अणूची संरचना

अर्नेस्ट रूदरफोर्डने 1911 मध्ये अणूच्या अंतरंगाचा अभ्यास करण्यासाठी सुप्रसिद्ध विकीरण प्रयोग केला. या प्रयोगाने अणूच्या संरचनेबद्दलच्या पूर्वीच्या कल्पना बदलल्या.

• प्रयोगाची मांडणी:
• सोनेरी पत्रा: रूदरफोर्डने सुमारे \(10^{-4}\) mm जाडीचा अतिशय पातळ सोन्याचा पत्रा वापरला.
• अल्फा कण: किरणोत्सारी मूलद्रव्यातून उत्सर्जित होणाऱ्या धनप्रभारित अल्फा (\(\alpha\)) कणांचा मारा सोन्याच्या पत्र्यावर केला.
• प्रतिदीप्तीमान पडदा: सोन्याच्या पत्र्याभोवती झिंक सल्फाईडचा (ZnS) प्रतिदीप्तीमान पडदा लावला, ज्यामुळे अल्फा कण आदळल्यावर प्रकाश चमकत असे, आणि कणांचा मार्ग शोधता आला.

• प्रयोगाची अपेक्षा:
• जर अणूमध्ये धनप्रभारित वस्तुमानाचे वितरण सर्वत्र एकसमान असेल (उदा. थॉमसनचे प्रारूप), तर धनप्रभारित अल्फा कणांचे पत्र्यावरून परावर्तन होईल अशी अपेक्षा होती.

• प्रयोगाचे निरीक्षण:
• बहुसंख्य अल्फा कण पत्र्यातून आरपार सरळ गेले.
• काही थोड्या अल्फा कणांचे मूळ मार्गापासून लहान कोनातून विचलन झाले.
• आणखी थोड्या अल्फा कणांचे मोठ्या कोनातून विचलन झाले.
• आश्चर्य म्हणजे, सुमारे 20,000 पैकी एक अल्फा कण मूळ मार्गाच्या उलट दिशेने उसळला.

• निरीक्षणांचे स्पष्टीकरण:
• बहुसंख्य कण सरळ जाणे: अणूमध्ये बरीचशी जागा मोकळी असते.
• काही कणांचे विचलन: अणूच्या मध्यभागी धनप्रभारित व जड भाग असतो, ज्यामुळे अल्फा कणांना अडथळा येतो.
• अतिशय कमी कणांचे उलट दिशेने उसळणे: अणूचा धनप्रभारित व जड भाग (केंद्रक) हा अणूच्या एकूण आकारमानापेक्षा अतिशय लहान असतो.

• रूदरफोर्डच्या प्रयोगाचे महत्त्व: या प्रयोगाने अणूच्या आतमध्ये केंद्रक (Nucleus) अस्तित्वात असल्याचे सिद्ध केले, जे अणूचे बहुतांश वस्तुमान आणि सर्व धनप्रभार धारण करते.

रूदरफोर्डने आपल्या विकीरण प्रयोगाच्या निरीक्षणांवरून 1911 मध्ये अणूचे केंद्रकीय प्रारूप मांडले. याला रूदरफोर्डचे अणुप्रारूप असेही म्हणतात.

• प्रारूपाची मुख्य वैशिष्ट्ये:

1. केंद्रक: अणूच्या केंद्रभागी धनप्रभारित केंद्रक असते. अणूचे जवळजवळ सर्व वस्तुमान केंद्रकात एकवटलेले असते.
2. इलेक्ट्रॉन: केंद्रकाभोवती इलेक्ट्रॉन नावाचे ऋणप्रभारित कण परिभ्रमण करतात.
3. विद्युत उदासीनता: सर्व इलेक्ट्रॉनांवरील एकत्रित ऋणप्रभार हा केंद्रकावरील धनप्रभाराएवढा असल्याने, विजातीय प्रभारांचे संतुलन होऊन अणू विद्युतदृष्ट्या उदासीन असतो.
4. पोकळी: परिभ्रमण करणारे इलेक्ट्रॉन व अणुकेंद्रक यांच्या दरम्यान पोकळी असते.
5. सूर्यमालेसारखे प्रारूप: रूदरफोर्डच्या अणुप्रारूपाला सूर्यमाला प्रारूप असेही म्हणतात, कारण इलेक्ट्रॉन ग्रहांप्रमाणे केंद्रकाभोवती फिरतात.

