ક્ષય-અચલાંક (decay constant) : રેડિયોઍક્ટિવિટીની ઘટનામાં ઉદભવતો એક અચલાંક. પરમાણુની નાભિ(nucleus)માં ધનવિદ્યુતભારિત પ્રોટૉન અને વિદ્યુતભારરહિત ન્યૂટ્રૉન આવેલા છે જે ન્યૂક્લિયૉનના સંયુક્ત નામે ઓળખાય છે. ન્યૂક્લિયસમાં બે પ્રકારનાં ન્યૂક્લીય બળો ઉદભવતાં હોય છે : (1) બે પ્રોટૉન વચ્ચે લાગતું ગુરુ-અંતરી (long range) અપાકર્ષણનું કુલંબીય બળ; (2) બે પ્રોટૉન કે બે ન્યૂટ્રૉન કે પ્રોટૉન-ન્યૂટ્રૉન વચ્ચે લાગતું લઘુ-અંતરી (short range) ન્યૂક્લીય બળ. ભારે તત્વોમાં ન્યૂટ્રૉનની સંખ્યા પ્રોટૉન કરતાં પ્રમાણમાં વધુ હોય છે. [ઉદાહરણ : યુરેનિયમના ભારે તત્વના પરમાણુમાં 92 પ્રોટૉન અને 146 ન્યૂટ્રૉન છે.] પરિણામે કુલંબના અપાકર્ષણબળને સમતોલે તેટલા પ્રમાણમાં લઘુ-અંતરી બળ ન હોવાથી ન્યૂક્લિયસ અસ્થિર (unstable) બની, બહારથી કોઈ પણ પ્રકારની ઊર્જા મેળવ્યા સિવાય તેનું સ્વયંભૂ વિભંજન (spontaneous disintegration) થઈ, આલ્ફા, બીટા અને ગૅમા જેવાં અર્દશ્ય શક્તિશાળી વિકિરણનું ઉત્સર્જન કરી, સ્થાયી સ્થિતિ(stable state)માં જવાનો પ્રયત્ન કરે છે. વિભંજન પામતાં આવાં ન્યૂક્લિયસને રેડિયોઍક્ટિવ ન્યૂક્લિયસ કહે છે અને ઉત્સર્જિત થતાં અશ્ય શક્તિશાળી વિકિરણને રેડિયોઍક્ટિવ વિકિરણ તથા આ ઘટનાને રેડિયોઍક્ટિવિટી કહે છે. થોરિયમ, ઍક્ટિનિયમ વગેરે બીજાં કેટલાંક ભારે તત્વો પણ રેડિયોઍક્ટિવિટીનો ગુણધર્મ ધરાવે છે.
કોઈ રેડિયોઍક્ટિવ દ્રવ્યમાં t ક્ષણે અવિભંજિત ન્યૂક્લિયસ(પરમાણુ)ની સંખ્યા N હોય અને dt સમયના ગાળામાં તેના dN ન્યૂક્લિયસ વિભંજન પામતા હોય તો તે તત્વનો વિભંજનનો દર જેટલો છે. વિભંજનનો આ દર, તે ક્ષણે તે તત્વના અવિભંજિત પરમાણુઓની સંખ્યાના સમપ્રમાણમાં હોય છે. તેથી
રેડિયોઍક્ટિવ વિભંજનની પ્રક્રિયામાં જેમ સમય પસાર થાય તેમ અવિભંજિત પરમાણુઓ(N)ની સંખ્યામાં ઘટાડો થતો હોય છે. તેથી
[વિભંજનના દર dN/dt ને રેડિયોઍક્ટિવ તત્વની ઍક્ટિવિટી I પણ કહે છે.]
અહીં ગ્રીક મૂળાક્ષર લૅમડા (λ) અચલાંક છે જેને રેડિયોઍક્ટિવ નિયતાંક કે ક્ષય-અચલાંક કહે છે. તેનો એકમ સેકન્ડ–1 (s–1) છે. દરેક રેડિયોઍક્ટિવ તત્વને λનું લાક્ષણિક મૂલ્ય હોય છે.
