கதிரியக்கச் சிதைவின் (radioactive decay) போது, நிலைப்புத்தன்மையற்ற அணுக்கருக்கள் (unstable nuclei) தம்மை நிலைப்படுத்திக்கொள்ள வெளியிடும் கதிர்வீச்சுகள் ஆல்ஃபா (α), பீட்டா (β), காமா (γ) என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. இச்சிதைவு சமவாய்ப்பானதும் (random) தன்னிச்சையானதும் (spontaneous) ஆகும்; வெப்பநிலை, அமுக்கம் போன்ற வெளிக் காரணிகளால் அது பாதிக்கப்படுவதில்லை. இக்கதிர்களின் திணிவையும் ஏற்றத்தையும் (charge) பொறுத்து, அவற்றின் அயனாக்கத் திறனும் ஊடுருவல் திறனும் வேறுபடுகின்றன.
1. மூன்று வகைக் கதிர்கள்
ஆல்ஃபா (α): இரண்டு புரோத்தன்களும் இரண்டு நியூத்திரன்களும் கொண்ட ஹீலியம் அணுக்கரு (⁴₂He²⁺). இதன் திணிவு அதிகம்; ஏற்றம் +2 ஆகும். அதிக திணிவும் ஏற்றமும் உடையதால் இது அணுக்களுடன் இலகுவாக மோதி இலத்திரன்களை அகற்றிவிடும். எனவே இதற்கு மிக அதிக அயனாக்கத் திறன் உண்டு. ஆனால் இது பருமனானதும் மெதுவானதும் ஆதலால், காற்றில் சில cm தூரம் மட்டுமே செல்லும்; ஒரு காகிதத் துண்டே இதைத் தடுத்துவிடும். ஆகவே இதன் ஊடுருவல் மிகக் குறைவு.
பீட்டா (β): அணுக்கருவிலிருந்து வெளியேறும் அதிவேக இலத்திரன் (⁰₋₁e). இதன் திணிவு மிகச் சிறியது; ஏற்றம் −1 ஆகும். இதன் அயனாக்கத் திறன் ஆல்ஃபாவை விடக் குறைவாகவும் காமாவை விட அதிகமாகவும் இருக்கும். இதைத் தடுப்பதற்கு ஒரு மெல்லிய அலுமினியத் தகடு தேவைப்படுவதால், இதன் ஊடுருவல் மிதமானது.
காமா (γ): அணுக்கருவிலிருந்து வெளியேறும் மிக உயர் சக்தி மின்காந்த அலை (ஃபோட்டான்). இதன் திணிவும் ஏற்றமும் பூச்சியமாகும். எனவே இதன் அயனாக்கத் திறன் மிகக் குறைவு. ஆனால் இதைத் தடுப்பதற்குத் தடிப்பான ஈயம் (lead) அல்லது கொங்கிறீட் தேவைப்படுவதால், இதன் ஊடுருவல் மிக அதிகம்.
2. ஊடுருவல் திறன் — ஒப்பீடு
| கணியம் | α | β | γ |
|---|---|---|---|
| இயல்பு (Nature) | He கரு ⁴₂He²⁺ | இலத்திரன் ⁰₋₁e | EM அலை (ஃபோட்டான்) |
| ஏற்றம் (Charge) | +2 | −1 | 0 |
| அயனாக்கம் (Ionising) | மிக அதிகம் | மிதம் | மிகக் குறைவு |
| ஊடுருவல் (Penetration) | மிகக் குறைவு | மிதம் | மிக அதிகம் |
| தடுப்பான் | காகிதம் | அலுமினியம் | ஈயம் / கொங்கிறீட் |
நினைவில் வைக்க
அயனாக்கம் α > β > γ; ஊடுருவல் தலைகீழ் γ > β > α. சிதைவு விதிகள்: α → A−4, Z−2; β → A மாறாது, Z+1.