• रूदरफोर्डच्या अणुप्रारूपातील त्रुटी:
• भौतिकशास्त्रातील प्रस्थापित नियमानुसार, वर्तुळाकार कक्षेत परिभ्रमण करणाऱ्या विद्युतप्रभारित वस्तूची ऊर्जा कमी होते आणि ती केंद्राकडे आकर्षित होऊन शेवटी केंद्रात कोसळते.
• या नियमानुसार, रूदरफोर्डने मांडलेल्या प्रारूपातील इलेक्ट्रॉन ऊर्जा गमावून केंद्रकात कोसळतील आणि अणू अस्थायी होईल.
• मात्र, प्रत्यक्षात किरणोत्सारी अणू सोडून इतर सर्व अणूंना स्थायीभाव असतो. ही रूदरफोर्डच्या अणुप्रारूपातील मुख्य त्रुटी होती.
• या त्रुटीमुळे रूदरफोर्डचे प्रारूप अणूचा स्थायीभाव स्पष्ट करू शकले नाही.

रूदरफोर्डच्या अणुप्रारूपातील त्रुटी दूर करण्यासाठी डॅनिश वैज्ञानिक नील्स बोर यांनी 1913 मध्ये स्थायी कक्षा अणुप्रारूप मांडले. या प्रारूपाने अणूचा स्थायीभाव स्पष्ट केला.

• बोरच्या अणुप्रारूपाची आधारतत्त्वे:

1. स्थायी कक्षा: अणूच्या केंद्रकाभोवती परिभ्रमण करणारे इलेक्ट्रॉन केंद्रकापासून विशिष्ट अंतरावर असणाऱ्या समकेंद्री वर्तुळाकार कक्षांमधे असतात. या कक्षांना स्थायी कक्षा किंवा ऊर्जा पातळी म्हणतात.
2. स्थिर ऊर्जा: विशिष्ट कक्षेत असताना इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा स्थिर असते. तो ऊर्जा उत्सर्जित किंवा शोषून घेत नाही.
3. ऊर्जेचे शोषण व उत्सर्जन:

• इलेक्ट्रॉन आतील कक्षेतून बाहेरील कक्षेत उडी मारताना फरकाइतक्या ऊर्जेचे शोषण करतो.
• इलेक्ट्रॉन बाहेरील कक्षेतून आतील कक्षेत उडी मारताना फरकाइतकी ऊर्जा उत्सर्जित करतो.
• उत्सर्जित होणारी ऊर्जा विशिष्ट तरंगलांबीच्या प्रकाशाच्या स्वरूपात असते, ज्यामुळे मूलद्रव्यांना विशिष्ट रंग मिळतात (उदा. सोडियमचा पिवळा प्रकाश).

• बोरच्या प्रारूपाचे महत्त्व:
• या प्रारूपाने अणूचा स्थायीभाव यशस्वीपणे स्पष्ट केला.
• हे प्रारूप अणूच्या वर्णपटाचे (spectrum) स्पष्टीकरण देण्यासही उपयुक्त ठरले.

बोरच्या अणुप्रारूपानंतर क्वांटम मेकॅनिक्स (पुंजयांत्रिकी) या नवीन विज्ञानशाखेमुळे अणुसंरचनेचा सखोल अभ्यास झाला. यातून अणूच्या संरचनेविषयी काही मूलभूत तत्वे सर्वमान्य झाली आहेत.

• अणूची रचना: अणू हा केंद्रक (Nucleus) आणि केंद्रकाबाहेरील भाग यांचा मिळून बनतो. यात तीन प्रकारचे अवअणुकण (Subatomic particles) असतात.

• केंद्रक (Nucleus):
• अणूचे केंद्रक धनप्रभारित असते.
• अणूचे जवळजवळ सर्व वस्तुमान केंद्रकात एकवटलेले असते.
• केंद्रकात दोन प्रकारचे अवअणुकण असतात, ज्यांना एकत्रितपणे न्यूक्लिऑन (Nucleons) म्हणतात: प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन.

