ന്യൂക്ലിയർ ഫിസിക്സും റേഡിയോ ആക്ടിവിറ്റിയും ചർച്ച ചെയ്യുന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള സാമ്പിൾ ചോദ്യങ്ങൾ
ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസുകളെക്കുറിച്ചും ഈ ന്യൂക്ലിയസുകളിൽ സംഭവിക്കുന്ന റേഡിയോ ആക്ടീവ് ക്ഷയ പ്രതിഭാസങ്ങളെക്കുറിച്ചും പഠിക്കുന്ന ഭൗതികശാസ്ത്ര ശാഖകളാണ് ന്യൂക്ലിയർ ഫിസിക്സും റേഡിയോ ആക്ടിവിറ്റിയും. വൈദ്യശാസ്ത്രം, ന്യൂക്ലിയർ എനർജി, മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിവിധ മേഖലകളിൽ ഈ അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങളിൽ വൈദഗ്ദ്ധ്യം നേടുന്നത് നിർണായകമാണ്. ഈ ലേഖനത്തിൽ, ന്യൂക്ലിയർ ഫിസിക്സും റേഡിയോ ആക്ടിവിറ്റിയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട നിരവധി ഉദാഹരണ പ്രശ്നങ്ങളും അവയുടെ വിശദീകരണങ്ങളും ഞങ്ങൾ ചർച്ച ചെയ്യും, ഇത് നിങ്ങളുടെ ഗ്രാഹ്യത്തെ സഹായിക്കും.
ന്യൂക്ലിയർ ഫിസിക്സിനെയും റേഡിയോ ആക്ടിവിറ്റിയെയും കുറിച്ചുള്ള അടിസ്ഥാന ആമുഖം
ഉദാഹരണ ചോദ്യങ്ങളിലേക്ക് കടക്കുന്നതിനു മുമ്പ്, ചില അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങൾ അവലോകനം ചെയ്യുന്നത് നല്ലതാണ്:
– ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസ്: പ്രോട്ടോണുകളും ന്യൂട്രോണുകളും ചേർന്നതാണ്. പ്രോട്ടോണുകൾ പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ളവയാണ്, അതേസമയം ന്യൂട്രോണുകൾ ചാർജ്ജ് ഇല്ലാത്തവയാണ്.
– റേഡിയോ ആക്ടിവിറ്റി: കണികകളുടെയോ വികിരണത്തിന്റെയോ ഉദ്വമനം വഴി അസ്ഥിരമായ ന്യൂക്ലിയസുകൾ കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ള ന്യൂക്ലിയസുകളായി ക്ഷയിക്കുന്ന പ്രക്രിയ.
– റേഡിയോ ആക്ടീവ് ക്ഷയത്തിന്റെ തരങ്ങൾ: ആൽഫ (\(\ആൽഫ\)), ബീറ്റ (\(\ബീറ്റ\)), ഗാമ (\(\ഗാമ\)) ക്ഷയം.
– റേഡിയോ ആക്ടീവ് ക്ഷയ നിയമം: കാലക്രമേണ റേഡിയോ ആക്ടീവ് ന്യൂക്ലിയസുകളുടെ എണ്ണം എങ്ങനെ കുറയുന്നുവെന്ന് വിവരിക്കുന്നു.
ഉദാഹരണം ചോദ്യം 1: പിണ്ഡവും ക്ഷയ ഊർജ്ജവും
ചോദ്യം:
ഒരു യുറേനിയം-238 ന്യൂക്ലിയസ് ഒരു ആൽഫാ കണികയുടെ ഉദ്വമനം വഴി തോറിയം-234 ആയി ക്ഷയിക്കുന്നു. യുറേനിയം-238 ന്റെ പിണ്ഡം 238.0508 u ഉം, തോറിയം-234 ന്റെ പിണ്ഡം 234.0436 u ഉം, ആൽഫാ കണികയുടെ പിണ്ഡം 4.0026 u ഉം ആണെങ്കിൽ, ഈ ക്ഷയത്തിൽ പുറത്തുവരുന്ന ഊർജ്ജം കണക്കാക്കുക.
ചർച്ച:
ഐൻസ്റ്റീന്റെ സമവാക്യം \(E=mc^2\) നൽകുന്ന പിണ്ഡവും ഊർജ്ജവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ഉപയോഗിച്ച് ജീർണ്ണ പ്രക്രിയയിൽ പുറത്തുവിടുന്ന ഊർജ്ജം കണക്കാക്കാം.
