प्रेरित गामा उत्सर्जन
भौतिकी में, प्रेरित गामा उत्सर्जन (IGE) उत्तेजित नाभिक से गामा किरणों के रोशनी उत्सर्जन की प्रक्रिया को संदर्भित करता है, जिसमें आमतौर पर एक विशिष्ट परमाणु आइसोमर शामिल होता है। यह पारंपरिक प्रतिदीप्ति के अनुरूप है, जिसे एक परमाणु या अणु में एक उत्तेजित इलेक्ट्रॉन द्वारा फोटॉन (प्रकाश की इकाई) के उत्सर्जन के रूप में परिभाषित किया गया है। IGE के मामले में, परमाणु आइसोमर्स पर्याप्त मात्रा में उत्तेजना ऊर्जा को लंबे समय तक स्टोर कर सकते हैं ताकि वे परमाणु फ्लोरोसेंट सामग्री के रूप में काम कर सकें। 800 से अधिक ज्ञात परमाणु आइसोमर्स हैं[1] लेकिन लगभग सभी अनुप्रयोगों के लिए विचार किए जाने के लिए आंतरिक रूप से रेडियोधर्मी हैं। As of 2006[update] दो प्रस्तावित थे[citation needed] परमाणु आइसोमर्स जो सुरक्षित व्यवस्था में IGE प्रतिदीप्ति के लिए शारीरिक रूप से सक्षम प्रतीत होते हैं: टैंटलम-180m और हेफ़नियम-178m2।
इतिहास
प्रेरित गामा उत्सर्जन परमाणु भौतिकी और क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स दोनों पर सीमावर्ती अंतःविषय अनुसंधान का एक उदाहरण है। परमाणु प्रतिक्रिया के रूप में देखा गया यह एक ऐसे वर्ग से संबंधित होगा जिसमें परमाणु उत्तेजना के राज्यों को बनाने और नष्ट करने में केवल फोटोन शामिल थे। यह पारंपरिक चर्चाओं में आमतौर पर अनदेखी की जाने वाली कक्षा है। 1939 में ब्रूनो पोंटेकोर्वो और लाजार्ड[2] इस प्रकार की प्रतिक्रिया का पहला उदाहरण बताया। ईण्डीयुम लक्ष्य था और आधुनिक शब्दावली में परमाणु प्रतिक्रियाओं का वर्णन करते हुए इसे लिखा जाएगा 115इन(सी,सी
'</सुप>)115मीअंदर. उत्पाद न्यूक्लाइड में एक एम होता है जो दर्शाता है कि परमाणु आइसोमर के रूप में अर्हता प्राप्त करने के लिए इसका पर्याप्त आधा जीवन (इस मामले में 4.5 घंटे) है। इसने 1939 में प्रयोग को संभव बनाया क्योंकि शोधकर्ताओं के पास विकिरण वाले वातावरण से उत्पादों को हटाने और फिर उन्हें अधिक उपयुक्त स्थान पर अध्ययन करने के लिए घंटों का समय था।प्रक्षेप्य फोटॉनों के साथ, संवेग और ऊर्जा को केवल तभी संरक्षित किया जा सकता है जब घटना फोटॉन, एक्स-रे या गामा, लक्ष्य नाभिक की प्रारंभिक अवस्था और कुछ उत्तेजित अवस्था के बीच ऊर्जा के अंतर के अनुरूप ऊर्जा हो जो बहुत अलग न हो। स्पिन जैसे क्वांटम गुणों की शर्तें। कोई दहलीज व्यवहार नहीं है और घटना प्रक्षेप्य गायब हो जाता है और इसकी ऊर्जा लक्ष्य नाभिक के आंतरिक उत्तेजना में स्थानांतरित हो जाती है। यह एक गुंजयमान प्रक्रिया है जो परमाणु प्रतिक्रियाओं में असामान्य है लेकिन परमाणु स्तर पर प्रतिदीप्ति के उत्तेजना में सामान्य है। केवल हाल ही में 1988 तक इस प्रकार की प्रतिक्रिया की गुंजयमान प्रकृति अंत में सिद्ध हुई थी।[3] इस तरह की गुंजयमान प्रतिक्रियाओं को परमाणु प्रतिदीप्ति की औपचारिकताओं द्वारा अधिक आसानी से वर्णित किया जाता है और आगे के विकास को IGE के अंतःविषय दृष्टिकोण द्वारा सुगम बनाया गया।