3. அரைவாழ்வு (Half-life, T½)
Radioactive decay
N = N₀ (½)^(t/T½)ஒரு மாதிரியின் கருக்களில் பாதி சிதைய எடுக்கும் நேரமே அரைவாழ்வு; இது ஒரு குறித்த சமதானிக்கு மாறிலியாகும்; வெளிக் காரணிகளால் மாறாது. கீழே சிமுலேட்டரில் அரைவாழ்வை மாற்றி, கருக்கள் சிதைவதையும் N–t வளைவையும் அவதானி.
🔬 Half-life Decay Simulator
Half-life T½ 3.0 s
remaining: 100% · elapsed: 0.0 s
4. தீர்க்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு
எ.கா. தரப்பட்ட தரவுகள்: அரைவாழ்வு T½ = 8 நாள்; கடந்த நேரம் t = 24 நாள்.
படி 1: அரைவாழ்வுகளின் எண்ணிக்கை = t / T½ = 24 / 8 = 3.
படி 2: மீதி = (½)³ = 1/8.
இறுதி முடிவு: ஆரம்பத்தில் இருந்ததில் 12.5% (1/8) மட்டுமே மீதம்.
தேர்வாளர் குறிப்பு
- சிதைவு சமவாய்ப்பானதும் தன்னிச்சையானதும் ஆதலால், அரைவாழ்வு வெப்பநிலை அல்லது அமுக்கத்தால் மாறாது.
- பயன்பாடுகள்: கார்பன்-14 மூலம் காலத்தை அளவிடுதல் (carbon dating), மருத்துவத்தில் தடங்காட்டியாகப் (tracer) பயன்படுத்தல், புற்றுநோய் சிகிச்சை.
- α சிதைவு, β சிதைவு ஆகியவற்றில் A, Z மாற்றங்களைச் சரியாக எழுதுங்கள் (α: A−4, Z−2; β: Z+1).
5. தேர்வுப் பாணி வினா
வினா
T½ = 5 நாள் கொண்ட மாதிரியின் 1/8 பகுதி மீதம் ஆக எவ்வளவு நேரம் ஆகும்?
விடையைக் காண்க
1/8 = (½)³ → 3 அரைவாழ்வுகள். நேரம் = 3 × 5 = 15 நாள்.
🎯 MCQ பயிற்சி — 20 கேள்விகள்
விடையைத் தெரிவுசெய்யவும் — பின்னர் ஒவ்வொரு விருப்பத்துக்கும் ஏன் சரி / தவறு எனும் விளக்கமும் ஆழமான விளக்கமும் (deep explanation) தோன்றும்.
Q1 / 20
★★★★★
கதிரியக்கம் (radioactivity) என்பது?
(1) ஒளி
இல்லை.
(2) நிலைகுலையாத கருவின் தற்செயலான சிதைவு (α, β, γ வெளியீட்டுடன்) / spontaneous decay of an unstable nucleus emitting α, β, γ
சரி.
(3) மின்சாரம்
இல்லை.
(4) வெப்பம்
இல்லை.
(5) கிரகச் சுழற்சி
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): நிலைகுலையாத கருக்கள் (proton/neutron விகிதம் தவறானது அல்லது அதிக நிறை) தற்செயலாக α, β, γ ஆகியவற்றை வெளியிட்டு சிதைகின்றன. Becquerel 1896 கண்டறிந்தது.
Q2 / 20
★★★★★
α துகள் (alpha) என்பது?
(1) இலத்திரன் / electron
அது β.
(2) He-4 கரு (2p + 2n) / He-4 nucleus (2p + 2n)
சரி.
(3) போட்டான் / photon
அது γ.
(4) நியூட்ரான் / neutron
இல்லை.
(5) புரோத்தான் / proton
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): α = ⁴₂He²⁺ (2 புரோத்தான்+2 நியூட்ரான்); நிறை பெரிது, மின்னேற்றம் +2e; குறை ஊடுருவம் (காகிதம் தடுக்கும்), அதிக அயனியேற்ற திறன்.
