Radiation : उपयोग, लाभ, दुष्प्रभाव

परमाणु और उप-परमाणु कणों और तरंगों का प्रवाह, जैसे जो ऊष्मा किरणों, प्रकाश किरणों, और एक्स-किरणों को चित्रित करते हैं, की विशेषताओं और व्यवहार का परिचय करता है। सभी पदार्थ को समय-समय पर ब्रह्मांडिक और पृथ्वीय स्रोतों से दोनों प्रकार के विकिरणों के साथ लगातार घात किया जाता है। इस लेख में विकिरण और उसके संचरण करने वाले पदार्थों की गुणधर्मों और व्यवहार का विवरण दिया गया है और यह बताता है कि ऊर्जा कैसे विकिरण से इसके आस-पास के वातावरण में स्थानांतरित होती है। ऐसे ऊर्जा संचरण के परिणामों पर विशेष ध्यान दिया गया है जो जीवित पदार्थों को प्रभावित करते हैं, जिसमें बहुत से जीवन प्रक्रियाओं पर सामान्य प्रभाव शामिल हैं (जैसे पौधों में फोटोसिंथेसिस और जानवरों में दृश्य) और असामान्य प्रकार के विकिरणों या प्राकृतिक रूप से सामान्य विकिरणों के वृद्धि के परिणाम के रूप में जीवों को संदर्भित होने वाले असामान्य या हानिकारक प्रभाव। विभिन्न प्रकार के विकिरण के चिकित्सा और प्रौद्योगिकी शाखाओं में उपयोग का भी उल्लेख किया गया है।

General background

Types of radiation

रेडिएशन को ऊर्जा के रूप में सोचा जा सकता है जो न केवल फ्री अंतरिक्ष में प्रकाश की गति के बराबर—लगभग 3 × 1010 सेंटीमीटर (186,000 मील) प्रति सेकंड—होती है, बल्कि प्रकाशीय वेगों से कम लेकिन ऊष्मीय वेगों से बहुत अधिक गति में भी हो सकती है (उदाहरण के लिए, हवा की नमूना बनाने वाले अणुओं की गतियां)। पहले प्रकार को इस्पेक्ट्रम ऑफ इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन के रूप में जाना जाता है जिसमें रेडियो तरंग, माइक्रोवेव, इन्फ्रारेड रेखाएँ, दृश्य प्रकाश, अल्ट्रा-वायलेट रेखाएँ, एक्स-रेखाएँ, और गैमा रेखाएँ शामिल हैं, साथ ही न्यूट्रीनो (नीचे देखें)।

जब ये सभी आराम में (किरणतय) होते हैं तो उनकी मान का शून्य होता है। दूसरे प्रकार में, इलेक्ट्रॉन्स, प्रोटॉन्स, और न्यूट्रॉन्स जैसे कण होते हैं। आराम में ये कण मान की व्यूहों और परमाणु के घटक होते हैं। जब ऐसे प्रकार के कण उच्च गति में चलते हैं, तो उन्हें रेडिएशन के रूप में देखा जाता है। संक्षेप में, रेडिएशन के दो व्यापक वर्ग उनकी प्रसारण की गति और अनुसार उनकी आराम संवेदन या अभाव द्वारा स्पष्ट रूप से विभाजित होते हैं। निम्नलिखित चर्चा में, पहले श्रेणी के वे "इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेखाएँ" (प्लस न्यूट्रीनो) के रूप में संदर्भित होते हैं और दूसरे के रूप में "पदार्थ रेखाएँ"।

एक समय पर, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेखाएँ आत्मस्वाभाविक रूप से तरंगात्मक धर्म में मानी जाती थीं—अर्थात, वे अंतरिक्ष में फैलती हैं और यदि वे दो या दो से अधिक स्रोतों से मिलकर आती हैं तो बाधा का प्रदर्शन कर सकती हैं। (ऐसा व्यवहार जल की लहरों में होता है जैसे कि वे प्रसारण करती हैं और नियमित अंतरालों पर एक दूसरे को समर्थित और निरस्त करती हैं।) विपरीत, पदार्थ रेखाएँ, वास्तव में, अंतरिक्ष में स्थानीय और बाधा के अशक्त होने के कारण, स्वभाव से कण-सम्मिश्र धर्म में मानी जाती थीं। हालांकि, सन् 1900 के प्रारंभिक दशक में, प्रमुख प्रयोग और उनके संबंधित सिद्धांतों ने दिखाया कि सभी प्रकार के रेडिएशन, उपयुक्त स्थितियों में, कण-सम्मिश्र और तरंग-सम्मिश्र दोनों प्रकार के व्यवहार प्रदर्शित कर सकते हैं। इसे तरंग–कण द्वैत के रूप में जाना जाता है और यह बड़े हिस्से में पदार्थ और रेडिएशन के आधुनिक क्वांटम सिद्धांत के लिए आधार प्रदान करता है। रेडिएशन की तरंग व्यवहार को अंतरिक्ष में उसके प्रसारण में दिखाया जाता है, जबकि कण व्यवहार को पदार्थ के साथ संवाद के स्वभाव द्वारा प्रकट किया जाता है। इसके कारण, ध्यान देना आवश्यक है कि उपयुक्त होने पर ही शब्दों का उपयोग किया जाए।

Electromagnetic rays and neutrinos

Visible light and the other components of the electromagnetic spectrum

सांख्यिकीय का सिद्धांत के अनुसार, प्रकाश की गति एक स्थिर मात्रा है जो उत्सर्जक, आवश्यक या एक अनुमानित स्वतंत्र दर्शक की गति पर निर्भर नहीं है, जो सभी तीन की सामान्य पलटी जैसे ध्वनि के विकर्णों की गतियों को प्रभावित करते हैं। एक विस्तृत परिभाषा में, प्रकाश शब्द विद्युत विकर्ण का एक अखंडता को समाविष्ट करता है। इसमें निम्नलिखित शामिल हैं: जिन लंबी विद्युत तरंगों को विज्ञानी जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने 1864 में पूर्वानुमानित किया और जर्मन भौतिक विज्ञानी हाइनरिच हर्ट्ज ने 1887 में खोजा (अब रेडियो तरंग कहलाते हैं); इन्फ्रारेड और अल्ट्रावायलेट रेडियेशन; जर्मनी के विल्हेल्म कॉन्राड रोंटगेन द्वारा 1895 में खोजे गए एक्स-रेज; जो कई विक्रमांकन-क्षैत्र प्रक्रियाओं के साथ संबद्ध गामा-रेडिएशन; और कुछ और ऊर्जाशील (अधिक ऊर्जा वाले) एक्स रे और गामा-रेडिएशन जो उल्ट्रा-उच्च-ऊर्जा मशीनों (जैसे वैन डी ग्राफ जेनरेटर, साइक्लोट्रॉन और उसके विविध प्रकारों, और लीनियर एक्सेलरेटर) के संचालन के साथ उत्पन्न होते हैं।

प्रकाश का व्यवहार प्राचीन दार्शनिकों को लगता है कि रुचिकर था, लेकिन उन्हें प्रयोग करने पर उत्तेजित नहीं किया, हालांकि सभी उन्हें दृश्य से प्रभावित किया गया था। प्रकाश पर पहले मायने वाले आदर्श अभ्यास अंग्रेजी भौतिक वैज्ञानिक और गणितज्ञ आइज़क न्यूटन ने (1666 में प्रारंभ किया), जिन्होंने (1) प्रिज्म द्वारा विभिन्न रंगों में बिकरी हुई सफेद प्रकाश को विपरीत व्यवस्थित प्रिज्म द्वारा फिर से सफेद प्रकाश में बदला जा सकता है, और (2) यह दिखाया कि एक प्रिज्म के विभिन्न रंगों से चयनित विभिन्न रंग की प्रकाश विभिन्न रंग के बीमों में अतिरिक्त बिकरी नहीं कर सकता है। न्यूटन ने अनुमान लगाया कि प्रकाश अपने स्वभाव में कॉर्पस्यूलर है, प्रत्येक रंग को एक अलग कण गति द्वारा प्रतिनिधित करता है,

एक गलत मान्यता। वैसे ही, प्रकाश के बाहर निकालने के लिए, कॉर्पस्यूलर सिद्धांत को समझने के लिए, दक्षिणी भूमि के तरक्षण के लिए, क्षैत्र सिद्धांत के विपरीत, जिसे डच वैज्ञानिक क्रिस्टियान हाइगन्स ने (उसी समय विकसित किया) विकसित किया, उसे कोर्प्यूलर सिद्धांत की विपरीतता की आवश्यकता थी कि प्रकाश कोर्प्यूल्स जोर से माध्यम में अधिक वेग से चलते हैं। तरंग विज्ञानी मैक्सवेल (1864) के विद्युतीय तथ्य और उसके संचारित अनुसंधानों ने हार्ट्स और रॉंटजेन की आवश्यकताओं को शामिल किया। जो मैक्सवेल ने अपने सिद्धांत में शामिल किए थे। जर्मन भौतिक विज ्ञानी मैक्स प्लांक ने विद्युतीय तथ्य के कुछ कठिनाइयों का सामना करने के लिए एक रोशनी का क्वांटम सिद्धांत प्रस्तावित किया, और 1905 में आइंस्टीन ने प्रस्तावित किया कि प्रकाश का संयोजन (बाद में फोटोन कहा गया) से बना होता है।

इस प्रकार, प्रयोग और सिद्धांत ने कणों (न्यूटन के) से लेकर तरंगों (हुय्गेन्स) तक के व्यवहार में ले आया (मैक्सवेल) जो कणों (आइंस्टीन) की तरह व्यवहार करते हैं, जिनकी प्रतीत गति को स्रोत या प्राप्तकर्ता की गति पर प्रभाव नहीं पड़ता है। इसके अलावा, 1922 में पाया गया कि छोटे तरंगलंब विद्युत विकिरण (उदाहरण के लिए, एक्स रे) में पारंगत रेडियो क्षैत्र (जैसे एक्स रे) कानूनी हैं जैसा कि कणों की उम्मीद की जा सकती है, जिसका भाग जो इलेक्ट्रॉन को जिनके साथ वह टकराते हैं, पहुँच सकता है (अर्थात, कॉम्पटन प्रभाव)।

न्यूट्रीनो और उल्टा न्यूट्रीनो

न्यूट्रीनो और उनके विरोधी कण इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेखाओं के समान प्रकार की विकिरण हैं, जो कि प्रकाश की गति में चलते हैं और उनमें थोड़ा या कोई भी शेष भार और शून्य आवेश होता है। वे भी उल्ट्रा-ऊर्जा के कण त्वरक और कुछ प्रकार के विकाराधिक गिरने से उत्पन्न होते हैं।

Matter rays

एक्स-रे और गैमा-रे की अपेक्षा में, कुछ ऊर्जा रेखाएँ प्रकाश की गति से कम यात्रा करती हैं। इनमें से कुछ को शुरुआत में उनकी कणात्मक प्रकृति के द्वारा पहचाना गया था और बाद में उन्हें तरंग रूप के साथ यात्री दिखाया गया। इस प्रकार की विकिरण का एक उदाहरण इलेक्ट्रॉन है, जिसे पहली बार 1897 में इंग्लैंडी भौतिक विज्ञानी जोसेफ जॉन थॉमसन द्वारा एक नकारात्मक आधारित कण के रूप में स्थापित किया गया था और बाद में रेडियोएक्टिव तत्वों द्वारा उत्सर्जित बीटा रेखाओं के घटक के रूप में साबित किया गया।

इलेक्ट्रॉन का स्थायी आयाम 1910 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी रॉबर्ट मिलिकन द्वारा एक निश्चित आयाम और इंग्लैंडी भौतिक विज्ञानी जॉर्ज पेजेट थॉमसन और अमेरिकी भौतिक विज्ञानी क्लिंटन जे. डेविसन और लेस्टर एच. गरमर (1927) द्वारा तरंग रूप के साथ ही धारात्मक चरित्र होने का प्रमाण मिला। उन इलेक्ट्रॉनों को विकिरण माना जाता है, जिनकी गति 108 सेंटीमीटर प्रति सेकंड से लेकर लगभग प्रकाश की गति तक होती है।

1932 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी कार्ल एंडरसन ने एक सकारात्मक आयामित इलेक्ट्रॉन की मौजूदगी का प्रदर्शन किया, जिसे एक पॉज़िट्रॉन कहा जाता है और जो पदार्थ के विरोधी कणों में से एक माना गया है। एक पॉज़िट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन के संघर्ष से एक अतिरिक्त उत्पाद उत्पन्न होता है जिसे पॉज़िट्रोनियम कहा जाता है, जो लगभग 10-7 सेकंड में दो गैमा रेखाओं में बिखर जाता है। जब इलेक्ट्रिक फील्ड में पर्याप्त गति से त्वरित किए जाते हैं, तो अन्य प्रकार के प्रक ाश के नाभिक कणों को भी तरंग रूपी गुण दिखाई देते हैं। सभी चार्ज युक्त पदार्थ रेखाएँ एक नकारात्मक या सकारात्मक इलेक्ट्रॉन के साथ बराबर आयाम रखती हैं या उस आयाम के किसी पूर्णांक गुणक के समान होती हैं।

न्यूट्रॉन भी एक पदार्थ रेखा है। यह कुछ विकिरण-विघटन प्रक्रियाओं और बिखेरन प्रक्रिया में उत्पन्न होता है, जिसमें एक नाभिक दो छोटे नाभिकों में विभाजित हो जाता है। न्यूट्रॉन फ्री अंतरिक्ष में 12 से 13 मिनट के अर्ध-जीवन के साथ विघटित होता है - अर्थात, किसी भी निर्दिष्ट संख्या के न्यूट्रॉनों में से 12-13 मिनट के भीतर आधे न्यूट्रॉन विघटित होते हैं, प्रत्येक एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन के साथ एक एंटीन्यूट्रीनो में (ऊपर देखें)। न्यूट्रॉन का भार हाइड्रोजन परमाणु के भार के लगभग समान होता है, लगभग 1,850 बार इलेक्ट्रॉन के भार का।

न्यूट्रॉन भी एक पदार्थ रेखा है। यह कुछ विकिरण-विघटन प्रक्रियाओं और बिखेरन प्रक्रिया में उत्पन्न होता है, जिसमें एक नाभिक दो छोटे नाभिकों में विभाजित हो जाता है। न्यूट्रॉन फ्री अंतरिक्ष में 12 से 13 मिनट के अर्ध-जीवन के साथ विघटित होता है - अर्थात, किसी भी निर्दिष्ट संख्या के न्यूट्रॉनों में से 12-13 मिनट के भीतर आधे न्यूट्रॉन विघटित होते हैं, प्रत्येक एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन के साथ एक एंटीन्यूट्रीनो में (ऊपर देखें)। न्यूट्रॉन का भार हाइड्रोजन परमाणु के भार के लगभग समान होता है, लगभग 1,850 बार इलेक्ट्रॉन के भार का।

एक और श्रेणी है, जिसे मेसॉन कहा जाता है, जो सकारात्मक और नकारात्मक (अर्थात, एक इलेक्ट्रॉन के जैसे ही भार) आते हैं, साथ ही इलेक्ट्रिकली न्यूट्रल होते हैं। मेसॉनों का भार हमेशा इलेक्ट्रॉनों के भार से अधिक होता है, और अधिकांश का प्रोटॉन के भार से कम होता है; कुछ का थोड़ा अधिक भार होता है। हालांकि सभी मेसॉन उच्च गति पर यात्रा करते समय पदार्थ रेखा के रूप में वर्गीकृत होते हैं, लेकिन वे इतने कम होते हैं कि उनके रासायनिक प्रभाव वर्तमान में अध्ययन नहीं किए जा रहे हैं। हालांकि, ये सभी एक निरंतर बरसात का हिस्सा हैं जिससे सभी पदार्थ निरंतर प्रभावित होते हैं, इसलिए, उनमें बहुतायत के प्रभाव हो सकते हैं, जैसे की बूढ़ापे और विकास के प्रक्रियाओं में योगदान।

पदार्थ की संरचना और गुणों की विशेषताएँ

बड़े पैमाने पर पदार्थ तबादला को गतिशीलता दिखाते हैं, जो किरणों के मुकाबले आराम में हो सकते हैं, लेकिन पदार्थ के अणुओं का गतिशीलता, जो उसके ताप पर आधारित है, शायद सैंकड़ों मीटर प्रति सेकेंड की गति में यात्रा के समान होता है। हालांकि, पदार्थ को सामान्यत: तीन रूपों में माना जाता है, ठोस, तरल, और गैस, लेकिन पदार्थ पर किरणों के प्रभाव की समीक्षा में, उसमें शीशे, दबा हुआ (कम दबाव) गैस, प्लाज्मा, और असाधारण उच्च घनत्व की स्थिति में पदार्थ के साथ किरणों के बाजारों की भी उल्लेख किया जाना चाहिए।

एक शीशा ठोस दिखता है लेकिन वास्तव में यह असाधारण उच्च चिपचिपाहट का तरल है, या ऐसे तरल और दरबंद माइक्रोक्रिस्टेलिन सामग्री का मिश्रण है, जो एक सच्चे ठोस के बर्फ़ीले बिंदु से काफी नीचे के तापमान पर आधारित बने हुए बनाए जाते हैं। कम दबाव वाली गैसें मुफ्त स्थान में मौजूद अवस्था द्वारा प्रतिनिधित की जाती हैं, जिसमें सबसे निकट पड़ोसी मोलेक्यूल, परमाणु, या आयों अक्षरद्वारा शायद सेंटीमीटर के रूप में दूर हो सकते हैं। प्लाज्मा, उल्टी चाल के रेगिस्तान में, उन विभिन्न प्रकार के पॉजिटिव नुक्लीआई और इलेक्ट्रॉन्स में विघटित होते हैं।

पदार्थ को विश्लेषण और समझने की क्षमता उन विवरणों पर निर्भर करती है जो देखे जा सकते हैं और एक महत्वपूर्ण अंश पर उपयोग किये जाने वाले उपकरणों पर। बड़े, या मैक्रोस्कॉपिक, पदार्थ को सीधे इंद्रियों द्वारा जितना की गई है, साधारण वैज्ञानिक उपकरणों जैसे कि माइक्रोस्कोप, टेलीस्कोप, और तारांकन के सहायता से चेतना में आता है। इसे इसके भार और, अधिकतर, इसकी वजन, चुंबकीय प्रभावों, और विभिन्न विकेन्द्रित तकनीकों द्वारा विशेषता दिया जा सकता है,

लेकिन सबसे सामान्य रूप से दृश्य या अदृश्य प्रकाश (अर्थात फोटोन) द्वारा प्रभावित होने वाले विद्युत घटनाओं द्वारा - जैसे कि यह इसे अवशोषित, परावर्तित, या उसकी देखी जा सकने वाली विशेषता द्वारा - चित्रित किया जा सकता है। ऊर्जा अवशोषण, जो हमेशा किसी प्रकार के उत्तेजन के साथ होता है,और ऊर्जा उत्सर्जन की विपरीत प्रक्रिया मोलेक्यूल और परमाणुओं के आधारीय और उच्च ऊर्जा स्तरों की अस्तित्व पर निर्भर करता है। एक सरलीकृत ऊर्जा स्तरों या स्तरों का प्रणाली चित्रित रूप में आधारित है

जो क्वांटम यांत्रिकी के नियमों द्वारा प्रत्येक परमाणु और आणविक प्रणाली के लिए सटीक रूप से निर्धारित किया गया है; ऊर्जा स्तरों के बीच की "अनुमति या स्वीकृत" परिवर्तन, जो ऊर्जा लाभ या हानि को शामिल कर सकते हैं, उनीहोंने प्रकृति के उसी नियमों द्वारा स्थापित किया जाता है। ऊर्जा स्तरों को उत्त ेजित करने की ऊर्जा की स्थिति से ऊर्जित किया जा सकता है या जिस उच्च स्तरों को ऊर्जित किया जाता है, उससे यदि परमाणु खुद को एक पासिट्रॉन, इलेक्ट्रॉन, अल्फा कण, या न्यूट्रॉन (और न्यूट्रिनो) या दो या दो से अधिक हल्के परमाणुओं के नाभिकों में रोमांचित किया जा सकता है। उत्पन्न परमाणु समान रूप से छोटे जीवन और अस्थायी हो सकते हैं, या वे अत्यंत दीर्घकालिक और काफी स्थिर हो सकते हैं।

The effects of radiation

प्रकाशन के प्रभाव धरातल पर अहम प्रक्रिया मानी जा सकती है। जब ब्रह्माण्ड के उपकरण उसके विकास के पहले चरण में ठंडा होने लगा, तो तारे, जैसे कि सूर्य, और ग्रह आए, और इसप्रकार जैसे हाइड्रोजन (H), ऑक्सीजन (O), नाइट्रोजन (N) और कार्बन (C) के तत्व सादे मोलेक्यूलों जैसे पानी (H2O), अमोनिया (NH3), और मेथेन (CH4) में मिल गए। बड़े हाइड्रोकार्बन, आल्कोहल, ऐल्डिहाइड, एसिड और अमीनो एसिड अंततः (1) पहले उत्तेजित बाह्य-उल्ट्रावायोलेट प्रकाश (तारंग लम्बाई 185 नैनोमीटर से कम) के कार्य का परिणाम बना, जबकि ऑक्सीजन वायुमंडल में दिखाई नहीं दे रहा था,

(2) अत्यंत आल्फा, बीटा, और गैमा विकिरणों के प्रवेशी कार्य का, और (3) बिजली की आवज़ जो आंतरिक और ताप गिरने पर पानी की बुंदें शुरू होने पर बिजली के तूफानों से उत्पन्न होती हैं। ये साधारण संयोजक परिसंघित हो गए और आखिरकार जीवित पदार्थ में विकसित हुए। कितना या क्या प्रमाण में, यदि है, विकिरणीय अपघट का जीवित पदार्थ के संश्लेषण में योगदान है, यह नहीं जाना जाता है, लेकिन इस विश्व के इतिहास के बहुत पहले काल में इस धरती पर उच्च-ऊर्जा विकिरण प्रभावों की घटना को कुछ खगोलिक रंगों के साथ रेकॉर्ड किया गया है,

जिन्हें परमाणु द्रव्य के तत्वों के छोटे संकेतों के बड़े व्यासों के द्वारा उत्पन्न किया गया, जो आल्फा कणों जैसे प्रवेशी उत्पादों को उत्पन्न करते हैं। इस तरह की पथ के समाप्तियों पर, इस प्रकार के रेडियोधर्मी विकिरणों के प्रभाव से केमिकल परिवर्तन होते हैं, जिन्हें द्वारा दार्क रिंग के रूप में माइक्रोस्कोपिक रूप से देखा जा सकता है। दार्क रिंगों के व्यासों और विभिन्न रेडियोधर्मी तत्वों से आल्फा कणों के ज्ञात प्रवेशी शक्तियों के बिंदु को स्पष्ट किया जा सकता है। कुछ मामलों में, आल्फा कणों के लिए उपायुक्त नहीं हो सकते थे; अन्य मामलों में, हैलोज के केन्द्रों में रहने व ाले प्राथमिक कण किसी भी वर्तमान में ज्ञात तत्वों के नहीं थे।

