रेडियोधर्मिता एवं नाभिकीय रसायन

7.1 रेडियोधर्मी विकिरण के प्रकार

Henri Becquerel (1896) द्वारा खोज जब उन्होंने पाया कि यूरेनियम यौगिक स्वतःस्फूर्त विकिरण उत्सर्जित करते हैं जो फोटोग्राफिक प्लेटें प्रभावित कर सकते हैं। Marie Curie (नोबेल पुरस्कार: भौतिकी 1903, रसायन 1911) ने पोलोनियम और रेडियम की खोज की।

विकिरण	प्रकृति	आवेश	द्रव्यमान	भेदन क्षमता	आयनीकरण
अल्फा (α)	²He⁴ नाभिक	+2	4 a.m.u.	कम — कागज या त्वचा से रुक जाता है	उच्च
बीटा (β⁻)	इलेक्ट्रॉन	−1	~0	मध्यम — 5 mm एल्युमीनियम से रुक जाता है	मध्यम
बीटा (β⁺)	पॉजिट्रॉन	+1	~0	मध्यम	मध्यम
गामा (γ)	विद्युत-चुंबकीय तरंग (फोटॉन)	0	0	सर्वाधिक — मोटे सीसे/कंक्रीट की जरूरत	कम

अर्धायु (T½): किसी नमूने में आधे रेडियोधर्मी नाभिकों के क्षय होने में लगा समय। n अर्धायु के बाद, शेष अंश = (½)ⁿ।

समस्थानिक	अर्धायु	चिकित्सीय/व्यावहारिक उपयोग
Radon-222	3.82 दिन	इमारतों में पर्यावरणीय खतरा
Iodine-131	8.02 दिन	थायरॉइड कैंसर उपचार
Phosphorus-32	14.3 दिन	कैंसर उपचार, ट्रेसर अध्ययन
Carbon-14	5,730 वर्ष	पुरातात्विक डेटिंग
Uranium-235	703 मिलियन वर्ष	परमाणु ईंधन
Uranium-238	4.47 अरब वर्ष	भूवैज्ञानिक आयु डेटिंग

7.2 परमाणु विखंडन और संलयन

परमाणु विखंडन

एक भारी नाभिक (U-235, Pu-239) न्यूट्रॉन अवशोषित करता है और दो मध्यम नाभिकों में विभाजित होता है, 2–3 न्यूट्रॉन और ~200 MeV ऊर्जा मुक्त करता है।

श्रृंखला अभिक्रिया: मुक्त न्यूट्रॉन आगे विखंडन करते हैं → घातांकीय ऊर्जा मुक्ति।

• परमाणु रिएक्टर में, श्रृंखला अभिक्रिया को नियंत्रण छड़ों (कैडमियम या बोरॉन) से नियंत्रित किया जाता है जो अतिरिक्त न्यूट्रॉन अवशोषित करती हैं
• परमाणु बम में, अभिक्रिया अनियंत्रित होती है

परमाणु संलयन

हल्के नाभिक (ड्यूटेरियम D + ट्रिटियम T) ~10 करोड़ °C पर मिलकर हीलियम + न्यूट्रॉन बनाते हैं, ~17.6 MeV प्रति अभिक्रिया मुक्त करते हैं।

• यह सूर्य और अन्य तारों का ऊर्जा स्रोत है
• ITER (अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर) फ्रांस में — भारत एक सदस्य है — विश्व का सबसे बड़ा संलयन प्रयोग बना रहा है (2025 में प्रथम प्लाज्मा, 2035 में पूर्ण शक्ति अपेक्षित)
• संलयन से कोई दीर्घकालिक रेडियोधर्मी अपशिष्ट नहीं बनता और ईंधन व्यावहारिक रूप से असीमित है (समुद्री जल से ड्यूटेरियम)

7.3 विकिरण सुरक्षा और परमाणु चिकित्सा

ALARA सिद्धांत (As Low As Reasonably Achievable): विकिरण सुरक्षा का मार्गदर्शक सिद्धांत।

विकिरण सुरक्षा के तीन मूल तत्व:

1. समय: एक्सपोजर का समय न्यूनतम करें।
2. दूरी: स्रोत से दूरी बढ़ाएं (विकिरण तीव्रता ∝ 1/दूरी²)।
3. परिरक्षण: स्रोत और व्यक्ति के बीच अवशोषक सामग्री रखें।

परमाणु चिकित्सा अनुप्रयोग:

• PET स्कैन (Positron Emission Tomography): F-18 (fluorine-18) लेबल किए ग्लूकोज का उपयोग। कैंसर कोशिकाएं अधिक ग्लूकोज उपभोग करती हैं — चमकदार धब्बों के रूप में दिखती हैं। कैंसर, हृदय रोग, मस्तिष्क विकार का पता लगाता है।
• SPECT (Single Photon Emission CT): हड्डी स्कैन, कार्डियक इमेजिंग के लिए Tc-99m (technetium-99m, अर्धायु 6 घंटे) का उपयोग।
• कैंसर रेडियोथेरेपी: Cobalt-60 बाह्य बीम थेरेपी; brachytherapy के लिए Iridium-192।

भारत का परमाणु कार्यक्रम

भारत में 22 परिचालन परमाणु रिएक्टर हैं (2025 तक क्षमता ~6,780 MW) तारापुर, रावतभाटा, कलपक्कम, नरोरा, काकरापार और कैगा में।

राजस्थान में RAPS (कोटा के पास, चंबल नदी पर) की 6 इकाइयाँ हैं जिनकी कुल क्षमता ~1,180 MWe है।

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