அமைப்புள்ள கேள்விகள் — அலகு 11

(1) எந்த f-இலும் (போதிய தீவிரம் இருந்தால்) இலத்திரன் வெளியேற வேண்டும் — ஆனால் f

ஒளி குவாண்டா (போட்டான்) இலத்திரனை ஒன்றுக்கொன்றாகத் தாக்கும்; hf < φ → வெளியேற்றம் இல்லை; hf > φ → KE_max = hf − φ (f-ஐ மட்டுமே சார்ந்தது); தீவிரம் = photon எண்/வினாடி → photoelectron எண்; தாக்கம் உடனடி → கால தாமதம் ≈0.

eV_s = hf − φ → V_s = (h/e)f − (φ/e). வரைபடம் நேர்க்கோடு. சாய்வு m = h/e → h = m·e. y-வெட்டு = −φ/e → φ = −e·(y-வெட்டு). x-வெட்டு (V_s=0) → f₀ = φ/h.

(Planck மாறிலி).

n_low = 2 → Balmer (visible).

வெளியீடு: உற்சாகப்பட்ட (சூடான) வாயு இலத்திரன்கள் கீழ்நோக்கி வீழ்கையில் பிரகாசமான கோடுகள் (இருண்ட பின்னணியில்). உறிஞ்சு: வெள்ளை continuous ஒளி குளிர் வாயு வழியே செல்கையில், transition λ-க்கள் உறிஞ்சப்பட்டு continuous-இல் இருண்ட கோடுகள் (Fraunhofer). ஒரே element → இரண்டிலும் ஒரே λ-கள்.

சூரியனின் continuous (photosphere) நிறமாலையில் காணப்படும் இருண்ட Fraunhofer கோடுகளை ஆய்வகத்தில் உள்ள தனி-element line nofuels-உடன் ஒப்பிட்டு அடையாளம் காண. Helium 1868-இல் சூரியனில் முதலில் கண்டறியப்பட்டது (பெயரே ஹீலியோஸ் = சூரியன்).

(1) இலத்திரன் ஆற்றல் இழக்காமல் ஒரு "நிலையான வட்டப் பாதையில்" (stationary orbit) சுற்றுகிறது; angular momentum quantised: L = nℏ. (2) ஒரு பாதையிலிருந்து மற்றதற்கு தாவும்போது போட்டான் வெளியீடு/உறிஞ்சு: hf = E_high − E_low.

பெரிய (multi-electron) அணுக்களுக்கு பொருந்தாது (இலத்திரன்-இலத்திரன் ஈர்ப்பு); fine structure, Zeeman effect-ஐ விளக்காது. Schrödinger equation (முழு quantum mechanics) தேவை.

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.

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.

α: A−4, Z−2 (He கரு). β⁻: A unchanged, Z+1 (n→p). γ: A & Z unchanged (கரு உற்சாக வீழ்ச்சி).

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).

Δm = (Z·m_p + N·m_n) − m_nucleus > 0; nucleon-கள் கருவாக சேரும்போது இவ்வளவு நிறை "காணாமல்" போய் ஆற்றலாக வெளியேறுகிறது. ஐன்ஸ்டீனின் E = mc² மூலம் E_B = Δm·c².

— மிக அதிக உச்சம் (Fe-56 ~8.8 MeV/n). He-4 "double magic" (Z=2, N=2) — மிக நிலையான ஒளி கரு; α particle இதனாலேயே.

Fuel (U-235 அல்லது Pu-239): fission-க்கான nuclide. Moderator (graphite/H₂O/D₂O): fast நியூட்ரான்களை மெதுவாக்க → பிளவு எளிதாக. Control rods (Cd/B): நியூட்ரான்களை உறிஞ்சி k-ஐ கட்டுப்படுத்த. Coolant (H₂O/Na): வெப்பத்தை core-இலிருந்து கடத்தி turbine-ஐ இயக்க.

k = 1 → critical (சீர் reactor); k < 1 → subcritical (chain மறையும், startup/shutdown); k > 1 → supercritical (வளர்ந்து செல்லும், bomb அல்லது இடைக்கால reactor ramp-up).

Fission: கனமான கரு + n → இரு பகுதி + ~200 MeV. உ-ம். U-235 + n → Ba-141 + Kr-92 + 3n. Fusion: இரு சிறு கருக்கள் → பெரிய கரு + ஆற்றல். உ-ம். D + T → He-4 + n + 17.6 MeV (சூரியன்/H-bomb/reactor).

நேர் கருக்கள் Coulomb electrostatic விலக்கத்தைக் கடந்து strong-force range-க்கு (~1 fm) நெருங்க வேண்டும். kT அளவிலான ஆற்றல் ≈ விலக்கத்தைக் கடக்கப் போதுமாக ~10⁸ K தேவை.

Cathode (வெப்பமான tungsten filament — thermionic emission); anode (tungsten target, அதிக Z, high melting point) — இடையே high V (50-150 kV). Filament இலத்திரன்கள் → anode-ஐ நோக்கி முடுக்கப்பட்டு tungsten-இல் தாக்கி (1) Bremsstrahlung continuous + (2) target inner-shell vacancy → outer e⁻ → characteristic கோடுகள் (K_α, K_β). Vacuum tube, cooling system (rotating anode, water).

V↑ → λ_min = hc/(eV) குறை → spectrum குறை-λ பக்கம் shift, அதிக-ஆற்றல் photon-கள், ஊடுருவம்↑. mA↑ → intensity↑ (photons/sec அதிகம்) ஆனால் spectrum shape மாறாது.

அடுத்தடுத்த atomic planes இடைவெளி d. கீழ் plane reflection-இன் பாதை வேறுபாடு = 2d sinθ (θ glancing angle). Constructive interference: 2d sinθ = nλ. பயன்: அறியப்பட்ட λ-உடன் θ-ஐ அளந்து d → atomic structure; உப்பு, உலோகம், DNA, மருந்து வடிவமைப்பு.

பயன்: (1) எலும்பு radiograph (fracture, dislocation); (2) CT (cancer, stroke imaging); mammography, dental, angiography. வரம்பு: ionising radiation → கதிர் dose; cumulative dose → cancer risk; pregnancy/paediatric carefully limited; soft tissue contrast குறை (mention MRI/ultrasound complement).

Time குறை: dose = rate × time. Distance அதிக: I ∝ 1/r² (inverse square). Shielding: ஈய apron, ஈய-கண்ணாடி, ஈய-stone சுவர் X-கதிர்களை உறிஞ்சும். ALARA — as low as reasonably achievable; dosimeter பயன்படுத்தல்.