आसानी से अनुमान लगाया जा सकता है कि जगत के विकास में भाग लेने वाले कुछ तत्व प्रारंभिक रूप से मौजूद नहीं थे बल्कि वे उच्च-ऊर्जा बम्बार्डमेंट के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुए, कुछ ऐसे प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप गायब हो गए और जो बहुत सारी संघटनाओं के लिए आवश्यक हैं जो जीवों की जीवन प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक हैं, वे सभी तत्व उच्च-ऊर्जा विकिरण के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाले हैं। इसलिए, माना जाता है कि विकिरण ब्रह्मांड के विकास में मुख्य भूमिका निभाता है और यह अंततः केवल जीवन के अस्तित्व के लिए ही जिम्मेदार है बल्कि उसकी विविधता के लिए भी।

Radiation के साथ पदार्थ के संवेदनशीलता में शामिल मौलिक प्रक्रियाएँ के संक्षेपित रूप में स्पष्टीकरण में यह महत्वपूर्ण है।

The passage of electromagnetic rays

The field concept

इस विषय पर चर्चा करने के लिए कुछ आम शब्दों की प्रारंभिक परिभाषा की आवश्यकता होती है। प्रत्येक कण के चारों ओर, चाहे वह ठहरा हो या गति में हो, चाहे वह चार्ज़ या अचार्ज़ हो, विभिन्न प्रकार के संभावना क्षेत्र होते हैं। एक उदाहरण के रूप में, भौतिक क्षेत्र धरती के चारों ओर और वास्तव में हर भौतिक कण के चारों ओर मौजूद होता है जो इसके साथ चलता है। अंतरिक्ष के प्रत्येक बिंदु पर, कण के संबंध में क्षेत्र की दिशा होती है। किसी विशिष्ट कण के चारों ओर भौतिक कण के ग्रेविटेशनल फ़ील्ड की ताकत किसी विशिष्ट मान, m, पर किसी दूरी, r, पर ग्रेविटेशनल कॉन्स्टेंट, g, और m के गुणन के ब्याज में होती है, या gm/r2। यह क्षेत्र अंतरिक्ष में अनंत होता है,

जब वह कण साथ चलता है, और इसे प्रकाश की गति के साथ किसी दर्शक को प्रसारित किया जाता है। न्यूटन ने दिखाया कि एक समान गोलाकार वस्तु का भार केंद्र में संघटित हो सकता है और सभी दूरियां इससे मापी जा सकती हैं। उसी तरह, विद्युत क्षेत्र विद्युत चार्ज के चारों ओर मौजूद होते हैं और उनके साथ चलते हैं। माग्नेटिक क्षेत्र चार्ज के गति में होते हैं और सभी संबंधित विद्युत क्षेत्र के साथ परिवर्तनों के साथ बदलते हैं, जिसमें खाली अंतरिक्ष में माग्नेटिक क्षेत्र किसी बिंदु पर विद्युत क्षेत्र के लगभग लंबकार होता है। किसी भी नियमित उत्तेजन का समय-आधारित होता है, जैसे कि किसी भी क्षेत्र की ताकत में परिवर्तन।

समय-आधारित विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र एक साथ होते हैं; वे साथ में उन्हें व्यापारिक तौर पर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों के रूप में प्रसारित किया जाता हैं। एक माना जाता है कि समान्य मुक्त अंतरिक्ष में (अन्य किसी भी क्षेत्र या बलों के अभाव में, वस्तु से रहित, और, इसलिए, वास्तव में किसी भी प्रवेश, सीमाओं या सीमाओं के अभाव में), ऐसे तरंग चलते हैं जो स्वामित्व विद्युत के रूप में गति के साथ प्रसारित होते हैं—जिसे इलेक्ट्रोमैग्नेटिक मोड कहा जाता है—एक में जिसमें विद्युत क्षेत्र, चुंबकीय क्षेत्र, और तरंग के प्रसारण की दिशा एक-दूसरे के लिए लगभग लंबकार होती हैं। वे एक दाहिने-हाथ कूड़ाने सिस्टम का निर्माण करते हैं;

अर्थात, दाहिने हाथ के अंगूठे और पहले दो उंगलियां एक-दूसरे के लंबकार होती हैं, अंगूठा विद्युत क्षेत्र की दिशा में होता है, तर्जनी में चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में, और मध्य उंगली प्रसारण की दिशा में। उपयुक्त भौतिक साधनों (सीमित अंतरिक्ष) द्वारा अंतरिक्ष पर सीमा लगाई जा सकती है, या माध्य अंतरिक्ष कुछ अन्य हो सकता है (सामग्री का माध्यम)। दोनों मामलों में, अन्य बल और अन्य क्षेत्र चित्र में आते हैं, और तरंग का प्रसारण केवल इलेक्ट्रोमैग्नेटिक मोड में होता नहीं है। इलेक्ट्रिक या चुंबकीय क्षेत्र (आर्बिट्रेटरी चयन का एक मामला) को प्रसारण की दिशा के साथ समान तरंगी घटक माना जा सकता है। यह ही पर िलक्षित घटक उन तरंगों के ऊर्जा को कम करने के लिए जिम्मेदार है जब वे प्रसारित होते हैं।

Frequency range

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंग एक विशाल फ्रीक्वेंसी (प्रति सेकंड की हिलानों की संख्या) की विस्तारपूर्ण श्रेणी को आवरित करते हैं, जिसमें से केवल एक छोटा हिस्सा दृश्य क्षेत्र में आता है। वास्तव में, संविदान की संविदा के अनुसार, आवश्यकता के संदर्भ में फ्रीक्वेंसी के निचले या ऊपरी सीमाएँ मौजूद हैं, केवल वर्तमान के उपकरणों के उपयोगिता के संदर्भ में निर्धारित किया जा सकता है। चित्र 2 में अपेक्षित सामान्य शब्दावली को दिखाता है जो विभिन्न फ्रीक्वेंसी या तरंगदैर्य के इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों के लिए प्रयुक्त की जाती है।

साधारणत: वैज्ञानिक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों को बढ़ते क्रम में तरंगों, तरंगों और कणों द्वारा निर्दिष्ट करते हैं जो उनकी फ्रीक्वेंसी सीमाओं से संबंधित होते हैं। चित्र में पारंपरिक रूप से, क्लासिकल (अर्थात, गैरक्वांटम) उत्पत्ति की भिन्नताएँ दिखाई गई हैं; क्वांटम सिद्धांत में ऐसी कोई भी आवश्यकता नहीं होती है। ये विभाजन, हालांकि, सामान्य उपयोग के लिए संरक्षित हैं। तरंग शब्द एक स्थिति में उपयोग किया जाता है जिसमें इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों की तदनुरूपता प्रायोगिक सेटअप के भौतिक आकार से बड़ी होती है। तरंग नामांकन के लिए, तरंगदैर्य अथवा इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा कम होती है। कण वर्णन उपयोगी होता है जब तरंगदैर्य छोटी होती है और फोटॉन की ऊर्जा उच्च होती है।

प्रकाश की गुणधर्मों की चर्चा करने के लिए, सरल रूप से एक कुछ आम शब्दों की पूर्वक परिभाषा की आवश्यकता है। प्रत्येक कण के आस-पास, चाहे वह आराम में हो या गति में हो, चाहे वह आवेशित हो या अपावेशित हो, विभिन्न प्रकार के संभावित क्षेत्र होते हैं। एक उदाहरण के रूप में, भूमि के चारों ओर गुरुत्वाकर्षणीय क्षेत्र होता है और वास्तव में यहाँ भूमि के हर एक अणु के चारों ओर एक दिशा में होता है। किसी विशेष ध्रुवीय अणु के आस-पास किसी निश्चित दूरी पर, r, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की शक्ति g, विश्व गुरुत्वाकर्षण संचाली, m, और r के वर्ग के अवयव, या gm/r^2, द्वारा दी जाती है।

यह क्षेत्र अंतत: अंतरिक्ष में बिना किसी अन्य क्षेत्र या बलों के प्रवेश के साथ, वस्तु के अभाव में और, इस तरह, वास्तव में किसी भी प्रवेश, विभाजन, या सीमाओं के साथ। न्यूटन ने दिखाया कि समान घनात्मक गोलीय वस्तु का भार केंद्र में संकलित किया जा सकता है और उसकी सभी दूरियां इसी से मापी जा सकती हैं। समान रूप से, विद्युत क्षेत्र विद्युत धाराओं के चारों ओर होते हैं और उनके साथ चलते हैं। इलेक्ट्रिक धाराओं के साथ विद्युत धाराएँ स्वतः उत्पन्न होती हैं और किसी भी परिवर्तन के साथ उनकी बाज़ी स्थिर होती है, जिसमें किसी भी साथी विद्युत क्षेत्र के समानांतर होता है। किसी नियमित ओत लहर या समय-विपरीत, जिसे किसी भी समय की बदलती शक्ति के रूप में वर्णित किया जा सकता है, समय-विपरीत होती है।

प्रकाश की साधारण गुणधर्म, जैसे कि सीधी-रेखा प्रसारण, परावर्तन और भाव में परावर्तन (बेंडिंग) दो माध्यों के बीच सीमा या इंटरफेस पर, और दर्पणों या लेंसों द्वारा छवि बनाने, इस तत्व की प्रकृति के बिना प्रकाश के प्रसारण को समझा जा सकता है।

यह अध्ययन मुख्यत: ज्यामितीय ऑप्टिक्स है। दूसरी ओर, प्रकाश की असाधारण गुणधर्म इसकी प्रकृति के संबंध में प्रश्नों के उत्तरों की आवश्यकता है (भौतिक ऑप्टिक्स)। इस प्रकार, बेतर्तीबता, विफलन, और ध्रुवीकरण तरंगीता के विषय तरंग की पहलू से संबंधित हैं, जबकि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, कॉम्प्टन स्कैटरिंग, और पेयर उत्पादन प्रकाश के कण पहलू से संबंधित हैं। जैसा कि ऊपर दर्शाया गया है, प्रकाश की द्वैत चरित्र है। प्रकाश और पदार्थ की प्रकृति में द्वैतता के कारण ही क्वांटम सिद्धांत में ले गया।

Wave aspects of light

सामान्य रूप में, विकिरण पदार्थ के साथ परस्परक्रिया करता है; यह केवल कार्य करता नहीं है न ही बस केवल कार्य किया जाता है। विकिरण के पदार्थ पर क्या प्रभाव होता है, इसकी समझ के लिए विकिरण को पदार्थ पर क्या प्रभाव होता है, उसका सम्मान भी आवश्यक है। जब एक प्रकाश की किरण दो माध्यों को अलग करती है (जैसे, हवा और कांच), तो यह आंशिक रूप से प्रतिबिंबित (मूल माध्यम में वापस लौटा दी जाती है) और आंशिक रूप से अवरोहित (दूसरे माध्यम में प्रेषित) होती है। प्रतिबिंबन और अवरोहण के नियम बताते हैं कि सभी किरण (प्रतिबिम्बित, आपत्तिकृत, और अवरोहित) और पटल (अनुप्रस्थ) समान तल में स्थित होते हैं,

जिसे प्रतिबिम्ब तल कहा जाता है। प्रतिबिम्बन और प्रतिबिंबित दोनों कोण समान होते हैं; किसी भी दो माध्यों के लिए प्रतिबिंबन और अवरोहण के कोनों की साइन का एक स्थायी अनुप्रस्थ अनुपात होता है, जिसे सापेक्ष अवरोही सूचकांक कहा जाता है। ये सभी संबंध एलेक्ट्रोमैग्नेटिक थ्योरी ऑफ मैक्सवेल के आधार पर निर्धारित किए जा सकते हैं, जो प्रकाश के सबसे महत्वपूर्ण तरंग सिद्धांत का गठन करता है। हालांकि, इन नियमों को सिद्ध करने के लिए इलेक्ट्रोमैग्नेटिक थ्योरी की आवश्यकता नहीं है।

Double refraction

डबल परभ्रांति में, प्रकाश एक क्रिस्टल में प्रवेश करता है जिसकी ऑप्टिकल गुणधर्म दो या दो से अधिक क्रिस्टल धुरियों के साथ भिन्न होती हैं। यह क्या देखा जाता है, यह प्रवेशक के फेस के साथ किरण के कोण पर निर्भर करता है। डबल परभ्रांति को 1669 में एरासमस बार्थोलिन ने आइसलैंड स्पार क्रिस्टल के संग विचारशीलता में पहली बार देखा और 1690 में ह्यूगेंस ने इसे स्पष्ट किया।

यदि प्रकाश की एक किरण को सीधे एक आइसलैंड स्पार क्रिस्टल के एक फेस के साथ दर्शाया जाता है, तो यह उस क्रिस्टल में एक ही किरण के रूप में बनी रहती है जो फेस के लिए अनुरूप है और एक उलटा परलेल फेस के माध्यम से एक ही किरण के रूप में निकलती है। हालांकि, यदि निकासने का फेस किरण के साथ सीधे नहीं होता है, तो बहुत अक्ष, सामान्य और असाधारण किरणों में विभाजित किया जाता है, और वे आमतौर पर अलग-अलग गतिजीवन होते हैं।

स्पष्ट रूप से, किसी भी किरण जो एक आइसलैंड स्पार क्रिस्टल में फेस के साथ सीधे प्रवेश करता है और फिर एक अन्य फेस के साथ सीधे निकलता है, बदली चरित्र में होता है - हालांकि बाह्य रूप से यह बदला हुआ नहीं लगता है। इसकी विविधताओं और उसके विद्युत घटकों (अर्थात्, उनके फेज शिफ्ट) की अपेक्षानुसार विस्तारित होने पर, किरण को या तो अलिप्टिक रूप में या वृत्ताकार रूप में वर्णित किया जाता है। अंय तरीकों के माध्यम से अंशदारित, समतल अंशदारित, और अलिप्टिक (साथ ही वृत्ताकार) धर्मिक किरणों का उत्पादन किया जा सकता है, लेकिन ये उदाहरण तथ्यों को पर्याप्त रूप से प्रकट करते हैं।

विद्युत अलवेक्टर (सामान्यत: इलेक्ट्रिक वेक्टर, एक मात्रा जो इलेक्ट्रिक फ़ील्ड की मात्रा और दिशा का प्रतिनिधित्व करती है) के स्थान-काल संबंध के साथ विद्युत तरंग के ध्रुवीयकता को गणितीय रूप से प्रकट किया जा सकता है जैसा कि तरंग यात्रा करता है। यदि फ़ील्ड वेक्टर एक स्थिर दिशा बनाए रखता है, तो कहा जाता है कि तरंग समतल-ध्रुवीकृत है, ध्रुवीकृतता का समतल उसे शामिल करता है जो फैलाव दिशा और इलेक्ट्रिक वेक्टर को सम्मिलित करता है। अलिप्टिक ध्रुवीकरण के मामले में, फील्ड वेक्टर तरंग आगे बढ़ते हुए एक समतल में दीर्घाकृति उत्पन्न करता है। वृत्तीय ध्रुवीकरण वह विशेष मामला है जिसमें उपरोक्त वृत्तीयकृत वर्णन को एक वृत्त में परिणत किया जाता है।

वृत्ताकार ध्रुवीकृत प्रकाश उत्पन्न करने का एक सरल तरीका है चिकने क्रिस्टल के माध्यम से प्रकाश का सीधा पारगमन, जैसे कि, माइका। माइका के नमूना को ऐसा चयनित किया जाता है कि सामान्य और असाधारण किरणों के लिए मार्ग अंतर एक-चौथाई सिंहावलों के तार की लम्बाई का एक चौथाई होता है। ऐसा क्रिस्टल एक चौथाई-वेव प्लेट के रूप में जाना जाता है, और यहाँ पर्याप्त रूप से वृत्ताकार ध्रुवीकृतता की वास्तविकता को दिखाया जाता है, कि, जब क्वाटर-वेव प्लेट उपयुक्त रूप से बिछाई जाती है और प्रकाशित किया जाता है, तो इस पर एक छोटा-सा टॉर्क (यानी, ट्विस्टिंग बल) को किया जाता है। इस प्रकार, क्रिस्टल का प्रकाश पर क्रिया है तरंग को ध्रुवीकृत करना; प्रकाश पर क्रिस्टल का संबंधित क्रियान्वयन यह है कि इसके ध्रुवीकरण को एक धुर के चारों ओर टॉर्क उत्पन्न करता है।

वर्तमान प्रकार के रोशनी की तीव्रता को प्रास्तविक रोशनी की तीव्रता के साथ तुलना करने का अनुपात कहलाता है। इस गणितीय माप का अधीन होना अप्रत्येकता और परावर्तन के कोनों पर निर्भर करता है, या अप्रत्येकता सूचकांक पर, और पोलाराइज़ेशन की प्रकृति पर भी। प्रकार के किसी भी कोण पर प्रकार की तीव्रता का अधीन होने का प्रमाण दिखाया जा सकता है कि तीव्रता प्रास्ताव के समतल के अप्रत्येकता के लिए अप्रत्येकता से अधिक है। इस परिणाम के कारण, यदि अप्रत्येक्त प्रकार की रोशनी दो मीडिया को विभाजित करने वाली एक समतल सतह पर प्रास्तविक होती है,

तो विचलित रोशनी अंशदार प्रास्ताव के समतल के अप्रत्येकता में आंशिक रूप से पोलाराइज़ की जाएगी, और प्रतिफलित रोशनी को समतल के प्रास्ताव में आंशिक रूप से पोलाराइज़ किया जाएगा। एक अप्रत्येक्त अंगल का असाधारण मामला है, जो ऐसा है कि प्रास्ताव और प्रतिफलित के कोनों का योग 90° होता है। जब ऐसा होता है,

तो समतल के अप्रत्येक्त प्रकार के लिए प्रतिफलितता अनुप्रास्ताव समतल के अप्रत्येक्त में शून्य होता है। इस तरह, अप्रत्येक्त कोण पर, प्रतिफलित रोशनी पूरी तरह से समतल के प्रास्ताव के अप्रत्येक्त में पोलाराइज़ किया जाता है। एक एयर-कांच इंटरफेस पर, ब्रुस्टर कोण का अधिकतम कोण लगभग 56° होता है, जिसमें समतल के लिए प्रतिफलितता का अनुप्रास्ताव 14 प्रतिशत है। अन्य अत्यंत महत्वपूर्ण कोण अप्रत्येक्त के लिए आपात अप्रत्येक्त कोण है जब प्रकाश घन माध्यम से अधिक आपात एक सूक्ष्मता को पार करता है। यह वह कोण है जिसके लिए प्रत िफलन का कोण 90° होता है (इस मामले में प्रतिफलन का कोण प्रास्ताव के कोण से अधिक होता है)। आपात कोण से अधिक आपात कोण के लिए कोई अप्रत्येक्त कोण नहीं होता है; प्रकाश पूर्ण रूप से आंतरिक रूप से प्रतिफलित होता है। कांच-हवा अंतर्फल के लिए आपात कोण का मूल्य 41°48′ है।

Dispersion

फ्रीक्वेंसी के साथ प्रतिफलन सूचकांक की परिवर्तनता को प्रसार कहा जाता है। यही एक गुण है जो एक प्रिज्म को व्हाइट लाइट का रंग वियोजन, या विस्तार, पर प्रभाव डालता है। एक सूत्र जो प्रतिफलन सूचकांक को फ्रीक्वेंसी के साथ जोड़ता है, उसे विस्तार सम्बंध कहा जाता है। दृश्यमान प्रकाश के लिए प्रतिफलन सूचकांक फ्रीक्वेंसी के साथ थोड़ी सी बढ़ता है, जिसे सामान्य विस्तार के रूप में कहा जाता है। प्रतिफलन की डिग्री निर्भर करती है। ग्लास प्रिज्म द्वारा लाल प्रकाश पर बेंधन का विस्तार इसलिए सामान्य विस्तार का परिणाम है। हालांकि, यदि प्राकृतिक इलेक्ट्रॉन फ्रीक्वेंसी के पास वाली रोशनी के साथ प्रयोग किया जाता है,

तो कुछ अजीब असर दिखाई देते हैं। जब अप्रत्याशित प्रकार से विकर्ण तारंग के अंधेरे तारंग की चाल बढ़ जाती है, उदाहरण के लिए, प्रतिफलन सूचकांक एक यूनिटी (1) से कम हो जाता है और फ्रीक्वेंसी बढ़ने पर घटता है; अंतिम घटना को अनौपचारिक विस्तार कहा जाता है। एक यूनिटी से कम प्रतिफलन सूचकांक सही तरीके से उन्हीं को दर्शाता है कि उस फ्रीक्वेंसी पर माध्यम में रोशनी की गति वाक्यूम में रोशनी की गति से अधिक है। उस गति को संदर्भित किया जाता है,

हालांकि, फेज गति या साइन-तरंग चोटियों को प्रसारित करने की गति हमेशा वाक्यूम में रोशनी की गति से कम होती है। इसलिए, सापेक्षता सिद्धांत का उल्लंघन नहीं होता है। एक उदाहरण चित्रित किया गया है, जिसमें एक प्रकाश स्रोत प्रारंभ में A की दिशा में होता है। स्रोत इस प्रकार घूमता है कि प्रकाश छवि की गति D से E की दिशा में v के लगभग सी के साथ बढ़ती है। इस प्रकार, छवि A से B की दिशा में जिस गति से बढ़ती है, वह सी से अधिक होती है, लेकिन सापेक्षता सिद्धांत का उल्लंघन नहीं होता है क्योंकि पदार्थ या ऊर्जा के प्रसार की गति प्रकाश की गति से अधिक नहीं होती है।

Electromagnetic waves and atomic structure Quantum concepts

क्वांटम मैकेनिक्स में "अनुमति स्थितियाँ" जैसे धारणाओं शामिल हैं - अर्थात्, ऊर्जा संबंध की स्थिर स्थितियाँ जो कि इसके नियमों द्वारा सटीक रूप से निर्दिष्ट होती हैं। चित्र 1 में दिखाए गए ऊर्जा स्थितियाँ उस प्रकार की हैं। ऐसी स्थिति के बीच का संक्रमण केवल उस निर्धारित मात्रा की ऊर्जा की उपलब्धता (जैसे कि विकिरण के रूप में) पर ही निर्भर करता है बल्कि ऐसे संक्रमण की क्वांटम मैकेनिकल संभावना पर भी। उस संभावना, ऑसिलेटर संख्या के बदलाव के साथ एक ऐसे संक्रमण की, जो दो स्थितियों के बीच होता है (जो क्वांटम मैकेनिकल शब्दों में वर्णित होते हैं), अनुमति होने की डिग्री को शामिल करता है।

एक आलेखन के रूप में चित्र 1 में अनुमति होने वाले संक्रमण के रूप में, केवल इलेक्ट्रॉनिक विक्रिया के उन संक्रमणों की अनुमति है जिनमें इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजन के बदलने के साथ एक वाइब्रेशनल क्वांटम संख्या का परिवर्तन प्लस या माइनस वन या शून्य होता है, केवल शून्य से शून्य (शून्य से शून्य) परिवर्तन की अनुमति नहीं है। सभी इलेक्ट्रॉनिक स्थितियों में वाइब्रेशनल और घूर्णन स्तर शामिल होते हैं, इसलिए किसी विशेष इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण की संभावना में स्पष्ट रूप से सभी वाइब्रेशनल और घूर्णन स्थितियों के बीच संक्रमण की संभावनाओं को शामिल किया जाता है जो कि संभावित हो सकती हैं।

बिना संग्रहीत एक मोलेक्यूल (बहुपात्तीय संरचना) के लिए उपलब्ध ऊर्जा स्थितियों का एक सरल चित्रण है - और चुनाव नियम इस तरह के मामलों में अधिक विशेष होते हैं। ये चयन नियम वैज्ञानिकों द्वारा खोज की प्रक्रिया में काम में लाए जाते हैं; प्रयास यह है कि इन्हें तथ्यों के आधार पर सिद्धांत के सामान्य नियमों के आधार पर अनुप्रयुक्त नियमों को कहा जा सके।