IGE प्रयोग में थोड़ा वैचारिक अंतर होता है जब लक्ष्य एक परमाणु आइसोमर होता है। इस तरह की प्रतिक्रिया मीX(γ,γ')X कहा mX ऊपर सूचीबद्ध पांच उम्मीदवारों में से एक है, केवल इसलिए अलग है क्योंकि प्रतिक्रिया के बाद उत्पाद न्यूक्लाइड में प्रवेश करने के लिए शुरुआत की तुलना में कम ऊर्जा अवस्थाएं होती हैं। प्रयोग के लिए पर्याप्त मात्रा में परमाणु आइसोमर्स के सहज रेडियोधर्मी क्षय से सुरक्षा सुनिश्चित करने की आवश्यकता से व्यावहारिक कठिनाइयाँ उत्पन्न होती हैं। जीवनकाल इतना लंबा होना चाहिए कि लक्ष्यों से सहज क्षय से खुराक हमेशा सुरक्षित सीमा के भीतर रहे। 1988 में कोलिन्स और सहकर्मी[4] परमाणु आइसोमर से IGE के पहले उत्तेजन की सूचना दी। उन्होंने बाहरी बीम रेडियोथेरेपी रैखिक कण त्वरक द्वारा उत्पादित एक्स-रे के साथ परमाणु आइसोमर टैंटलम-180m से प्रतिदीप्ति को उत्तेजित किया। परिणाम आश्चर्यजनक थे और विवादास्पद माने जाते थे जब तक कि लक्ष्य में उत्साहित गुंजयमान राज्यों की पहचान नहीं हो जाती।[5]
विशिष्ट विशेषताएं
- यदि एक घटना फोटॉन लक्ष्य नाभिक की प्रारंभिक अवस्था में अवशोषित हो जाता है, तो उस नाभिक को उत्तेजन की एक अधिक ऊर्जावान अवस्था में उठाया जाएगा। यदि वह राज्य अपनी ऊर्जा को प्रारंभिक अवस्था में वापस संक्रमण के दौरान ही विकीर्ण कर सकता है, तो परिणाम एक प्रकीर्णन प्रक्रिया है जैसा कि योजनाबद्ध आकृति में देखा गया है। यह आईजीई का उदाहरण नहीं है।
- यदि एक घटना फोटॉन लक्ष्य नाभिक की प्रारंभिक अवस्था में अवशोषित हो जाता है, तो उस नाभिक को उत्तेजन की एक अधिक ऊर्जावान अवस्था में उठाया जाएगा। यदि एक गैर-शून्य संभावना है कि कभी-कभी वह राज्य संक्रमणों का एक झरना शुरू करेगा जैसा कि योजनाबद्ध में दिखाया गया है, तो उस राज्य को गेटवे स्टेट या ट्रिगर स्तर या मध्यवर्ती राज्य कहा जाता है। एक या अधिक फ्लोरोसेंट फोटोन उत्सर्जित होते हैं, अक्सर प्रारंभिक अवशोषण के बाद अलग-अलग देरी के साथ और प्रक्रिया आईजीई का एक उदाहरण है।
- यदि लक्ष्य नाभिक की प्रारंभिक अवस्था इसकी जमीनी (न्यूनतम ऊर्जा) अवस्था है, तो फ्लोरोसेंट फोटोन में घटना फोटॉन की तुलना में कम ऊर्जा होगी (जैसा कि योजनाबद्ध चित्र में देखा गया है)। चूँकि बिखरने वाला चैनल आमतौर पर सबसे मजबूत होता है, यह प्रतिदीप्ति का पता लगाने के लिए उपयोग किए जा रहे उपकरणों को अंधा कर सकता है और प्रारंभिक प्रयोगों को IGE का अध्ययन करने के लिए पसंद किया जाता है, जबकि डिटेक्टरों को गेट बंद कर दिया गया था और फिर प्रतिदीप्ति के किसी भी विलंबित फोटॉन पर ध्यान केंद्रित कर रहा था। उपकरणों को सुरक्षित रूप से वापस चालू किया जा सकता है।
- यदि लक्ष्य नाभिक की प्रारंभिक अवस्था एक परमाणु समावयवी (जमीन से अधिक ऊर्जा के साथ शुरू) है तो यह IGE का भी समर्थन कर सकता है। हालाँकि, उस मामले में योजनाबद्ध आरेख केवल उदाहरण के लिए नहीं देखा जाता है 115में लेकिन दाएँ से बाएँ पढ़ने के लिए तीरों को दूसरी ओर मोड़ दिया गया। इस तरह के उत्क्रमण के लिए एक साथ (<0.25 एनएस के भीतर) विभिन्न ऊर्जाओं के दो घटना फोटॉनों के अवशोषण की आवश्यकता होगी ताकि 4 घंटे के आइसोमर से गेटवे स्थिति में वापस आ सकें। आम तौर पर एक ही नाभिक के एक जमीनी राज्य से आईजीई का अध्ययन इस बारे में बहुत कम सिखाता है कि आईजीई के लिए प्रारंभिक अवस्था के रूप में उपयोग किए जाने पर एक ही आइसोमर कैसा प्रदर्शन करेगा। आईजीई का समर्थन करने के लिए एक घटना फोटॉन के लिए एक ऊर्जा मिलनी होगी जो कि किसी अन्य गेटवे राज्य तक पहुंचने के लिए आवश्यक ऊर्जा से मेल खाती है जो कि योजनाबद्ध रूप से नहीं दिखाया गया है जो अपने स्वयं के कैस्केड को जमीनी राज्य में लॉन्च कर सकता है।
