങള്‍ സൂചന നല്കുകയും അവയുടെ ഏതെങ്കിലും ഗുണത്തെ (ഊര്‍ജം, വേഗം തുടങ്ങിയവയെ) അളക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇവയുടെ പ്രധാന രൂപങ്ങള്‍ പട്ടികയില്‍ നിന്നും വ്യക്തമാകും. ഒരു കണത്തെ സൂചിപ്പിച്ചു കഴിഞ്ഞാല്‍ പൊതുവേ, ഇവയ്ക്കെല്ലാം തന്നെ കുറച്ചുസമയത്തേക്ക് പ്രവര്‍ത്തനശേഷി ഇല്ലാതായിത്തീരുന്നു. ഇങ്ങനെ തുടരെ വരുന്ന രണ്ടു കണങ്ങളെ വേര്‍തിരിച്ചു സൂചിപ്പിക്കുന്നതിനു വേണ്ടിവരുന്ന അല്പതമകാലാന്തരാള(least interval of time)ത്തിനെ വിഭേദനകാലം (resolution time) എന്നു പറയുന്നു. അണുകേന്ദ്രോപകരണങ്ങളുടെ വിഭേദനകാലം കുറയുന്തോറും പ്രവര്‍ത്തനക്ഷമത കൂടുന്നതിനാല്‍ ഈ ഉപകരണങ്ങളെ വിലയിരുത്തുന്നതിന്, സംവേദകശീലത(sensitivity)യോടൊപ്പം വിഭേദനകാലവും ഒരു മാനദണ്ഡമായിത്തീരുന്നു.
സംസൂചകവര്‍ഗങ്ങള്‍
വാതകഗണിത്രങ്ങള്‍. വികിരണം (radiation) ഒരു വാതകത്തില്‍കൂടി കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ അതിന്റെ പഥത്തിനടുത്തുള്ള തന്‍മാത്രകളുമായുണ്ടാകുന്ന വിദ്യുത്കാന്തിക പരസ്പരക്രിയ (electro-magnetic interaction) മൂലം തന്‍മാത്രകളില്‍നിന്നും ഇലക്ട്രോണുകള്‍ സ്വതന്ത്രമാകുന്നു; തന്‍മൂലം വാതകത്തിന്റെ വൈദ്യുതചാലകത ക്രമാതീതമായി വര്‍ധിക്കുന്നു. ഇതാണ് വാതകഗണിത്രങ്ങളുടെ പ്രവര്‍ത്തനതത്ത്വം. ഇവയുടെയെല്ലാം അടിസ്ഥാനമാതൃക, അയോണന ചേംബര്‍ (Ionisation chamber) ആണ്. (ചിത്രം 1) വാതകം നിറച്ച ഒരു സ്ഫടികാന്തര്‍വേശിനി (B)യില്‍, ആനോഡും (A) കാഥോഡും (C) ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. സാധാരണ നിലയില്‍ വാതകത്തിന് വൈദ്യുതചാലകത ഇല്ലാത്തതിനാല്‍ പ്രതിരോധകത്തില്‍ (R) വോള്‍ട്ടത (voltage) കാണുകയില്ല.
എന്നാല്‍ വാതകത്തില്‍ക്കൂടി ഒരു വികീര്‍ണ കണം (radiation particle) കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ കണത്തിന്റെ ഊര്‍ജത്തെ ആശ്രയിച്ച് ഏതാനും ആവേശിതകണയുഗ്മങ്ങളെ മുന്‍പറഞ്ഞതുപോലെ ഉണ്ടാക്കുന്നു. അതിനാല്‍ A-യില്‍നിന്നും C-യിലേക്ക് വൈദ്യുതപ്രവാഹം ഉണ്ടാകുകയും ഈ ആവേശിതകണങ്ങള്‍ പുനഃസംയോജനം ചെയ്ത് അപ്രത്യക്ഷമാകുമ്പോള്‍ വൈദ്യുതപ്രവാഹം നിലയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇങ്ങനെ ഒരു കണം B-യില്‍ കൂടി കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ R-ന്റെ അറ്റങ്ങള്‍ക്കിടയ്ക്ക് ഒരു വൈദ്യുതസ്പന്ദം (ചിത്രം 2) ഉണ്ടാകുന്നു. ഈ സ്പന്ദത്തിന്റെ സ്തരം (level) വികിരണ കണം ഉളവാക്കുന്ന ആവേശിതകണയുഗ്മങ്ങളുടെ എണ്ണത്തിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.