Absorption and emission

पदार्थ के माध्यम में गुजरते समय, प्रकाश की अधिकता दूरी के साथ गतिमान रूप से घटती है; प्रभाव में, बराबर प्रवेश की दूरियों के लिए यहां टुकड़ा हानि होता है। प्रकाश से ऊर्जा का हानि माध्यम में ऊर्जा के रूप में जोड़ी जाती है, या जिसे अवशोषण के रूप में जाना जाता है। एक माध्यम किसी विमान के षड्यंत्र में कमजोर अवशोषण कर सकता है और एक अन्य स्थान पर मजबूत अवशोषण कर सकता है। यदि कोई माध्यम कमजोर अवशोषण कर रहा है, तो इसकी छिद्रण और अवशोषण को प्रकाश के प्रवेश या प्रसारित प्रकाश की अधिकता से सीधे मापा जा सकता है। अन्यत्र, यदि यह मजबूत अवशोषण कर रहा है,

तो प्रकाश ने यहां कुछ ही लंबी अवधि में तक नहीं बचाई है। तब छिद्रित या प्रसारित प्रकाश इतना कमजोर होता है कि मापन मुश्किल होती है। इसके बावजूद, इस प्रकार के मामलों में अवशोषण और छिद्रण को अभ्यस्त बस रही हो जा सकता है। यह प्रक्रिया संभव है क्योंकि प्रतिबिंबित प्रकाश की अधिकता का एक अभिकलन है जो अवशोषण और छिद्रण से योगदान को गणितात्मक रूप से अलग करता है। दूर अतिउत्तम विकिरण में यह अवशोषण का अध्ययन करने का केवल व्यावहारिक तरीका है, एक अध्ययन जो संकुचित सामग्री में इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तरों और समूहीय ऊर्जा हानियों के बारे में मूल्यवान जानकारी उजागर करता है।

वस्तु पर विकिरण के रासायनिक प्रभावों के प्रयोगात्मक अध्ययन को उच्च प्रतिफल और बहुत छोटे अवधि के रेखांकन का उपयोग करके महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाया जा सकता है। ऐसे अध्ययनों को लेजर के प्रयोग से संभव बनाया जाता है, एक प्रकार की प्रकाश स्रोत, जिसे अमेरिकी भौतिकशास्त्री आर्थर एल। शावलो और चार्ल्स एच। टाउन्स द्वारा विकसित किया गया था (1958)। यह प्रकाशिकी से एक से एप्लिकेशन का अनुप्रयोग करके।

आइंस्टीन ने सुझाव दिया (विस्तृत संतुलन या सूक्ष्म उलटाव के सिद्धांत के आधार पर) कि, जिस प्रकार मोलेक्युलर प्रणाली द्वारा एक प्रकाश क्षेत्र में अवशोषित प्रकाश की मात्रा प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर करनी चाहिए, वैसे ही उसी प्रणाली के उत्तेजित स्थितियों से प्रकाश की मात्रा भी ऐसी ही निर्भरता दिखानी चाहिए। इस सूक्ष्म उलटाव के महत्वपूर्ण विचार में, विकिरण के भौतिक प्रभावों की एक अत्यंत चित्रित उदाहरण देखा जा सकता है।

किसी भी परिस्थिति में, भूमि स्थिति में अवशोषण की संभावना को वहाँ के अणु (या परमाणु), Ni, में उत्पन्न स्थिति i से स्थिति j की अवशोषण की संभावना, Bij, और वहाँ की प्रकार के अनुसार प्रकाश तीव्रता, I(ν), के साथ गुणा किया जाता है, जिसे यूनानी अक्षर न्यू, ν से प्रतिनिधित किया जाता है; अर्थात, Ni Bij I(ν)। ऊर्जित स्थिति से भूमि स्थिति में प्रकाश उत्सर्जन स्थिति के अणु (या परमाणु) की संख्या, Nj, ऊर्जित रूप से उत्सर्जन की संभावना, Aji, गुणा किया जाता है, जो भूमि स्थिति के लिए स्वेच्छापूर्ण उत्सर्जन के साथ अतिरिक्त प्रेरित उत्सर्जन शब्द, Nj Bji I(ν), में होता है, जिसमें Bji एक शब्द है जिसे आइंस्टीन ने Bij के बराबर दिखाया और जो इस तरह के प्रेरित उत्सर्जन की संभावना से संबंधित होता है, ताकि किसी स्थिर-स्थिति स्थिति में सामान्य मामले में (जिसमें प्रकाश अवशोषण और उत्सर्जन बराबर दरों से हो रहा है):

एक क्वांटम मैकेनिकल प्रकृति के एक अच्छी तरह से विकसित संबंध (जो यहाँ प्रस्तुत नहीं किया गया है) आजी और बीज के बीच होता है। सामान्यत: प्रकाश की तीव्रता, I(ν), इतनी कम होती है कि दाईं ओर का दूसरा शब्द नजरअंदाज किया जा सकता है। हालांकि, पर्याप्त उच्च प्रकाश तीव्रता पर, वह शब्द महत्वपूर्ण हो सकता है। वास्तव में, अगर प्रकाश की तीव्रता उच्च हो, जैसे लेजर में, तो प्रेरित उत्सर्जन की संभावना आसानी से स्वेच्छापूर्ण उत्सर्जन की संभावना से अधिक हो सकती है।

प्रकृतिगत प्रकाश का स्वेच्छापूर्ण उत्सर्जन दिशा और चरम में अव्यवस्थित होता है। उत्सर्जित उत्सर्जन का दिशा और धारण का दिशा और चरम वही होता है जैसा कि प्रवेशित प्रकाश का होता है। यदि किसी तरीके से ऊपरी स्तर में निचले स्तर की तुलना में अधिक जनसंख्या बनाई जाती है, तो उचित फ्रीक्वेंसी के प्रवेशित प्रकाश के प्रेरण में, पथ लंबाई के साथ प्रकाश की तीव्रता वास्तव में बढ़ जाती है प्रावहन, यदि स्तिमित उत्सर्जन स्वरोचित कर निर्वातन और छिद्रण के लिए पर्याप्त हो। ऐसा स्तिमित उत्सर्जन लेजर प्रकाश की आधार है। हालांकि, रूबी या हीलियम-नीयॉन जैसे व्यावहारिक लेजर तीन-स्तरीय सिद्धांत पर काम करते हैं।

Particle aspects of light

एक परमाणु (या अणु) से एक कक्षीय इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा को उसकी बाँधनीय ऊर्जा कहा जाता है। जब किसी परमाणु या ठोस पर न्यूनतम बाँधनीय ऊर्जा से अधिक फोटन ऊर्जा का प्रभाव पड़ता है, तो इसका कुछ या पूरा हिस्सा फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, कॉम्प्टन प्रभाव या युग्म उत्पादन के माध्यम से परिवर्तित हो सकता है—फोटन ऊर्जा के वृद्धि के साथ सहभागीता के समानानुपात में। कॉम्प्टन प्रभाव में, फोटन एक इलेक्ट्रॉन से टकराया जाता है,

जिससे एक लंबी तरंगलंबाई बनती है, जिससे इलेक्ट्रॉन को शेष ऊर्जा प्रदान की जाती है। दूसरे दो मामलों में, फोटन पूरी तरह से अवशोषित या नष्ट हो जाता है। युग्म उत्पादन घटना में, फोटन के पास एक परमाणु के निकट गुज़रते समय एक इलेक्ट्रॉन-पॉजिट्रॉन युग्म बनाया जाता है। इस प्रक्रिया के लिए एक न्यूनतम ऊर्जा (1,020,000 इलेक्ट्रॉन वोल्ट [eV]) की आवश्यकता है क्योंकि आराम स्थिति में इलेक्ट्रॉन-पॉजिट्रॉन युग्म की ऊर्जा—कुल भार, 2m, के गुणा गति के बराबर (2mc2)—प्रदान की जानी चाहिए। यदि फोटन की ऊर्जा (hν) शेष मास से अधिक है, तो अंतर (hν - 2mc2), जिसे शेष ऊर्जा कहा जाता है, इसके किनेटिक ऊर्जा के बीच वितरित किया जाता है जिसमें केवल एक छोटा हिस्सा परमाणुकी झटके को जाता है।

The photoelectric effect

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव विद्युत अन्तरिक्ष की विकिरण के अवशोषण के कारण होता है और यह एक ठोस (या तरल) परत (सामान्यत: एक धातु) की सतह से इलेक्ट्रॉन निकास का बनना है, जो सामान्यत: एक धातु होती है, हालांकि गैस के मामले में, शब्द फोटोआयनीकरण अधिक सामान्य है, हालांकि इन प्रक्रियाओं के बीच मूलभूत अंतर बहुत कम होता है। सतह पर अड़े गैस और वैक्यूम में निकासित इलेक्ट्रॉन के ऊर्जा के हानिकारक प्रक्रियाओं के साथ संबंधित प्रायोगिक कठिनाइयों के बावजूद, प्रारंभिक प्रयोगकर्ताओं ने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के दो महत्वपूर्ण विशेषताओं को स्थापित किया।

इनमें शामिल हैं: (1) हालांकि फोटोइलेक्ट्रिक धारा (अर्थात फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या) प्रवेश उत्तेजन की तेजी के अनुपात में होती है, परन्तु व्यक्तिगत फोटोइलेक्ट्रॉन की ऊर्जा चमक की तेजी से स्वतंत्र होती है; और (2) निकासित इलेक्ट्रॉन की अधिकतम ऊर्जा लगभग प्रकार के विकिरण के अनुपात में होती है। इन अवलोकनों को तरंग सिद्धांत के परिभाषा में समझाना संभव नहीं है। आइंस्टीन ने यह तथ्यों को समझाया कि प्रकाश ऊर्जा के अपवर्तन में प्रकाश की अणुओं द्वारा एक के बाद एक होता है। इस आणविक मिट्टी के काम करने से पहले ग्रहण किए जाने वाले न्यूनतम ऊर्जा का एक चिन्ह, जिसे ग्रीक अक्षर psi, ψ, से प्रतीत किया जाता है,

की आवश्यकता होती है। जब ऊर्जा का क्वांटम न्यूनतम काम से अधिक होत ा है, तो फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन एक संभावना होती है जिसकी अधिकतम ऊर्जा, ग्रीक अक्षर ईप्सिलॉन, ε, के रूप में, फोटोइलेक्ट्रॉन (εmax) आइंस्टीन की फोटोइलेक्ट्रिक समीकरण के अनुसार फोटन ऊर्जा और काम के अंतर के बराबर होती है; अर्थात, εmax = hν - ψ। आइंस्टीन का व्याख्यान विकिरण के आणविक सिद्धांत के लिए मजबूत समर्थन दिया। प्रारंभिक प्रयोगों ने ऊपरी सीमा और भी साबित किया कि फोटों का एक क्वांटम को प्राप्त करने और इलेक्ट्रॉन को निकालने के बीच एक अमाप्त छोटे समय का विलम्ब होता है। यह अंतिम विवरण क्षैतिजिक अंतराक्रिया का स्पष्ट संकेत है।

अधिकांश ठोसों के काम का और निकासन ऊर्जा के सटीक और विश्वसनीय मूल्य अब उपलब्ध हैं; इस प्रकार के डेटा के विकास के प्रमुख बाधाएं स्वच्छ सतहों की तैयारी और इलेक्ट्रॉन के वैक्यूम में प्रवेश में ऊर्जा का हानि थे। फोटोइलेक्ट्रिक अंकुरण आवृत्ति, यूनानी अक्षर न्यू के उपसर्ग के साथ प्रतीकित किया गया, ν0, वह आवृत्ति है जिस पर प्रभाव मात्र संभव होता है; यह कार्य का योग्यता प्रतिका होती है। इसे न्यू की विभाजन (ν0 = ψ/h) से दिया जाता है।

फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन, जिसे फोटोइलेक्ट्रों की संख्या को प्रवेश करने वाले फोटों की संख्या से विभाजित किया जाता है, प्रक्रिया की दक्षता का माप है। फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन की आरंभिक मान (न्यू) के साथ शून्य मूल्य से शुरू होती है, लगभग दोगुने आवृत्ति पर अधिकतम मूल्य (लगभग 1/1,000) तक पहुंचती है, और आगे बढ़ाते समय फिर से गिर जाती है। कुछ असामान्य अलॉय सामान्य से 100 गुना अधिक उत्सर्जन प्रदर्शित करते हैं (अर्थात लगभग 0.1)। सामान्यत: यील्ड विकिरण की ध्रुवीकरण और प्रक्रिया के कोण पर भी निर्भर करती है। समानांतर ध्रुवीकरण (अधिकतम प्रकार का प्रकाश) उन्नत उत्सर्जन देता है जो पर्खनिय संविधान में परिप्रेक्ष्य प्रकाश की तुलना में 10 गुना तक होता है।

Cross section and Compton scattering

रेडिएशन को पदार्थ में विलिन होने का वर्णन करने में एक उपयोगी अवधारणा का उल्लेख किया जाता है जिसे क्रॉस सेक्शन कहा जाता है; यह एक प्रकार के प्रक्रिया के द्वारा फोटोनों के पदार्थ के साथ परिक्रिया करने की संभावना का माप है। हर व्यक्तिगत फोटोन (hν) की ऊर्जा बहुत छोटी होती है जब वह इलेक्ट्रॉन की शेष ऊर्जा (इसकी मात्रा गुणी गति के वर्ग [mc2]) से कम होती है, तो फोटोनों की छित्रण को जे.जे. थॉमसन ने प्राप्त किया गया एक क्रॉस सेक्शन द्वारा वर्णित किया गया। इस क्रॉस सेक्शन को थॉम्सन क्रॉस सेक्शन कहा जाता है, यूनानी अक्षर सिग्मा के उपसर्ग शून्य के साथ, σ0, और एक संख्यात्मक कारक के बाराम्बार, इलेक्ट्रिक चार्ज क्षेत्र का वर्ग विभाजित किया गया है

इलेक्ट्रॉन शेष ऊर्जा, या σ0 = (8π/3) (e2/mc2)2। जब फोटोन की ऊर्जा इलेक्ट्रॉन की शेष ऊर्जा के बराबर या उससे अधिक होती है (hν ⋜ mc2), अकेला व्याप्तिक (अर्थात, ऊर्जा का हानि) छित्रण दिखाई देने लगता है। एक ऐसा है कॉम्पटन स्कैटरिंग, जिसमें एक एक्स रे या गैमा रे (परमाणु के नाभिकीय नाभिकीय विकिरण) को किसी कोण के माध्यम से छित्रित होने के बाद तापमान में वृद्धि होती है (ऊर्जा में कमी)।

आर्थर हॉली कॉम्पटन, एक अमेरिकी भौतिकविज्ञानी, ने सटीकता से प्राचलित सापेक्ष संबंधित मेकेनिक्स के कानूनों का उपयोग करके प्रभाव का समझ बनाया। उन्होंने दिखाया कि वेवलेंथ की वृद्धि (डेल्टा और लाम्बडा के ग्रीक पत्र, Δλ) फोटोन की ऊर्जा के अनुपात में स्थानांतरित है और इसे दो कारकों के गुणक के रूप में दिया गया है। पहला एक एक सांसारिक स्थायी निरंतर, लैम्ब ्डा के यूनानी अक्षर के उपसर्ग के साथ, लैम्ब्डा शून्य, आमतौर पर कॉम्पटन लैम्ब्डा के रूप में पुकारा जाता है, और इसे यह स्वयं एक निश्चित संवेगिक मात्रा में विभाजित किया जाता है, और वे बनाए रखने के लिए प्लैंक की संख्यात्मक, एमसी = h, के बारे में शून्य के बाध्यकारी साथियों के साथ संवेगी स्थिति में शून्य के बाध्यकारी साथियों के साथ संवेगी स्थिति में द्वारा प्रस्तुत किया जाता है,

या 1-कॉस थीटा। उस कोण पर वेवलेंथ का वृद्धि देखा जाने वाला बढ़ाई है, बस डेल्टा λ = λ0(1 - कॉस θ)। कॉम्पटन प्रभाव पर चर्चा करते समय, इलेक्ट्रॉन को स्वतंत्र रूप से इस तरह से कार्य किया जाता है क्योंकि, इस प्रभाव का अध्ययन के लिए अधिकांश न्यू के मामले में, प्रवेश फोटोन की ऊर्जा बहुत अधिक होती है

उसके बांधक ऊर्जा के अतिरिक्त।बांधक इलेक्ट्रॉनों के लिए, कॉम्पटन संबंध को सही करने में संशोधन छोटे लेकिन जटिल होते हैं। जब फोटोनों को छित्रित किया जाता है, तो विभाजन के क्रॉस सेक्शन की अवधारणा की जा सकती है; विभाजन क्रॉस सेक्शन एक छोटे कोण में एक फोटोन को छित्रित होने की संभावना का माप है। कॉम्पटन प्रक्रिया के लिए विभाजन क्रॉस सेक्शन को स्वीडिश भौतिकविज्ञानी ओस्कर क्लाइन और जापानी भौतिकविज्ञानी योशियो निशिना द्वारा प्राप्त किया गया था। क्लाइन–निशिना सूत्र बताता है कि कम-ऊर्जा फोटोनों के लिए लगभग सममित्रित छित्रण बीम दिशा के लगभग 90° के आसपास होता है।

जैसे ही फोटोन की ऊर्जा बढ़ती है, छित्रण प्रमुख रूप से आगे की दिशा में प्रांगणित होता है, और, ऐसे फोटोनों के लिए जिनकी ऊर्जा इलेक्ट्रॉन की शेष ऊर्जा से पाँच गुणा अधिक है, लगभग पूरा छित्रण केवल 30° के कोण के अंदर सीमित होता है। केवल कोण के अधिकांश के लिए औसतित जब क्लाइन–निशिना क्रॉस सेक्शन को कोण के साथ औसतित किया जाता है, तो इसमें प्रारंभिक फोटोन की ऊर्जा के साथ परिवर्तन होता है। कम ऊर्जा में यह क्रॉस सेक्शन समान रूप से बढ़ता है और ऊर्जा को कम करते हुए

क्लासिकल थॉम्सन मान तक पहुंचता है; उच्च ऊर्जा में क्रॉस सेक्शन ऊर्जा के लिए परिपूर्णतया प्रतिपूर्ण होता है। कॉम्पटन इलेक्ट्रॉनों (प्रतिकूलन या छित्रित इलेक्ट्रॉन) और बाहरी फोटोनों की ऊर्जा वितरण भी क्लाइन–निशिना सिद्धांत से प्राप्त की जा सकती है। परिणाम में एक व्यापक वितरण दिखाता है; कम परमाणु संख्या और प्रासंगिक क्षेत्र में आगत फोटोन की ऊर्जा के लिए, संयुक्त ऊर्जा वार्ता की संभावना समान होती है — केवल इस मामले के लिए कि फोटोन की ऊर्जा का लगभग समूची ध्वनि की ऊर्जा में परिणति होती है, ऊर्जा के बनाम कोण का नक्शा द िखाता है एक तीव्र, संकीर्ण चोट। इस प्रकार, एक कस्टी अनुमान के रूप में, कॉम्पटन इलेक्ट्रॉन की औसत ऊर्जा लगभग प्रायः प्रारंभिक फोटोन की ऊर्जा के आधे होती है।

कॉम्पटन छित्रण माध्यम के बीच अंतर्मध्य ऊर्जा गैमा रे और उच्च ऊर्जा एक्स रे के संवेदन का महत्वपूर्ण कारक है। इन विकिरणों के लिए, यह संभवत: एकमात्र तंत्र है जिसके द्वारा ऊर्जा को विकिरण से संदर्भित माध्यम में जोड़ा जाता है। एक उदाहरण दिया जा सकता है कोबाल्ट-60 नाभिकीय पदार्थ से गम्भीर जल या जल समाधि के नमूने में गम्भीर विकिरण तरंगों की घुसाव। इलेक्ट्रॉन घनत्व करीब 3 × 10-23 प्रति मिलीलीटर है। कॉम्पटन क्रॉस सेक्शन को लगभग 3 × 10-25 वर्ग सेंटीमीटर प्रति इलेक्ट्रॉन के रूप में लिया जाता है,

जो गणना द्वारा एक कॉम्पटन छित्रण का औसत मुक्त मार्ग लगभग 10 सेंटीमीटर है - अर्थात, एक फोटॉन लगभग 10 सेंटीमीटर के बीच इलेक्ट्रॉन के संघर्ष के बाद चलेगा। इसलिए, एक गम्भीर रे द्वारा उत्पन्न प्रमुख विकिरण प्रभाव ध्वनि इलेक्ट्रॉन और विभाजकों (जैसे कि द्वितीयक और तृतीयक इलेक्ट्रॉन) के विस्तृत संख्या के लिए जिम्मेदार है।

ये उच्च पीढ़ी के इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन-प्रभावित आयनीकरण (एक इलेक्ट्रॉन को एक अन्य इलेक्ट्रॉन के संघर्ष से एक से निकाला जाता है) के माध्यम से उत्पन्न होते हैं, जो ऊर्जावानता सीमा या कम क्रॉस सेक्शन द्वारा रोका जाता है। कोबाल्ट-60 गैमा रे के लिए न्यून एणर्जी संख्या जैसे पानी के एक अवयविक संख्या के लिए, लगभग 600,000 ईवी होती है।

Pair production

जोड़ी उत्पादन एक प्रक्रिया है जिसमें पर्याप्त ऊर्जा की गैमा रे को एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉजीट्रॉन में बदल दिया जाता है। मैकेनिक्स का एक मौलिक नियम, जो न्यूटन द्वारा दिया गया है, वह है कि किसी भी प्रक्रिया में कुल रैखिक (साथ ही कोणीय) चलन संधारित रहता है। जोड़ी उत्पादन प्रक्रिया में एक तीसरा शरीर संरक्षण के लिए आवश्यक होता है। जब वह शरीर एक भारी नाभिकीय होता है, तो वह केवल बहुत कम प्रतिश्वास ऊर्जा लेता है, और इसलिए अधिकतम ऊर्जा गुणनगणित केवल दोगुना इलेक्ट्रॉन की शेष ऊर्जा का है;

अर्थात, दो बार में इसकी मास, m, गुणित करें चलन की वेग के वर्ग से, c2, या 2mc2। जोड़ी उत्पादन एल्सो एक धातु इलेक्ट्रॉन के क्षेत्र में हो सकता है, जिसको काफी तेज़ी से ऊर्जा दिया जाता है। ऐसी प्रक्रिया के लिए अधिकतम ऊर्जा चौथाई इलेक्ट्रॉन की शेष ऊर्जा के चार गुणा, या 4mc2, के बराबर होती है। कुल जोड़ी उत्पादन क्रॉस सेक्शन दो घटकों, परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक, का योग होता है। इन क्रॉस सेक्शन का ऊर्जा गैमा रे के और संबंधित होता है और आमतौर पर ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी पी. ए. एम. डिरैक द्वारा प्रस्तावित एक इलेक्ट्रॉन सिद्धांत में हिसाब किया जाता है