• प्रोटॉन (p):
• प्रभार: धनप्रभारित (+1e).
• स्थान: अणुकेंद्रकात.
• संज्ञा: 'p'.
• वस्तुमान: सुमारे 1 u (unified mass). (1 u = \(1.66 \times 10^{-27}\) kg).
• महत्त्व: केंद्रकावरील धनप्रभार प्रोटॉनमुळे असतो. अणूतील प्रोटॉन संख्या म्हणजे त्या मूलद्रव्याचा अणुअंक (Atomic Number, Z).

• न्यूट्रॉन (n):
• प्रभार: विद्युतप्रभारदृष्ट्या उदासीन (शून्य प्रभार).
• स्थान: अणुकेंद्रकात.
• संज्ञा: 'n'.
• वस्तुमान: सुमारे 1 u (जवळजवळ प्रोटॉनच्या वस्तुमानाइतके).
• महत्त्व: हायड्रोजनचा अपवाद वगळता सर्व मूलद्रव्यांच्या अणुकेंद्रकांमध्ये न्यूट्रॉन असतात. न्यूट्रॉन केंद्रकाला स्थैर्य देतात.

• केंद्रकाबाहेरील भाग:
• या भागात परिभ्रमण करणारे इलेक्ट्रॉन आणि केंद्रक व इलेक्ट्रॉन यांच्या दरम्यान असलेली पोकळी यांचा समावेश होतो.

• इलेक्ट्रॉन (e-):
• प्रभार: ऋणप्रभारित (-1e).
• स्थान: अणूच्या केंद्रकाभोवती वेगवेगळ्या कक्षांमध्ये (shells/कवचांमध्ये) परिभ्रमण करतात.
• संज्ञा: 'e-'.
• वस्तुमान: हायड्रोजन अणूच्या वस्तुमानापेक्षा 1800 पटीने कमी (नगण्य मानले जाते).
• महत्त्व: इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा तो ज्या कवचात असतो, त्यावरून ठरते. अणुकेंद्रकाबाहेरील इलेक्ट्रॉनांची संख्या केंद्रकामधील प्रोटॉन संख्येइतकीच (Z) असते, त्यामुळे अणू विद्युतदृष्ट्या उदासीन असतो.

• कवच (Shell): इलेक्ट्रॉन ज्या वर्तुळाकार मार्गांवर फिरतात त्यांना कवच म्हणतात. भ्रमणकक्षेचे स्वरूप त्रिमित असल्याने 'कक्षा' या पदाऐवजी 'कवच' हे पद वापरले जाते.

अणूचे वस्तुमान प्रामुख्याने त्याच्या केंद्रकातील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांच्यामुळे असते, कारण इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान नगण्य असते.

• अणुअंक (Atomic Number, Z):
• अणूच्या केंद्रकातील प्रोटॉनची संख्या म्हणजे त्या मूलद्रव्याचा अणुअंक होय.
• तो 'Z' या संज्ञेने दर्शवतात.
• उदा. कार्बनचा अणुअंक 6 आहे, म्हणजे कार्बनच्या अणूत 6 प्रोटॉन असतात.
• उदासीन अणूत, प्रोटॉनची संख्या = इलेक्ट्रॉनची संख्या = अणुअंक (Z).

• अणुवस्तुमानांक (Mass Number, A):
• अणूमधील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांची एकत्रित संख्या म्हणजे त्या मूलद्रव्याचा अणुवस्तुमानांक होय.
• तो 'A' या संज्ञेने दर्शवितात.
• सूत्र: \(A = Z + n\) (येथे 'n' म्हणजे न्यूट्रॉनची संख्या).
• यावरून, न्यूट्रॉनची संख्या \(n = A - Z\) काढता येते.

• चिन्हांकित संकेतरूपात अणू दर्शवणे:
• मूलद्रव्याची संज्ञा, अणुअंक व अणुवस्तुमानांक एकत्रितपणे \(^{A}_{Z}X\) या पद्धतीने दर्शवतात.
• येथे, X = मूलद्रव्याची संज्ञा, A = अणुवस्तुमानांक, Z = अणुअंक.
• उदाहरण: \(^{12}_{6}C\)
• याचा अर्थ कार्बनचा अणुअंक (प्रोटॉन संख्या) = 6.
• कार्बनचा अणुवस्तुमानांक = 12.
• कार्बनच्या केंद्रकात न्यूट्रॉनची संख्या = \(A - Z = 12 - 6 = 6\).