Q3 / 20
★★★★★
β⁻ துகள்?
(1) ஒரு புரோத்தான்
இல்லை.
(2) அதிக ஆற்றல் கொண்ட இலத்திரன் (nucleus-இலிருந்து) / high-energy electron (from the nucleus)
சரி.
(3) He கரு
அது α.
(4) போட்டான்
அது γ.
(5) நியூட்ரான்
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): β⁻: nucleus-இல் ஒரு நியூட்ரான் → புரோத்தான் + இலத்திரன் + antineutrino. வெளியேறும் இலத்திரன் β⁻; சிறிய நிறை, மின்னேற்றம் −e; நடுத்தர ஊடுருவம் (அலுமினியம் தடுக்கும்).
Q4 / 20
★★★★★
γ கதிர் (gamma)?
(1) He கரு
அது α.
(2) இலத்திரன்
அது β.
(3) அதிக ஆற்றல் EM போட்டான்/அலை / high-energy electromagnetic photons
சரி.
(4) நியூட்ரான்
இல்லை.
(5) புரோத்தான்
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): γ = அதிக ஆற்றல் EM photons (X-ray-ஐ விட சிறிய λ); நிறை 0, மின்னேற்றம் 0; மிக அதிக ஊடுருவம் (ஈயம், பல cm தடிமன் தேவை); குறை அயனியேற்ற திறன்.
Q5 / 20
★★★★★
α சிதைவில் கருவின் A, Z?
(1) A−2, Z−2
நிறை.
(2) A−4, Z−2
சரி.
(3) A+4, Z+2
கூடாது.
(4) A−4, Z+2
தவறு.
(5) A−1, Z−1
அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): α = ⁴₂He → A 4-ஆல் குறை, Z 2-ஆல் குறை. உ-ம். ²³⁸U → ²³⁴Th + α.
Q6 / 20
★★★★★
β⁻ சிதைவில் A, Z?
(1) A−1, Z+1
A குறையாது.
(2) A unchanged, Z+1
சரி.
(3) A unchanged, Z−1
அது β⁺.
(4) A+1, Z+1
கூட்டாது.
(5) A−4, Z−2
அது α.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): β⁻: n → p + e⁻ + ν̄. A மாறாது (p+n மொத்தம்), Z 1-ஆல் கூடும். உ-ம். ¹⁴C → ¹⁴N + β⁻ + ν̄.
Q7 / 20
★★★★★
γ சிதைவில் A, Z?
(1) A unchanged, Z unchanged (கரு உற்சாகம் இழக்கும்) / both unchanged (nucleus deexcites)
சரி.
(2) A−4, Z−2
அது α.
(3) A−1, Z+1
அது β.
(4) A+2, Z+2
கூடாது.
(5) அழியும்
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): γ = கரு உற்சாகத்திலிருந்து கீழ்நோக்கி வீழும் — போட்டான் வெளியீடு. A, Z, p, n எண் மாறாது. பெரும்பாலும் α, β-உடன் சேர்ந்து வெளியீடு.
Q8 / 20
★★★★★
அரை-காலம் (half-life) t₁/₂ என்பது?
(1) பாதி இல்லாமல் ஆகும் காலம்
தோராயம்.
(2) மூல கதிரியக்க கருக்களின் பாதி சிதைய ஆகும் காலம் / time for half the original nuclei to decay
சரி.
(3) முழுச் சிதைவுக்கான காலம்
அது t→∞.
(4) சராசரி காலம்
τ = 1/λ ≠ t₁/₂.
(5) மட்டும் α-க்கு
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): t₁/₂ = ln 2 / λ = 0.693/λ. நிலையானது (வெப்பநிலை/அழுத்தம் சாராது). N(t) = N₀(½)^(t/t₁/₂) = N₀ e⁻λt.