ആനോഡിനും കാഥോഡിനും ഇടയ്ക്ക് കൊടുത്തിരിക്കുന്ന വോള്‍ട്ടത V (ചിത്രം 1) കൂടുമ്പോള്‍ സ്പന്ദത്തിന്റെ സ്തരവും ചേംബറിന്റെ സ്വേദനശീലതയും കൂടുന്നു. (ചിത്രം 3) ആനോഡിനും കാഥോഡിനും ഇടയ്ക്കുള്ള വിദ്യുന്‍മേഖലയില്‍നിന്നും ഊര്‍ജം സംഭരിച്ചുകൊണ്ട് ആദ്യം നിര്‍മിതമായ ആവേശിതകണങ്ങള്‍, കൂടുതല്‍ ആവേശിതകണങ്ങളെ ഉണ്ടാക്കുന്നു എന്നതാണ് ഇതിനു കാരണം. പലതരത്തിലുള്ള വാതകഗണിത്രങ്ങളുടെ വോള്‍ട്ടതാസീമകള്‍ ചിത്രം 3-ല്‍ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.
സ്ഫുലിംഗ ചേംബറില്‍ ആനോഡുകളും കാഥോഡുകളും സമാന്തരമായി അടുക്കിവച്ചിരിക്കുന്നു. കണങ്ങളുടെ പ്രക്ഷേപ പഥത്തിലുണ്ടാകുന്ന സ്ഫുലിംഗങ്ങള്‍ മൂലം കണപഥം ഫോട്ടോഗ്രാഫ് ചെയ്യാവുന്നതാണ്.
വാതകഗണിത്രങ്ങളുടെ പ്രധാന പരിമിതി ദീര്‍ഘമായ പ്രവര്‍ത്തനരഹിതകാലം (10-4 സെ.) ഉണ്ടെന്നതാണ്.
ക്ളൌഡ് ചേംബര്‍ (Cloud Chamber). വാതകഗണിത്രങ്ങളുടേതില്‍നിന്നും തികച്ചും വിഭിന്നമാണ് ക്ളൌഡ് ചേംബറിന്റെ പ്രവര്‍ത്തനം. പേരിന് അന്വര്‍ഥമായി, കണങ്ങളുടെ പ്രക്ഷേപപഥങ്ങളില്‍ മേഘശകലങ്ങളെ സൃഷ്ടിച്ച് അവയെ ഛായാഗ്രഹണസമര്‍ഥമാക്കിത്തീര്‍ക്കുന്നു. വില്‍സണ്‍ എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞന്‍ കണ്ടുപിടിച്ച ക്ളൌഡ് ചേംബറില്‍ ഒരു അതിപൂരിത വാതകമിശ്രിതത്തെ ഒരു പിസ്റ്റണ്‍ മൂലം പെട്ടെന്നുള്ള വികാസംകൊണ്ട് തണുപ്പിച്ചാണ് ഇതു സാധിക്കുന്നത്. പ്രവര്‍ത്തനരഹിതകാലം ദീര്‍ഘമായതിനാല്‍ വിസരണം ഉപയോഗിച്ചുള്ള മറ്റൊരുതരം ക്ളൌഡ് ചേംബറും ഉപയോഗത്തിലുണ്ട്.
ഖര-ദ്രവ ഗണിത്രങ്ങള്‍ (Solid-Liquid counters).