• अणुअंक व अणुवस्तुमानांक नेहमी पूर्णांकात का असतात?
• प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन हे पूर्ण कण आहेत, ते कधीही अपूर्णांकात नसतात.
• अणुअंक प्रोटॉनची संख्या दर्शवतो आणि अणुवस्तुमानांक प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांची एकूण संख्या दर्शवतो. त्यामुळे ते नेहमी पूर्णांकातच असतात.

बोरच्या अणुप्रारूपानुसार, इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती स्थायी कवचांमध्ये (shells) परिभ्रमण करतात. या कवचांना विशिष्ट ऊर्जा असते.

• कवचांचे क्रमांक व संज्ञा:
• अणुकेंद्रकाच्या सर्वात जवळच्या कवचाला पहिले कवच म्हणतात, त्यानंतर दुसरे, तिसरे, इत्यादी.
• कवचांच्या क्रमांकासाठी 'n' ही संज्ञा वापरतात (n = 1, 2, 3, 4, ...).
• या क्रमांकांनुसार कवचांना K, L, M, N,... या संज्ञांनी संबोधण्यात येते.
• n = 1 साठी K कवच
• n = 2 साठी L कवच
• n = 3 साठी M कवच
• n = 4 साठी N कवच

• कवचातील कमाल इलेक्ट्रॉन धारकता:
• प्रत्येक कवचात जास्तीत जास्त '2n²' या सूत्राने मिळालेल्या संख्येइतके इलेक्ट्रॉन असू शकतात.
• 'n' चे मूल्य वाढते तशी त्या कवचातील इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा वाढते.

• कवचांची इलेक्ट्रॉन धारकता:
• K कवच (n=1): \(2 \times 1^2 = 2\) इलेक्ट्रॉन
• L कवच (n=2): \(2 \times 2^2 = 8\) इलेक्ट्रॉन
• M कवच (n=3): \(2 \times 3^2 = 18\) इलेक्ट्रॉन
• N कवच (n=4): \(2 \times 4^2 = 32\) इलेक्ट्रॉन

• इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा:
• पहिल्या कवचातील (K कवच) इलेक्ट्रॉनांची ऊर्जा सर्वांत कमी असते.
• त्यापुढील कवचामधील इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा कवचक्रमांकाप्रमाणे वाढत जाते.

• अणूची स्थिरता: अणूतील इलेक्ट्रॉन कवचांच्या कमाल धारकतेप्रमाणे तसेच ऊर्जेच्या चढत्या क्रमानुसार असलेल्या कवचांमध्ये स्थान मिळवतात, ज्यामुळे सर्व इलेक्ट्रॉनांची एकत्रित ऊर्जा कमीत कमी असते आणि अणू स्थिर राहतो.

एखाद्या मूलद्रव्याच्या अणूमधील इलेक्ट्रॉनांची कवचनिहाय मांडणी म्हणजे त्या मूलद्रव्याचे इलेक्ट्रॉन संरूपण होय.

• इलेक्ट्रॉन संरूपणाचे नियम:

1. इलेक्ट्रॉन कवचांच्या कमाल धारकतेप्रमाणे भरले जातात (K-2, L-8, M-18, N-32).
2. इलेक्ट्रॉन ऊर्जेच्या चढत्या क्रमानुसार असलेल्या कवचांमध्ये स्थान मिळवतात (म्हणजे आधी K, मग L, मग M, इत्यादी).
3. सर्वात आतील कवच पूर्ण भरल्याशिवाय बाहेरील कवचात इलेक्ट्रॉन जात नाहीत.
4. सर्वात बाहेरील कवचात 8 पेक्षा जास्त इलेक्ट्रॉन नसतात (अपवाद K कवच, ज्यात 2 इलेक्ट्रॉन असतात).