1. വിട്ടുപോയ പിണ്ഡം കണക്കാക്കുക:
\( \ഡെൽറ്റ m = (mass_{U-238}) – (mass_{Th-234} + mass_{\alpha}) \)
\( = 238.0508 – (234.0436 + 4.0026) \)
\( = 238.0508 – 238.0462 \)
\( = 0.0046\, യു \)
2. നഷ്ടപ്പെട്ട പിണ്ഡത്തെ \( c^2 \) ഉപയോഗിച്ച് ഊർജ്ജമാക്കി മാറ്റുക:
\( E = \ഡെൽറ്റ m \times 931.5\, MeV/u \)
\( = 0.0046 \തവണ 931.5 \)
\( \ഏകദേശം 4.29\, മെഗാവാട്ട് \)
അപ്പോൾ, ഈ ക്ഷയത്തിൽ പുറത്തുവിടുന്ന ഊർജ്ജം ഏകദേശം 4.29 MeV ആണ്.
ഉദാഹരണം ചോദ്യം 2: അർദ്ധായുസ്സും പ്രവർത്തനവും
ചോദ്യം:
ഒരു റേഡിയോ ആക്ടീവ് സാമ്പിളിന്റെ പ്രാരംഭ പ്രവർത്തനം \( A_0 \) 1000 Bq ആണ്. 10 മണിക്കൂറിനു ശേഷം, അതിന്റെ പ്രവർത്തനം 125 Bq ആയി കുറയുന്നു. റേഡിയോ ആക്ടീവ് പദാർത്ഥത്തിന്റെ അർദ്ധായുസ്സ് നിർണ്ണയിക്കുക.
ചർച്ച:
ഒരു റേഡിയോ ആക്ടീവ് വസ്തുവിന്റെ പ്രവർത്തനം (A) റേഡിയോ ആക്ടീവ് ന്യൂക്ലിയസുകളുടെ (N) എണ്ണത്തിന് നേർ അനുപാതത്തിലാണ്. റേഡിയോ ആക്ടീവ് ക്ഷയ നിയമം ഇപ്രകാരം പറയുന്നു:
\[ എ(ടി) = എ_0 ഇ^{-\ലാംഡ ടി} \]
ഇവിടെ \( \lambda \) എന്നത് ശോഷണ സ്ഥിരാങ്കമാണ്:
1. ഡീകേഷൻ സ്ഥിരാങ്കം (\( \lambda \)) കണക്കാക്കുക:
\[ \frac{A(t)}{A_0} = e^{-\lambda t} \]
\[ \frac{125}{1000} = e^{-\lambda \times 10} \]
\[ 0.125 = e^{-\lambda \times 10} \]
\[ \ln(0.125) = -\ലാംഡ \തവണ 10 \]
\[ \ലാംഡ = -\frac{\ln(0.125)}{10} \]
2. അർദ്ധായുസ്സ് നിർണ്ണയിക്കുക (\( T_{1/2} \)):
\[ T_{1/2} = \frac{\ln(2)}{\ലാംഡ} \]
\[ \ലാംഡ = \frac{\ln(8)}{10} = \frac{2.079}{10} = 0.2079 \, h^{-1} \]
\[ T_{1/2} = \frac{\ln(2)}{0.2079} \ഏകദേശം 3.3 \, മണിക്കൂർ \]
റേഡിയോ ആക്ടീവ് പദാർത്ഥത്തിന്റെ അർദ്ധായുസ്സ് ഏകദേശം 3.3 മണിക്കൂറാണ്.
ഉദാഹരണം 3: ബീറ്റാ ഡീകേയും ആന്റിന്യൂട്രിനോകളും
ചോദ്യം:
ഒരു കോബാൾട്ട്-60 ന്യൂക്ലിയസ് ബീറ്റാ-മൈനസ് ഡീകേ വഴി ക്ഷയിച്ച് ഒരു നിക്കൽ-60 ന്യൂക്ലിയസ് രൂപപ്പെടുന്നു. ഈ ഡീകേസിനുള്ള ന്യൂക്ലിയർ പ്രതിപ്രവർത്തനം എഴുതുകയും ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന കണങ്ങളെ തിരിച്ചറിയുകയും ചെയ്യുക.
ചർച്ച:
ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസിലെ ഒരു ന്യൂട്രോൺ ഒരു പ്രോട്ടോണായി മാറുകയും, ഒരു ഇലക്ട്രോണും (\(\beta^-\)) ഒരു ആന്റിന്യൂട്രിനോയും (\(\bar{\nu}_e\)) പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ ബീറ്റാ-മൈനസ് ക്ഷയം (\(\beta^-\)) സംഭവിക്കുന്നു.