जो एक तरह की अवलोकन विधि (जिसे "पहला अभिकलन" कहा जाता है) क ी एक सरलीकृत है। प्रक्रिया को डिरैक द्वारा एक इलेक्ट्रॉन के नकारात्मक से सकारात्मक ऊर्जा स्थिति में संक्रमण के रूप में धारण किया गया है। उच्च ऊर्जा पर क्रॉस सेक्शन में इसके लिए सुधार की आवश्यकता होती है, उच्च परमाणु संख्या में, और परमाणु की स्क्रीनिंग के लिए (परमाणु के इलेक्ट्रॉन के क्षेत्र का उत्प्रेरण); इन्हें सामान्यत: संख्यात्मक प्रक्रियाओं के माध्यम से किया जाता है। परिणामस्वरूप, किसी भी एक अणु (जैसे कि इलेक्ट्रॉन) में ऊर्जा को द्रव्यमान में परिवर्तित करने में निष्क्रिय भाग का अंश, जिसका प्रतीक है

यूनानी पत्र अल्फा, α, जो किसी भी एक रेखीय कोणीय (विशेषत: तीन शरीर को वहन करने वाले नाभिकीय बोध) के लिए पाया जाता है, उसे उस इलेक्ट्रॉन की चालक ऊर्जा Ee से घटाया जाता है mc2 और गैमा रे की ऊर्जा hν (अर्थात, प्लांक के स्थिर और गैम्मा रे के घटन के फ़्रीक्वेंसी का गुण) से घटाया जाता है, जो दोगुना है इलेक्ट्रॉन की शेष ऊर्जा 2mc2, या α = (Ee -mc2)/(hν - 2mc2)। क्योंकि यही समीकरण हर दोनों इलेक्ट्रॉन के लिए लागू होता है जो उत्पन्न होते हैं, इसलिए यह समीकरण उस स्थिति के बारे में यथार्थ होना चाहिए कि प्रत्येक कण का अंश होता है

पर आधारित है। उस ऊर्जा का, जिसे ग्रीक पत्र अल्फा, एल्फा, के प्रति अर्ध ऊर्जा, संदिग्धियों से अधिक न हो, जो तीन कणों को दिए जाने वाले "तीसरे शरीर" को पहुंचाई जाती है; अर्थात, अल्फा = 0.5। लगभग 10,000,000 ईवी की ऊर्जा के नीचे, जोड़ी उत्पादन के लिए संभावना (अर्थात, जोड़ी उत्पादन क्रॉस सेक्शन) पदार्थ के परमाणु संख्या के लिए लगभग निर्देशात्मक होती है, और, लगभग 100,000,000 ईवी की ऊर्जा तक, यह लगभग अल्फा के योग्यता से निर्भर होती है। यहां तक कि बहुत उच्च ऊर्जा पर, लगभग या इससे अधिक 100 मीवी, जोड़ी उत्पादन केवल विकिरण के प्रक्रिया का प्रमुख मेकेनिज़म होता है।

जैसे-जैसे फोटॉन की ऊर्जा बढ़ती है, प्रमुख परस्परक्रिया विधि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव से कॉम्प्टन स्कैटरिंग और जोड़ी उत्पादन की ओर बदल जाती है। एक निश्चित ऊर्जा पर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव और जोड़ी उत्पादन कभी-कभी प्रतिस्पर्धा नहीं करते हैं। हालांकि, कम ऊर्जा पर कॉम्प्टन स्कैटरिंग फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के साथ प्रतिस्पर्धा करता है और उच्च ऊर्जा पर जोड़ी उत्पादन के साथ प्रतिस्पर्धा करता है। इस प्रकार, लीड में, 0.1 मीवी के नीचे परस्परक्रिया लगभग पूरी तरह से फोटोइलेक्ट्रिक होता है; 0.1 मीवी से 2.5 मीवी के बीच फोटोइलेक्ट्रिक और कॉम्प्टन प्रक्रियाएं दोनों होती हैं; और 2.5 मीवी से 100 मीवी के बीच कॉम्प्टन स्कैटरिंग और जोड़ी उत्पादन प्रक्रिया को साझा करते हैं।

जोड़ी उत्पादन प्रक्रिया में फोटोन नष्ट होता है, और एक इलेक्ट्रॉन–पॉजिट्रॉन जोड़ी बनती है। दूसरी ओर, एक इलेक्ट्रॉन या पॉजिट्रॉन जिसकी ऊर्जा लगभग 100 मीवी या उससे अधिक है, अपनी ऊर्जा का अधिकांश क्षेत्रीय चुंबकीय विद्युत् रे (विद्युत धाराओं के धीरगत होने पर उत्पन्न एक्स-रे) का उत्पादन करके खोता है। उच्च ऊर्जा पर ब्रेम्स्ट्राहलंग उत्पादन के लिए क्रॉस सेक्शन ऊर्जा के निर्देशात्मक होता है, जबकि निम्न ऊर्जा पर प्रमुख ऊर्जा घाति प्रक्रिया आयनन और उत्तेजनाओं के निर्माण और अवशिष्ट ऊर्जा रद्ध करने के द्वारा होती है। एक सततता की तरह की ब्रेम्स्ट्राहलंग और जोड़ी उत्पादन प्रक्रियाओं का श्रृंग या शावर पिघलाव वस्तु में होता है।

इस प्रक्रिया को इलेक्ट्रॉन, पॉजिट्रॉन, या फोटॉन द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है, प्रारंभिक ऊर्जा उच्च होने की स्थिति में कोई महत्व नहीं होता है। फोटोन जोड़ी उत्पादन के माध्यम से एक जोड़ी उत्पन्न करता है, और चार्ज वाले कणों द्वारा फोटोन उत्पन्न करता है, और इसी प्रकार यह प्रक्रिया बार-बार दोहराई जाती है जब तक कि ऊर्जा को पर्याप्त ऊर्जा के रूप में रखा जाता है। वस्तु में प्रवेश के साथ, शावर पहले में बढ़ जाता है, एक अधिकतम तक पहुंचता है, और फिर धीरे-धीरे घटता है। कम ऊर्जा में कणों का हानि (जिसमें ब्रेम्स्ट्राहलंग की उत्पादन की यील्ड कम होती है), आयनन हानि, और निम्न-ऊर्जा फोटों के उत्पादन और अवशिष्ट की उत्पत्ति और विलय के कारण धारा का आकार कम होता है। शावर की गणितीय सिद्धांत को बहुत विस्तार से विकसित किया गया है।

X rays and gamma rays

जब पर्याप्त उच्च आवृत्ति (या ऊर्जा जो hν के बराबर हो) की प्रकार की रोशनी किसी अणु प्रणाली में विलीन होती है, तो उस से उत्पन्न होने वाली उत्तेजित अणु स्थिति, या इससे परिणत कोई उत्तेजित स्थिति, अन्य अणुओं के साथ प्रभावित हो सकती है या विचित्र या अंतिम उत्पादों को उत्पन्न करने के लिए विघटित हो सकती है; अर्थात, रासायनिक प्रतिक्रियाएँ होती हैं। इस प्रकार की प्रक्रियाओं का अध्ययन फोटोकैमिस्ट्री के विषय में समाहित होता है।

उस ऊर्जा से अधिक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंग जो सामान्यत: अल्ट्रावायलेट प्रकाश के रूप में वर्णित किए जाते हैं (चित्र 2 देखें), उन्हें एक्स-रे या गैमा रे के वर्गों में शामिल किया जाता है। एक्स-रे और गैमा-रे फोटोन को स्रोत के आधार पर परिभाषित किया जा सकता है। जब उनकी ऊर्जा को पदार्थ में विलीन किया जाता है, तो उनके प्रभावों के आधार पर वे परिन्यास में असमान होते हैं।

वस्तु का एक्स-रे या गैमा-रे के प्रभाव का कुल परिणाम, लगभग तत्काल समय अंतराल में, उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन होता है जिसकी ऊर्जा को इस प्रकार के प्रभावित किया जाता है। ऐसे इलेक्ट्रॉन बीटा रे (परमाणु नाभियों से निकाले जाने वाले इलेक्ट्रॉन) की तरह व्यवहार करते हैं या इसी ऊर्जा के मशीन स्रोत से निकले इलेक्ट्रॉनों की तरह। वे अपनी ऊर्जा को परमाणुओं और अणुओं को उत्क्षेपित और आयनिक करने के द्वारा हार देते हैं।

ऐसे इलेक्ट्रॉन द्वारा एक परमाणु या अणु को दी जाने वाली ऊर्जा की मात्रा का अपर जिसमें विन्यासिक प्रक्रियाओं में जमा की गई ऊर्जा की तुलना में अधिक होती है, और प्रारंभिक भौतिक (और उसके बाद के रासायनिक) प्रभावों की विविधता और संख्या अधिक होती है। यह स्थिति यहाँ तक जटिल हो जाती है कि उच्च ऊर्जा योगदान में उत्पन्न आयनी इलेक्ट्रॉन खुद अन्य आयनीकरण और उत्तेजन प्रक्रियाओं को आरंभ कर सकते हैं जो और रासायनिक प्रक्रियाओं को पैदा कर सकती हैं, जिनका समूचा शीर्षक विकिरण रसायन नामक शीर्षक में आता है।

The passage of matter rays Heavy charged particles

चार्ज धारित कण, जैसे परमाणु या आणविक आयन या आणविक अंश, जो किसी तत्व माध्यम में चलते हैं, अपने मार्गों या ट्रैक्स पर ऊर्जा जमा करते हैं। यदि माध्यम पर्याप्त मोटा है, तो चार्जित कण की वेग धीमा हो जाता है ताकि इसकी ऊर्जा पूरी तरह से अवशोषित हो जाए और यह भौतिक, रासायनिक और जीवित (जीवित) पदार्थ में जैविक परिवर्तन के रूप में पूरी तरह से प्रयोग की जाती है। यदि नमूना पर्याप्त पतला है, तो कण अंत में निकल सकता है, लेकिन उसकी ऊर्जा कम हो जाती है।

Linear energy transfer and track structure

एक माध्यम के प्रति चार्जित कण की रोकने की शक्ति का मतलब माध्यम में कण के प्रति यूनिट मार्ग लंबाई में ऊर्जा का हानि है। यह उपस्थित किया जाता है -dE/dx, जिसमें -dE को ऊर्जा का हानि और dx को मार्ग लंबाई का वृद्धि का प्रतिनिधित्व करता है। विकिरण वैज्ञानिक के लिए जितना भी महत्वपूर्ण है, वह कण के ट्रैक में ऊर्जा डिपोज़िशन का स्थानिक वितरण है। अभ्यासपूर्ण शब्दों में, यह सामान्यत: लीनियर ऊर्जा प्रदान (LET), वास्तव में कण के ट्रैक के लंबाई के अनुसार प्रति यूनिट ऊर्जा को संदर्भित करने के लिए सामान्य है (अर्थात्, -dE/dx)। धीरे-धीरे चलने वाले कणों के लिए, रोकने की शक्ति और LET संख्यात्मक रूप से समान होते हैं;

यह स्थिति अब तक की रसायन और जीवविज्ञान में अध्ययन किए गए सभी भारी कणों को कवर करती है लेकिन इलेक्ट्रॉन्स नहीं। एलईटी या प्रतिबंधित लीनियर टक्कन रोकने की शक्ति की एक आधारभूत अध्ययन और पुनर्निर्धारण में, एक मात्रा जिसे ग्रीक अक्षर डेल्टा के संदर्भ में व्यक्त किया गया है, जो लंबाई के रूप में ट्रावर्स्ड किए गए प्रति यूनिट दूरी के फ़्रैक्शनल ऊर्जा हानि (-dE/dl) से समान होती है, या LΔ = -(dE/dl)Δ, जिसमें सबस्क्रिप्ट डेल्टा (Δ) इस बात का संकेत करता है कि केवल उसी संघर्षों को शामिल किया गया है जिनके ऊर्जा स्थ ानांतरण Δ से कम है।

एलडीटी की मात्रा को किसी भी उपयुक्त इकाई में व्यक्त किया जा सकता है। डेल्टा के लिए 100 ईवी के बराबर, यहाँ तक कि सबसे ऊर्जावान द्वितीय इलेक्ट्रॉन (यानी घुसपैठ के कण द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉन) औसतन करीब तीन आगामी आयनीकरणों को उत्पन्न करते हैं। फिर भी, इसके बावजूद इनके बाध्य क्षेत्र के अन्य द्वितीय इलेक्ट्रॉन्स, क्योंकि इलेक्ट्रॉन की कम ऊर्जा होती है, बहुत कट्टर हैं, और इसलिए संबंधित ऊर्जा घनत्व अधिक है। निरंतर, डेल्टा को बहुत अधिक 100 ईवी के बाहर, अधिक आगामी आयनीकरण उत्पन्न होते हैं, लेकिन उनकी दूरी बढ़ जाती है और उससे प्राप्त ऊर्जा डिपोज़िशन का संबंधित घनत्व कम हो जाता है।

जैसा कि अधिकतर अनुप्रयोगों के लिए उच्च ऊर्जा घनत्व क्षेत्र केवल चिंतित है, इसलिए एल 100 रखा जाता है ताकि LET की विशेषता की जा सके। तेज चलने वाले, चार्ज धारित कण के पास से होने वाले ऊर्जा डिपोज़िशन का अधिकांश "इन्फ्राट्रैक" में समेकित होता है, जो कि कण के यात्रा के लगभग 10 अंतरआणु दूरियों के आदेश पर बहुत ही संकीर्ण क्षेत्र है। इन्फ्राट्रैक की व्याप्ति कण की वेग की निर्भर होती है, और इसे उस दूरी के रूप में परिभाषित किया गया है जिसके ऊपर चार्ज के पोल का पर्याप्त मजबूत और विपरीत रूप से तेज विकास होता है ताकि इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजन पैदा हो सके।

इन्फ्राट्रैक के भीतर, माध्य के इलेक्ट्रॉन कणों को सकारात्मक चार्ज के कण की यात्रा की दिशा की ओर आकर्षित किया जाता है। बहुत से कण के रास्ते को पार करते हैं, जो दोनों ओर ऊर्जा का डिपोज़िट करते हैं। इसलिए, इन्फ्राट्रैक को बहुत ही उच्च ऊर्जा डिपोज़िट की अत्यधिक घनत्व से चिह्नित किया जाता है और माध्य पर आयनिक विकिरण के प्रभावों को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। (इस क्षेत्र में सामूहिक [प्लाज्मा] उत्तेजनों का प्रबल प्रभाव होने से इन्फ्राट्रैक में ऊर्जा डिपोज़िट की मात्रा और भी बढ़ जाती है।) इन्फ्राट्रैक की अवधि को अमेरिकी भौतिक शास्त्री वेर्नर ब्रांड्ट और रूफस एच रिची और स्वतंत्र रूप से मेरोन लंट्ज ने विकसित किया।

इन्फ्राट्रैक के बाहर का क्षेत्र, या "अल्ट्राट्रैक," बाहरी प्रभाव के बिना है। इसका ऊर्जा डिपोज़िशन, या बाहरी क्षेत्र में, प्रमुखतः उन द्वितीय इलेक्ट्रॉनों द्वारा होता है जिनकी किफायती ऊर्जा होती है जो इन्फ्राट्रैक से बाहर निकल जाते हैं। इन्फ्राट्रैक की विपरीत, अल्ट ्राट्रैक का कोई स्पष्ट शारीरिक सीमा नहीं है। इसकी क्षेत्रफलिता को पार्टिकल यात्रा के अनुप्रयोगी इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम दूरी के साथ समान रूप में जोड़ा जा सकता है।व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, लेट को मुख्य ट्रैक से जोड़ा जाता है, जिसे इन्फ्राट्रैक और अल्ट्राट्रैक के एक हिस्से तक माना जा सकता है

 

जो कि अब भी ऊर्जा घनत्व उच्च है - यानी, ऐसा क्षेत्र जिस पर प्राथमिक ऊर्जा कम होने वाले द्वितीय इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्तेजन का कारण होता है और उनका प्रारंभिक ऊर्जा मान कुछ मूल्य Δ, उदाहरण के लिए 100 इलेक्ट्रॉन वोल्ट। "ब्लॉब्स" या "शॉर्ट ट्रैक्स" में ऊर्जा डिपोज़िशन, जैसा कि मोज़ुमदर-मैजी सिद्धांत में वर्णित है (जिसका नाम असोकेन्दु मोज़ुमदर, एक भारतीय मूल के भौतिकशास्त्री, और जॉन एल. मैजी, एक अमेरिकी रसायनविद, के नाम पर रखा गया है), सावधानीपूर्वक छोड़ा जाता है। इस रूप में परिभाषित लेट, एक सीमित आयाम के भीतर ऊर्जा डिपोज़िट का वर्णन करता है - यानी, भौतिकी ट्रैक के आसपास स्थानीय रूप से ऊर्जा डिपोज़िट।

Stopping power

क्लासिकल मैकेनिक्स का उपयोग करके, बोहर ने एक रोकने की शक्ति की समीकरण, -dE/dx, विकसित किया, जो एक किनेमेटिक कारक और एक रोकने की संख्या का गुणन होता है। किनेमेटिक कारक में इलेक्ट्रॉनिक चार्ज और द्रव्य में प्रति घनत्व घटक, तथा प्रवेश करने वाले चार्जित कण की वेग के जैसे शब्द शामिल हैं। रोकने की संख्या में प्रवेश करने वाले कण का परमाणु संख्या और प्राकृतिक लघुगणना की लघुनी होती है, जिसमें प्रवेश करने वाले कण की वेग के साथ-साथ उसके चार्ज, एक प्रणाली में एक सामान्य परिवर्तन ऊर्जा (चित्र 1 देखें; एक कच्चा अनुमान पर्याप्त है क्योंकि यह मात्रा लॉगारिद्म के अंदर प्रकट होती है),

और प्लांक के धनात्मक हैंड जैसे शब्द शामिल हैं। बोहर की रोकने की शक्ति सूत्र को परमाणु बंधन के विवरण का ज्ञान नहीं आवश्यक होता। रोकने की शक्ति के पूर्ण अभिव्यक्ति में, -dE/dx = (4πZ12e4N/mv2)B, दी जाती है, जहां Z1 प्रवेश करने वाले कण की परमाणु संख्या है और N माध्य की परमाणु घनत्व है (परमाणु / आयतन में अणु)।गहरे प्रवेश के चार्जित कण के लिए (उदाहरण के लिए, एक अल्फा कण, जिसमें दो सकारात्मक चार्ज होते हैं),

जो गैर सांवेगिक सीमा में होता है, तो जो ज़ी (Z) अवशोषणीय माध्यम की परमाणु संख्या है, उसके लिए रोकने की संख्या बेथे द्वारा क्वांटम यांत्रिकी रूप से इस प्रकार है: प्रवाह चार्जित कण की गति का वर्ग लिया गया है, और इसे वातावरणीय साधारण से विभाजित किया गया है, जो परमाणु की मानक उत्तेजना संभावना (I) है; अर्थात, B = Z ln (2mv2/I)।भारी कण के लिए बेथे की रोकने की संख्या को संबंधीकरण शामिल करके संशोधित किया जा सकता है,

जिसमें सांवेगिक सीमा में कण की गति (बीटा 2 + ln [1 - बीटा 2]), जिसमें ग्रीक पत्र बीटा, बीटा, ध्वनि की गति से बाँटी गई है, और ध्वनित पर्दादारी (अर्थात, बीच के चार्ज द्वारा प्रतिक्रिया का क्षमता का कम होना, जिसे प्रतीक डेल्टा/2 से प्रतिनिधित किया गया है), साथ ही परमाणु की धातु की संशोधन (एक स्थिर सीमा सी से परमाणु संख्या के अनुपात में), शामिल है; अर्थात, B = Z (ln 2mv2/I - बीटा 2 - ln[1 - बीटा 2] - C/Z - डेल्टा/2)।

मध्य उत्तेजनीय संभावना, आई, की समीक्षा के लिए सबसे महत्वपूर्ण गैर-साधारण मात्रा धातु के लिए परमाणु संख्या के 14 गुणा है, जिसमें अमेरिकी भौतिकशास्त्री फेलिक्स ब्लॉच द्वारा 1933 में की गई गणना का खास उल्लेख है। बाद में किए गए गणनात्मक अध्ययनों में, एक स्थिर (ए) और एक अन्य स्थिर (ब) को परमाणु संख्या के -2/3 शक्ति के साथ गणना के लिए दिया गया है, जिसमें ए = 9.2 और बी = 4.5 हैं—अर्थात, आई/जेड = ए + बीजेड-2/3। यह सूत्र व्यापक रूप से लागू होता है। हाइड्रोजन के लिए अन्य पूर्णांकीय क्वांटम गणनाओं के लिए उसकी मान्य उत्तेजनीय संभावना को 15 इलेक्ट्रॉन वोल्ट के बराबर माना जाता है।

बुनियादी रूप से अणुओं के लिए विकसित स्टॉपिंग-पावर सिद्धांत को अणुओं के रूप में प्रयोग किया जा सकता है, ब्रैग के नियम (ब्रिटिश भौतिक शास्त्री विलियम एच ब्रैग के नाम पर) के कारण, जो कहता है कि एक मोलेक्यूल का स्टॉपिंग नंबर उस मोलेक्यूल के सभी अणुओं के स्टॉपिंग नंबरों का योग होता है। अधिकांश मोलेक्यूलों के लिए ब्रैग के नियम कुछ प्रतिशत के भीतर प्रभावी रूप से लागू होता है, हालांकि हाइड्रोजन (H2) और नाइट्रस ऑक्साइड (NO) महत्वपूर्ण अपवाद हैं।

यह नियम इसे सूचित करता है: (1) विभिन्न मोलेक्यूलों में अणुओं के समानता जिनमें एक सामान्य अणु या अधिक होते हैं, और (2) वैक्यूम अल्ट्रावायलेट परिसंवहन के अधीकार में, जिसमें अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक परिसंवहन संघनित होते हैं, इसके लिए उत्तेजनीय हानियों का उत्तेजनीय नुकसान अधिकांश रासायनिक बंधों की ताकतों से बहुत अधिक होता है। एक भारी सकारात्मक आयन के ऊर्जितान में आवर्तन के दौरान एक भारी सकारात्मक आयन का धारित आयन अवसर्न में बदलता है। शुरुआत में यह एक इलेक्ट्रॉन को पकड़ता है, जिसे वह जल्दी ही खो देता है। हालांकि, जब यह धीमा होता है, तो इलेक्ट्रॉन की नुकसान के लिए क्रॉस सेक्शन धारित आयन के पकड़ते आयन के प्रति कम होती है। मूल रूप से, प्रभावित आयन एकल पकड़ और फिर एकल नुकसान के चक्र में जाता है। अंततः, जब यह आयन इसे खोने के लिए ऊर्जात्मक रूप से असमर्थ हो जाता है,

तो एक इलेक्ट्रॉन स्थायी रूप से बाँध जाता है। फिर एक दूसरा चार्ज-एक्सचेंज चक्र होता है। यह प्रक्रिया बार-बार दोहराई जाती है जब तक कि भारी आयन की वेग का इलेक्ट्रॉन के बोह्र के परमाणु सर्कार वेग के करीब आता है, जब आयन कुछ समय के लिए एकल चार्ज के रूप में और दूसरे किसी अवस्था में निर्धारित होता है। धारित पावर के उद्घाटन में किनेमेटिक कारक प्रवेश करने वाले कण के परमाणु चार्ज के वर्ग के साथ संबंधित होता है, और यह कारक कम होने के साथ इलेक्ट्रॉन को पकड़ने के लिए संशोधित किया जाता है। और भी धीमा होते हुए, इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा-नुकसान प्रक्रिया अप्रभावी हो जाती है, और यहाँ पर आपसादन छिद्रण निर्धारित करता है। यहाँ प्रस्तुत गणितीय अभिव्यक्तियाँ केवल उच्च-वेग, इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजन क्षेत्र में लागू होती है