Q9 / 20
★★★★★
N₀ = 8000, t₁/₂ = 10 நாள். 30 நாள் கழித்து N?
(1) 4000
1 t₁/₂.
(2) 2000
2.
(3) 1000
சரி — 3 t₁/₂ → (½)³ × 8000.
(4) 500
அதிக.
(5) 100
மிக.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): 30/10 = 3 half-lives → N = N₀(½)³ = 8000/8 = 1000.
Q10 / 20
★★★★☆
சிதைவு மாறிலி λ (s⁻¹) & t₁/₂?
(1) λ·t₁/₂ = 1
அது mean life.
(2) λ·t₁/₂ = ln 2
சரி.
(3) λ·t₁/₂ = 0.5
தவறு.
(4) λ·t₁/₂ = ½ln 2
தவறு.
(5) λ = t₁/₂
அலகு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): N(t) = N₀ e⁻λt; N = N₀/2 → e⁻λt₁/₂ = ½ → λt₁/₂ = ln 2 ≈ 0.693 → t₁/₂ = 0.693/λ. சராசரி வாழ்நாள் τ = 1/λ.
Q11 / 20
★★★★☆
செயல் வீதம் (activity) A?
(1) A = N/t
அலகு.
(2) A = λN
சரி.
(3) A = N²
அலகு.
(4) A = N + λ
அலகு.
(5) A = t₁/₂
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): A = −dN/dt = λN; அலகு becquerel (Bq = வினாடிக்கு 1 சிதைவு). Curie (Ci) = 3.7×10¹⁰ Bq. செயல் வீதம் N-உடன் காலத்தில் குறைகிறது (A = A₀ e⁻λt).
Q12 / 20
★★★★☆
⁴²₁₉K → ⁴²₂₀Ca + ? — காணாமல் என்ன?
(1) α
A 4 குறையும்.
(2) β⁻
சரி.
(3) γ மட்டும்
Z மாறாது.
(4) புரோத்தான்
Z மாறாது.
(5) நியூட்ரான்
Z மாறாது.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): A மாறவில்லை (42); Z 19 → 20 → β⁻ decay (n→p+e⁻+ν̄). antineutrino-வும் வெளியிடப்படுகிறது.
Q13 / 20
★★★★☆
ஊடுருவ வரிசை (penetration): α, β, γ?
(1) α > β > γ
எதிர்மாறு.
(2) γ > β > α
சரி.
(3) β > γ > α
இல்லை.
(4) α = β = γ
இல்லை.
(5) γ < α < β
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): α: சில cm காற்று/மெல்லிய காகிதம் தடுக்கும். β: சில mm அலுமினியம். γ: அதி-ஊடுருவம், ஈயத்தின் cm-கள் / concrete-இன் m-கள் தேவை. அயனியேற்ற திறன் — எதிர்மாறு வரிசை: α அதிகம், γ குறை.
Q14 / 20
★★★☆☆
காற்றில் α, β, γ — எவை மின்/காந்தப் புலத்தால் வளைக்கப்படும்?
(1) γ மட்டும்
γ-க்கு மின்னேற்றம் இல்லை.
(2) α & β (மின்னேற்றமுடையவை), எதிர் திசைகள்; γ — இல்லை / α & β (charged), opposite ways; γ — not at all
சரி.
(3) அனைத்தும் ஒரே திசை
இல்லை.
(4) γ & α
γ-க்கு இல்லை.
(5) எதுவும் இல்லை
அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): α (+2e) & β (−e) வளைக்கப்படுவது — எதிர் திசைகள் (β வேகமாக, பெரிய வளைவு). γ photon → வளைக்கப்படாது. குழாயைப் பிரிப்பதற்கான classical முறை.
Q15 / 20
★★★☆☆
கதிரியக்க கார்பன் (¹⁴C) எவ்வாறு கதிர்காலத்துக்கு (dating) பயன்படுகிறது?