ഈ ക്ഷയത്തിനുള്ള ന്യൂക്ലിയർ പ്രതിപ്രവർത്തനം ഇതാണ്:
\[ _{27}^{60}Co \rightarrow _{28}^{60}Ni^ + e^- + \bar{\nu}_e \]
എവിടെ:
– \( _{27}^{60}Co \) എന്നത് കോബാൾട്ട്-60 ആണ്.
– \( _{28}^{60}Ni^ \) എന്നത് ആവേശഭരിതമായ അവസ്ഥയിലുള്ള നിക്കൽ-60 ആണ്.
– \( e^- \) ഒരു ഇലക്ട്രോൺ ആണ് (ബീറ്റാ-മൈനസ് കണിക).
– \( \bar{\nu}_e \) ഒരു ആൻ്റി ന്യൂട്രിനോ ആണ്.
രൂപം കൊള്ളുന്ന നിക്കൽ-60 പലപ്പോഴും ഉത്തേജിതാവസ്ഥയിലായിരിക്കും, സാധാരണയായി ഗാമാ കിരണങ്ങളുടെ (\(\gamma\)) രൂപത്തിൽ കൂടുതൽ ഊർജ്ജം പുറത്തുവിടുകയും ഗ്രൗണ്ട് അവസ്ഥയിലെത്തുകയും ചെയ്യും. പൂർണ്ണ പ്രതിപ്രവർത്തനം ഇങ്ങനെ എഴുതാം:
\[ _{27}^{60}Co \rightarrow _{28}^{60}Ni + e^- + \bar{\nu}_e + \gamma \]
ഉദാഹരണം ചോദ്യം 4: റേഡിയേഷൻ ഡോസ്
ചോദ്യം:
ഒരു വസ്തുവിൽ നിന്ന് 1 മീറ്റർ അകലെ 2 ക്യൂറികളുടെ പ്രവർത്തനക്ഷമതയുള്ള ഒരു ഗാമാ വികിരണ സ്രോതസ്സ് സ്ഥാപിക്കുകയും ആ വസ്തു 5 മിനിറ്റ് നേരത്തേക്ക് വികിരണം ആഗിരണം ചെയ്യുകയും ചെയ്താൽ, വസ്തുവിന് ലഭിക്കുന്ന വികിരണ അളവ് റെമുകളിൽ കണക്കാക്കുക. ഒരു ക്യൂറിയിൽ ഒരു മിനിറ്റിൽ 0.5 റാഡ് വികിരണത്താൽ മൂടപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന വികിരണത്തിന്റെ അളവ് എന്നും ഗാമാ വികിരണത്തിന്റെ ഗുണമേന്മ ഘടകം 1 എന്നും കരുതുക.
ചർച്ച:
1. ഡോസ് റാഡിൽ കണക്കാക്കുക:
\[ \text{ഡോസ് (റാഡ്)} = \text{വികിരണത്തിന്റെ അളവ്} \times \text{പ്രവർത്തനം} \times \text{സമയം (മിനിറ്റ്)} \]
\[ = 0.5 \, rad/(Ci \cdot മിനിറ്റ്) \times 2 \, Ci \times 5 \, min \]
\[ = 5 \, റാഡ് \]
2. ബ്രേക്കുകളിൽ ഡോസ് കണക്കാക്കുക:
\[ \text{ഡോസ് (rem)} = \text{ഡോസ് (rad)} \times \text{ഗുണനിലവാര ഘടകം} \]
\[ = 5 \, റാഡ് \തവണ 1 \, (ഗാമയ്ക്ക്) \]
\[ = 5 \, റെം \]
വസ്തുവിന് ലഭിക്കുന്ന റേഡിയേഷൻ ഡോസ് 5 rem ആണ്.
പെനുട്ടപ്പ്
മുകളിലുള്ള ഉദാഹരണ പ്രശ്നങ്ങൾ പഠിക്കുന്നതിലൂടെ, ന്യൂക്ലിയർ ഫിസിക്സിനെയും റേഡിയോ ആക്ടിവിറ്റിയെയും കുറിച്ചുള്ള ആശയങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള നിങ്ങളുടെ ഗ്രാഹ്യം വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ഞങ്ങൾ പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ഈ ന്യൂക്ലിയർ ഫിസിക്സ് ആശയങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നതിലും പ്രയോഗിക്കുന്നതിലും കൂടുതൽ പ്രാവീണ്യം നേടുന്നതിന് സമാനമായ പ്രശ്നങ്ങൾ പതിവായി പരിശീലിക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്. സന്തോഷകരമായ പഠനം!