• संख्येस्वरूपातील इलेक्ट्रॉन संरूपण:
• हे स्वल्पविरामांनी विलग केलेल्या अंकांनी दर्शवितात.
• यातील अंक ऊर्जेच्या चढत्या क्रमाने असलेल्या कवचांमधील इलेक्ट्रॉन संख्या दाखवितात.
• उदाहरण: सोडियमचे इलेक्ट्रॉन संरूपण 2, 8, 1 आहे.
• याचा अर्थ सोडियम अणूमधे 'K' कवचात 2, 'L' कवचात 8 व 'M' कवचात 1 इलेक्ट्रॉन आहेत.
• एकूण इलेक्ट्रॉन = \(2 + 8 + 1 = 11\) (सोडियमचा अणुअंक 11 आहे).

• इलेक्ट्रॉन संरूपणाचे रेखाटन: अणूचे इलेक्ट्रॉन संरूपण कवचांच्या रेखाटनानेही दाखवितात, ज्यात केंद्रक आणि त्याभोवतीच्या कक्षांमध्ये इलेक्ट्रॉन दर्शविले जातात.

संयुजा म्हणजे एका अणूने तयार केलेल्या रासायनिक बंधांची संख्या. मूलद्रव्याची संयुजा त्याच्या इलेक्ट्रॉन संरूपणावरून ठरते.

• संयुजा कवच आणि संयुजा इलेक्ट्रॉन:
• अणू आपल्या बाह्यतम कवचातील इलेक्ट्रॉन वापरून रासायनिक बंध तयार करतो.
• त्यामुळे बाह्यतम कवचाला संयुजा कवच (Valence Shell) म्हणतात.
• बाह्यतम कवचातील इलेक्ट्रॉनला संयुजा इलेक्ट्रॉन (Valence Electrons) म्हणतात.
• अणूच्या संयुजेचा संबंध अणूमधील संयुजा इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येशी असतो.

• निष्क्रिय वायू आणि शून्य संयुजा:
• हेलियम (He), निऑन (Ne), अरगॉन (Ar) यांसारखे निष्क्रिय वायू इतर कोणत्याही अणूबरोबर संयोग पावत नाहीत, म्हणजेच त्यांची संयुजा शून्य असते.
• हेलियम (He): इलेक्ट्रॉन संरूपण 2. 'K' कवच पूर्ण भरलेले असते (2 इलेक्ट्रॉन). याला इलेक्ट्रॉन द्विक (Duplet) पूर्ण असणे म्हणतात.
• निऑन (Ne): इलेक्ट्रॉन संरूपण 2, 8. 'L' कवच पूर्ण भरलेले असते (8 इलेक्ट्रॉन). याला इलेक्ट्रॉन अष्टक (Octet) पूर्ण असणे म्हणतात.
• अरगॉन (Ar): इलेक्ट्रॉन संरूपण 2, 8, 8. 'M' कवच पूर्ण भरलेले नसले तरी, बाह्यतम कवचात 8 इलेक्ट्रॉन असल्याने त्याचे अष्टक पूर्ण असते.
• निष्कर्ष: ज्या मूलद्रव्यांच्या संयुजा कवचात इलेक्ट्रॉन द्विक (2) किंवा अष्टक (8) पूर्ण असते, त्यांची संयुजा शून्य असते.

• संयुजा इलेक्ट्रॉन संख्या आणि संयुजा यांतील संबंध:
• निष्क्रिय वायू सोडून इतर मूलद्रव्यांमध्ये इलेक्ट्रॉन अष्टक स्थिती अपूर्ण असते.
• अणू स्थिर होण्यासाठी आपले बाह्यतम कवच पूर्ण करण्याचा प्रयत्न करतात (द्विक किंवा अष्टक पूर्ण करणे).
• हे करण्यासाठी ते इलेक्ट्रॉन देतात, घेतात किंवा भागीदारी करतात. या इलेक्ट्रॉनची संख्या म्हणजे त्यांची संयुजा.

• नियम:
• ज्या मूलद्रव्यात संयुजा इलेक्ट्रॉन संख्या चार किंवा त्यापेक्षा कमी (x ≤ 4) असते, त्या मूलद्रव्याची संयुजा त्यातील संयुजा इलेक्ट्रॉन संख्येएवढी (x) असते.
• ज्या मूलद्रव्यात संयुजा इलेक्ट्रॉन संख्या चार किंवा त्याहून अधिक (x > 4) असते, तेव्हा अष्टक पूर्ण होण्यासाठी जितके इलेक्ट्रॉन कमी असतात, ती उणीवेची संख्या (8 - x) म्हणजे त्या मूलद्रव्याची संयुजा असते.