Range

एक धारित कण द्वारा रोकने से पहले पार की जाने वाली कुल पथ लंबाई को उसकी रेंज कहा जाता है। रेंज को क्रूकेड पथ (ट्रैक) पर चले गए दूरी का योग माना जाता है, जबकि शुरुआती गति के माध्यम से मापी गई नेट प्रोजेक्शन को प्रवेश कहा जाता है। रेंज और प्रवेश दूरी के बीच की अंतर धारित कण द्वारा अपने पथ पर आने वाले छित्र के कारण होता है। उच्च आरम्भिक वेग (जो प्रकार की चालकी के उच्च भागों होते हैं,

जो प्रकाश की गति के उच्च भागों के समवायांश होते हैं), के साथ भारी चार्जित कणों के लिए विशाल कोण के छित्र अत्यधिक दुर्लभ होते हैं। संबंधित रेखाओं सीधी होती हैं, और रेंज और प्रवेश दूरी के बीच अंतर, अधिकांश उद्देश्यों के लिए, अनदेखा है। धरातलीय कणों के रेंज को (संख्यात्मक) एक उपयुक्त अदान पदान शक्ति सूत्र के संख्यात्मक अंश की अंतरण के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। प्रयोगात्मक रूप से, रेंज संख्यात्मक शक्ति से अधिक आसानी से मापी जा सकती है। भारी कणों के लिए, अवर धातुमय तत्वों में एक महत्वपूर्ण प्रासंगिक घटना 1,000,000 इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) को पार्टिकल के परमाणु के प्रमाणिक भार में विभाजित किया जाता है (amu)—यानी, 1 एमईवी/amu। इस परमाणुओं के प्रमाणिक मूल्य से ऊर्जा की स्थिति के ऊपर, रेंज सामान्यतः अच्छे से जानी जाती है, और गणना प्रायोगिकता के अनुसार लगभग 5 प्रतिशत तक सहमत होती है। जिस मामले में एल्यूमिनियम होता है, जो कि सबसे अधिक अध्ययन किया गया सामग्री है,

सटीकता लगभग 0.5 प्रतिशत के भीतर होती है। लेकिन प्रायोगिकता के मामले में, आमतौर पर प्रमाणित मूल्य से कम ऊर्जा के ऊपर रेंज की गणना आमतौर पर अनिश्चित होती है, और प्रायोगिक डेटा के साथ सहमति अच्छी नहीं होती है। रेंज–ऊर्जा संबंध को अक्सर एक गुण के रूप में समझाया जाता है, जो कि रेंज (R) को ऊर्जा (E) के किसी गुणक (n) के साथ समानुपातित करता है; अर्थात, R ∝ En। कुछ सैकड़ों एमईवी के ऊर्जा सीमा में प्रोटॉन आमतौर पर इस प्रकार के संबंध के अनुसार अच्छी तरह उसे सामान्यतः 1.75 के घनांक वाले होने का पालन करते हैं। अन्य भारी कणो ं के लिए भी समान स्थितियाँ हैं। भारी कणों के रेंज और रोकने की शक्ति के मापन महत्वपूर्ण हैं,

ताकि कणों की पहचान और उनकी ऊर्जाओं का मापन किया जा सके। भारी कणों के रेंजों के साथ-साथ इलेक्ट्रॉनों के रेंजों के लिए बहुत सारे प्रायोगिक डेटा और गणनाएँ उपलब्ध हैं। बेथे द्वारा रोकने की संख्या को किसी भारी पार्टिकल के ऊर्जा के साथ अनुभव के माध्यम से प्राप्त किया गया सिद्धांत सामान्यतः रेंज में परिवर्तन को समझने का एक तरीका के रूप में स्वीकार किया जाता है, हालांकि अभ्यास में औसत उत्तेजनीय संभावना, I, कई मामलों में प्रायोगिक चाप की जांच द्वारा प्राप्त किया जाना होता है।

रोकने की शक्ति और रेंज दोनों को औसत मान (या औसत) मानों के रूप में समझना चाहिए, क्योंकि ऊर्जा हानि एक सांख्यिकीय घटना है। परिवर्तनों की उम्मीद की जाती है। सामान्यतः, इन परिवर्तनों को स्ट्रैगलिंग कहा जाता है, और कई प्रकार हैं। उनमें सबसे महत्वपूर्ण रेंज स्ट्रैगलिंग है, जो इस संदर्भ में, सांख्यिकीय कारणों से, एक ही माध्यम में कणों के बीच समान प्रारंभिक और अंतिम ऊर्जा के बीच यात्रा लंबाईयों के बीच अंतरण को सूचित करता है।

बोहर ने दिखाया कि लंबी यात्रा वितरण लगभग गासियन होता है (किसी अन्य चरण के साथ होने वाली घटनाओं के संदर्भ में)। छोटी यात्रा वितरण, जैसे कि पतली फिल्मों के प्रवेश में पाये जाते हैं, उत्पन्न करते हैं जिसे लंडाउ प्रकार की ऊर्जा स्ट्रैगलिंग कहा जाता है (सोवियत भौतिकशास्त्री लेव लंडाउ के लिए)। यह ऊर्जा स्ट्रैगलिंग का मतलब है कि ऊर्जा हानि के वितरण को एक प्लॉट बनाते समय असममिति होती है, जिसमें उच्च-ऊर्जा-हानि की लंबी पूंछ होती है। इंटरमीडिएट मामला सर्गे इवानोविच वाविलोव, एक सोवियत भौतिकशास्त्री के अनुसार, एक वितरण द्वारा दिया गया है जो संख्यात्मक रूप से मूल्यांकन किया जाना चाहिए। अपनी प्रामाणिक क्षेत्रों में तीनों वितरणों के समर्थन के लिए प्रमाण है।

तेज आवेगी वाले चार्ज़ित कण द्वारा उसके ट्रैक के साथ एकक के पथ लंबाई के प्रति उत्पन्न आयनीकरण घनत्व (आयनों की संख्या) बढ़ता है। यह अंत में अपनी यात्रा के करीब ब्रैग पीक नामक अधिकतम तक पहुँचता है। उसके बाद, आयनीकरण घनत्व जल्दी ही अमूर्तता तक कम हो जाता है। वास्तव में, आयनीकरण घनत्व LET का अच्छी तरह से पालन करता है। धीमा होने पर, LET पहले तब तक बढ़ता है क्योंकि रोकने की शक्ति के सूत्र के किनमेटिक कारक में मजबूत वेग निम्न होने के कारण। हालांकि, कम गति पर, LET का अधिकतम हो जाता है

क्योंकि: (1) इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा चार्ज का प्रगतिशील नीचा जाना, और (2) रोकने की शक्ति सूत्र में लॉगारिद्मिक शब्द का प्रभाव। सामान्यत: अधिकतम कुछ बार बोहर के कक्षागुण वेगों में होता है। एक दिए गए माध्यम में दूरी के साथ आयनीकरण घनत्व (जिसे विशेष आयनीकरण या प्रति इकाई पथ लंबाई के लिए आयन जोड़ों—नकारात्मक इलेक्ट्रॉन और संबंधित सकारात्मक आयन—के रूप में भी कहा जाता है) की एक विस्तृत धारा को ब्रैग वक्र कहा जाता है।

 

ब्रैग वक्र अद्यतितीय कणों के एक ब्लॉब के लिए विशेष आयनीकरण धारा से कुछ अंतर होता है; इसलिए, यह किसी प्रकार से व्यक्तिगत कण के लिए ब्रैग वक्र से भिन्न होता है क्योंकि इसमें एक लंबी पूंछ होती है जो माध्यिक रेंज के पार कम आयनीकरण घनत्व है। उदाहरण के लिए, हवा में रेडियम-सीअल्फा कणों की औसत दूरी नॉर्मल तापमान और दबाव (NTP) पर 7.1 सेंटीमीटर है; ब्रैग पीक 6.3 सेंटीमीटर पर स्रोत से होता है और प्रति सेंटीमीटर लगभग 60,000 आयन जोड़ों का उत्पन्न होता है।

Electrons

पहली जन्म अनुमान में, अअवासीय संपर्क क्षेत्र केवल गति और प्रवेश करने वाले कण पर चार्ज की आयम की मात्रा पर निर्भर करता है। इसलिए, एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉजिट्रॉन जो एक ही वेग पर हैं, उसकी स्थानीय शक्तियों में समान होने चाहिए, जो उस वेग पर एक प्रोटॉन की शक्ति के बराबर होनी चाहिए। वास्तव में, इलेक्ट्रॉन के मामले में कुछ अंतर होता है क्योंकि प्रवेश और परमाणु इलेक्ट्रॉनों की पहचान के कारण। प्रवेश द्वारा प्रेरित इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्पन्न आयनीकरण का वर्णन करते समय, दोनों उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों में जो अधिक ऊर्जावान होता है, उसे सम्मान के अनुसार प्राथमिक कहा जाता है। इस प्रकार, अधिकतम ऊर्जा हानि (परमाणुक बंधन को नजरअंदाज करते हुए) आधे प्रवेश की ऊर्जा होती है। इस प्रभाव को शामिल करते हुए, इलेक्ट्रॉन का रोकने का संख्यात्मक निर्धारण एक जटिल अभिव्यक्ति द्वारा दिया जाता है जिसमें भारी चार्जित कणों के रोकने की संख्या में पाए गए पैरामीटरों का विभिन्न व्यवस्था शामिल होती है।

यह रोकने की शक्ति की सूत्र का व्यापक सीमा कुछ सैकड़ों इलेक्ट्रॉन वोल्ट से लेकर कुछ मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट तक के लोहारी धातु में वैधता रखती है। कम गति के लिए, जन्म के अनुमान धीरे-धीरे गिरता है, और छोटी से अधिकतम ऊर्जा स्थानांतरण के कारण उच्च उत्तेजित अवस्थाओं तक पहुँचने में अक्षम हो जाती है। फिर भी, कुछ सुधारों के साथ इलेक्ट्रॉन रोकने की शक्ति सूत्र को लगभग 50 इलेक्ट्रॉन वोल्ट तक फैला जा सकता है। उस मान में से नीचे किसी भी रोकने की शक्ति सूत्र की वैधता संदिग्ध होती है, हालांकि यह निश्चित है कि अधिकांश ऊर्जा अभी भी कुछ इलेक्ट्रॉनिक स्थितियों को छोटे से छोटे eV तक हार्डवेयर में खो रही है।

उच्च-गति दिशा में, सांवेगिक प्रभाव इलेक्ट्रॉन रोकने की शक्ति को लगभग 1,000,000 इलेक्ट्रॉन वोल्ट से ऊपर बढ़ाता है। ध्यान दें, धारण की जाने वाली डेल्टा शब्द को छोटी-मोटी धारणा के लिए अनुमानित किया गया है, जो धर्मनिरपेक्षी पर्दर्शन स्क्रीनिंग के लिए जिम्मेदार होता है। जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन की गति प्रकाश की गति के करीब आती है (v/c = β → 1), उसकी धरण रोकने की शक्ति अनंत को प्रेषित करती है। आधा रोकने की शक्ति, जिसे सीमित रोकने की शक्ति कहा जाता है, रैखिक ऊर्जा संबंध तक के बराबर होती है और यह मुख्य रूप से एक स्थिर मान, जिसे फेर्मी मेज़बान कहा जाता है, की ओर समग्र होती है। दूसरा आधा, जिसे असीमित रोकने की शक्ति कहा जाता है, अनंत तक बढ़ता है, लेकिन यह प्रभाव अत्यधिक संवैधानिक गतियों (जो प्रकाश की गति के बहुत करीब होते हैं) में उन्हीं के नाभिकीय संवादों के द्वारा हार्दिक तुलना में छोटा होता है।

Cherenkov radiation

जब किसी पारदर्शी माध्यम में (हवा, पानी, प्लास्टिक) एक चार्जड कण की गति इस माध्यम में प्रकाश की समूह गति से अधिक होती है, तो उसका कुछ हिस्सा चेरेनकोव विकिरण के रूप में उत्पन्न होता है, जिसे 1934 में सोवियत भौतिकविद् पावेल ए. चेरेनकोव ने पहली बार देखा था। ऐसे विकिरण का अधिकांश सम्पूर्ण ऊर्जा हानि के केवल कुछ प्रतिशत को ही उपजाता है। फिर भी, यह मॉनिटरिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी के उद्देश्यों के लिए अमूल्य है। चेरेनकोव विकिरण पूरे दृश्य क्षेत्र में और निकट उल्कामौरी और निकट इन्फ्रारेड तक फैला होता है। इसके प्रसार की दिशा एक कोने में सीमित होती है, जिसका ध्रुव इलेक्ट्रॉन की गति की दिशा में होता है।

Energy-transfer mechanism

एक इलेक्ट्रॉन के पथ के कम-गति समाप्त होने पर, वह आणविक स्तरों या अणुओं को उत्तेजित करने का कार्य जारी रखता है जब तक इसकी क्षमतिक ऊर्जा सबसे निचले (इलेक्ट्रॉनिक रूप से) उत्तेजित स्थिति से कम नहीं हो जाती (चित्र 1 देखें)। इसके बाद यह अधिकतम रूप से मोलेक्यूल में विव्रणों को उत्तेजित करने के द्वारा ऊर्जा खो देता है। ऐसी एक विधि के माध्यम से यह आगे बढ़ता है, जिसमें अस्थायी नकारात्मक आयन स्थितियों के माध्यम से होता है, क्योंकि सीधे प्रक्षेपण-संवहन टकराव बहुत ही अप्रभावी होते हैं। एक घनीभूत माध्यम में (द्रव्य, ठोस या कांच) बहुत कम-ऊर्जा (1 ईवी से कम) इलेक्ट्रॉन फोनॉन उत्सर्जन के एक प्रक्रिया और माध्यम की अन्य कम फ्रीक्वेंसी वाली अंतरमोलेक्यूलर गतियों के साथ प्रभासित होने के द्वारा ऊर्जा खोते रहते हैं।

एक इलेक्ट्रॉन और एक एकवाला भारी कण जिसकी वही गति है, उनका लगभग समान रोकाव होता है। हालांकि, इलेक्ट्रॉन का छोटा मास इसका अर्धांतरित होने की दर बहुत अधिक होती है। इस इलेक्ट्रॉन के लिए अधिक अर्धांतरित होना यह सिद्ध करता है कि, अगर एक इलेक्ट्रॉन और एक भारी कण एक ही गति से प्रारंभ होते हैं, तो इलेक्ट्रॉन की बहुत कम रेंज होगी। इलेक्ट्रॉन ट्रैक अधिक स्ट्रैग्लिंग और छित्तांव का प्रदर्शन करते हैं तुलनात्मक स्थिति में भारी कण के साथ। पहला प्रभाव इस बात का परिणाम है कि इलेक्ट्रॉन एक ही संवाद में अपनी ऊर्जा का बड़ा भाग खो सकता है; दूसरा मास की छोटी वजन की वजह से होता है। एक शक्ति कानून का उपयोग किया जा सकता है

ताकि दिए गए माध्यम में इलेक्ट्रॉनों की रेंज और ऊर्जा का संबंध जाना जा सके - अर्थात, रेंज ऊर्जा को शक्ति n की शक्ति के रूप में बढ़ाता है; भारी कण के मामले में, सूचक n का स्तर उच्च ऊर्जाओं में दो से कम होता है। कम ऊर्जाओं पर, यह संबंध इतना है कि सूचक एक या उससे कम है। बहुत सारे सूत्र और पंक्तियाँ उपलब्ध हैं जो विभिन्न ऊर्जाओं पर इलेक्ट्रॉनों के रोकाव और रेंज के लिए तथा भारी कणों के लिए उपलब्ध हैं।

Neutrons

एक न्यूट्रॉन एक अविद्युत कण है जिसका चार्ज नहीं होता है, जो इलेक्ट्रॉन के साथ समान घूर्णन और प्रोटॉन मास से थोड़ा अधिक होता है। स्वतंत्र स्थान में यह एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन, और एक उत्तर-न्यूट्रीनो में अपघात करता है और इसकी आधी जीवनकाल लगभग 12–13 मिनट होती है, जो परमाणुओं के साथ अंतर्क्रियाओं के जीवनकाल के मुकाबले इतना बड़ा होता है कि प्रायः इस प्रकार की अंतर्क्रियाओं द्वारा कण गायब हो जाता है।

न्यूट्रॉन बीमें कई तरीकों से उत्पन्न की जा सकती हैं। एक आधुनिक तरीका एक परमाणु रिएक्टर से एक उच्च प्रतिरोधी बीम निकालने का है। एक सरल लेकिन महंगा उपकरण वह है जो रेडियम और बेरिलियम का मिश्रण उपयोग करता है। रेडियम द्वारा उत्सर्जित अल्फा (एल्फा) कणों का बेरिलियम नाभिकियों के साथ प्रतिक्रिया करता है जिससे न्यूट्रॉन की एक अधिकांश उत्पादन होती है। न्यूट्रॉन एक प्रमुख परमाणु घटक है और परमाणु संयोजन के लिए जिम्मेदार होता है। एक मुक्त न्यूट्रॉन अपनी गति और लक्ष्य की प्रकृति के आधार पर नाभियों के साथ विभिन्न तरीकों से प्रभावित होता है।

साधारण प्रक्रियाएँ झटका (वायावरणिक और अवायावरणिक), शोषण, और नए तत्वों को उत्पन्न करने के लिए नाभियों द्वारा समावेश करती है। इलेक्ट्रॉन की तरह, एक न्यूट्रॉन वायावरणिक टकराव के माध्यम से ऊर्जा का व्यापक हिस्सा हार देता है, क्योंकि इसका भार कम एवं निम्न परमाणु संख्या के परमाणु के भार के बराबर होता है। (मैकेनिक्स के नियमों के अनुसार, वायावरणिक टकराव में, औसत रूप से, एक वस्तु अपनी ऊर्जा का आधा हिस्सा बराबर भार की दूसरी वस्तु को हार देती है।)

न्यूट्रॉन प्रति संघटन से स्थायीतापूर्ण ऊर्जा का औसत भाग, (Δ E/E)av नामक चिह्न, मारे गए परमाणु के परमाणु संख्या (A) के दोगुना भार से भागीदार है जो परमाणु संख्या के वर्ग प्लस एक से भाग किया जाता है।

इस प्रकार, ऊर्जा को धीरे-धीरे (चलने की ऊर्जा को आसपास के परमाणुओं की ऊर्जा तक कम करने के लिए) उच्च गति वाले न्यूट्रॉन को केवल हाइड्रोजन, ड्यूटेरियम, हीलियम, बेरिलियम, और कार्बन में क्रमशः 18, 25, 42, 90, और 114 संघटनों की आवश्यकता है। शुद्ध अवशोषण नई तत्व का उत्पन्न नहीं करता, भले ही कभी-कभी इसके साथ गैमा किरणों का उत्सर्जन हो। कुछ ग्रहण के मामलों में, धारणा का प्रभाव रेडियोएक्टिविटी के बाद आता है, अक्सर बीटा (β) कणों का उत्पादन के साथ। एक और प्रकार के अंतर्क्रिया में, एक भारी चार्जधारी कण (जैसे कि एक अल्फा-कण या प्रोटॉन) निकाला जाता है; परिणामी परमाणु अक्सर लेकिन हमेशा रेडियोएक्टिव होता है।

उदाहरण के रूप में, बोरॉन पर न्यूट्रॉनों का प्रतिक्रिया अल्फा कणों का उत्पादन करती है, जो अल्फा-कण वेल्डिंग के लिए आधार प्रदान करती है। इस प्रकार की वेल्डिंग का सिद्धांत, सोवियत रसायनज्ञ V.I. गोल्डानस्की द्वारा आविष्कृत किया गया, विभिन्न सामग्रियों के बीच संबंध की एक पतली परत का डिपॉजिट करना है, जिसे फिर न्यूट्रॉन्स के साथ अंधकारित किया जाता है। परमाणुरेखीय प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न उच्च-ऊर्जा अल्फा-कण सामग्रियों को जोड़ते हैं।

 

न्यूट्रॉन की असाधारण प्रतिक्रियाएं विकर्ण, परमाणु विभाजन, और परमाणु संघटन के द्वारा प्रतिनिधित की जाती हैं। विकर्ण, निम्न ऊर्जा न्यूट्रॉनों (लगभग 0.05 ईवी से कम) द्वारा प्रदर्शित किया जाता है, जो उनकी तरंगी नियति को दिखाता है और पदार्थ की तरंगी स्वभाव की दे ब्रोयली की परिकल्पना के साथ संगत है। न्यूट्रॉन विकर्ण, विलक्षण अणुओं और क्रिस्टलों में परमाणुओं के स्थान का पता लगाने में एक्स-किरण तकनीक को पूरक करता है, विशेष रूप से हाइड्रोजन जैसे निम्न परमाणु संख्या के अणुओं के। विभाजन एक भारी परमाणु के टुकड़े (स्वचालित रूप से या उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन के प्रभाव के तहत) के बंटन को दो छोटे बनाता है, जिसमें ऊर्जा और न्यूट्रॉन मुक्त होते हैं।

स्वचालित-विभाजन दरें और विभाजन के क्रियाकलाप केवल न्यूट्रॉन के माध्यम से प्रेरित विभाजन महत्वपूर्ण होता है। साथ ही, न्यूट्रॉन-प्रेरित-विभाजन क्रॉस सेक्शन विशेष अणुओं (एक ही परमाणु की प्रजाति और न्यूट्रॉन की ऊर्जा के आकलन) और न्यूट्रॉन की ऊर्जा पर निर्भर करता है। विभाजन प्रक्रिया स्वयं उच्च गति न्यूट्रॉनों को उत्पन्न करती है, जो यथायोग्य रूप से सामंजस्य (एक प्रक्रिया जिसे मध्यम के साथ व्याघातिक परिवर्तन कहा जाता है) द्वारा धीरे-धीरे धीमा किया जाता है, फिर से अधिक विभाजन को उत्प न्न करने के लिए तैयार होते हैं। जो न्यूट्रॉन उत्पन्न किए जाते हैं वे न्यूट्रॉन को अवशोषित किए जाने वाले न्यूट्रॉनों के अनुप्रयोग की दर कहलाती है। जब उस अनुप्रयोग का अनुप्रयोग एकांगी विधि में अधिकतमता को पार करता है, तो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया प्रारंभ की जा सकती है, जो परमाणु-शक्ति रिएक्टरों और अन्य विभाजन उपकरणों का आधार है। श्रृंखला एक अवधि द्वारा समाप्त होती है, जिसमें अकस्मात अवशोषण, स्राव, और अन्य प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं जो एक न्यूट्रॉन को पुनः उत्पन्न नहीं करती हैं।

जिस ताकत स्तर पर एक रिएक्टर काम करता है, वह खो दर हमेशा विभाजन के माध्यम से उत्पन्न दर के जनरेशन दर को संतुलित करती है। 1942 में हंगेरी-जन्मी अमेरिकी भौतिक विज्ञानी युजीन पी. विग्नर ने तेज न्यूट्रॉनों के संभावित प्रभावों की विचाराधीनता के दौरान सूचित किया कि न्यूट्रॉन से अणु तक की ऊर्जा के लघुत्व से तकनीकी और रासायनिक परिवर्तन हो सकते हैं। इस रूपांतर प्रक्रिया, जिसे विग्नर प्रभाव के रूप में जाना जाता है और कभी-कभी "एक धक्का प्रक्रिया" के रूप में भी कहा जाता है, 1943 में अमेरिकी रसायनज्ञ मिल्टन बर्टन और टीजे न्यूबर्ट द्वारा खोजा गया था और यह ग्रेफाइट और अन्य सामग्रियों पर गहरा प्रभाव डालता है।