പ്രസ്ഫുരണ ഗണിത്രം (Scintillation counter). വാതകഗണിത്രങ്ങളുടെ സ്ഥാനത്ത് ഇപ്പോള്‍ പ്രധാനമായി ഉപയോഗിക്കുന്നത് പ്രസ്ഫുരണഗണിത്രം ആണ്. ചില ഖര, ദ്രവ-വസ്തുക്കളില്‍ക്കൂടി വികിരണം കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ അവയിലുള്ള തന്‍മാത്രകളിലെ ഇലക്ട്രോണുകള്‍ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുകയും തന്‍മൂലം പ്രകാശകണങ്ങള്‍ വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നതാണ് ഇവയുടെ പ്രവര്‍ത്തനതത്ത്വം. ഈ പ്രകാശകണങ്ങളെ പ്രകാശ ഇലക്ട്രോണ്‍ സംവര്‍ധകം (Photo electric multiplier) ഉപയോഗിച്ച് വൈദ്യുതസ്പന്ദങ്ങളാക്കി മാറ്റി ഉപയോഗിക്കുന്നു. (ചിത്രം 3). പലതരത്തിലുള്ള ക്രിസ്റ്റലുകളും ഫോസ്ഫോറുകളും (ZnS,Kl,മുതലായവ), ആന്ത്രാസീന്‍, ചില പ്രത്യേക പ്ളാസ്റ്റിക്കുകള്‍ തുടങ്ങിയ ജൈവയൌഗികങ്ങളും ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്. പ്രവര്‍ത്തനലാളിത്യവും വളരെ ചെറിയ വിഭേദനകാലവും (10-9 സെ.) ഇവയുടെ മേന്‍മ വര്‍ധിപ്പിക്കുന്നു.
ഫോട്ടോഗ്രാഫിക് എമല്‍ഷന്‍ (Photographic emulsion). ആദ്യകാലം മുതല്ക്കുതന്നെ പ്രചാരത്തിലുള്ളതാണ് ഫോട്ടോഗ്രാഫിക് എമല്‍ഷന്‍. രജതഹാലൈഡ് ക്രിസ്റ്റലുകളും ജെലാറ്റിനും മറ്റു ചില വസ്തുക്കളുമായുള്ള മിശ്രിതം, അതില്‍ക്കൂടി കടന്നുപോകുന്ന ആവേശിത കണങ്ങളുടെ സൂചന നല്കുകയും അതേസമയം അവയുടെ പ്രക്ഷേപപഥത്തിന്റെ സ്ഥിരമായ അഭിലേഖങ്ങള്‍ ഉണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സാധാരണ ഛായാഗ്രഹണത്തിലെന്നപോലെ വ്യക്തീകരണവും (developing) സ്ഥായീകരണവും (fixing) ആവശ്യമാണ്. ഡോസിമീറ്ററുകളിലും ഫിലിം എത്രമാത്രം കറുക്കുന്നു എന്നതില്‍നിന്നും വികിരണ തീവ്രത കണക്കാക്കാം. സാധാരണ ഫോട്ടോഗ്രാഫിക് ഏമല്‍ഷനെക്കാള്‍ കൂടുതല്‍ സ്ഥൂലതയും (25 മുതല്‍ 1000μ വരെ) സൂക്ഷ്മചൂര്‍ണിതമായ തരികളും ഉള്ള അണുകേന്ദ്രീയ എമല്‍ഷനുകളില്‍ ഓരോ കണങ്ങളുടെയും പ്രക്ഷേപപഥങ്ങള്‍ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനി ഉപയോഗിച്ച് പഠനവിധേയമാക്കാവുന്നതാണ്. ഈ പഥങ്ങളുടെ ജ്യാമിതീയ ഗുണങ്ങളില്‍നിന്നും കണങ്ങളുടെ ഊര്‍ജം, ചാര്‍ജ് മുതലായവ കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. എന്നാല്‍ ഇത്തരം അളവുകള്‍ എടുക്കാന്‍വേണ്ടി വ്യക്തീകരണം, സ്ഥായീകരണം മുതലായവ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുമ്പോള്‍ ഇവയുടെ താപനില, ആര്‍ദ്രത തുടങ്ങിയവയെ കര്‍ശനമായി നിയന്ത്രിക്കേണ്ടതുണ്ട്. അല്ലെങ്കില്‍ അളവുകള്‍ തെറ്റായിത്തീരുമെന്നതാണ് ഇവയുടെ പ്രധാന ന്യൂനത.