• उदाहरणे:
• हायड्रोजन (H): संरूपण 1. संयुजा इलेक्ट्रॉन = 1. संयुजा = 1 (द्विक पूर्ण करण्यासाठी 1 इलेक्ट्रॉन कमी).
• सोडियम (Na): संरूपण 2, 8, 1. संयुजा इलेक्ट्रॉन = 1. संयुजा = 1 (1 इलेक्ट्रॉन देऊन अष्टक पूर्ण होते).
• क्लोरीन (Cl): संरूपण 2, 8, 7. संयुजा इलेक्ट्रॉन = 7. संयुजा = \(8 - 7 = 1\) (1 इलेक्ट्रॉन घेऊन अष्टक पूर्ण होते).
• ऑक्सिजन (O): संरूपण 2, 6. संयुजा इलेक्ट्रॉन = 6. संयुजा = \(8 - 6 = 2\) (2 इलेक्ट्रॉन घेऊन अष्टक पूर्ण होते).
• कार्बन (C): संरूपण 2, 4. संयुजा इलेक्ट्रॉन = 4. संयुजा = 4 (4 इलेक्ट्रॉनची भागीदारी करून अष्टक पूर्ण होते).

मूलद्रव्यांचा अणुअंक हा मूलद्रव्याचा मूलभूत गुणधर्म व त्याची रासायनिक ओळख आहे. निसर्गातील काही मूलद्रव्यांमध्ये अणुअंक समान परंतु अणुवस्तुमानांक मात्र भिन्न असे अणू असतात.

• समस्थानिके (Isotopes):
• एकाच मूलद्रव्याच्या अशा भिन्न अणुवस्तुमानांक असलेल्या अणूंना समस्थानिके म्हणतात.
• समस्थानिकांची प्रोटॉन संख्या (अणुअंक Z) समान असते, परंतु न्यूट्रॉन संख्या भिन्न असते.
• त्यामुळे त्यांचा अणुवस्तुमानांक (A) भिन्न असतो.
• रासायनिक गुणधर्म समान असतात, कारण इलेक्ट्रॉन संख्या (व त्यामुळे संयुजा) समान असते.

• उदाहरणे:
• कार्बनची समस्थानिके: कार्बनची तीन समस्थानिके आहेत.
• \(^{12}_{6}C\) (कार्बन-12): प्रोटॉन = 6, न्यूट्रॉन = \(12 - 6 = 6\)
• \(^{13}_{6}C\) (कार्बन-13): प्रोटॉन = 6, न्यूट्रॉन = \(13 - 6 = 7\)
• \(^{14}_{6}C\) (कार्बन-14): प्रोटॉन = 6, न्यूट्रॉन = \(14 - 6 = 8\)

• हायड्रोजनची समस्थानिके:
• \(^{1}_{1}H\) (प्रोटियम/हायड्रोजन): प्रोटॉन = 1, न्यूट्रॉन = 0
• \(^{2}_{1}H\) (ड्यूटेरियम): प्रोटॉन = 1, न्यूट्रॉन = 1
• \(^{3}_{1}H\) (ट्रिटियम): प्रोटॉन = 1, न्यूट्रॉन = 2

• क्लोरीनची समस्थानिके:
• \(^{35}_{17}Cl\) (क्लोरीन-35): प्रोटॉन = 17, न्यूट्रॉन = \(35 - 17 = 18\)
• \(^{37}_{17}Cl\) (क्लोरीन-37): प्रोटॉन = 17, न्यूट्रॉन = \(37 - 17 = 20\)

• समस्थानिकांचे उपयोग: काही मूलद्रव्यांची समस्थानिके किरणोत्सारी असतात आणि त्यांचा उपयोग विविध क्षेत्रांत केला जातो.

1. वीजनिर्मिती: युरेनिअम-235 (\(^{235}_{92}U\)) चा उपयोग केंद्रकीय विखंडन व वीजनिर्मितीसाठी होतो.
2. वैद्यकीय उपचार:

• कॅन्सरसारख्या आजारांवर उपचारांसाठी कोबाल्ट-60 (\(^{60}_{27}Co\)) चा उपयोग होतो.
• गॉयटर या थायरॉईड ग्रंथींच्या आजारावरील उपचारांसाठी आयोडिन-131 (\(^{131}_{53}I\)) चा उपयोग होतो.