(1) தாவரம் இறந்த பின் ¹⁴C/¹²C விகிதம் வளரும்
எதிர்மாறு.
(2) தாவரம் இறந்த பின் ¹⁴C சிதைய ¹⁴C/¹²C விகிதம் குறையும்; விகிதம் & t₁/₂ (5730 ஆண்டுகள்) கொண்டு வயது கணக்கிட / after death ¹⁴C decays, ratio falls; age from ratio & t₁/₂ (5730 yr)
சரி.
(3) மாறாது
மாறும்.
(4) மட்டும் கல்/மண்
இல்லை.
(5) மாதிரிக்கு பயன்படாது
பயன்படும்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): வாழ்நாளில் தாவரம் ¹⁴C-ஐ வளியில் இருந்து உள்ளெடுத்து சீரான விகிதம் (≈1.3×10⁻¹²); இறந்தபின் உள்ளெடுப்பு நிற்க, ¹⁴C → ¹⁴N + β⁻ (t₁/₂ = 5730 yr) சிதைகிறது. தற்போதைய விகிதத்தை வாழும் மாதிரியுடன் ஒப்பிட்டு கணக்கிட — ~60000 ஆண்டுகள் வரை.
Q16 / 20
★★★★☆
கதிரியக்கம் ஒரு "tracer" — பயன்?
(1) ஒலி அளவீடு
இல்லை.
(2) மருத்துவ நிறமாலை, தொழில் கசிவு கண்டறிதல், உயிரியல் வழித்தடம் / medical imaging, leak detection, biological pathways
சரி.
(3) மட்டும் ஒளி
இல்லை.
(4) மட்டும் வெப்பம்
இல்லை.
(5) மட்டும் சுற்றுச்சூழல்
போதாது.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): குறை அளவு கதிரியக்க isotope-ஐ உள்ளீடாக வழங்கி, அதன் கதிர் வெளியீட்டை வெளியிலிருந்து detectors-ஆல் கண்டறிய: PET/MRI-போன்ற imaging (¹⁸F, ⁹⁹Tc); thyroid (¹³¹I) சிகிச்சை; குழாய் கசிவு detection; உரம் உள்ளெடுப்பு (¹⁵N).
Q17 / 20
★★★☆☆
கதிரியக்க சிதைவு ஏதன் தற்செயலானது?
(1) quantum tunnelling-ஆல் ஒவ்வொரு கருவின் சிதைவு கணம் கணிக்க முடியாதது; ஆனால் பெருந்தொகையில் புள்ளியியல் சீர்மை / quantum tunnelling makes the instant of each decay unpredictable; statistically uniform in bulk
சரி.
(2) கடிகாரம் தவறு
இல்லை.
(3) வெப்பநிலை மட்டுமே
போதாது (மாறாது).
(4) புரோத்தான் இல்லாமை
இல்லை.
(5) அளவு குறை
அல்ல.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): குவாண்டம்: ஒவ்வொரு கரு ஒரே நிலையில் இருந்தாலும், அதன் சிதைவு ஒரு quantum probability — quantum tunnelling. ஒற்றை கருவுக்கு கணிக்க முடியாதது; ஆனால் பெருந்தொகையில் N(t) = N₀ e⁻λt நிலையான விதி.
Q18 / 20
★★★☆☆
A₀ = 800 Bq, t₁/₂ = 5 மணி நேரம். 20 மணி நேரம் கழித்து A?
(1) 400
1 t₁/₂.
(2) 200
2.
(3) 100
3.
(4) 50
சரி — 4 t₁/₂ → /16.
(5) 25
5.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): 20/5 = 4 t₁/₂ → A = A₀/2⁴ = 800/16 = 50 Bq.
Q19 / 20
★★★☆☆
1 Bq = ?
(1) 1 சிதைவு/மணிநேரம்
அலகு.
(2) 1 சிதைவு/வினாடி
சரி.
