അണുകേന്ദ്രം

ഒരു അണുവിലെ ധനചാർജ്ജുള്ള പ്രോട്ടോണുകളും,ചാർജ്ജില്ലാത്ത ന്യൂട്രോണുകളും അടങ്ങിയതും,അണുവിന്റെ പിണ്ഡം കേന്ദ്രീകരിയ്ക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നതുമായ ഭാഗമാണ് അണുകേന്ദ്രം അഥവാ ന്യൂക്ലിയസ്.‌ ആറ്റത്തിലെ ഏറ്റവും സാന്ദ്രത കൂടിയ ഭാഗമാണിത്. അണുകേന്ദ്രത്തിലെ ഘടകങ്ങളായ ന്യൂട്രോണും പ്രോട്ടോണും ഉപാണുകേന്ദ്രകണങ്ങൾ അഥവാ ന്യൂക്ലിയോണുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്നു. 1911-ൽ ആൽഫാ കണങ്ങളുപയോഗിച്ചുള്ള പരീക്ഷണങ്ങൾക്കിടെ ഏണസ്റ്റ് റൂഥർഫോർഡാണ്‌ അണുകേന്ദ്രത്തിന്റെ സാന്നിദ്ധ്യം ആദ്യമായി തെളിയിച്ചത്.

സാധാരണയായി അണുകേന്ദ്രത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നത് _ZX^A എന്ന ശൈലിയിലാണ്‌. ഇവിടെ Z അണുസംഖ്യയും, A പിണ്ഡ സംഖ്യയും X അണുവിന്റെ പ്രതീകവുമാണ്‌. അണുസംഖ്യയിൽ നിന്ന് പിണ്ഡസംഖ്യ കുറച്ചാൽ ആകെ ന്യൂട്രോണുകളുടെ എണ്ണം ലഭിക്കും.

അണുകേന്ദ്രത്തിൽ നടക്കുന്ന മാറ്റങ്ങളെക്കുറിച്ചു പഠിക്കുന്ന ഭൗതികശാസ്ത്രശാഖയാണ്‌ അണുകേന്ദ്രഭൗതികം(Nuclear Physics).

സവിശേഷതകൾ

വലിപ്പം

ഒരു അണുകേന്ദ്രത്തിന്റെ വ്യാസം 1.6 ഫെംറ്റോമീറ്റർ (1.6 × 10⁻¹⁵ മീറ്റർ) (ഹൈഡ്രജൻ ന്യൂക്ലിയസ്) മുതൽ 16 ഫെംറ്റോമീറ്റർ (യുറേനിയം പോലുള്ള വലിയ അണുക്കളുടെ കേന്ദ്രം) വരെയാണ്‌. ഇത് അണുവിന്റെ വ്യാസത്തിന്റെ പതിനായിരത്തിലൊന്നു മാത്രമാണ്‌.

പിണ്ഡസംഖ്യ A ആയ ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ അണുകേന്ദ്രത്തിന്റെ വ്യാസാർദ്ധം

${\displaystyle r_{0}{\sqrt[{3}]{A}}}$ ഫെർമി ആയിരിക്കും^[1] (r₀=1.3×10⁻¹⁵മീറ്റർ).

അതായത് കാർബൺ ആറ്റത്തിന്റെ (A =12) ന്യൂക്ലിയസിന്റെ ആരം 3.21×10⁻¹⁵മീറ്ററും യുറേനിയം ന്യൂക്ലിയസിന്റെത് (A =238) 8.68×10⁻¹⁵ മീറ്ററും ആയിരിക്കും.