Secondary effects of radiation Purely physical effects

रेडिएशन प्रभाव के संदर्भ में, प्राथमिक और द्वितीय शब्दों का उपयोग एक सापेक्ष संदर्भ में किया जाता है; इस उपयोग पर अध्ययन किए जा रहे परिस्थितियों पर निर्भर करता है। इस प्रकार, आयनीकरण और उत्तेजन किसी भौतिक और रासायनिक प्रभाव के संदर्भ में प्राथमिक माने जा सकते हैं। अन्य रासायनिक प्रभावों के लिए, विकिरण में मुक्त रेडिकलों (अणु टुकड़े) का उत्पादन प्राथमिक माना जा सकता है, हालांकि इस प्रक्रिया को पूरा करने के लिए बहुत अधिक समय लगता है। जीवाणु प्रक्रियाओं में, जिसमें पहले के रासायनिक प्रतिक्रिया का अंतिम उत्पादन प्राथमिक माना जा सकता है, उसमें और भी लंबे समय शामिल होते हैं।

सामान्यतः, एक परमाणुक ठोस (केवल एक परमाणु प्रजाति से मिलती जुलती सामग्री) विकिरण के बाद किसी स्थायी रासायनिक परिवर्तन को नहीं दिखाता या उसमें बहुत कम होता है। परमाणुक ठोस में मेटल और ग्रेफाइट जैसी सामग्रियाँ महत्वपूर्ण हैं। कार्बन और ग्रेफाइट को विकिरण किया जाने पर मोलेक्युलर कार्बन (सी 2) या उससे बड़े खण्डों का उत्पादन, एक निश्चित सीमांत दृष्टिकोण में, रासायनिक परिवर्तन के रूप में माना जा सकता है। परमाणुक मध्यम की आयनिकरण के बाद पुनर्संयोजन समान परमाणु उत्पन्न करता है, लेकिन इसका स्थानांतरण हो सकता है। मोलेक्युलर मध्यम के लिए स्थिति काफी अलग होती है।

उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक स्थितियाँ अक्सर एक मोलेक्यूल के लिए विघातक होती हैं और रासायनिक रिएक्टिव रैडिकल उत्पन्न करती हैं। सकारात्मक आयन भी, जो समान रूप से उत्पन्न होते हैं, न्यूट्रलीकरण होने से पहले कई प्रकार के प्रतिक्रियाओं का सामना कर सकते हैं। ऐसा आयन अकेले ही टुकड़ों में विभाजित हो सकता है, या यह आयन-मोलेक्युल प्रतिक्रिया के रूप में एक न्यूट्रल मोलेक्यूल के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है। इन प्रतिक्रियाओं के अंत में उत्पन्न उत्पाद एकत्रित द्रव्य या नए स्थिर यौगिक हो सकते हैं, या फिर पुनर्जन्मित मोलेक्यूल हो सकते हैं, जैसे जल विकिरण के मामले में।

विकिरण के प्रभाव से विभिन्न पदार्थों में कई पूरी तरह से भौतिक प्रभाव देखे गए हैं। इन्हें व्यापक रूप से निम्नलिखित श्रेणी में वर्गीकृत किया जा सकता है: (1) क्रिस्टल में संरचनात्मक परिवर्तन, कभी-कभी संरचनात्मक आयाम में परिवर्तन के साथ, (2) स्थिर यानी की वायवीय मेकानिक गुणों में परिवर्तन, जैसे की लचीलापन और कठोरता, (3) गतिशील मेकानिक गुणों, जैसे की आंतरिक घर्षण और तन, में परिवर्तन, और (4) परिवहन गुणों, जैसे की ऊष्मा चालकता और विद्युत विरोधीता में परिवर्तन। इन परिवर्तनों को सामग्रियों पर विकिरण के तृतीयक प्रभाव के रूप में नीचे विचार किया गया है।

Molecular activation

जब एक मोलेक्यूल विकिरण के साथ संवाद करके ऊर्जा अवशोषित करती है, तो उसे सक्रिय माना जाता है। इस ऊर्जा-धनी स्थिति में वह कई असामान्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अनुभव कर सकती है जो सामान्य रूप से इसके थर्मल संतुलन में उपलब्ध नहीं होतीं। विशेष महत्वपूर्ण यहां इलेक्ट्रॉनिक सक्रियकरण है - यानी, मोलेक्यूल के इलेक्ट्रॉनिक उत्साहित स्थिति का उत्पादन। इस स्थिति को प्राप्त किया जा सकता है (1) फोटॉन अवशोषण द्वारा सीधे उत्तेजन, (2) आकर्षित कणों के संपर्क से, सीधे या अप्रत्यक्ष रूप से आयतनीकरण के माध्यम से, या उत्तेजित सक्रिय आयतनों से उत्तेजन स्थानांतरण, और (3) धीमे प्रवेशक क्रांतियों के साथ टकराव में आयतनीकरण द्वारा। उस सम्मिलित प्रक्रियाओं की विविधता में प्रकाश उत्सर्जन, या ल्यूमिनेसेंस, शामिल है।

Luminescence

ल्यूमिनेसेंस की भाषा का इतिहास से धुंधलापन है। प्रारंभिक रूप में, तेज ल्यूमिनेसेंस को फ्लोरेसेंस कहा गया था और धीमा (अर्थात, विलम्बित या लंबित) ल्यूमिनेसेंस को फोस्फोरेसेंस कहा गया था। वर्तमान वैज्ञानिक अभ्यास यह परिभाषित करने पर आधारित है कि उसे एक तथा उत्तरायित्र नियमों कहा जाता है: फ्लोरेसेंस एक अनुमोदित संचार (जैसे, सिंगलेट-सिंगलेट) होता है और आमतौर पर लगभग 10-9 सेकंड का समय लेता है; फोस्फोरेसेंस एक विरोधित संचार (जैसे, ट्रिपलेट-सिंगलेट) होता है और 10-6 सेकंड या उससे अधिक समय की आवश्यकता हो सकती है।

गैस अवस्था (वायुमंडलीय स्थिति) में, एक उत्तेजित मोलेक्यूल या तो लाइट उत्पन्न करती है, या आंतरिक परिवर्तन नामक प्रक्रिया का सामना करती है, या विविधिकरण का अनुभव करती है। एंथ्रेसीन के लिए लाइट उत्पन्न करना नियम है, जबकि पानी के लिए यह हाइड्रोजन (एच) और हाइड्रोक्साइड (ओएच) में विभाजित होना है। एक नियम के रूप में, लाइट उत्पन्न करने की प्रक्रियाएँ डिफ़ॉल्ट रूप से होती हैं — यानी, केवल अगर विविधिकरण की ऊर्जात्मक असंभव है या यदि यह एक जटिल ऊर्जा-स्थानांतरण प्रक्रिया को शामिल करता है या यदि एक गैर-लाइट उत्पन्न अवस्था के लिए आंतरिक परिवर्तन अक्षम है।

फ्लोरेसेंस आमतौर पर सबसे कम इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजित स्थिति से होती है (चित्र 1 देखें); यदि उच्च स्थितियों को उत्तेजित किया जाता है तो वे या विभाजित हो जाते हैं या ऊर्जात्मक रूप से सबसे कम उत्तेजित स्थिति की ओर एक या एक से अधिक आंतरिक परिवर्तन प्रक्रियाओं में से एक के द्वारा ऊर्जात्मक प्रवाहित होते हैं, इससे पहले कि उत्सर्जन हो। (इस नियम का एक प्रमुख अपवाद अजूलीन द्वारा प्रदान किया जाता है।)

तीन रुपांतरित उत्तेजित अणुओं के लिए भी एक समान परिस्थिति है। हालाँकि, इस मामले में उत्त्सर्जन की दर और भी धीमी होती है, क्योंकि इस मामले में चयन नियमों द्वारा यह प्रतिबंधित होता है। यदि त्रिपलेट उत्तेजन ऊर्जा मौलिक बोंड टूटने (विभाजन) के लिए पर्याप्त नहीं है, तो अणु एक अद्यगत स्थिति में रह सकता है (एक अप्राप्त, असली, स्थिरता की) बहुत देर तक, जब तक यह या तो फासफोरेस होता है, आंतरिक रूप से परिवर्तन होता है,

या अन्य त्रिपलेट के साथ मिलता है। ऐसा एक मिलान उच्च उत्तेजित स्थिति को उत्पन्न करता है, जिसमें विभाजन के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। इनमें से कुछ अंतिम उत्तेजित स्थितियाँ सिंगलेट्स के रूप में उत्पन्न होती हैं जो प्रकाश उत्सर्जन के कर्य क्षम होती हैं। यह चर्चा अधिक सामान्य, सामान्य विशेषताओं से संबंधित है। जिन विशेष प्रकार के मामले, जो सामान्य पैटर्न का पालन नहीं करते, उनका भी विचार नहीं किया गया है।

Ionization phenomena

आयनीकरण (चित्र 1 देखें) उत्तेजन का उस अत्यंत रूप है जिसमें एक इलेक्ट्रॉन निकाल दिया जाता है, जो एक सकारात्मक आणविक आयन को पीछे छोड़ देता है। इस प्रक्रिया के लिए न्यूनतम ऊर्जा को आयनीकरण संभवतः ऊर्जा अपवर्धन (आईपी) कहा जाता है। वास्तविक ऊर्जिकता को फ्रैंक-कोंडन सिद्धांत द्वारा वर्णित किया जाता है, जो केवल यह स्वीकार करता है कि एक इलेक्ट्रॉनिक परिवर्तन के अत्यंत छोटे समय में, एक आणविक अवस्थि की प्राथमिक रूप से कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं होता है।

इस सिद्धांत के परिणामस्वरूप, एक ऑप्टिकल प्रक्रिया में आयन लगभग बिना किसी उत्सर्जित स्थिति में उत्पन्न होता है जिसमें आईपी से अधिक ऊर्जा का इनपुट होता है। वास्तव में, फ्रैंक-कोंडन प्रतिबंधितताओं के कारण, आंतरिक इलेक्ट्रॉन की उत्तेजन केवल गैर-आयनीकृत, अत्यधिक उत्तेजित आणविक राधा (जिसे रॉबर्ट एल. प्लाजमैन, एक अमेरिकी भौतिकशास्त्री द्वारा सुझाया गया है) के प्रारंभिक उत्त्सर्जन से परिणामित हो सकती है जिसकी ऊर्जा आयनीकरण संभावना से अधिक होती है। एक अत्यधिक उत्तेजित आणु अल्पकालिक होता है और सामान्यत: शीघ्रता से रूपांतरित होता है (10-14 सेकंड के रूप में) या तो न्यूनतम उत्तेजन प्रोडक्ट्स या आईन और एक मुक्त इलेक्ट्रॉन के साथ चिह्नित अतिशेष ऊर्जा के साथ। आयन खुद अतिशेष किनेटिक या आंतरिक गतिज और घूर्णन ऊर्जा के साथ अन्य प्रजातियों को देने के लिए विभाजित हो सकता है।

Excitation states

गैस अवस्था में होने वाले सभी प्रकार की उत्तेजन को ठंडे स्थितियों में भी हो सकता है (तरल, कांच, या ठोस), लेकिन उनका संबंधित योगदान प्रभावित हो सकता है। साथ ही, विशेष उत्तेजित स्थितियाँ उत्पन्न होती हैं जिनका गैसीय अवस्था में कोई समानांतर नहीं होता। उनका अस्तित्व आँव और मोलेक्यूल के समूहगत व्यवहार की वजह से होता है। उनमें से अधिक महत्वपूर्ण हैं एक्साइटॉन स्थिति, पोलेरॉन स्थिति, चार्ज-ट्रांसफर (या चार्ज-विभाजित) स्थिति, और प्लास्मॉन स्थिति।

एक्साइटॉन स्थिति एक मोलेक्यूल की सहकारी स्थिति है जिसमें उत्तेजन ऊर्जा सभी को साथ ही सम्बन्धित है। पोलेरॉन स्थिति में एक इलेक्ट्रॉन मोलेक्यूल के संघ का हिस्सा होता है, लेकिन इसका गति निरंतर होती है ताकि वह अपनी खुद की पोलराइजेशन फील्ड के साथ चले, जिसे "वर्चुअल फोनॉन का एक ढेर" के रूप में वर्णित किया जाता है। इसका एक उदाहरण सोलवेटेड इलेक्ट्रॉन (एक विशेष मोलेक्यूल या समूह के साथ संबद्ध इलेक्ट्रॉन) है।

चार्ज-ट्रांसफर स्थिति एक उत्तेजित स्थिति है। एक विशेष दृष्टि में, इलेक्ट्रॉन उत्तेजन में इलेक्ट्रॉन का एक घटिका के से एक उच्चतम चक्रवात से होने वाले गतिविधि को शामिल करता है। क्वांटम यांत्रिकी नोट करती है कि इलेक्ट्रॉन एक परिसंख्यात शास्त्रीय चक्रवात में एक परमाणुकी नाभि के चारों ओर घूमता नहीं है बल्कि वास्तव में वह एक ऐसे ऑर्बिटल में धारण करता है जिसमें इसे न्यूनतम संभावना के स्थान पर शास्त्रीय चक्रवात के स्थान पर पाया जाता है।जब किसी आकस्मिक सिस्टम में एक मोलेक्यूल को उत्तेजित किया जाता है, तो परिणामी इलेक्ट्रॉनिक ऑर्बिटल एक या एक से अधिक संबाधित मोलेक्यूलों को ढक लेता है, और उस दृष्टि में, इलेक्ट्रॉन समूह का हिस्सा है

क्योंकि इसका उत्तेजन स्तर एक एकल, अलग मोलेक्यूल की इलेक्ट्रॉनिक गुणों के संबंधित नहीं है।प्लास्मॉन स्थिति एक अत्यधिक प्रसारित स्थिति है जो कमजोर बंधित इलेक्ट्रॉनों के कुलंबियन (विद्युतीय) परस्पराक्रिया द्वारा सामूहिक रूप से बनाई जाती है। तंतुओं पर कुछ दस किलोवोल्ट ऊर्जा के इलेक्ट्रॉनों के प्रभाव के परिणामस्वरूप गुटकों पर 10–20 ईवी के लगभग ऊर्जा का हानि देखा गया है। धातु और अधातु, जिनमें प्लास्मा ऊर्जा का हानि दिखाई देता है, इसमें प्लास्टिक जैसे गैर-धातुओं को भी शामिल किया गया है। खोई गई ऊर्जा यूवी या दृश्य प्रकाश के रूप में पुनः प्रकट हो सकती है (फेरेल विकिरण, 1960); ऐसी कोई रासायनिक प्रभाव का पता नहीं चला है कि इस तरह की हानियों से हुई हो।

सामान्यतः, एक छोटा, सरल अणु अल्ट्रावायलेट में प्रकाशित होता है, और एक अधिक जटिल अणु विज्ञाता स्पेक्ट्रम के नीले-बैंगनी छोर पास होता है। द्ये अणु, दूसरी ओर, लाल छोर सहित दृश्य प्रकाश क्षेत्र में विकिरण कर सकते हैं। अधिकांश अणुओं की मूल इलेक्ट्रॉनिक स्थिति एक सिंगलेट स्थिति है।

इसलिए, आमतौर पर, ऑप्टिकली अनुमोदित उत्सर्जन, या फ्लोरेसेंस, सबसे निम्नतम उत्सर्जित सिंगलेट स्थिति से मूल स्थिति की ओर होता है। अणु की सबसे निम्न त्रितिया स्थिति संवेदनशील सिंगलेट के ऊपर कुछ नीचे होती है। इस त्रितिया स्थिति से प्रकाश विकिरण कांतिक मैकेनिकल चयन नियमों द्वारा निषिद्ध होता है, लेकिन यह बनाया जाता है जब अन्य प्रक्रियाएं भी कम संभावनात्मक होती हैं। ऐसा विकिरण फॉस्फोरेसेंस कहलाता है। यह अपेक्षाकृत कमजोर, धीमा और लंबी तार की ओर होता है। त्रितिया स्थितियाँ आंतरिक परिवर्तन और इंटरसिस्टम क्रॉसिंग नामक प्रक्रियाओं द्वारा उच्च सिंगलेटों से उत्पन्न की जा सकती हैं। इन स्थितियों को बर्फीले रास्ते पर परिघात लगाने या इलेक्ट्रॉन जैसे धीमे चार्ज धारित कणों के प्रभाव से भी उत्पन्न किया जा सकता है।

एक संकुचित प्रणाली में ऑप्टिकल विकिरण का अधिकांश प्रभाव उस अणु पर नहीं होता है जिसमें पहले ही ऊर्जा अवशोषित की जाती है, बल्कि उस अणु पर जो ऊर्जा कई संभावित प्रक्रियाओं में स्थानांतरित होती है। इसमें शामिल हैं, सीधे अंगूठा (adjacent) अणुओं के बीच सीधे से सीधे प्रेरिता (excitation) स्थानांतरण, एक दूरस्थ अणु के साथ एक उत्तेजित अणु के क्वांटम-यांत्रिक संवेदनशीलता के माध्यम से सीधे संवाद (interaction), या एक मोलेक्यूल से फ्लोरेसेंस उत्सर्जन और किसी दूसरे मोलेक्यूल के द्वारा पुनः अवशोषण जैसी उत्तान प्रक्रिया (process) के द्वारा। ये प्रक्रियाएँ ज्यादातर फ्लोरेसेंस और फॉस्फोरेसेंस के प्रकारों के संदर्भ में अध्ययन की जाती हैं।

उच्च-ऊर्जा विकिरण (जैसे कि इलेक्ट्रॉन, एक्स-रे, और गैमा रे) के साथ, आयनों का एक अतिरिक्त तंत्र भी उपलब्ध होता है। एक विलयन (solute) M के मामूली (solvent) S में, उदाहरण के लिए, किरणों के कुछ संभावित प्रभावों का एक सरल विवरण निम्नलिखित अभिव्यक्तियों द्वारा प्रतिनिधित किया जा सकता है, जिसमें प्रतीक ☢ को "ऊच्च-ऊर्जा विकिरण द्वारा कार्रवाई की जाती है" माना जाता है और e निकाला गया इलेक्ट्रॉन को प्रतिनिधित करता है:

Photographic process

वस्तु पर विकिरण के सबसे महत्वपूर्ण प्रभावों में से एक फोटोग्राफिक क्रिया में दिखाई जाती है। कला, वाणिज्यिक उपयोग, और उद्योग में इसके विभिन्न उपयोगों के अलावा, फोटोग्राफी एक अमूल्य वैज्ञानिक उपकरण है। यह विस्तार से विश्लेषणिका, फोटोमीट्री, और एक्स-रे परीक्षणों में प्रयुक्त होती है। इसके अलावा, फोटोग्राफिक इमल्शन तकनीकों का उपयोग ऊची ऊर्जा युक्त कणों की पहचान और वर्णन में व्यापक रूप से किया गया है। यह महत्वपूर्ण है

कि प्राथमिक घटनाओं के संबंध में सभी कल्पनाएं शामिल हैं जो ध्यान में लाते हैं कि एक ऊर्जा अवशोषण प्रक्रिया, सीधी या संवेदित, एक क्लोराइड (या अन्य हैलाइड) आयन एक सिल्वर हैलाइड जाल में एक इलेक्ट्रॉन खो देता है। उस इलेक्ट्रॉन को उसके बाद ऐसे एक सिल्वर आयन द्वारा कैप्चर किया जाता है जो ऐसे बिंदु पर स्थित होता है कि उचित अवस्थाओं के तहत प्रकाश प्रक्षेपण और विकास की अवधि और तीव्रता का प्रतिनिधित्व करने वाला एक सिल्वर अणु बड़ा होता है।

Ionization and chemical change

इस खंड में, आयनीकरण के विशेष मामले के रूप में आयनिकीकरण प्रक्रिया का संक्षेप में चर्चा की गई थी। हालांकि, आयनीकरण प्रक्रिया में कुछ विशेष विशेषताएँ होती हैं। सबसे प्रमुख रूप से, उन आयन या आणविक में फोटोआयनीकरण (प्रकाश द्वारा आयनीकरण) और धारित कण के प्रभाव से आयनीकरण के लिए प्रायोगिकताएँ (या क्रॉस सेक्शन) बहुतायत में और सबसे कम—प्रकाश—उत्पन्न—ऊर्जा (अर्थात्रेशोल्डर व्यवहार) में भिन्न होती हैं। फोटोआयनीकरण क्रॉस सेक्शन धारणी में उच्च मूल्य पर एक अचानक प्रारंभ दिखाता है (अर्थात्रेशोल्डर व्यवहार) और फिर फोटोन की ऊर्जा के वृद्धि के साथ केवल धीरे—धीरे घटता है।

सरल आणविक में इलेक्ट्रॉन—प्रभाव आयनीकरण (जैसे कि हाईड्रोजन और हीलियम) आयनीकरण सीमा पर प्रारंभ होता है, उसकी ऊर्जा के प्रति वृद्धि के साथ सीधे रूप में बढ़ता है, और उसमें 100–200 ईवी की प्रवेश ऊर्जा पर एक चोटी दिखाई देती है। आयनिक में व्यवहार समान होता है केवल यहां तक कि चोटी फैली होती है और बहुत हल्का होता है। जब प्रवेश ऊर्जा उच्च होती है और निकाली गई इलेक्ट्रॉन की गतिकी ऊर्जा (चलन की ऊर्जा) उसकी बाँधनी ऊर्जा से अधिक होती है, तो प्रक्रिया के लिए क्रॉस सेक्शन एक सीमा को पहुंचता है, जिसे ब्रिटिश भौतिकविद अर्नेस्ट रथरफोर्ड के नाम पर गुरुत्वाकर्षणीय रथरफोर्ड माना जाता है।

सामान्य रूप से, मात्रा पर उच्च-ऊर्जा विकिरण के प्रभाव के परिणामस्वरूप उत्पन्न प्रक्रियाएँ में मध्यमिक प्रोडक्शन और सक्रिय भूमिका में सक्रिय आयन (स्थिर और अस्थिर), इलेक्ट्रॉन, नकारात्मक आयन, उत्तेजित प्रजातियाँ, और मुक्त रेडिकल और परमाणु, जो फिर स्थानीय प्रक्रियाओं में प्रवेश कर सकते हैं और जिनका प्रक्रियाओं में भौतिक रिएक्शन किनेटिक्स की प्रक्रियाओं में प्रवेश हो सकता है, शामिल होते हैं।

सामान्य लो-ऊर्जा (या ऑप्टिकल) प्रक्रियाएँ आमतौर पर केवल उत्तेजित प्रजातियों और मुक्त रेडिकल्स और परमाणुओं को शामिल करती हैं - जो सभी ऐसे प्रक्रियाओं द्वारा उत्पन्न होते हैं जो विभिन्न परमाणुओं और मोलेक्यूलों के बीच बिना किसी सीधे विद्युत आयन (यानी, इलेक्ट्रॉन) के स्थानांतरण को शामिल नहीं करती हैं। ऑप्टिकल प्रक्रियाओं (फोटोकैमिस्ट्री) और उच्च-ऊर्जा विकिरण (रेडिएशन कैमिस्ट्री) की रसायनिकता की महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि ये सामान्यत: कमरे के तापमान और निचे पर आसानी से उपयोग की जा सकती हैं और उनकी किनेटिक्स की अध्ययन किया जा सकता है।