ചെരന്‍കോഫ് ഗണിത്രം (Cherenkov counter). ഒരു സുതാര്യ വസ്തുവിലൂടെയുള്ള നൈസര്‍ഗികമായ പ്രകാശവേഗത്തെക്കാള്‍ കൂടുതല്‍ വേഗത്തില്‍ ഒരു ആവേശിതകണം ആ വസ്തുവില്‍ക്കൂടി സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്നിരിക്കട്ടെ. വെള്ളത്തില്‍ക്കൂടി വളരെവേഗത്തില്‍ പോകുന്ന ബോട്ട് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ആഘാതതരംഗങ്ങള്‍പോലെ ഈ കണം പ്രകാശതരംഗങ്ങളെ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ഈ പ്രകാശധാര, പഥത്തിനുചുറ്റും ഒരു കോണിന്റെ രൂപത്തില്‍ ഒതുങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഈ കോണിന്റെ ആകൃതി കണത്തിന്റെ വേഗത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നതിനാല്‍ ഈ തത്ത്വം ഉള്‍ക്കൊള്ളുന്ന ഗണിത്രങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ച് കണങ്ങളുടെ വേഗം അളക്കാവുന്നതാണ്. വേഗം കുറഞ്ഞ കണങ്ങള്‍ക്ക് ഖരദ്രവങ്ങളും വേഗം കൂടിയവയ്ക്ക് ദ്രാവകങ്ങളും ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.
അര്‍ധചാലക ഗണിത്രം (Semiconductor counter). അര്‍ധചാലക ക്രിസ്റ്റലുകളില്‍ക്കൂടി അണുകേന്ദ്രീയവികിരണങ്ങള്‍ കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ അവയുടെ വൈദ്യുതചാലകത പെട്ടെന്ന് വര്‍ധിക്കുന്നു. അതിനാല്‍ അര്‍ധചാലകങ്ങള്‍ ഗൈഗര്‍ ഗണിത്രങ്ങളെപ്പോലെ ഉപയോഗിക്കാവുന്നതാണ്. എന്നാല്‍ കൂടുതല്‍ ഉപയോഗിക്കുന്തോറും ഇവയുടെ സംവേദനശീലത കുറയുന്നതിനാല്‍ ഇവ വിരളമായേ ഉപയോഗിക്കാറുള്ളു.
ബബിള്‍ ചേംബര്‍ (Bubble chamber). ഒരു അതിതപ്തദ്രാവകത്തിന്റെ മര്‍ദം പെട്ടെന്ന് കുറച്ചാല്‍ അതില്‍ ബാഷ്പീകരണം ആരംഭിക്കുകയും കുമിളകള്‍ ഉണ്ടാകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ അവസരത്തില്‍ ഏതെങ്കിലും ആവേശിതകണം അതില്‍ക്കൂടി കടന്നുപോയിട്ടുണ്ടെങ്കില്‍ അതിന്റെ പ്രക്ഷേപപഥത്തില്‍ ഉടനീളം നേരിയ കുമിളകള്‍ ഉണ്ടാകുന്നതിനാല്‍ വ്യക്തമായി ഫോട്ടോഗ്രാഫ് ചെയ്യാവുന്നതാണ്. ദ്രവഹൈഡ്രജന്‍, ഫ്രിയോണ്‍ തുടങ്ങിയ ദ്രാവകങ്ങള്‍ ഇതിന് ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നു. വളരെ വലിയ ബബിള്‍ ചേംബറുകള്‍ (1.83 മീ. വ്യാസം) ഇപ്പോള്‍ ഉപയോഗത്തിലുണ്ട്. ഒരു കാന്തികമണ്ഡലം കൂടി ഉപയോഗിച്ചാല്‍ കണങ്ങളുടെ ഊര്‍ജം, ദ്രവ്യമാനം, ചാര്‍ജ് തുടങ്ങിയ പല ഗുണങ്ങളും കൃത്യമായി അളക്കാവുന്നതാണ്.
