कुतुहल
नरेंद्र गोळे, लोकसत्ता
सदर, ७ ते ११ ऑगस्ट २०१७
२०१७ सालच्या ऑगस्ट महिन्यातील ७,८,९,१० आणि ११ या तारखांना ’मराठी विज्ञान परिषदे’कडून लोकसत्तेत प्रकाशित करण्यात आलेले कुतुहल सदर, मी लिहिलेले होते. त्यात पुढील पाच विषय याच अनुक्रमाने मांडले होते. १. आण्विक वस्तुमान मापन, २. प्रकाशाच्या रंगाचे मापन, ३. अर्धायूचे मापन, ४. विश्व किरणांच्या भेदकतेचे मापन आणि ५. मेरी क्युरी.
१.
आण्विक
वस्तुमान मापन
अणुची स्वत:ची अंतर्गत
रचना असते. मध्यवर्ती अणुकेंद्रकात (अणुगर्भात) दोन प्रकारचे कण असतात. पदार्थास
धन विद्युत भारित करणारे कण, धनक (प्रोटॉन, P) व पदार्थास विद्युत-भार-विहीन
म्हणजेच, विरक्त करणारे कण, विरक्तक (न्यूट्रॉन, N). कोणत्याही मूलद्रव्यातील धनकांची संख्या P आणि विरक्तकांची संख्या N असल्यास त्यांची बेरीज केल्यास
अणुचे वस्तूमान अथवा त्याचा अणुभार Z समजतो. अणुभार Z=P+N, कोणत्याही मूलद्रव्याचा अणुक्रमांक X हा त्यातील धनकांच्या संख्येइतकाच
असतो, म्हणून अणुक्रमांक X=P. अणुकेंद्रकाचा आकार =१०-१४
मीटर, अणूचा आकार =१०-१० मीटर.
ह्या अणुकेंद्रकाभोवती पदार्थास ऋण विद्युत-भारित करणारे विजेचे अनेक कण, विजक (ऋणक, इलेक्ट्रॉन, E) विशिष्ट कोनातून, विशिष्ट कक्षेत, फिरत असतात. प्रत्येक अणुमध्ये धनक व विजकांची
संख्या समान असते, त्यामुळे प्रत्येक अणू हा विद्युतभार-रहित असतो. उदासिन, विरक्त असतो. पदार्थाच्या अणुंचे
वस्तुमान आण्विक-वस्तुमान-एककांत म्हणजेच “आवए” मध्ये (ऍटोमिक मास युनिट-amu) मोजले जाते. १ आवए =१.६६ x १०-२७ कि.ग्रॅ. वस्तुमान असते. धनकाचे वस्तुमान =१.००७२७७ आवए, विरक्तकाचे वस्तुमान =१.००८६६५
आवए, विजकाचे वस्तुमान = ०.०००५४९ आवए असते.
धनक आणि विरक्तक सुमारे सारख्याच वस्तुमानाचे असतात. तर, विजक मात्र धनकापेक्षा
वस्तुमानाने, १,८३६ पट लहान असतो.
२. प्रकाशाच्या रंगांचे मापन
प्रारण म्हणजे किरण. मग ती जम्बुपार (अल्ट्रा-व्हायोलेट) किरण असोत, दृश्य प्रकाशाची असोत, अथवा अवरक्त (इन्फ्रारेड, उष्णतेची) असोत. ह्या सगळ्या किरणांशी तर आपण परिचित आहोतच. ह्या किरणांत असते वस्तूच्या रंगरूपाबाबतची माहिती आणि सोबतच असते प्रखर ऊर्जा. ह्या सगळ्यांचे स्वरूप असते विद्युत-चुंबकीय लहरींचे. स्त्रोत, बहुधा असतो सूर्य. अर्थातच चंद्र, तारे व अन्य अवकाशीय वस्तूही आपल्याला प्रारण पाठवतच असतात. हल्ली आपण वैद्यकीय उपयोगांमुळे क्ष-किरणांनाही चांगलेच ओळखतो. ती तर आणखीनच प्रखर असतात. मनुष्याच्या शरीरामध्ये ती केवळ हाडांनीच अडतात.
