વિકિરણ-માપકો

વિકિરણ-માપકો : વિકિરણની પરખ અને માપન કરતાં ઉપકરણો. આવાં ઉપકરણો વિકિરણ વડે પેદા થતી અસરોને આધારે તેની માત્રાનું માપન કરતાં હોય છે.

વિકિરણ એ ઊર્જાનુ મુખ્ય સ્વરૂપ છે. પૃથ્વી ઉપર સજીવોના અસ્તિત્વ માટે વિકિરણ (ઊર્જા) અનિવાર્ય છે. વિકિરણના સમુદ્રપ્રવાહમાં આપણે જીવીએ છીએ. કુદરતી વિકિરણ ખડકો, ખનિજો, સૂર્ય અને અવકાશના અન્ય પદાર્થોમાંથી મળે છે. કૃત્રિમ રીતે પેદા કરેલ વિકિરણનો ઉપયોગ સંદેશાવ્યવહાર, ઉદ્યોગો, ઔષધો અને સંશોધન વગેરેમાં થાય છે.

વિકિરણના મુખ્ય ત્રણ પ્રકાર છે : (1) વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ, (2) ન્યૂક્લિયર વિકિરણ અને (3) બ્રહ્માંડીય (કૉસ્મિક) વિકિરણ.

વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ : તે વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોનું બનેલું હોય છે. તરંગલંબાઈ (અથવા આવૃત્તિ) સાથે તેની પ્રકૃતિ બદલાય છે. ગૅમા, ઍક્સ, અલ્ટ્રાવાયોલેટ, દૃશ્યપ્રકાશ ઇન્ફ્રારેડ, ટૂંકા, સૂક્ષ્મ અને રેડિયો તરંગોનો આમાં સમાવેશ થાય છે.

ન્યૂક્લિયર વિકિરણ : તેમાં ઉચ્ચ ઊર્જાકણો અને કિરણોનો સમાવેશ થાય છે. રેડિયો-ઍક્ટિવ પદાર્થમાંથી આલ્ફા, બીટા કણો તથા ગૅમા કિરણો તરીકે ઉત્સર્જિત થાય છે.

કૉસ્મિક કિરણો : સૂર્યમાંથી અને બાહ્ય અવકાશમાં રહેલા પિંડોમાંથી આવતા અતિ ઉચ્ચ ઊર્જાવાળાં કિરણો છે. કૉસ્મિક કિરણો વિસ્ફોટ પામતા સુપરનૉવા અને પલ્સાર જેવા અતિઘટ્ટ (dense) પદાર્થોમાંથી પણ ઉદ્ભવ પામે છે. સૌર પ્રજ્વાલ(solar flares)માંથી પણ આવાં કિરણો આવતાં હોય છે.

કોઈ પણ વિકિરણ કેવા અને કેટલા પ્રકારની અસર પેદા કરે છે તેના ઉપર તેની માત્રા(માન)નો આધાર રહે છે. લગભગ તમામ વિકિરણો રાસાયણિક અને ફોટોગ્રાફિક અસરો પેદા કરે છે. પેદા થતી અસરને આધારે વિજ્ઞાનીઓ વિકિરણનો પ્રકાર તેમજ તીવ્રતા નક્કી કરતા હોય છે. આ ઉપરાંત કેટલાંક સાધનો વિકિરણ વડે પેદા થતાં ઇલેક્ટ્રૉનિક કંપનો, ઉષ્મા અથવા સંદીપ્તિ(luminescence)ની પરખ કરે છે.

વિકિરણ વડે પેદા થતા આયનીકરણ(ionization)નો અભ્યાસ વિજ્ઞાનીઓ ભિન્ન ભિન્ન પ્રયુક્તિઓ વડે કરતા હોય છે. આવી પ્રયુક્તિઓમાં (1) ગાઇગર મૂલર ગણક, બબલ(bubble)ચેમ્બર, (2) ગાઇગર ગણિત્ર (કાઉન્ટર), (3) સિન્ટિલેશન (પ્રસ્ફુરણ) કાઉન્ટર અને (4) ઘન અવસ્થા સંસૂચકો(solid state detectors)નો સમાવેશ થાય છે.