- यदि लक्ष्य एक परमाणु आइसोमर है जो काफी मात्रा में ऊर्जा का भंडारण करता है, तो IGE एक झरना उत्पन्न कर सकता है जिसमें एक संक्रमण होता है जो घटना फोटॉन की तुलना में अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन का उत्सर्जन करता है। यह लेज़र भौतिकी में ऊर्जा हस्तांतरण अपरूपांतरण का परमाणु अनुरूप होगा।
- यदि लक्ष्य एक पर्याप्त मात्रा में ऊर्जा का भंडारण करने वाला एक परमाणु आइसोमर है, तो IGE उत्तेजित अवस्थाओं की एक जोड़ी के माध्यम से एक झरना उत्पन्न कर सकता है, जिसका जीवनकाल उलटा होता है, ताकि ऐसे नाभिकों के संग्रह में, आबादी लंबे समय तक रहने वाले ऊपरी स्तर पर बने। जोड़ी के कम जीवित निचले सदस्य से तेजी से खाली होना। आबादी का परिणामी उलटा लेजर भौतिकी में प्रवर्धित सहज उत्सर्जन (एएसई) के अनुरूप सुसंगत उत्सर्जन के कुछ रूपों का समर्थन कर सकता है। यदि लक्ष्य आइसोमर नाभिक के संग्रह के भौतिक आयाम लंबे और पतले थे, तो गामा-रे लेजर का एक रूप हो सकता है।
संभावित अनुप्रयोग
ऊर्जा-विशिष्ट डोसिमीटर
चूंकि ग्राउंड स्टेट न्यूक्लियस से IGE को विलंबित फ्लोरोसेंट फोटॉनों का उत्पादन करने के लिए बहुत विशिष्ट फोटॉन ऊर्जा के अवशोषण की आवश्यकता होती है, जो आसानी से गिने जाते हैं, कई अलग-अलग न्यूक्लाइड्स को मिलाकर ऊर्जा-विशिष्ट डोसिमीटर बनाने की संभावना है। यह प्रदर्शित किया गया था[6] DNA-PITHON स्पंदित परमाणु सिम्युलेटर से विकिरण स्पेक्ट्रम के अंशांकन के लिए। ऐसा डोसीमीटर विकिरण चिकित्सा में उपयोगी हो सकता है जहां एक्स-रे बीम में कई ऊर्जाएं हो सकती हैं। चूंकि अलग-अलग ऊर्जा के फोटोन इलाज किए जा रहे ऊतक में अलग-अलग गहराई पर अपना प्रभाव जमा करते हैं, इसलिए यह जांचने में मदद कर सकता है कि कुल खुराक का कितना हिस्सा वास्तविक लक्ष्य मात्रा में जमा किया जाएगा।
विमान शक्ति
परमाणु हथियार
यह आंशिक रूप से यह सैद्धांतिक घनत्व है जिसने पूरे आईजीई क्षेत्र को हेफ़नियम विवाद बना दिया है। यह सुझाव दिया गया है कि सामग्रियों का निर्माण इस तरह से किया जा सकता है कि सभी संग्रहीत ऊर्जा को एक विस्फोट में बहुत तेज़ी से जारी किया जा सके। अकेले गामा की संभावित ऊर्जा रिलीज आईजीई को अपने आप में एक संभावित उच्च शक्ति विस्फोटक या एक संभावित रेडियोलॉजिकल हथियार बना देगी।
फ्यूजन बम प्रज्वलन
इस प्रतिक्रिया में उत्पन्न गामा का घनत्व इतना अधिक होगा कि यह उन्हें संलयन बम के परमाणु संलयन ईंधन को संपीड़ित करने के लिए इस्तेमाल करने की अनुमति दे सकता है। यदि यह मामला सामने आता है, तो यह एक फ्यूजन बम के निर्माण की अनुमति दे सकता है, जिसके अंदर कोई विखंडनीय सामग्री नहीं है (अर्थात एक शुद्ध संलयन हथियार); यह विखंडनीय सामग्री का नियंत्रण और इसे बनाने के साधन हैं जो परमाणु प्रसार को रोकने के अधिकांश प्रयासों को रेखांकित करते हैं।
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ "Table of Isotopes". Archived from the original on 2006-02-05. Retrieved 2006-09-01.