स्त्रोतापासून ते लक्ष्यापर्यंत प्रकाशकिरण ऊर्जेच्या स्वरूपात प्रवास करतात. ही ऊर्जा आकृतीत दिल्यानुसार विद्युतचुंबकीय स्पंदनांत नाचत नाचत येत असते. किरणांच्या दिशेने प्रवास करत, ही ऊर्जा जेव्हा लक्ष्यास भिडते तेव्हा, लक्ष्याची ऊर्जा वाढते आणि किरण लक्ष्यातच विसर्जित होऊन जातात. वाढत्या ऊर्जेमुळे लक्ष्यच मग स्पंदू लागते. त्यातून त्या वस्तूच्या स्वभावाला अनुसरून, नवी किरणे बाहेर पडतात. ती जर आपल्या डोळ्यांत शिरली, तर त्यांनी आणलेल्या ऊर्जेवरून, आपल्याला लक्ष्याच्या रंगाचा बोध होतो. अशा रीतीने रंग कळतो खरा. मात्र तो मोजता कसा येईल?
किरणांतील ऊर्जा विद्युत चुंबकीय स्पंदनांच्या स्वरूपात अभिव्यक्त होत असते. प्रकाशाच्या वाटेवर उभे राहून आपण तो संवेदू लागलो, तर ह्या स्पंदनांचा आवर्तकाल मोजून आपल्याला त्या प्रकाशात असलेल्या ऊर्जेचा म्हणजेच त्याच्या रंगाचा बोध होत असतो. प्रकाशाच्या वाटेवर आपण एकाच जागी, त्याकडे पाहत उभे राहिलो तर तिथे असे जाणवते की, त्या किरणापायी त्या ठिकाणी विद्युत चुंबकीय स्पंद अनुभवास येतात. त्यांचा आवर्तकाल मोजायचा. त्या आवर्तकालाचा व्यस्तांक म्हणजे, त्या किरणाची कंप्रता किंवा वारंवारता. ही स्पंद/सेकंद ह्या एककांत मोजली जाते. ५२६ ते ६०६ हजार-अब्ज-स्पंद/सेकंद ह्या दरम्यानच्या कंप्रता असलेल्या प्रकाशाचा रंग, कंप्रतासंख्येनुरूप विविध रंगछटांचा, हिरवा असतो.
३. अर्धायूचे मापन
४. विश्वकिरणांच्या भेदकतेचे मापन
एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीस, बाह्य अवकाशातून येणार्‍या भेदक (पेनेट्रेटिंग) प्रारणांचे अस्तित्व, चार्लस विल्सन यांनी केलेल्या विद्युत-दर्शक-यंत्रांसहितच्या साध्या प्रयोगांतून संवेदले गेले. रॉबर्ट मिलिकन या अमेरिकन, नोबेल विजेत्या भौतिकशास्त्रज्ञाने, अतिशय ऊर्जस्वल भारित कणांच्या ह्या प्रारणांना ’विश्वकिरण’ हे नाव दिले. त्यात निरनिराळ्या प्रकारचे अणुगर्भ असतात, मात्र मुख्यत्वे धन कण असतात. प्राथमिक विश्वकिरण वातावरणाशी परस्पर-कार्यरत होऊन, दुय्यम किरणे निर्माण करतात.
दुय्यम किरणे ज्यांवर आदळतात त्या उदासीन अणू किंवा रेणुमधील ऋण कण ते काढून घेतात. अशा प्रकारे ते अणु-रेणूंना विद्युत-भारित व क्रियाशील अवस्थेत आणून सोडतात. ह्या प्रक्रियेला मूलकीकरण (आयोनायझेशन) असे म्हणतात आणि हा प्रभाव घडवून आणणार्‍या उत्सर्जनाला मूलकीकारक उत्सर्जन (आयोनायझिंग रेडिएशन) असे म्हणतात. मूलकीकरण करत असता उत्सर्जनातील ऊर्जा घटत जाते. त्यातील ऊर्जा पूर्णतः नाहीशी झाली की ते उत्सर्जन पदार्थात लुप्त होऊन जाते. त्यापूर्वी ते उत्सर्जन पदार्थात जे अंतर चालून जाते त्यावरून त्याची भेदकता समजत असते. ह्या किरणोत्सारी उत्सर्जनाची भेदकता खालील कोष्टकाप्रमाणे असते. ह्या अंतरास आपण ’भेदनखोली’ म्हणू या. विश्वकिरणांची भेदनखोली ’मीटर’मध्ये मोजली जाते.
