ન્યૂક્લિયર ફોટોગ્રાફિક ઇમલ્શન

ન્યૂક્લિયર ફોટોગ્રાફિક ઇમલ્શન : બ્રહ્માંડ-કિરણો(cosmic rays)માં રહેલા મેસૉન જેવા કેટલાક મૂળભૂત કણના અભ્યાસ માટેની પદ્ધતિઓમાંની એક. બૅકરેલે શરૂઆતમાં રેડિયોઍક્ટિવિટીના અભ્યાસ માટે સામાન્ય ફોટોગ્રાફિક પ્લેટનો ઉપયોગ કર્યો હતો. ફોટોગ્રાફિક પ્લેટ ઉપર સિલ્વર-બ્રોમાઇડ(AgBr)નું પાતળું પડ (film) હોય છે. આવા પાતળા સ્તર ઉપર રહેલા સિલ્વર-બ્રોમાઇડના રજકણ ઉપર આયનકારી (ionising) વિકિરણની અસર થતી હોય છે, જે ફોટોગ્રાફિક પ્લેટ ઉપર નોંધાય છે. ત્યારબાદ કણના પથના અભ્યાસ માટે ક્લાઉડ-ચેમ્બર અને આયનીકરણ(ionisation)-ચેમ્બરનો ઉપયોગ થવા લાગ્યો. આ સાથે રેડિયોઍક્ટિવ વિકિરણના અભ્યાસ માટે ગાઇગર મૂલર ગણિત્ર અને બ્રહ્માંડ-કણોના અભ્યાસ માટે સંપાત-ગણિત્ર (coincidence counter) અને પ્રસ્ફુરણ(scintillation)ગણિત્રનો ઉપયોગ થવા લાગ્યો.

ઓછી ઊર્જાવાળા કણનો ક્લાઉડ અને આયનીકરણ-ચેમ્બર વડે સંતોષકારક અભ્યાસ કરી શકાય છે; પણ વધુ ઊર્જાવાળા કણના અભ્યાસ માટે આ બધી પદ્ધતિઓ કરતાં ઇમલ્શન ફોટોગ્રાફિક(પાયસ)ની પ્રયુક્તિ વધુ સક્ષમ પુરવાર થઈ છે. પાયસ બે રીતે તૈયાર કરી શકાય છે : (1) કોઈ એક જાતના તેલ અને પાણીને મેળવીને બનાવેલા દૂધ જેવા પ્રવાહીથી, (2) એકબીજાને અડકે નહિ તેવી વીસ કે વધુ ફોટોગ્રાફિક ઇમલ્શનવાળા સ્તરની થપ્પી વડે. આવી ઇમલ્શન થપ્પીને બલૂનમાં રાખીને બ્રહ્માંડ-કિરણો તરફ ખુલ્લી રાખવામાં આવે છે. અનાવરણ (exposure) બાદ ઇમલ્શનને કાચની તકતી ઉપર ચોંટાડવામાં આવે છે. ત્યારબાદ તેને વિકસાવીને દરેક ઇમલ્શનની અલગ અલગ રીતે તપાસ કરવામાં આવે છે. મેસૉનક્ષયનું અવલોકન એકાદ ઇમલ્શનમાં જોવા મળે છે. ગૌણ (secondary) કણનો પથ છેલ્લા ઇમલ્શન સુધી તૈયાર થાય છે.

ઇમલ્શન વધુ ઘનતા અને વધુ પરમાણુક્રમાંક – Z (એટલે કે પરમાણુમાં પ્રોટૉનની સંખ્યા) ધરાવે છે, આથી તે ઉચ્ચ-ઊર્જા-કણ પ્રત્યે સારી એવી નિરોધી શક્તિ (stopping power) ધરાવે છે. આ કારણે ઇમલ્શન પ્રયુક્તિ, અન્ય કરતાં વધુ અસરકારક હોવાથી, તે ઇચ્છવાજોગ છે. ઇમલ્શન પ્લેટ અથવા થપ્પીમાં થઈને ઊર્જાકણ પસાર થાય ત્યારે તેની ઉપરના સિલ્વરમાં ઘટાડો થાય છે. પ્લેટના વિકસન (development) બાદ કણનો પથ સૂક્ષ્મદર્શક વડે જોઈ શકાય છે. દ્વિનેત્રી-સૂક્ષ્મદર્શક (binocular microscope) વડે કણની આંતરક્રિયા અથવા પ્રક્રિયાનું ત્રિપારિમાણિક દૃશ્ય સ્પષ્ટ થાય છે.