યુરેનિયમ માટે λ = 4.88 x 10–18 S–1
રેડિયમ માટે λ = 1.36 x 10–11 S–1
જેમ λ નું મૂલ્ય મોટું તેમ વિભંજનનો દર મોટો અને તે તત્વ અલ્પજીવી (short-lived) હોય છે. તેથી ઊલટું જેમ λ નાનો તેમ વિભંજનનો દર ધીમો અને તત્વ દીર્ઘજીવી (ling-lived) હોય છે. વિશેષત: λના મૂલ્ય ઉપર દબાણ, તાપમાન, વિદ્યુતક્ષેત્ર અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર જેવાં બાહ્ય પરિબળો કોઈ અસર ઉપજાવતાં નથી.
બંને બાજુનું સંકલન (integration) લેતાં,
log N = – λt + C
અહીં C = સંકલનનો અચલાંક છે.
આ સમીકરણને સુરેખા માટેના સમીકરણ
Y = m X + C સાથે સરખાવતાં,
log N વિરુદ્ધ tના આલેખનો ઢાળ (slope) m ક્ષય-નિયતાંક λનું મૂલ્ય આપે છે.
જે સમયગાળામાં આપેલા રેડિયોઍક્ટિવ તત્વના દ્રવ્યનું અડધું વિભંજન થઈ, તેના ન્યૂક્લિયસની સંખ્યા પ્રારંભે આવેલી સંખ્યાના અડધા મૂલ્ય જેટલી થાય, તે સમયગાળાને તે રેડિયોઍક્ટિવ તત્વનો અર્ધઆયુ (half life period) કહે છે. તેની સંજ્ઞા
અથવા
માટે રેડિયોઍક્ટિવ તત્વના ક્ષય-નિયતાંકનું મૂલ્ય તેના અર્ધઆયુના વ્યસ્તના 0.693 જેટલું હોય છે.
નું મૂલ્ય આશરે 10–7 સેકન્ડથી 1010 વર્ષ જેટલા મોટા ગાળા સુધીનું મળે છે. નીચેના ઉદાહરણ પરથી તે જોઈ શકાય છે :
પૉલોનિયમ તત્વનું અર્ધઆયુ = 3 x 10–7 સેકન્ડ
રેડિયમ તત્વનું અર્ધઆયુ = 3.6 દિવસ
યુરેનિયમ તત્વનું અર્ધઆયુ = 4.5 x 109વર્ષ
રેડિયોઍક્ટિવ વિભંજનના આપેલા સમયગાળામાં દરેક ન્યૂક્લિયસનું વિભંજન થવાની અમુક સંભાવ્યતા (probability) રહેલી છે. તેથી તે સમયગાળા દરમિયાન કયા ન્યૂક્લિયસનું વિભંજન થશે તે નિશ્ચિતપણે કહી શકાય નહિ. આમ ન્યૂક્લિયસનું સાચું આયુષ્ય તો શૂન્યથી તે અનંત સમયગાળામાં હોય છે. આ કારણે કોઈ પણ રેડિયોઍક્ટિવ તત્વને ચોક્કસ જીવનકાળ હોવાનો કોઈ અર્થ રહેતો નથી. તેથી આપેલા રેડિયોઍક્ટિવ તત્વનું આયુ દર્શાવવા માટે, સરેરાશ જીવનકાળ (average life) Tનો ઉપયોગ કરવો પડે છે. તેનું મૂલ્ય રેડિયો-નિયતાંક કે ક્ષય-અચલાંક(λ)ના વ્યસ્ત, 1/λ જેટલું હોય છે.
આમ રેડિયોઍક્ટિવ તત્વનો ક્ષય-અચલાંક તેના સરેરાશ જીવનકાળનો વ્યસ્ત છે.
= એકમ સમયમાં એક ન્યૂક્લિયસનું વિભંજન થવાની સંભાવના.
આમ રેડિયોઍક્ટિવ ક્ષય-અચલાંક (λ) એ, એકમ સમયમાં એક ન્યૂક્લિયસનું વિભંજન થવાની સંભાવના પણ દર્શાવે છે.
એરચ મા. બલસારા