બબલ-ચેમ્બર : અવપરમાણુઓ(subatonic)ના અભ્યાસ માટે ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ આ પ્રયુક્તિનો ઉપયોગ કરે છે. તે ધાતુનું પાત્ર હોય છે; જેમાં ખાસ પ્રકારનું પ્રવાહી થોડાક ઊંચા દબાણે ભરેલું હોય છે. આ પ્રવાહીમાં ઇલેક્ટ્રૉન, પ્રોટૉન અને અન્ય કણોને પ્રવાહીમાં બંદૂકની ગોળીઓની જેમ છોડવામાં આવે છે. આવા કણો પ્રવાહીમાં ન જોઈ શકાય તેવા સૂક્ષ્મ હોય છે. પણ પ્રવાહીમાં થઈને આવા ઝડપી કણો પસાર થાય છે, ત્યારે તે નાના નાના પરપોટાની હારમાળા રચે છે; જેને પથ (track) કહે છે. પ્રત્યેક પથ કણોનો માર્ગ સૂચવે છે. આવા પથની તસવીરો લેવામાં આવે છે અને તેને આધારે અદૃશ્ય કણનાં દળ, વિદ્યુતભાર અને અન્ય લક્ષણોનો અભ્યાસ કરી શકાય છે. બબલ-ચેમ્બરનો ઉપયોગ ખાસ કરીને કણ-પ્રવેગકો (particle accelerator) વડે પેદા થતા કણોના અભ્યાસ માટે કરવામાં આવે છે.

બબલ-ચેમ્બરમાં વપરાતાં પ્રવાહીઓમાં પ્રવાહી હાઇડ્રોજન, પ્રવાહી ઝેનોન અને ઈથરનો સમાવેશ થાય છે. પ્રયુક્તિના ઉપયોગ વખતે પ્રવાહીને અતિઉષ્મ (superheated) બનાવવામાં આવે છે. મતલબ કે પ્રવાહીનું તાપમાન ઉત્કલનબિંદુ કરતાં ઘણું વધારે ઊંચું રાખવામાં આવે છે. તે જ સમયે તેના ઉપર ઊંચું દબાણ કરવામાં આવે છે; જેથી તેનું ઉત્કલન થતું અટકે છે. જ્યારે દબાણ ત્વરિત રીતે ઘટાડી દેવામાં આવે છે ત્યારે પ્રવાહી અતિઉષ્મ બને છે અને બિલકુલ હળવો ક્ષોભ (disturbance) થતાં ઊકળવા માંડે છે. બબલ-ચેમ્બરના અતિઉષ્ણ પ્રવાહીમાં અવ-પરમાણ્વિક ઉત્કલનક્રિયાને વિમોચક (trigger) કહે છે. કણોના પ્રવાહીમાં પસાર થતાં તેમાં ક્ષોભ પેદા થાય છે અને બાષ્પના પરપોટા થવા લાગે છે. પરપોટા ઝડપથી વિસ્તરે છે. તેથી સેકન્ડના હજારમા ભાગમાં તેમનો ફોટોગ્રાફ લેવો પડે છે. પરિણામે તીક્ષ્ણ પથ મળે છે.

મોટાભાગના બબલ-ચેમ્બરો ધાતુની દીવાલોવાળા હોય છે. તેની ઉપર પથનું નિરીક્ષણ કરવા માટે કાચની બારી રાખવામાં આવે છે. ચેમ્બરો જુદા જુદા આકાર અને કદના હોય છે. અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી ડૉનાલ્ડ એ ગ્લૅસરે (1926) બબલ-ચેમ્બરની શોધ 1953માં કરી હતી, જેને માટે તેમને 1960ના વર્ષનો નોબેલ પુરસ્કાર એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો.

ગાઇગર કાઉન્ટર : તેને ગાઇગર-મૂલર કાઉન્ટર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. તેના વડે આયનકારી (ionizing) વિકિરણને પારખી શકાય છે. એટલે કે આલ્ફા, બીટા-કણો તથા ગૅમા-કિરણોનો અભ્યાસ તેના વડે કરવામાં આવે છે. યુરેનિયમ, થોરિયમ અને બીજાં રેડિયો-ઍક્ટિવ તત્ત્વોની ખાણો શોધવા માટે ગાઇગર કાઉન્ટરનો ઉપયોગ થાય છે. તેનો ઉપયોગ વિજ્ઞાન અને ઉદ્યોગોમાં પણ થાય છે; જેમ કે, રેડિયો સમસ્થાનિકો(radioisotopes)ના અભ્યાસ માટે આવું કાઉન્ટર ધાતુની નળી-સ્વરૂપે હોય છે. તેની અક્ષ ઉપર તાર ખેંચેલો રાખેલો હોય છે. અક્ષ ઉપરનો આ તાર તથા ધાતુની દીવાલ ઇલેક્ટ્રૉડ તરીકે કાર્ય કરે છે. ઇલેક્ટ્રૉનિક પરિપથ વડે તારનું ઘન વિદ્યુત-દબાણ આશરે 1000 વોલ્ટ જેટલું રાખવામાં આવે છે. પરિણામે તારની આસપાસ પ્રબળ વિદ્યુતક્ષેત્ર તૈયાર થાય છે. ગાઇગર-નળીમાં સહેલાઈથી જેનું આયનીકરણ થઈ શકે તેવો વાયુ ભરવામાં આવે છે. ખાસ કરીને તેમાં ઇથાઇલ આલ્કોહૉલની બાષ્પ અને મિશ્રિત આર્ગનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