Photochemistry

फोटोकैमिस्ट्री के दो "नियम" हैं। पहला, ग्रोथस-ड्रेपर का नियम (रसायनिक विज्ञानी क्रिस्टियन J.D.T. वॉन ग्रोथस और जॉन डब्ल्यू. ड्रेपर के नाम पर), सरल है: प्रकाश को पदार्थ पर प्रभाव डालने के लिए इसे अवशोषित किया जाना चाहिए। दूसरा, या स्टार्क-आइंस्टीन का नियम (भौतिकशास्त्री योहानेस स्टार्क और अल्बर्ट आइंस्टीन के नाम पर), इसका सबसे आधुनिक रूप है: प्रति अवशोषित फोटन के एक परिणामी प्राथमिक भौतिक या रासायनिक क्रिया होती है। किसी विशेष प्रोडक्ट के क्वांटम यील्ड उस प्रोडक्ट की मोलों की संख्या को लाइट के एक आइंस्टीन यानी 6.02 × 10^23 फोटों की संख्या से भाग लेकर या फिर फोटन प्रति उच्चोच्चित किया जाने वाले प्रोडक्ट के मोलेक्यूलों की संख्या से होता है।

आदर्श मामले में, क्वांटम यील्ड, जिसे अक्षर ग्रीक अल्फा, γ, या फाई, Φ, द्वारा अक्सर दर्शाया जाता है, एकता होती है। वास्तविक मामलों में, यदि एक पिछली प्रतिक्रिया शामिल है, तो Φ एक हाथ में शून्य के करीब आ सकता है - विशेषकर यदि एक शुद्ध, सूखी हाइड्रोजन (H) और क्लोरीन (Cl) का मिश्रण शामिल है - या यह 1,000,000 के आदेश में हो सकता है, जिस में प्राथमिक उत्पाद एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को आरंभ कर सकता है। निम्नलिखित रासायनिक समीकरणों में हर तत्व के लिए एक परिमाण एटम को दिखाता है, और मोलेक्यूल में बंधित अणुओं की संख्या एक प्रति छोटा प्रदर्शित करती है, जबकि संख्या सूत्र का पीछा करता है; तीर प्रतिक्रिया की दिशा दिखाता है:

जिसमें प्रतिक्रिया 2 और 3 बार-बार एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में दोबारा होती है। प्रतीक →hν को "जब एक प्रकाश के फोटन, ग्रीक अक्षर न्यू, ν (जो हमेशा निर्धारित होता है), का अवशोषण होता है, तो देता है" के रूप में पढ़ा जा सकता है। क्योंकि h कार्य का प्लांक संदर्भ (लगभग 6.6 × 10-27 ईर्ग सेकंड) है और ν को रिवर्सिबल सेकंड में व्यक्त किया जाता है (यानी, सेकंड-1), उत्पाद hν एक फोटन प्रति अवशोषित ऊर्जा को दर्शाता है। कुछ प्रतिक्रियाएं दो प्राथमिक उत्पाद दे सकती हैं; उदाहरण के लिए,

उस मामले में, प्राथमिक प्रतिक्रियाओं के लिए विभिन्न क्वांटम यील्ड होते हैं, और उन यील्ड का अनुपात अवशोषित प्रकाश की आवृत्ति, ν, के साथ बदलता है।

Radiation chemistry

जब कोई टारगेट एक सकारात्मक आयन द्वारा बम्बार्ड होता है, जैसे पार्टिकल एक्सेलरेटर से हाइड्रोजन आयन H+ या डेउटेरियम आयन D+ या परमाणु अपघात से अल्फा पार्टिकल 4He2+, या वास्तव में किसी भी उच्च ऊर्जा भारी सकारात्मक आयन से, प्रारंभिक प्रभाव एक उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन के प्रारंभिक प्रभाव से बहुत अलग होते हैं। यह परिस्थिति इस तथ्य से होती है कि, एक ही किनेटिक ऊर्जा के लिए, 1/2mv2, ज्यादा भार वाला अणु, m, छोटी वेग वाले चलता है, v। एक विशेष आयन के लिए छोटी वेग वाले चलते हुए एक अणु की चुनौतीयता, जैसे कि पानी जैसे एक संकुचित माध्यम में, उत्पन्न करती है, उतनी ही अधिक होती है—अर्थात्, लीनियर ऊर्जा संचार। इस प्रकार, सकारात्मक आयन अपने प्रारंभिक प्रभावों को समीपवर्ती रूप से प्रदर्शित करते हैं, जैसे कि पानी जैसे मध्य में (शायद एक या दो अंग्स्ट्रॉम, 1 या 2 × 10-8 सेंटीमीटर) समाप्त होते हैं,

जबकि बराबर ऊर्जा के इलेक्ट्रॉन उसी माध्यम से यात्रा करते हुए छोटे संग्रहों में ऊर्जा को जमा करते हैं, जिन्हें स्पर कहा जाता है, जो शायद 1,000 अंग्स्ट्रॉम (10-5 सेंटीमीटर) या इससे भी आगे हो सकते हैं। उत्तेजन और आयनीकरण ट्रैक का उपसंहार तार की तुलना में तुला जा चुका है (सकारात्मक आयन बम्बार्डमेंट के मामले में), एक ओर, तथा फैले हुए मोती (इलेक्ट्रॉन बम्बार्डमेंट के मामले में), दूसरे ओर। घना ट्रैक, साथ ही अलग अलग तरह के स्पर, आयन, उत्तेजित अणु, और इलेक ्ट्रॉन समेत होते हैं; हालांकि, दोनों में एकत्रित प्रभावों की वितरण इस प्रकार विभिन्न होती है कि परिणामस्वरूप रसायनिक प्रतिक्रियाएं (अर्थात्, ट्रैक प्रभाव) पूरी तरह से विभिन्न हो सकती हैं। उदाहरण के रूप में, शुद्ध पानी के अल्फा-पार्टिकल अपघात से भारी मात्रा में हाइड्रोजन और हाइड्रोजन पेरॉक्साइड (H2O2) का उत्पन्न होता है, जबकि बीटा पार्टिकल्स, एक्स-रे, या गैमा से अपघात पूरी तरह से असंवेदनशील होता है। जल के रेडिएशन रसायनिक के सम्बंध में समग्र विचारों में सुझाया गया है कि

जिसमें प्रतिक्रिया (1) आयनीकरण और उत्तेजन के प्रारंभिक रासायनिक परिणामों का संक्षेप करती है। यह सुझाव दिया गया है कि प्रतिक्रियाएँ (2) और (3) घन ट्रैक्स में (जैसे कि अल्फा कणों के) उच्च संभावना के साथ होती हैं, लेकिन एकांत ट्रैक्स में (तेज-कण ट्रैक्स के रूप में) ऐसी प्रतिक्रियाएँ केवल कम संभावना के साथ हो सकती हैं। ऐसे मामले में, अमेरिकी रासायनिक ए. ओलिवर एलेन के अनुसार, हाइड्रोजन अणु और OH रेडिकल बैक-प्रतिक्रिया श्रृंखलाओं में किसी भी H2 + H2O2 के साथ उत्पन्न और उपस्थित लिक्विड के शरीर में थोड़ी अधिक संभावना के साथ प्रवेश करते हैं।

प्रतिक्रिया (5) में उत्पन्न हाइड्रोजन अणु फिर प्रतिक्रिया (4) में प्रवेश करता है, इसलिए प्रतिक्रियाओं (2) और (3) में वास्तव में जितनी भी छोटी मात्रा में H2 और H2O2 उत्पन्न होती है, वह प्रतिक्रियाओं (5) और (4) में उपयुक्तता के साथ खप जाती हैं, और जितनी भी देर तक प्रतिक्रिया चलती है, वे मूल रूप से पता लगाया नहीं जा सकता है।

Radiation chemical reactions

रेडिएशन रासायनिक प्रतिक्रियाओं की यांत्रिकी के विवेचन में, उत्तेजन और आयनीकरण दोनों की भूमिकाओं को ध्यान में लिया जाता है। उत्तेजन के संबंध में जानकारी फोटोकेमिस्ट्री के विस्तृत डेटा से उपलब्ध है; अक्सर, प्रारंभिक उत्तेजन प्रक्रिया को कोई महत्वपूर्ण रासायनिक प्रभाव नहीं होता। विपरीत, आयनीकरण सकारात्मक आयन, बाहरी इलेक्ट्रॉन, और आयन के समापन से होने वाले उत्तेजित स्थितियों के साथ रासायनिक परिवर्तन की विभिन्न विधाओं में लार्ज वेराइटी का कार्य कर सकता है, साथ ही (मूल) सकारात्मक आयन विखंडन और आयन-मोलेक्यूल प्रतिक्रियाओं को भी शामिल कर सकता है। कुछ ऐसे परिणाम कुछ मामलों के लिए संक्षेपित किए गए हैं। एक ही मूल आयन से विभिन्न टुकड़ों की विभिन्न गंभीरताओं, जैसे कि यहां उल्लिखित है, प्रोपेन आयन C3H8+ के से।

पूरी कोशिश करेंगे, अगर किसी ऊर्जात्मक विचार के कारण नहीं बाधित हो। विभिन्न संभावित टुकड़ों के आयनीकरण सीमांत, वास्तव में, केवल उनमें से एक पर हो सकता है। दूसरी ओर, क्योंकि प्रारंभिक आयनीकरण अक्सर सकारात्मक आयन के आधारी अवस्था में नहीं जाता है, इसलिए उर्जा आमतौर पर बंधन तोड़ने के लिए पर्याप्त होती है। पानी आयन और मोलेक्यूल के बीच जैसा आयन-मोलेक्यूल प्रतिक्रिया, ऊर्जात्मक मामलों के अनुमानित कारणों से बाधित नहीं होता है। क्योंकि विभिन्न संभावित टुकड़ों की आयनीकरण सीमाएं अत्यधिक भिन्न हो सकती हैं, आयन का चार्ज सीमांत एकमात्र में हो सकता है। दूसरी ओर, क्योंकि प्रारंभिक आयनीकरण आमतौर पर सकारात्मक आयन के आधारी स्थिति में नहीं जाता है, इसलिए ऊर्जा बंधन तोड़ने के लिए पर्याप्त होती है। पानी आयन और एक मोलेक्यूल के बीच आयन-मोलेक्यूल प्रतिक्रिया,

घने अवस्था में आयन-मोलेक्यूल प्रतिक्रियाएँ अधिक महत्वपूर्ण होती हैं, और गैस अवस्था में विखंडन अधिक महत्वपूर्ण होता है। ठोस जल में मूल आयन लगभग हमेशा आयन-मोलेक्यूल प्रतिक्रिया का केंद्र बनता है जैसा ऊपर संकेतित किया गया है। अनेक आयन-मोलेक्यूल प्रतिक्रियाओं के अत्यधिक क्रॉस सेक्शन होते हैं। एक ही आयन परिस्थितियों के आधार पर विखंडन या आयन-मोलेक्यूल प्रतिक्रिया का सामना कर सकता है। इस प्रकार, मेथेन (CH4), को उच्च-ऊर्जा गामा विकिरण से प्रभावित किया जा सकता है, जो एक इलेक्ट्रॉन, संकेत किया जाता है

एक प्रारंभिक आयनीकरण प्रक्रिया में निकाला गया इलेक्ट्रॉन अपने मार्ग में अन्य मोलेक्यूलों को और आयनीकृत और उत्तेजित कर सकता है, जिससे अन्य रासायनिक परिवर्तन हो सकते हैं। साथ ही, यह विसंगत अटैचमेंट के द्वारा अपने ही रासायनिक परिवर्तन प्रक्रियाएँ उत्पन्न कर सकता है, जैसे कि कार्बन टेट्राक्लोराइड (सीसीएल4) और नाइट्रस ऑक्साइड (एन 2 ओ) में।

और या तो स्थायी या अस्थायी (यानी, बहुत ही छोटे समय तक) प्रकृति के नकारात्मक आयनों के गठन से। एक विघटन प्रक्रिया में उत्पन्न होने वाले कई नकारात्मक आयन रासायनिक रूप से प्रतिक्रियाशील होते हैं (एच-, ओ-, आदि)। वर्चुअल नकारात्मक आयन लगभग हमेशा उच्च आंतरिक अवस्था में होते हैं—यानी, वे आंत्रिक रूप से गरम होते हैं।

रेडिएशन रसायनिक्स में प्राथमिक भौतिक प्रभावों और उनके परिणामों की इस सीमित चर्चा से एक महत्वपूर्ण बात को ध्यान में रखना है कि सामान्य रूप से प्रत्येक ऐसा प्रभाव बहुत से आयनीकरण और उत्तेजनों के जनक होता है, जिनका स्थानीय वितरण उस अणु की ऊर्जा पर निर्भर करता है जो सिस्टम को गुजरता है। एक ही ऑप्टिकल फोटॉन के अवशोषण के परिणाम के लिए कोई एकल प्राथमिक प्रक्रिया नहीं है और इसलिए फोटोरसायनिक में क्वांटम योग्यता के अवदान का कोई सांगत्य नहीं है।

रेडिएशन रसायनिक्स में, प्रत्येक प्रकार की रेडिएशन के 100 इलेक्ट्रॉन वोल्ट द्वारा दिए गए ऊर्जा के प्रति निश्चित प्रकार के अमोल के एक विशिष्ट प्रकार के मोलेक्यूल की संख्या के सादात्मिक आधार पर यील्ड प्रायः संदर्भिक रूप से रिपोर्ट किए जाते हैं। साइक्लोहेक्सेन के रेडियोलिसिस (रेडिएशन-उत्पन्न विघटन), उदाहरण के लिए, कोबाल्ट-60 गैमा रेडिएशन या लगभग 2,000,000 ई.वी. ऊर्जा के इलेक्ट्रॉनों द्वारा, हाइड्रोजन के कुल यील्ड को अक्सर लगभग 5.6 या G(H2) ≃ 5.6 के रूप में दिया जाता है, जिसमें प्रतीक G को "100 इलेक्ट्रॉन वोल्ट यील्ड" के रूप में पढ़ा जाता है। कभी-कभी छोटे g का उपयोग नापने द्वारा सीधे निर्धारित नहीं किए जा सकने वाले एक पोस्ट्युलेटेड इंटरमीडिएट के 100 इलेक्ट्रॉन वोल्ट यील्ड को दिखाने के लिए किया जाता है।

Symbolism of radiation chemistry

रेडिएशन रसायन का प्रतीक प्रकाश रसायन के साथ भिन्न होता है। रसायन थोड़ा अधिक जटिल होता है, और प्रारंभिक रासायनिक प्रक्रियाओं की विविधता की स्थापना कुछ अधिक परिक्षा की आवश्यकता होती है। ऊच्च-ऊर्जा विकिरण के जल पर प्रभाव के लिए, प्रारंभिक उत्पादों की विविधता आमतौर पर सम्बंध से दर्शाई जाती है।

जिसमें ☢ "ऊच्च-ऊर्जा विकिरण द्वारा कार्रवाई, देता है" के रूप में पढ़ा जाता है और eaq- जलीकृत इलेक्ट्रॉन के प्रतीक है। उन विशेषताओं पर ध्यान दिया गया है जिसमें eaq- (जल द्वारा जलीकृत इलेक्ट्रॉन) को उसी प्रतिक्रिया में दिखाया गया है। कई वर्षों तक पानी के विकिरण रसायन में हाइड्रोजन एटम, H, के साथ स्थापित रासायनिक प्रक्रियाओं में उत्पन्न होने वाले उसी एटम की अव्याजित व्यवहार के बारे में एक जागरूकता थी। इस अनौपचारिकता को एकत्रित किया गया था, एक तरफ, जॉन डब्ल्यू. बोग और ई.जे. हार्ट ने जिन्होंने Platzman के द्वारा पूर्वानुमानित विकिरण क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन सोल्वेट किए गए प्रजातियों को स्पेक्ट्रोस्कोपिक रूप से अवलोकन किया, और दूसरी ओर हैरोल्ड ए. श्वार्ज और गिडियन स्जैप्स्की ने एकता के साथ इस परमाणु को दिखाया, जिसका अधिकार एक से होता है।

Time scales in radiation chemistry

रेडिएशन रसायन की चरित्रिक समय स्केल विचारात्मक रूप से एक चलाक इलेक्ट्रॉन को एक अणु को धावन करने में लगने वाले अत्यंत छोटे समय (लगभग 10-18 सेकंड) से शुरू होते हुए बहुत ज्यादा घने तरल माध्यमों में कुछ अधिकतम शांति प्रक्रियाओं को पूरा करने के लिए लगने वाले समय (लगभग तीन घंटे) तक विस्तारित होता है। बीच में, पहले ही विभिन्न प्रजातियों के संग्रहों के आकारवाली गठन और गायब होने की विविध विक्रियाओं का हो सकता है। समय-स्केल विस्तार इतना विशाल है कि एक पीटी स्केल (जिसमें पीटी को समय [सेकंड में] t का लघुरूप, 10 के आधार पर लघुरूपीकरण किया गया है, यानी -log10 t) का सुविधाजनक उपयोग किया जाता है। वास्तविक अवलोकन लंबे समय-स्केल क्षेत्र में खूब विकसित रासायनिक प्रयोग की प्राथमिकता के अनुसार पूरी होते हैं। दूसरी ओर, छोटे समय क्षेत्र में रोमांचक चुनौतियों का सामना होता है।

वैन डी ग्राफ जेनरेटर और लीनियर एक्सलरेटर ने दोनों तत्वों और एक्स-रे के द्वारा माइक्रोसेकंड (10-6 सेकंड) क्षेत्र में विकिरण की संभावना को संभाला, और तत्संबंधी अवलोकन की तकनीक त्वरितता से विकसित की। इरबर्ट ड्रेसकैम्प और मिल्टन बर्टन द्वारा एक्स-रे के साथ विकिरण प्रवाह में सुधार, और पॉल के। के द्वारा तुला के साथ विकिरण की अध्ययन प्रणाली में अवलोकन तकनीकों का विस्तार, जिससे उन्होंने उच्चतम अवलोकन का आदान-प्रदान 5 × 10-10 सेकंड में किया। जॉन के। थॉमस ने चेरेंकोव विकिरण का उपयोग एक तेज लीनैक के साथ एक साथ रासायनिक अध्ययन को इसी क्षेत्र में विस्तारित किया। एक ही विकिरण का उपयो ग एक प्रकाश स्रोत के रूप में रासायनिक अवलोकन के लिए, जो एक लीनैक से आया होता है, एक समय-सीमा में अवास्तविक अवलोकन को संभव बनाया।

Tertiary effects of radiation on materials

ऊर्जा से मुक्त होने वाले इलेक्ट्रॉन जो पर्याप्त ऊर्जा रखते हैं, वे और आईनिज़ेशन पैदा करते हैं जिसमें अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं। इन दूसरे पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनों में से कुछ अतिरिक्त आईनिज़ेशन पैदा करते हैं, और यह प्रक्रिया जारी रहती है जब तक कि उनकी शेष ऊर्जा अपर्याप्त न हो जाए। यह प्रक्रिया कई पीढ़ियों के घटनाओं के माध्यम से गुजरती है, लेकिन वास्तव में इसमें कम समय लगता है और इसलिए रेडिएशन-उत्पन्न रासायनिक परिवर्तनों के संदर्भ में यह एक प्रभाव की रूप में प्रकट होता है।

इस उद्देश्य के लिए, उन्हें मूल माना जा सकता है। रेडिएशन द्वारा उत्पन्न तेज रासायनिक परिवर्तनों में लगभग नैनोसेकंड (एक नैनोसेकंड 10-9 सेकंड होता है) या उससे कम समय का उपयोग हो सकता है। अधिक संक्रियात्मक स्कैवेंजर्स (बाकी अवशेषों को हटाने वाले रीएजेंट्स) के साथ तटीय अवशोषण में धीमी प्रतिक्रियाएं लगभग 10-4 सेकंड का समय लेती हैं।इस खंड में ध्यान दिया जाता है जो लंबे समय अवधि के अधिक यापनी परिणामों से संबंधित है, जो लगभग एक मिनट से अधिक होती है। यहाँ तक कि ठोस अवस्था में भौतिक परिवर्तनों पर ध्यान दिया जाता है, जिसके बारे में अनुभवी सूचना होती है। यहाँ फिर से उल्लेख किया जाना चाहिए कि एक परमाणु माध्यम में राईडिएशन के अवशोषण का अंततः संरचनात्मक परिवर्तन और प्रेरित अविपूर्णताओं में से किसी भी रासायनिक परिवर्तन की कमी की उम्मीद की जाती है।

न्यूट्रॉन विकिरण के साथ, विशेष नाभिक बाधाओं के अतिरिक्त, एक व्यक्तिगत नाभिक प्रतिक्रिया में "निचोड़े" गए परमाणु या आयन (न्यूट्रॉन के ऊपर विवाद के चर्चा को ध्यान में रखें) मिलते हैं। ये आयन जल्दी ही इलेक्ट्रॉन को दबोचते हैं और परिणामी अविपूर्ण परमाणु फिर यात्रा करते हैं। हालांकि, निचोड़े गए आयनों के द्वारा आईनिज़ेशन और इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजन के एक छोटे प्रभाव को नकार नहीं सका जा सकता है, यह माना जाता है कि यह प्रभाव रखने वाले संरचनात्मक परिवर्तनों के साथ तुलनात्मक रूप से छोटा है।

Heating effects

रेडिएशन के अवशोषण का सरलतम अंतिम प्रभाव तापन है। यह तथ्य दावा किया जा सकता है कि कम लीनियर ऊर्जा संचारित अयासक विकिरण के लिए, तापन प्रभाव अनिश्चित होता है। इस तरह के कम-एलईटी रेडिएशन द्वारा बनाया गया स्पर एक छोटा गोलाकार क्षेत्र होता है जिसमें ऊर्जा एकांत में स्थानांतरित होती है। यहाँ तक कि गर्मी का वृद्धि, ΔT, स्पर के चारों ओर की तापमान से ऊपर जाने का एक स्थान-समय अवलोकन है जिसका अनुमानित वितरण, गौसियन कहलाता है, क्योंकि तापन प्रक्रिया की एक यादृच्छिक अत्याधिकता के कारण सम्मिलित घटनाओं का होता है। स्थानांतरित किए गए बिंदु पर तापमान की वृद्धि, एक समय t पर स्पर केंद्र से दूरी r पर निर्दिष्ट समीकरण द्वारा दी गई है।

जिसमें a प्रारंभिक स्पर आकार पैरामीटर है, यूनानी अक्षर गामा, γ, माध्यम की तापीय विघटनता है (घनत्व के गुणांक से गुणित की गई ऊष्मीय चाल में समान), और ΔTmax स्पर के केंद्र में प्रारंभिक अधिकतम तापमान की वृद्धि है। ऊर्जा संचारण (30 ईवी) और स्पर आकार a (20 एंगस्ट्रॉम, या 2 × 10-7 सेंटीमीटर) के लिए सामयिकता (पानी के लिए) एक ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर और विशिष्ट ऊष्मीय 4 × 107 एर्ग प्रति ग्राम-डिग्री के बराबर होने के उचित मानों का उपयोग करके, ΔTmax की अनुमानित मात्रा 30° C (54° F) हो सकती है। केंद्रीय तापमान को आधारिक मूल्य के लिए अधिकतम मान में गिरने के लिए आवश्यक समय (अर्थात t1/2) को (1 + 4γt1/2/a2)3/2 = 2 द्वारा दिया गया है।