(3) 60 சிதைவு/நிமிடம் (=1 Bq)
சம மதிப்பு ஆனால் வரையறை அல்ல.
(4) 3.7×10¹⁰ சிதைவு/s
அது Ci.
(5) 100
அலகு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): 1 becquerel = 1 சிதைவு/வினாடி. பழைய அலகு curie (Ci) = 3.7×10¹⁰ Bq (1 g Ra-226-இன் activity). சாதாரண பின்னணி ~10-1000 Bq/kg தாது/மண்.
Q20 / 20
★★★☆☆
கதிர்காப்பு (radiation safety) — அடிப்படை விதி?
(1) அதிக காலம் காட்சி
எதிர்மாறு.
(2) TIME குறை, DISTANCE அதிக, SHIELDING (ஈயம்/concrete) / minimise TIME, maximise DISTANCE, use SHIELDING (lead/concrete)
சரி.
(3) மட்டும் கையுறை
போதாது.
(4) அதிக மாதிரி
எதிர்மாறு.
(5) மட்டும் கண்ணாடி
போதாது.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): Time-distance-shielding (TDS): வெளிக்காப்பு நேரம் குறைக்க; தீவிரம் ∝ 1/r² (inverse-square) → தூரம் கூட்ட; γ-க்கு ஈயம், β-க்கு plastic/Al, α-க்கு உடை. அளவீடு: dosimeter, Geiger counter.
📝 கட்டமைக்கப்பட்ட வினாக்கள் — 3
கட்டமைப்பு வினா 1
8 புள்ளி
½ கால சிதைவு.
(a) N(t) = N₀ e⁻λt-இலிருந்து t₁/₂ = ln 2/λ எனத் தருவிக்க.
விடை
t = t₁/₂-இல் N = N₀/2 → N₀/2 = N₀ e⁻λt₁/₂ → e⁻λt₁/₂ = ½ → −λt₁/₂ = ln(½) = −ln 2 → t₁/₂ = ln 2 / λ = 0.693/λ.
(b) t₁/₂ = 8 நாள் கொண்ட isotope, ஆரம்ப N₀ = 6.4×10²⁰; 24 நாள் கழித்து N?
விடை
24/8 = 3 half-lives → N = N₀/2³ = 6.4×10²⁰/8 = 8×10¹⁹
(c) 24 நாளில் செயல் வீதம் A (λ-ஐக் கணக்கிட்டு)?
விடை
λ = 0.693/(8×24×3600) = 0.693/691200 ≈ 1.0×10⁻⁶ s⁻¹
A = λN = 10⁻⁶ × 8×10¹⁹ = 8×10¹³ Bq
கட்டமைப்பு வினா 2
6 புள்ளி
சிதைவு வகைகள்.
(a) α, β⁻, γ — ஒவ்வொன்றின் இயல்பு, மின்னேற்றம், ஊடுருவம் ஆகியவற்றை அட்டவணை வடிவில் கூறுக.
விடை
α: ⁴₂He கரு; +2e; குறை ஊடுருவம் (காகிதம் தடுக்கும்), அதிக அயனிமயமாக்கல். β⁻: nucleus-இலிருந்து உயர் ஆற்றல் இலத்திரன்; −e; நடுத்தர (mm Al). γ: EM போட்டான்; 0 மின்னேற்றம்; அதி ஊடுருவம் (cm ஈயம் தேவை), குறை அயனிமயமாக்கல்.
(b) A & Z விதிகளை α, β⁻, γ-க்கு கூறுக.
விடை
α: A−4, Z−2 (He கரு). β⁻: A unchanged, Z+1 (n→p). γ: A & Z unchanged (கரு உற்சாக வீழ்ச்சி).
கட்டமைப்பு வினா 3
5 புள்ளி
¹⁴C dating.
(a) அடிப்படையை விளக்குக.