- ↑ B. Pontecorvo; A. Lazard (1939). "Isomérie nucléaire produite par les rayons X du spectre continu". C. R. Acad. Sci. 208 (2): 99–101.
- ↑ C. B. Collins; J. A. Anderson; Y. Paiss; C. D. Eberhard; R. J. Peterson; W. L. Hodge (1988). "Activation of 115Inm by single pulses of intense bremsstrahlung". Phys. Rev. C. 38 (4): 1852–1856. Bibcode:1988PhRvC..38.1852C. doi:10.1103/PhysRevC.38.1852. PMID 9954995.
- ↑ C. B. Collins; C. D. Eberhard; J. W. Glesener; J. A. Anderson (1988). "Depopulation of the isomeric state 180Tam by the reaction 180Tam(γ,γ′)180Ta". Phys. Rev. C. 37 (5): 2267–2269. Bibcode:1988PhRvC..37.2267C. doi:10.1103/PhysRevC.37.2267. PMID 9954706.
- ↑ C. B. Collins; J. J. Carroll; T. W. Sinor; M. J. Byrd; D. G. Richmond; K. N. Taylor; M. Huber; N. Huxel; P. v. Neumann-Cosle; A. Richter; C. Spieler; W. Ziegler (1990). "Resonant excitation of the reaction 180Tam(γ,γ')180Ta". Phys. Rev. C. 42 (5): 1813–1816. Bibcode:1990PhRvC..42.1813C. doi:10.1103/PhysRevC.42.R1813. PMID 9966920.
- ↑ J. A. Anderson; C. B. Collins (1988). "स्पंदित एक्स-रे स्पेक्ट्रा का अंशांकन". Rev Sci Instrum. 59 (3): 414. Bibcode:1988RScI...59..414A. doi:10.1063/1.1140219.
- ↑ Nuclear-powered drone aircraft on drawing board - 19 February 2003 - New Scientist
साहित्य
- C. B. Collins; N. C. Zoita; F. Davanloo; Y. Yoda; T. Uruga; J. M. Pouvesle; I. I. Popescu (2005). "Hf-178 के 31-वर्षीय आइसोमर की परमाणु अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी". Laser Physics Letters. 2 (3): 162. Bibcode:2005LaPhL...2..162C. doi:10.1002/lapl.200410154. S2CID 121707178.
- I. Ahmad; et al. (2001). "सिंक्रोट्रॉन विकिरण का उपयोग करके 178Hf के 31-वर्ष के आइसोमर के क्षय के एक्स-रे प्रेरित त्वरण की खोज करें". Physical Review Letters. 87 (7): 072503. Bibcode:2001PhRvL..87g2503A. doi:10.1103/PhysRevLett.87.072503. PMID 11497887.
- I. Ahmad; et al. (2003). "कम एक्स-रे ऊर्जा पर 178Hf के 31-वर्ष के आइसोमर के एक्स-रे प्रेरित क्षय के लिए खोजें". Physical Review C. 67 (4): 041305R. Bibcode:2003PhRvC..67d1305A. doi:10.1103/PhysRevC.67.041305. S2CID 209833094.
- C. B. Collins (1990). "गामा रे लेजर पंप करने के लिए सुसंगत और असंगत योजनाओं की व्यवहार्यता का प्रमाण" (pdf). DTIC. Report No. GRL/9001. Archived from the original on June 1, 2022.
बाहरी संबंध
- "Scary Things Come in Small Packages", Washington Post article of 2004 by Sharon Weinberger | Archived November 4, 2021, at the Wayback Machine
- Hf-isomer Summary Page of Results Archived 2007-09-28 at the Wayback Machine, C.B. Collins, University of Texas, Dallas
- "Atomic Powered Global Hawk Jet Reving For Take-Off?", a SciScoop weblog entry | Archived 2021-11-04 at the Wayback Machine
- Conflicting Results on a Long-Lived Nuclear Isomer of Hafnium Have Wider Implications This Physics Today article provides a balanced view from 2004.
- Reprints of articles about nuclear isomers in peer reviewed journals. Archived 2007-09-28 at the Wayback Machine - The Center for Quantum Electronics, The University of Texas at Dallas.