ન્યૂક્લિયર ઇમલ્શન વિશિષ્ટ પ્રકારનાં હોય છે. તે પ્રકાશીય (optical) વિભાગમાં ઓછાં સંવેદનશીલ હોય છે અને સામાન્ય ફોટોગ્રાફિક ઇમલ્શન કરતાં વધુ જાડાં હોય છે.

ઇંગ્લૅન્ડની બ્રિસ્ટા યુનિવર્સિટીના વિજ્ઞાની પોવેલ અને મુંબઈની તાતા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ્ ફન્ડામેન્ટલ રિસર્ચના વિજ્ઞાની પીટર્સે બ્રહ્માંડ-કિરણો અને તેના ભારે પ્રાથમિક કણ તથા મેસૉન વગેરેના અભ્યાસ માટે ઇમલ્શન પ્રયુક્તિ વિકસાવી હતી.

થોરિયમમાંથી મળતા α-કણનો પથ તારાના પથ જેવો હોય છે. તેથી ફલિત થાય છે કે ન્યૂક્લિયસનો પરંપરિત ક્ષય થાય છે. ઇમલ્શનને પર્વત ઉપર, બલૂન અથવા રૉકેટમાં રાખીને બ્રહ્માંડ-કિરણોથી થતી વિવિધ ઘટનાઓનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.

યાંત્રિક પ્રક્રિયા દ્વારા મળતા શક્તિશાળી કણને ઇમલ્શનની થપ્પીમાં થઈને પસાર કરવામાં આવે તો તેનો પથ મળે છે. વિશ્લેષણ કરવાથી તેમની ઓળખ મળે છે. પથની જાડાઈ, લંબાઈ અને વક્રતાને આધારે આવા કણના દળ તથા વિદ્યુતભારની જાણકારી મળે છે.

કણનો વેગ (ν) તેના દળ (m) અને અવધિ (R) ઉપર આધારિત છે. અવધિ એટલે કણની ઊર્જા, શોષણને કારણે ઘટીને શૂન્ય બને ત્યાં સુધી કાપેલું અંતર. કણની ઊર્જા વધુ કે ઓછી હોય તેમ તેની અવધિ પણ વધુ કે ઓછી મળે છે. કણનો વેગ નક્કી કરતી વખતે તેના ઉપર થતી સાપેક્ષિકીય (relativistic) અસરને ધ્યાનમાં લઈને વેગના સમીકરણમાં તદનુરૂપ સુધારો કરવામાં આવે છે. પથનું વિશિષ્ટ આયનીકરણ ઓછું હોય તો અવધિ R ઉપરના સિલ્વરના કુલ દાણા(grains)ની સંખ્યા (N) સૂક્ષ્મદર્શકની મદદથી ગણી શકાય છે. આ સંખ્યા અમુક દળ ધરાવતા કણની ઊર્જા ઉપર આધાર રાખે છે. જુદા જુદા કણ, જુદું જુદું દળ ધરાવતા હોય છે. કોઈ એક અજ્ઞાત દળ ધરાવતા કણ માટે દાણાની સંખ્યા અને બીજા જ્ઞાત દળના કણ માટે મળતી સંખ્યાની સરખામણી કરવાથી પ્રથમ પ્રકારના કણનું અજ્ઞાત દળ જાણી શકાય છે. પાઇ (π) અને મ્યુ (μ) મેસૉન માટે આ સંખ્યા N_π અને N_μ અને તેમનાં દળ અનુક્રમે m_π અને m_μ હોય તો  મળે છે, જ્યાં r બે પ્રકારના કણના સ્થિર દળ(rest mass)નો ગુણોત્તર છે.

આથી  મળે છે, જ્યાં R_π અને R_μ અનુક્રમે પાઇ અને મ્યુ મેસૉન કણની અવધિ છે. સંખ્યાબંધ અજ્ઞાત કણ માટે સંખ્યા (N) અને અવધિ (R) નક્કી કરીને log N → log R નો આલેખ તૈયાર કરવામાં આવે છે. તે જ રીતે જાણીતા કણ માટે તૈયાર કરેલા અંકિત (calibrated) વક્ર સાથે સરખાવવામાં આવે છે. તેને આધારે કણનું દળ અને ઊર્જાવેગ જાણી શકાય છે.

ઇમલ્શનમાં થઈને કણ પસાર થાય ત્યારે તેનું કુલંબ–પ્રકીર્ણન થાય છે. કુલંબ–પ્રકીર્ણન એટલે એક વિદ્યુતભારની પાસેથી બીજો વિદ્યુતભારિત કણ પસાર થાય ત્યારે તેના માર્ગમાં થતું વિચલન. મેસૉન અથવા તેવા વિદ્યુતભારિત કણનો પથ આકૃતિમાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે તરંગી (wavy) સંરચના ધરાવે છે.

પ્રહલાદ છ. પટેલ