விடை
வாழும்போது தாவரம் வளியில் இருந்து ¹⁴C-ஐ உள்ளெடுத்து சீரான ¹⁴C/¹²C விகிதம் வைத்திருக்கிறது (cosmic ray-களால் ¹⁴N→¹⁴C); இறந்தபின் உள்ளெடுப்பு நிற்க ¹⁴C → ¹⁴N + β⁻ (t₁/₂ = 5730 yr). தற்போதைய விகிதத்தை ஒப்பிட்டு வயது கணக்கிடப்படுகிறது (~60000 yr வரை).
(b) வாழும் மாதிரியில் ¹⁴C activity 16 (உறவு); மரத்தின் மாதிரியில் 2. வயது?
விடை
A/A₀ = 2/16 = 1/8 = (½)³ → 3 half-lives → t = 3 × 5730 = 17190 ஆண்டுகள்
✍️ கட்டுரை வினாக்கள் — 4
கட்டுரை வினா 1
10 புள்ளி
(a) α, β⁻, γ ஒவ்வொன்றின் இயல்பு, மின்னேற்றம், ஊடுருவம், அயனியேற்ற திறன் & A,Z விதிகளைக் கூறுக. (b) ²³⁸U → ²³⁴Th → ²³⁴Pa சங்கிலியில் இரு சிதைவு வகைகளைக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) α: He கரு (2p+2n); +2e; குறை ஊடுருவம் (காகிதம்), அதிக அயனியேற்றம்; A−4, Z−2. β⁻: nucleus-இலிருந்து உயர் ஆற்றல் இலத்திரன் (n→p+e⁻+ν̄); −e; நடுத்தர (mm Al); A unchanged, Z+1. γ: அதிக ஆற்றல் EM போட்டான்; 0 மின்னேற்றம்; அதி-ஊடுருவம் (cm ஈயம்), குறை அயனிமயமாக்கல்; A,Z மாறா.
(b)
(b)
²³⁸U (Z=92) → ²³⁴Th (Z=90): A−4, Z−2 → α decay
²³⁴Th (Z=90) → ²³⁴Pa (Z=91): A unchanged, Z+1 → β⁻ decay
கட்டுரை வினா 2
10 புள்ளி
(a) கதிரியக்க சிதைவு விதி dN/dt = −λN-ஐக் கூறி N(t) = N₀ e⁻λt-ஐ தருவிக்க. (b) t₁/₂ = ln 2 / λ-ஐ தருவித்து, செயல் வீதம் A = λN என விளக்குக. (c) λ = 2×10⁻⁴ s⁻¹ — t₁/₂ & 1 மணி நேரத்தில் சிதையும் கருக்களின் பகுதி.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) ஒவ்வொரு கருவும் ஒரு சீரான quantum நிகழ்தகவு λ-உடன் சிதைகிறது: சிதைவு வீதம் = −dN/dt = λN (N = கதிரியக்க கருக்களின் எண்). dN/N = −λ dt → ln(N/N₀) = −λt → N(t) = N₀ e⁻λt.
(b) N = N₀/2: ½ = e⁻λt₁/₂ → t₁/₂ = ln 2/λ = 0.693/λ. A = |dN/dt| = λN; அலகு Bq (decays/s). A-வும் e⁻λt-ஆகக் குறையும்.
(c)
(b) N = N₀/2: ½ = e⁻λt₁/₂ → t₁/₂ = ln 2/λ = 0.693/λ. A = |dN/dt| = λN; அலகு Bq (decays/s). A-வும் e⁻λt-ஆகக் குறையும்.
(c)
t₁/₂ = 0.693/2×10⁻⁴ = 3465 s ≈ 57.75 min
1 h = 3600 s; N/N₀ = e⁻(2×10⁻⁴×3600) = e⁻⁰·⁷² ≈ 0.487 → சிதைந்த பகுதி ≈ 1 − 0.487 = 0.513 (51.3%)
கட்டுரை வினா 3
10 புள்ளி
(a) ¹⁴C dating-இன் கொள்கையை விளக்கி, அதன் வரம்புகளைக் கூறுக. (b) Tutankhamun-இன் கல்லறை மரம் ஒன்றில் ¹⁴C-இன் தற்போதைய activity ஒரு உறவு அளவில் 8; வாழும் மாதிரியில் 16. வயது (t₁/₂ = 5730 yr).