अल्फा किरणे त्वचेने अथवा कागदानेही अडतात. बीटा किरणे हलक्या धातूच्या पातळ पत्र्यानेही अडतात. गॅमा किरणांना अडवायला शिशासारख्या अवजड धातूंच्या भिंती लागतात. तर अणुगर्भातील विरक्तक कण त्यांनीही अडत नाहीत. त्यांना पाणी, काँक्रीट वा मेणाचे अनेक मीटर जाड थरच अडवू शकतात.
मेरी क्युरी
(जन्मः ७ नोव्हें. १८६७, वॉर्सा, पोलंड; मृत्यूः ४ जुलै १९३४, सॅव्हॉय, फ्रान्स)
सन् १८९६ मधे हेन्री बेक्वेरल नावाच्या एका फ्रेंच भौतिक शास्त्रज्ञाला युरेनियम क्षारातील किरणोत्साराचा शोध लागला. ह्या किरणोत्साराचा प्रभाव त्याला एका वापरल़्या न गेलेल्या फोटोग्राफिक फिल्मवर आढळून आला. नंतर सन् १८९७ मघ्ये मेरी क्युरी आणि तिचे पती पियरे क्युरी यांनी पोलोनियम व रेडियम ह्या दोन किरणोत्सारी पदार्थांना वेगळे करण्यात यश मिळवले. ह्या किरणोत्सारी पदार्थांपासून उत्सर्जित किरणांची ओळख अल्फा(a), बीटा(b), गॅमा(g) ह्या नावांनी पटवली गेली. अँटोनी हेन्री बेक्वेरल हे एक नोबेल पारितोषिक विजेते फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ होते. उत्स्फूर्त किरणोत्साराचा शोध लावल्याखातर त्यांना मेरी क्युरी आणि पिअरे क्युरी यांचेसोबत १९०३ मध्ये नोबेल पारितोषिक दिले गेले. पुढे असे लक्षात आले की ह्या अल्फा, बीटा आणि गॅमा किरणांचा उगम अणूच्या संरचनेत होत असतो.
१८९१ मध्ये सॉर्बोन्न येथे भौतिक आणि गणितीय विज्ञानातील विद्यावृत्ती (लायसेन्शियेटशिप मिळाल्याने क्युरी, पुढील शिक्षणाकरता फ्रान्समध्ये गेल्या. १८९४ मध्ये स्कूल ऑफ फिजिक्समधील प्रोफेसर पिअरे क्युरी यांचेशी त्यांची गाठ पडली. १८९५ मध्ये त्यांचे लग्न झाले. मिळालेल्या अनेक पारितोषिकांद्वारेच मादाम क्युरींच्या कामाचे महत्त्व ध्यानात येते. त्यांना अनेक विज्ञान, वैद्यक आणि कायदा या विषयांतील सन्माननीय पदव्या प्राप्त झालेल्या होत्या. जगभरातील अनेक ज्ञानवंत समाजांची सदस्यताही त्यांना मिळालेली होती. बेक्वेरल यांनी शोधून काढलेल्या उत्स्फूर्त किरणोत्साराच्या अभ्यासाकरता, त्यांना पतीसोबत १९०३ सालचे नोबेल पारितोषिक मिळालेले होते. ह्या पारितोषिकाचे अर्धे मानकरी बेक्वेरल हेही होते. १९११ मध्ये त्यांना किरणोत्सारातील त्यांच्या कामाकरता, केमिस्ट्रीमधील नोबेल पारितोषिक मिळालेले होते. अमेरिकेतील स्त्रियांचे वतीने, अमेरिकेचे राष्ट्राध्यक्ष हार्डिंग यांनी त्यांना १९२१ मध्ये त्यांच्या विज्ञानसेवेकरता १ ग्रॅम रेडियम भेट दिले होते. त्यांच्या कामाच्या गौरवार्थ किरणोत्साराच्या एककास त्यांचे नाव दिले गेले. १ ग्रॅम रेडियमपासून दर सेकंदास प्राप्त होणार्‍या किरणोत्सारास “१ क्युरी” असे संबोधले जाऊ लागले. १ क्युरी किरणोत्सार म्हणजे ३७ अब्ज विघटने/सेकंद.
कोणत्याही टिप्पण्‍या नाहीत:
टिप्पणी पोस्ट करा