કેટલીક ગાઇગર-નળીઓ ઉપર પ્લાસ્ટિક અથવા અબરખની બારીઓ રાખવામાં આવેલી હોય છે; જેની મારફતે આલ્ફા અને બીટા-કણો પ્રવેશ કરે છે. ગૅમા-કિરણો ધાતુની દીવાલને ભેદી શકે છે; પણ આવા કણો તેમ કરી શકતા નથી. નળીમાં દાખલ થતું વિકિરણ વાયુના અણુ-પરમાણુઓ સાથે અથડાય છે. પરિણામે તેમનું આયનીકરણ થાય છે. છૂટા પડતા ઇલેક્ટ્રૉન તાર ઉપર ફેલાય છે. ઘણાબધા ઇલેક્ટ્રૉન સમૂહમાં સ્પંદ (pulse) પેદા કરે છે. આવા સ્પંદનું ઇલેક્ટ્રૉનિક પરિપથ વડે વિવર્ધન (amplication) કરવામાં આવે છે. આ સ્પંદોની યોગ્ય પ્રયુક્તિ વડે ગણતરી કરવામાં આવે છે. પ્રત્યેક સ્પંદના અંતે કાઉન્ટર સેકન્ડના હજારમા ભાગમાં મૂળ સ્થિતિ પુન: પ્રાપ્ત કરે છે. આ સમયગાળા દરમિયાન કાઉન્ટર વિકિરણની પરખ કરતું નથી.

નિમ્ન (low) ઊર્જાવાળા વિકિરણની પરખ ગાઇગર-કાઉન્ટર વડે થતી નથી. તેના વડે વિકિરણની ઊર્જાનું માપન થતું નથી; કારણ કે બધા જ સ્પંદો એકસરખા મળે છે.

જર્મન ભૌતિકવિજ્ઞાની હાન્સગાઇગરે આ કાઉન્ટરની શોધ 1912માં કરી હતી. મૂલરે તેની રચનામાં 1928માં સુધારો કર્યો.

સિન્ટિલેશન કાઉન્ટર : આ પ્રયુક્તિની અંદર સ્ફટિક રાખવામાં આવે છે. જ્યારે સ્ફટિક આયનકારી વિકિરણના કણ કે ફોટૉનનું શોષણ કરે છે ત્યારે તે પ્રકાશનો ઝબકારો (flash) ઉત્પન્ન કરે છે. ખાસ તૈયાર કરેલી ફોટો મલ્ટિપ્લાયર નળી આ ઝબકારાની વિદ્યુત-સંકેત તરીકે નોંધ કરે છે. આ રીતે મળતો વિદ્યુત-સંકેત વિકિરણ-ઊર્જાના સમપ્રમાણમાં હોય છે.

સિરેન્કૉવ (cerenkov) વિકિરણના અભ્યાસ માટે વપરાતા કાઉન્ટરને લાર્જ-વૉલ્યુમ સિરેન્કૉવ કાઉન્ટર કહે છે.

સ્ફટિક કાઉન્ટરમાં ડાયમંડ, સિલ્વર ક્લોરાઇડ અથવા લિથિયમ ફ્લોરાઇડના કુદરતી સ્ફટિકનો ઉપયોગ થાય છે. આવા સ્ફટિકને ઊંચા વિદ્યુત-દબાણે રાખેલા ધાતુના બે ઇલેક્ટ્રૉડ વચ્ચે ગોઠવવામાં આવે છે. વિકિરણ સ્પંદ પેદા કરે છે; જેને વિવર્ધિત કરવામાં આવે છે.

આલ્ફા-કણોના અભ્યાસ માટે વાદળકક્ષ-પદ્ધતિ(cloud chamber method)નો ઉપયોગ વારંવાર કરવામાં આવે છે.

કૉસ્મિક કિરણોના અભ્યાસ માટે પાયસ (emulsion) પદ્ધતિ વધુ યથાર્થ પુરવાર થઈ છે; કારણ કે તેની પ્લેટ સતત સંવેદનશીલ રહેતી હોવાથી અસરકારક રીતે વર્તે છે. આ પદ્ધતિ સરળ, ઓછી ખર્ચાળ અને વજનમાં હળવી હોય છે.

ઘનઅવસ્થા સંસૂચકો : આ સંસૂચકો પણ વિકિરણની ઊર્જાને સમપ્રમાણમાં સંકેત પેદા કરે છે. ઘન અવસ્થા સંસૂચકોમાં સિલિકૉન અથવા જર્મેનિયમનો નાનો ટુકડો હોય છે. તેના ઉપર આયનકારી કણો કે ફોટૉન આપાત થતાં પ્રત્યુત્તર રૂપે વિદ્યુત-સંકેત મળે છે. સંકેત ઉપરથી વિકિરણનાં લક્ષણોની જાણકારી મળે છે.

આશા પ્ર. પટેલ