ന്യൂട്രോണ്‍ ഗണിത്രം (Neutron counter). മേല്പറഞ്ഞ ഗണിത്രങ്ങളെല്ലാംതന്നെ, വിദ്യുത്കാന്തിക പരസ്പരക്രിയമൂലം പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നതിനാല്‍ അവയ്ക്ക് ന്യൂട്രോണ്‍ തുടങ്ങിയ അനാവേശിത (neutral) കണങ്ങളുടെ സൂചന നല്കുന്നതിന് പരോക്ഷമായി മാത്രമേ സാധിക്കുകയുള്ളു. തന്‍മാത്രകളുടെ അണുകേന്ദ്രങ്ങളുമായുള്ള പരസ്പരക്രിയ മൂലം ന്യൂട്രോണുകള്‍ ജനിപ്പിക്കുന്ന പ്രോട്ടോണുകള്‍ പോലെയുള്ള ആവേശിതകണങ്ങളെ സൂചിപ്പിച്ചാണ് ഇതു സാധിക്കുന്നത്. ബോറോണ്‍ തുടങ്ങിയ ചില മൂലകങ്ങളുമായി ന്യൂട്രോണുകള്‍ കൂടുതല്‍ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നു. അതിനാല്‍ ബോറോണ്‍ പൂശിയതോ BF3-വാതകം നിറച്ചതോ ആയ അയോണന ചേംബറുകള്‍, ആന്ത്രാസീന്‍ പോലുള്ള പ്രസ്ഫുരണഗണിത്രങ്ങള്‍, ചില പ്രത്യേക രാസവസ്തുക്കള്‍ ഉള്ള എമല്‍ഷനുകള്‍ തുടങ്ങിയവ ഉപയോഗപ്പെടുന്നു. കൂടാതെ ബബിള്‍ചേംബറുകള്‍, ക്ളൌഡ് ചേംബറുകള്‍ തുടങ്ങിയവയും അനാവേശിതകണങ്ങളുടെ പരോക്ഷമായ സൂചന നല്കുന്നവയാണ്.
വിശ്ളേഷണോപകരണങ്ങള്‍ (Analysing Instruments). മുമ്പു പ്രസ്താവിച്ച മിക്ക സംസൂചകങ്ങളും കണങ്ങളുടെ സൂചന നല്കുന്നത് വൈദ്യുതസ്പന്ദങ്ങളില്‍ക്കൂടിയാണ്. ഈ സ്പന്ദങ്ങളെ അവയുടെ സ്തരമനുസരിച്ച് തരം തിരിച്ചെണ്ണിയാണ് വികിരണതീവ്രത മുതലായവ അളക്കുന്നതും സ്രോതസ്സുകളുടെ സ്പെക്ട്രം മുതലായവ വരയ്ക്കുന്നതും. ഇതിന്നായി അനേകം ഇലക്ട്രോണികോപകരണങ്ങള്‍ ഉപയോഗത്തിലുണ്ട്. ഉദാഹരണമായി നിശ്ചിത സീമകള്‍ക്കുള്ളില്‍ സ്തരമുള്ള സ്പന്ദങ്ങളുടെ എണ്ണം കണക്കാക്കുന്ന ഉപകരണമാണ് ഏകവാഹിക-സ്പന്ദോച്ച-വിശ്ളേഷകം(Single channel pulse height analyser ). ഇത്തരം പലവിധത്തിലുള്ള ബഹുവാഹിക-സ്പന്ദോച്ച വിശ്ളേഷക(multi channel pulse height analyser)ങ്ങള്‍, സ്പെക്ട്രങ്ങള്‍ വരയ്ക്കുന്നതിന് ഉപയോഗപ്പെടുന്നു. പഠനവിധേയമാക്കപ്പെടുന്ന കണങ്ങളെ കോസ്മിക കിരണ പശ്ചാത്തലത്തില്‍നിന്നും വേര്‍തിരിച്ചറിയുന്നതിനും പല വിധത്തിലുള്ള ഇലക്ട്രോണിക പരിപഥങ്ങള്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആധുനിക ഇലക്ട്രോണിക ഗണിത്രങ്ങളുടെ വിഭേദനകാലം 10-9 സെ. വരെ ആകാവുന്നതാണ്.
ബബിള്‍ ചേംബര്‍, ക്ളൌഡ് ചേംബര്‍, സ്ഫുലിംഗ ചേംബര്‍, ന്യൂക്ളിയര്‍ എമല്‍ഷന്‍ എന്നിവ നല്കുന്ന കണപഥചിത്രങ്ങളെ അപഗ്രഥിക്കുന്നതിനും മറ്റും ആധുനിക കംപ്യൂട്ടറുകള്‍ വളരെ അധികം ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.
(ഡോ. എസ്. ഹരിഗോവിന്ദന്‍)