जल प्रवाहीता, यूनानी अक्षर गामा द्वारा प्रतिनिधित, पानी के लिए, 10-3 सेंटीमीटर वर्ग प्रति सेकंड के बराबर होने के साथ, t1/2 = 6 × 10-12 सेकंड हो सकता है। निष्कर्ष यह है कि कम-एलईटी विकिरण के लिए स्थानीय तापमान वृद्धि बहुत छोटी और बहुत छोटी अवधि की होती है, जिससे कोई महत्वपूर्ण रासायनिक (या भौतिक) प्रभाव नहीं होता है। विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है कि यहां अनुमानित तापमान वृद्धि उससे भी कम होती है क्योंकि जमा हुई ऊर्जा का एक हिस्सा अनिवार्य रूप से आयनीकरण, विविच्छेदन, और समान प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है। इस ऊर्जा का यह भाग संभावित रूप से गर्म होने के लिए पूरी तरह से उपलब्ध नहीं होता है। उच्च- एलईटी आयनकारी विकिरणों (जैसे कि विभाजन फ्रेगमेंट, नग्न नाभिक, और अल्फा-कण) के साथ, स्थिति थोड़ी अलग होती है। ऐसे मामले में, प्रति इकाई पथ लंबाई पर बहुत अधिक ऊर्जा संचित होती है, जिससे बेलनाकार ट्रैक (गोलाकार ठोकरों के बजाय) बनते हैं। इस मामले में तापमान वृद्धि के लिए समीकरण बहुत समान रूप में लिखा जाता है, जैसा कि स्पर ज्यामिति के लिए समीकरण; यानी,

इस मामले में वृद्धि तापमान उसके ध्रुवाधार पर महत्तम प्रारंभिक तापमान वृद्धि ΔTmax होती है। 500 ईवी प्रति एंगस्ट्रॉम (यानी, 10-8 सेंटीमीटर) और a 20 एंगस्ट्रॉम के लिए, पानी के लिए ΔTmax 1.6 × 104 केल्विन होता है। स्वीकृत यह है कि इस आंकड़ा निम्न-LET विकिरणों के लिए लागू होने वाले कारणों के लिए एक अधिकार है, लेकिन माना जाता है कि तापमान वृद्धि उच्च है और 10,000 केल्विन के पास पहुंच सकती है। इस तापमान को प्रारंभिक मूल्य के आधा होने के लिए विन्यास के लिए समय t1/2 = a2/4γ दिया गया है,

जो इस मामले में लगभग 10-11 सेकंड का अनुमान है। यह समय एक अलग स्पर के अवशिष्ट रहने के लिए उसके समान होता है। हालांकि, उच्च स्थानिक तापमान के कारण, रेडिएशन द्वारा उत्पन्न अंतरिक्षों का प्रतिक्रिया काफी कम समय में होता है। एक अंतरिक्ष + उपशिष्ट (अर्थात, विलयन) प्रतिक्रिया में, उदाहरण के लिए, लगभग आठ किलोकैलोरी प्रति मोल की सक्रियता ऊर्जा के साथ, एक ऐसे प्रतिस्थापक-पहल प्रतिक्रिया के लिए ध्रुवीकृत दर, k, रसायनिक गतिविज्ञान के सरल उपयोग के अनुसार, निम्न रूप में लिखा जा सकता है

जिसमें R गैस सामान्य दो कैलोरी प्रति डिग्री इकाई में है और T अधिरोहण तापमान है। एक उपशिष्ट घनत्व के लिए 1022 अणु प्रति घनत्व सेंटीमीटर और एक तापमान के लिए 10,000 K, -d(ln ν)/dt = 6.6 × 1010 विलोमी सेकंड है, जिसमें यहां यूनानी अक्षर nu, ν, अब समय t पर मौजूद अंतर्मध्य की घनत्व को दर्शाता है। इसलिए, अंतर्मध्य की घनत्व को एक "इ-फोल्डिंग" मूल्य तक (अर्थात, भाग 1/e तक) घटने में लगने वाला समय लगभग 1.5 × 10-11 सेकंड है,

जो केवल तापमान पल के समान है। नतीजा यह है कि बहुत उच्च LET विकिरण के लिए वास्तव में एक उच्च स्थानिक ताप होती है, और, हालांकि तापमान अंतराल केवल एक छोटे समय तक बना रहता है, वह समय फिर भी संक्षिप्त जीवित अंतरिक्षों और पर्यावरणीय उपशिष्ट के बीच प्रतिक्रियाओं के उत्तर को लाने के लिए पर्याप्त है।

Crystal-lattice effects

किसी ठोस पर न्यूट्रॉन अवरोधन में, परमाणु नॉर्मल झाल में से हटा दिए जाते हैं और गति में लगाए जाते हैं (विग्नर प्रभाव)। ऊर्ध्वाधरणीय संघर्ष के रूप में किसी भी लाटिस प्रणाली के प्रति न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का अनुपात निर्भर करता है। इस प्रकार, ग्रेफाइट में कार्बन परमाणु, जो 1,000,000 इलेक्ट्रॉन-वोल्ट (किसी फिषण प्रक्रिया में उत्पन्न किया गया, मान लो) न्यूट्रॉन के पहले संघर्ष के समय लगभग 105 इलेक्ट्रॉन-वोल्ट की गतिशीलता प्राप्त करता है, जो कि उसकी लटिस में जुड़ी बांधनी ऊर्जा की तुलना में बड़ी होती है (लगभग 10 इलेक्ट्रॉन-वोल्ट)। अनुमान है कि 1,000,000-इलेक्ट्रॉन-वोल्ट न्यूट्रॉन लगभग 60 कार्बन परमाणुओं को मारता है, पहले तब हो जब वह थर्मलाइज होता है

या इसकी गति को इतना कम कर दिया जाता है कि यह अन्य कार्बन परमाणुओं को नहीं गिरा सकता। विकिरण द्वारा पैदा किए गए अधिकांश संरचनात्मक क्षति इन (परिप्रेक्ष्य में भारी) कार्बन परमाणुओं के कारण होती है न कि मूल न्यूट्रॉन के कारण। इस दृष्टि में, तेज न्यूट्रॉन द्वारा विकिरण किए गए संरचनात्मक क्षति को अप्रत्यक्ष क्रिया के रूप में देखा जा सकता है। तेज कार्बन (या अन्य हटे हुए) परमाणुओं का धीमा होना मूल रूप से प्रतिक्रिया काल पर निर्भर करता है। यह तथ्य यह बात दर्शाता है कि प्रारंभिक य ात्रा के दौरान हटा हुआ परमाणु का निर्जात केवल थोड़ी सी लगातार अणुओं को अलग करता है।

उसके करियर के अंत की ओर एक लंबे पंक्ति में उच्च संख्या में अणुओं को तुरंत एक के बाद एक चुनौतीपूर्ण रूप से हिला दिया जाता है, और अंत में आधे से अधिक समूह अणुओं में स्थानिक रूप से एक बड़ी मात्रा में बचती है। यह प्रक्रिया अस्थायी जगहित (या तापीय) चुंबक को उत्पन्न करती है; स्थानिक तापमान वृद्धि का अनुमान लगभग 1,000 K है। हालांकि, तापमान वृद्धि केवल तापमान जारी होने से लगभग 10-11 सेकंड तक ही चलती है, यह अवधि स्थायी संरचनात्मक क्षति के लिए पर्याप्त होती है। कम से कम ग्राफाइट के फूलने का हिस्सा रिएक्टर-न्यूट्रॉन अवरोधन के अंश में इस स्थानिक ताप के कारण होता है; दूसरा हिस्सा उच्चारित कमान में परिवर्तन में उत्पन्न होता है।

एक तापीय चुंबक में उच्च तापमान वृद्धि से स्थानिक ठोस का स्थानिक पिघलाव संभव है। इस दिशा में सबूत को कम तापमान पर न्यूट्रॉन बम्बार्डमेंट के तहत बीटा-ब्रास (कॉपर और जिंक के बराबर संख्या के परमाणुओं के मिश्रण) की अध्ययन से प्राप्त किया गया है। इराडिएशन से पहले, आलॉय संरचना क्रमबद्ध होती है: प्रत्येक कॉपर परमाणु के आसपास आठ जिंक परमाणु होते हैं और उम्मीदवार रूप से विपरीत। इराडिएशन के बाद, परमाणुओं का सामान्य यादृच्छिक व्यवस्थित बदलाव प्राप्त किया जा सकता है, जो शायद पिघलाव और पुनः जमाव के परिणाम के रूप में होता है।

राइडिएशन के द्वारा क्रिस्टलों पर लंबे समय तक प्रभावों की संख्या अधिक होती है, और इन प्रभावों का मात्रा क्रिस्टल संरचना और पिछले इतिहास पर निर्भर करती है। इन प्रभावों की कुछ सामान्य विशेषताओं को यहां वर्णित किया गया है।

1. रेडिएशन क्षति को सामान्यतः अपने सामान्य लैटिस स्थानों से निकाले गए अंतरजागरूक अणुओं और पीछे छोड़े गए संबंधित खालियों के जोड़ों के रूप में सोचा जा सकता है। एक खाली अंतरजागरूक जोड़ को फ्रेंकेल दोष कहा जाता है।

2. रेडिएशन क्षति से स्वचालित रूप से सॉलिड को पुनर्प्राप्त होने की प्रवृत्ति होती है। यदि इस गुण के न होने का प्रभाव होता, तो पर्यावरण में धूम्रपान को हटाने के लिए अनियमित रूप से गर्म होने की अनुमति दी जाने वाली परमाणु रिएक्टर को चलाना वास्तव में अत्यंत कठिन होता। इस उपचार (या तथाकथित अनीलिंग) को अंतरजागरूक अणुओं और खालियों की पुनः संयोजन के लिए समर्पित माना जाता है, जिससे फ्रेंकेल दोष हटा दिया जाता है। यह आवश्यक नहीं है कि एक अंतरजागरूक अणु हमेशा अपने संबंधित खाली के साथ पुनर्मिलन करे। अक्सर यह उसी खाली के साथ पुनर्मिलन कर सकता है जिसे उसने छोड़ा है; परिणामस्वरूप क्रिस्टल की मौलिक गुणों का अंदाज़ा होता है। ऐसी अनीलिंग उच्च तापमान पर खालियों और अंतरजागरूकों की बढ़ी हुई गतिविधि के कारण सुगम होती है। एक विशेष तापमान जिसे अनीलिंग तापमान कहा जाता है, में इलाज तेजी से हो जाता है और मुख्य रूप से पूरा हो जाता है। एक ही वस्त्र के विभिन्न गुणों के अध्ययन पर निर्भर करता है, तो उसमें कुछ विभिन्न अनीलिंग तापमान हो सकते हैं। रेडिएशन क्षति के कई प्रयोग कम तापमान पर किए जाने के कारण उत्पन्न दोषों को जमा किया जाता है। शुद्ध धातुएं सबसे आसानी से पुनर्मिलित पदार्थ हैं।

ऐसे मामलों में अनीलिंग तापमान संबंधित रूप से कम होते हैं। इस प्रकार, शुद्ध तांबे में बिजली की प्रतिरोधता में वृद्धि के लिए अनीलिंग तापमान केवल लगभग 40 के बारे में होता है। दूसरी ओर, अपेक्षित फर्राटा के लिए आवश्यक इलास्टिक मॉड्यूलस और कठोरता में परिवर्तन, जैसे कि ट्यूनिंग-फोर्क विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए, कम से कम तापमान तक बने रहते हैं - यानी 293 के बारे में। शुद्ध धातुओं में तेज अनीलिंग को पूरी तरह से कम्प्यूटरीकृत संरचनाओं में परम्परागत आदेश के आत्माओं की उच्च गति की वजह से सीधे लगाया जा सकता है। दूसरी धारणा में ऑर्गेनिक ठोस हैं, विशेष रूप से बहुलकों, जो बड़े अणुओं से मिलकर बने होते हैं। इस मामले में, दोष सामान्यतः उस जोड़ को ब्रेक करने की शुरुआत से उत्पन्न होता है, जो सामान्य रूप से मूल तरीके से पुनः संयोजित नहीं होते हैं, लेकिन इसके बजाय रासायनिक रूप से विभिन्न सामग्री उत्पन्न करते हैं।

3. सरल धातुओं में इरेडिएशन ऊष्मीय और विद्युत चालकता दोनों को कम करता है। धातुओं के क्रिस्टलों में ऊष्मीय और विद्युत चालकता उनकी क्रमबद्ध संरचना को लेकर आती है। जितना अधिक संरचना परिपूर्ण होगा, चालन करने की क्षमता उतनी ही अधिक होगी। इसलिए, इरेडिएशन द्वारा उत्पन्न फ्रेंकेल दोषों की वजह से यह दोनों चालनताएँ कम हो जाती हैं। अत्यधिक मामलों में चालनता कम होने की आदेशों को देखा गया है। हालांकि, मध्यम इरेडिएशन के साथ, सामान्य रूप से थर्मल और विद्युत चालकताएँ आधे से ज्यादा हो जाती हैं।

ग्रेफाइट की ऊष्मीय चालकता का तापमान पर आधारित मूल्य आधा हो जाता है जब कमरे के तापमान पर प्रति वर्ग सेंटीमीटर 3 × 1020 न्यूट्रॉन के संपर्क में है। अन्य संपत्ति परिवर्तनों की तरह, यह प्रभाव भी उच्च तापमान पर अनीलिंग किया जा सकता है, जिससे रखे गए ऊर्जा का उत्सर्जन होता है। ग्रेफाइट में ऊर्जा भंडारण प्रति ग्राम प्रति 1020 न्यूट्रॉन प्रति वर्ग सेंटीमीटर कुल फ्लक्स के लगभग 200 कैलोरी होता है। इरेडिएशन में उत्पन्न अंतरजागरूक कार्बन अणु इलेक्ट्रॉनों को विकर्षित करते हैं और इस तरह विद्युत चालकता को कम करते हैं। चालनता का घटने और बढ़ने का पैटर्न ग्रेफाइट की प्रकृति और रिएक्टर में अनुभाग की अवधि पर निर्भर करता है। चीनी मिट्टी के साथ, यदि ग्रेफाइट के बराबर आधा कम होने की स्थिति में, ऊष्मीय चालकता का नुकसान लगभग 3 से 5 का गुणन हो सकता है। दूसरी ओर, माईका में परिवर्तन ग्रेफाइट के समान हैं।

 

4. कठोरता और डक्टिलिटी पर क्रिस्टल संरचना की पूर्णता का असर होता है। इसलिए पाया गया है कि इरेडिएशन से डक्टिलिटी का हानि होता है और कठोरता में वृद्धि होती है। इस प्रभाव का क्रिस्टल में ग्लाइड-प्लेन की अवरोधन से सम्बंधित माना जाता है। अधिकांश संरचित सामग्रियाँ न्यूट्रॉन इरेडिएशन के परिणामस्वरूप कठोर, कम डक्टाइल और कभी-कभी अधिक भंगुर हो जाती हैं। इसी तरह, अधिकांश पॉलिमर भी इरेडिएशन पर डक्टिलिटी खो देते हैं। एक विशेष रूप से, क्रिस्टल संरचना को इरेडिएशन द्वारा उत्पन्न हानि को ठंडा काम (उदाहरण के लिए, हथौड़ा मारने से) के साथ सामान्यतः सामान्यतः तुलनात्मक रूप से समान ठहराया जाता है।

शुद्ध तांबे की न्यूट्रॉन इरेडिएशन, जो कमरे के तापमान पर प्राकृतिक रूप से मुलायम होता है, इसे इतना कठोर बना देता है कि यह एक ट्यूनिंग फोर्क की तरह गाना गा सकता है। ग्रेफाइट में कठोरता और कठिनाई में वृद्धि होती है। अनीलिंग उच्च तापमान पर अधिक तेजी से होता है; साथ ही, जब इरेडिएशन उच्च तापमान पर होता है, तो नुकसान कम होता है। एक ही प्रभाव संपीड़क तनाव-धरावही कर्व पर देखा जाता है। मिट्टी के डायनैमिक गुणों के अध्ययन में बड़ी मात्रा में डोज़ पर संतुष्टि का प्रभाव देखा जाता है।

5. जैसा कि पहले चर्चा की गई थी, इरेडिएशन बहुत सारे मामलों में विस्तार और लैटिस विकृति का कारण होता है। ग्रेफाइट का एक पूर्ण क्रिस्टल कार्बन अणु की परतों की परतों से बना होता है। जब न्यूट्रॉन्स द्वारा इरेडिएशन किया जाता है, तो ग्रेफाइट परत के अनुप्रस्थ की ओर विस्तार होता है और इसके साथ ही यह सामान्यतः परत के समानता के लिए कुछ करती है। एक नाभिकीय रिएक्टर में मध्यम इरेडिएशन के बाद, ग्रेफाइट का विस्तार 1020 न्यूट्रॉन प्रति वर्ग सेंटीमीटर फ्लक्स के लिए लगभग 1 प्रतिशत होता है।

वास्तविक विस्तार की मात्रा, बेशक, ग्रेफाइट के निर्माण इतिहास और ग्रेफाइट के ऑपरेटिंग तापमान पर निर्भर करती है। ग्रेफाइट जैसे मॉडरेटर सामग्रियों का विस्तार पर प्रमुखता से परमावश्यक है। अगर डायमेंशन में छोटा प्रतिशत परिवर्तन होता है, तो इससे परमाणु रिएक्टर की संरचना में बड़ा परिवर्तन हो सकता है; यदि इस परिवर्तन को परमाणु रिएक्टर के इंजीनियरी डिज़ाइन में ध्यान में न लिया जाता है, तो यह आखिरकार असफलता की ओर ले जाने वाली कठिन परिस्थितियों को उत्पन्न कर सकता है।

Surface effects

पृष्ठ बल मामले में शारीरिक आत्मा से अलग है, क्योंकि यह पर्यावरण के साथ भौतिक अंतरफलक होता है। उदाहरण के लिए, क्या किसी धातु को साइट्रिक जल में जंग करेगा, या बियरिंग के डिज़ाइन में कितनी प्रतिरोधकता होगी, ये मुख्य रूप से सतहों की भौतिक स्थिति से संबंधित चिंताओं हैं। इनके बाद, इन्हें परतों के लगाने या विक्रमण, या दोनों के द्वारा साइक्लिक रूप से संवेदनशील रूप में संवेदनशील रूप में परिवर्तित किया जा सकता है। यहाँ पर विकिरण द्वारा परतों का साइक्लिकरण—अल्ट्रावायलेट क्योरिंग, आयन प्रतिष्ठापन, और स्पटरिंग—की तीन सबसे सामान्य उदाहरणों का विचार किया जाता है।

पराबैंगनी इलाज विशेष प्रकाश का उपयोग करके कोटिंग्स को मजबूत बनाने का एक तरीका है। प्रकाश कोटिंग में अणुओं को बेहतर ढंग से एक साथ चिपकने में मदद करता है, जिससे यह सख्त और क्षति के प्रति अधिक प्रतिरोधी हो जाता है। इस प्रक्रिया का उपयोग कई अलग-अलग चीजों के लिए किया जाता है, जैसे फर्श और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए सख्त कोटिंग बनाना।

आयन प्रत्यारोपण एक ऐसी प्रक्रिया है जहां हम सामग्री की सतह को बदलने के लिए वास्तव में तेज़ और शक्तिशाली कणों का उपयोग करते हैं जिन्हें आयन कहा जाता है। हम विभिन्न प्रकार के आयनों का उपयोग कर सकते हैं और नियंत्रित कर सकते हैं कि वे कितनी गहराई तक जाते हैं और कितने प्रत्यारोपित होते हैं। इससे हमें सामग्रियों के आंतरिक गुणों को प्रभावित किए बिना उनकी सतह को बदलने में मदद मिलती है। उदाहरण के लिए, हम लौह मिश्रधातुओं को लंबे समय तक चलने के लिए उनमें टाइटेनियम प्रत्यारोपित कर सकते हैं। वैज्ञानिकों ने एक शानदार तकनीक भी विकसित की है जहां वे एक विशेष कोटिंग और आयनों का एक साथ उपयोग करके ऐसी फिल्में बनाते हैं जो जंग प्रतिरोधी होती हैं और हमारे शरीर के साथ अच्छी तरह से काम करती हैं। यह कृत्रिम कूल्हे जोड़ों जैसी चीजों के लिए उपयोगी है। जिस सामग्री के साथ हम काम कर रहे हैं उसकी संरचना और रसायन विज्ञान में परिवर्तन करके आयन प्रत्यारोपण काम करता है।

स्पटरिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें लक्ष्य सामग्री की सतह में परमाणुओं, आयनों और आणविक प्रजातियों को आयन-बीम विकिरण की कार्रवाई के तहत बाहर निकाल दिया जाता है। आयन प्रत्यारोपण की विशिष्ट ऊर्जाओं को नियोजित किया जाता है और, जबकि किसी भी प्रकार के आयन का उपयोग किया जा सकता है, आर्गन और नियॉन जैसी उत्कृष्ट (या दुर्लभ) गैसें सबसे आम हैं। उत्तरार्द्ध बीम और सब्सट्रेट के आयनों के बीच अवांछित रासायनिक बातचीत से बचते हैं। स्पटरिंग कई अंतःक्रिया तंत्रों से उत्पन्न होती है। वैचारिक रूप से, सबसे सरल रिबाउंड स्पटरिंग है, जिसमें एक घटना आयन सतह पर एक परमाणु से टकराता है, जिससे वह लक्ष्य में पीछे हट जाता है। पीछे हटने वाला परमाणु तुरंत लक्ष्य में पड़ोसी परमाणु से टकराता है, तेजी से पलटता है, और सतह से बाहर निकल जाता है। एक समान लेकिन कुछ हद तक अधिक जटिल तंत्र रीकॉइल स्पटरिंग है, जिसमें एक आघात, रीकॉइलिंग सतह परमाणु लक्ष्य सामग्री में लोचदार बिखरने के एक यादृच्छिक अनुक्रम से गुजरता है,

अंततः सतह पर और उसके माध्यम से वापस स्थानांतरित हो जाता है। फिर भी एक अन्य तंत्र त्वरित थर्मल स्पटरिंग है, जिसमें सतह के करीब बनाए गए थर्मल स्पाइक्स में ऊर्जावान परमाणु एनीलिंग होने से पहले सतह से बाहर निकल जाते हैं। कुछ सामग्री (उदाहरण के लिए, क्रिस्टलीय क्षार हैलाइड) इलेक्ट्रॉनिक स्पटरिंग के लिए प्रवण होती हैं, जिसमें घटना आयन द्वारा प्रेरित इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना से जुड़ी ऊर्जा परमाणु पुनरावृत्ति गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो अक्सर सतह के माध्यम से आयनों के निष्कासन का कारण बनने के लिए पर्याप्त होती है। इन विभिन्न तंत्रों में से किसी के माध्यम से, लक्ष्य पर प्रत्येक आयन घटना के लिए कई परमाणुओं को विस्फोटित किया जा सकता है। प्रति आपतित आयन में स्फुटित परमाणुओं की संख्या को स्पटरिंग उपज कहा जाता है।

स्पटरिंग के कारण होने वाले सतही संशोधनों को संरचनात्मक (उदाहरण के लिए, क्रिस्टलीय से अनाकार में चरण रूपांतरण और इसके विपरीत), स्थलाकृतिक (उदाहरण के लिए, सतह के उभारों के आकार में परिवर्तन जैसे कि अनाज की सीमाएं, पहलुओं का विकास, और सतह के दूषित पदार्थों को हटाना) के रूप में जाना जाता है। , इलेक्ट्रॉनिक (उदाहरण के लिए, विकिरण-प्रेरित रासायनिक परिवर्तन), और संरचनागत (उदाहरण के लिए, किसी विशेष परमाणु प्रजाति के अधिमान्य स्पटरिंग के परिणामस्वरूप मिश्र धातुओं की संरचना में परिवर्तन होता है)।