1. औद्योगिक उपयोग: जमिनीखालून गेलेल्या नळांमधील चीरा शोधण्यासाठी सोडियम-24 (\(^{24}_{11}Na\)) चा उपयोग होतो.
2. अन्न परिरक्षण: अन्नपदार्थांचे सूक्ष्मजीवांपासून परिरक्षण करण्यासाठी किरणोत्सारी मूलद्रव्यांचा उपयोग होतो.
3. पुरातत्वशास्त्र: जीवाश्मांचे वय ठरवण्यासाठी कार्बन-14 (\(^{14}_{6}C\)) या किरणोत्सारी समस्थानिकाचा उपयोग होतो (कार्बन डेटिंग).

• जड पाणी (Heavy water): ड्यूटेरियम (\(^{2}_{1}H\)) या हायड्रोजनच्या समस्थानिकापासून बनवलेले पाणी (\(D_2O\)) म्हणजे जड पाणी. याचा उपयोग अणुभट्ट्यांमध्ये मंदक म्हणून होतो.

अणुभट्टी हे अणुऊर्जेच्या वापराने मोठ्या प्रमाणावर वीजनिर्मिती करण्याचे संयंत्र आहे. यात केंद्रकीय अभिक्रिया घडवून अणुऊर्जा मुक्त केली जाते.

• कार्यपद्धतीचे तत्त्व:
• अणुभट्टीत अणुइंधनावर (उदा. युरेनिअम-235) केंद्रकीय विखंडन (Nuclear Fission) अभिक्रिया घडवून आणतात.
• मंद गतीच्या न्यूट्रॉनांचा मारा केला असता युरेनिअम-235 च्या केंद्रकाचे विखंडन होऊन क्रिप्टॉन-92 (\(^{92}_{36}Kr\)) व बेरियम-141 (\(^{141}_{56}Ba\)) या वेगळ्या मूलद्रव्यांची केंद्रके आणि 2 ते 3 न्यूट्रॉन निर्माण होतात.
• हे नवीन न्यूट्रॉन पुन्हा इतर युरेनिअम-235 केंद्रकांचे विखंडन घडवतात, ज्यामुळे शृंखला अभिक्रिया (Chain Reaction) सुरू होते.
• या अभिक्रियेत मोठ्या प्रमाणात केंद्रकीय ऊर्जा (अणुऊर्जा) मुक्त होते.

• शृंखला अभिक्रिया नियंत्रण:
• संभाव्य स्फोट टाळण्यासाठी शृंखला अभिक्रिया नियंत्रित ठेवणे आवश्यक आहे.
• यासाठी न्यूट्रॉन्सचा वेग व संख्या कमी करण्याची आवश्यकता असते.

• अणुभट्टीतील घटक आणि त्यांची कार्ये:

1. संचलक / मंदक (Moderator):

• कार्य: न्यूट्रॉन्सचा वेग कमी करणे.
• उदाहरणे: ग्रॅफाइट किंवा जड पाणी (Heavy Water, \(D_2O\)).

1. नियंत्रक (Controller):

• कार्य: न्यूट्रॉन शोषून घेऊन त्यांची संख्या कमी करणे, ज्यामुळे शृंखला अभिक्रिया नियंत्रित राहते.
• उदाहरणे: बोरॉन, कॅडमियम, बेरिलियम इत्यादींच्या कांड्या.

1. शीतक (Coolant):

• कार्य: विखंडन प्रक्रियेत निर्माण झालेली उष्णता बाजूला काढणे.
• उदाहरणे: पाणी.
• या उष्णतेने पाण्याची वाफ करून वाफेच्या साहाय्याने टर्बाइन्स चालविले जातात व वीजनिर्मिती होते.

• अणुऊर्जेचे फायदे: स्वच्छ ऊर्जा, मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा उत्पादन, कमी इंधन वापर.
• अणुऊर्जेचे तोटे: किरणोत्सारी कचरा विल्हेवाट लावण्याची समस्या, अपघाताचा धोका (उदा. चेर्नोबिल, फुकुशिमा).