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) Cosmic ray-கள் வளி-N-ஐ ¹⁴C-ஆக மாற்றி, அது CO₂-இல் சேர்ந்து தாவரம் வழியே food chain-இல் சீர் விகிதம் (≈1.3×10⁻¹²) கொள்ள. வாழும்போது விகிதம் சீர் (சமநிலை). இறந்தபின் உள்ளெடுப்பு நிற்க, ¹⁴C → ¹⁴N + β⁻ (t₁/₂ = 5730 yr); தற்போதைய ¹⁴C-ஐ வாழும் மாதிரியுடன் ஒப்பிட்டு age = (t₁/₂/ln2) × ln(A₀/A). வரம்புகள்: 60000 yr-க்கு மேல் ¹⁴C மிகச் சிறிது (பயனற்றது); cosmic ray விகித மாறுபாடுகள் (calibration தேவை); contamination; ¹⁴C-உள்ளெடுப்பற்ற உயிரிகள் (உ-ம். கடல்) வேறு baseline; <50000 BCE கல்/மணி-க்குப் பயன்படாது.
(b)
(b)
A/A₀ = 8/16 = ½ → ஒரு half-life → வயது = 5730 ஆண்டுகள்
கட்டுரை வினா 4
10 புள்ளி
(a) கதிரியக்க கதிர்களின் (radiation) மருத்துவ & தொழில் பயன்களை இரண்டு வீதம் கூறுக. (b) கதிர் பாதுகாப்புக்கான (radiation safety) மூன்று கொள்கைகளை (Time, Distance, Shielding) விளக்குக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) மருத்துவம்: (1) கதிர் சிகிச்சை — γ அல்லது proton beam கட்டியை அழிக்க (cobalt-60, linac). (2) PET/SPECT imaging — ¹⁸F-FDG/⁹⁹ᵐTc tracer, கட்டி/செயல்திறன் காண. (3) ¹³¹I தைராய்டு சிகிச்சை. தொழில்: (1) குழாய் கசிவு detection (γ tracer). (2) தடிமன் அளவீடு (வளிமம்/Fhardness). (3) தொல்லியல் ¹⁴C dating. (4) கிருமி நீக்கம் (medical/food sterilisation).
(b) Time: வெளிக்காப்பு நேரத்தைக் குறை — dose ∝ time. வேலை செய்யுமிடம் நேர-உச்சம் கொடு. Distance: dose ∝ 1/r² (inverse square) → தூரம் இரட்டிப்பு → dose கால் பங்கு. நீளக் கம்பி/தொலைக்கட்டுப்பாடு பயன்படுத்து. Shielding: α — பெரும்பாலும் தோல் தடுக்கும் (உள்ளிடாமை); β — plastic/Al; γ/X — அடர்த்தியான ஈயம், concrete, thick water tanks. PPE, dosimeter, lab classification — பணியாளர் dose limit (~20 mSv/yr).
(b) Time: வெளிக்காப்பு நேரத்தைக் குறை — dose ∝ time. வேலை செய்யுமிடம் நேர-உச்சம் கொடு. Distance: dose ∝ 1/r² (inverse square) → தூரம் இரட்டிப்பு → dose கால் பங்கு. நீளக் கம்பி/தொலைக்கட்டுப்பாடு பயன்படுத்து. Shielding: α — பெரும்பாலும் தோல் தடுக்கும் (உள்ளிடாமை); β — plastic/Al; γ/X — அடர்த்தியான ஈயம், concrete, thick water tanks. PPE, dosimeter, lab classification — பணியாளர் dose limit (~20 mSv/yr).