പിണ്ഡം

മാസ് സ്പെക്ട്രോഗ്രാഫുപയോഗിച്ചുള്ള പഠനങ്ങളനുസരിച്ച്,അണുകേന്ദ്രത്തിന്റെന്റെ പിണ്ഡം അതിലടങ്ങിയിരിക്കുന്ന പ്രോട്ടോണുകളുടെയും ന്യൂട്രോണുകളുടെയും ആകെ ഭാരത്തെക്കാൾ അല്പം കുറവായിരിക്കും. ഉപാണുകണങ്ങളിൽ നിന്ന് ന്യൂക്ലിയസ് രൂപം കൊള്ളുമ്പോൾ, കുറച്ചു പിണ്ഡം ഊർജ്ജരൂപത്തിൽ നഷ്ടപ്പെടുന്നതാണിതിനു കാരണം. പിണ്ഡത്തിലുള്ള ഈ കുറവ് മാസ് ഡിഫക്ട് എന്നും അതിനു തത്തുല്യമായ ഊർജ്ജം(E=mc² എന്ന സമവാക്യപ്രകാരം) ബന്ധനോർജ്ജം(Binding Energy) എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു. ഇത് ഒരു ന്യൂക്ലിയസിൽ നിന്ന് ഒരു പ്രോട്ടോണിനേയോ ന്യൂട്രോണിനെയോ നീക്കം ചെയ്യാനാവശ്യമായ ഊർജ്ജത്തിനു തുല്യമാണ്‌.

Zm_p+Zm_n ഉപാണുകണങ്ങളുടെ ആകെ പിണ്ഡവും M അണുകേന്ദ്രത്തിന്റെ പിണ്ഡവുമായാൽ,

മാസ് ഡിഫക്ട്, Δm=Zm_p+Zm_n -M

ബന്ധനോർജ്ജം = Δmc²

ഓരോ ഉപാണുകണവും പിണ്ഡത്തിന്റെ ഓരോ ഏകകമായി കണക്കാക്കിയാൽ(ഒരു അറ്റോമിക് മാസ് യൂണിറ്റ്- amu) ,അണുവിന്റെ പിണ്ഡസംഖ്യ അണുകേന്ദ്രത്തിന്റെ പിണ്ഡത്തിനു തുല്യമാണെന്നു പറയാം.അതായത് കാർബൺ ആറ്റത്തിന്റെ അണുകേന്ദ്രത്തിന്റെ ഭാരം 12 amu ഉം യുറേനിയം ന്യൂക്ലിയസിന്റേത് 238amu ഉം ആണ്‌.

ചാർജ്ജ്

അണുകേന്ദ്രത്തിന്‌ പോസിറ്റീവ് ചാർജ്ജാണുള്ളത്.ധന ചാർജ്ജുള്ള പ്രോട്ടോണിന്റെ സാന്നിദ്ധ്യമാണിതിനു കാരണം.ഒരു പ്രോട്ടോണിന്റെ ചാർജ്ജിന്റെ അളവ് e(=1.6×10⁻¹⁹) ആണ്.അതായത് ന്യൂക്ലിയസിന്റെ ചാർജ്ജ് =Ze .

സാന്ദ്രത

അണുകേന്ദ്രത്തിന്റെ പിണ്ഡവും വ്യാപ്തവും തമ്മിലൂള്ള അനുപാതമാണ്‌ അതിന്റെ സാന്ദ്രത.ന്യൂക്ലിയസിന്റെ പിണ്ഡം വളരെക്കൂടുതലും വലിപ്പം വളരെക്കുറവുമായതിനാൽ അതിന്റെ സാന്ദ്രത വളരെ കൂടുതലാണ്‌.

ന്യൂക്ലിയസ് ഗോളാകൃതിയിലാണെന്നു കരുതിയാൽ,

അണുകേന്ദ്രത്തിന്റെ പിണ്ഡം=അറ്റോമിക സംഖ്യ x ന്യൂക്ലിയോണിന്റെ പിണ്ഡം

${\displaystyle \!M={A}{m}_{n}}$ , m_n=1.67x10^-27

വ്യാപ്തം, ${\displaystyle \!V={\frac {4}{3}}\pi r^{3}}$ ${\displaystyle \!={\frac {4}{3}}\pi {A}r_{0}^{3}}$

സാന്ദ്രത,${\displaystyle \rho ={\frac {Am_{n}}{{\frac {4}{3}}\pi {A}r_{0}^{3}}}}$ ${\displaystyle \!={\frac {m_{n}}{{\frac {4}{3}}\pi r_{0}^{3}}}}$^[2]