अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्र : अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्र म्हणजे रासायनिक तंत्रांचा वापर करून अणुकेंद्रीय विक्रियांचा केलेला अभ्यास. अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्र व ⇨ अणुकेंद्रीय भौतिकी ही एकमेकांस पूरक शास्त्रे होत. अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्र व ⇨रेडिओ रसायनशास्त्र यांच्यात सर्वसाधारणपणे सारख्याच तंत्रांचा उपयोग होत असल्यामुळे त्यांच्यात बरेच साम्य भासत असले, तरी ती मूलतः भिन्न आहेत. अणुकेंद्रीय विक्रियांसंबंधी पूर्ण व सूक्ष्म ज्ञान मिळविणे हाच ज्याचा मूलभूत उद्देश आहे, अशा संशोधनात होणारा रासायनिक तंत्राचा वापर हा अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्रात समाविष्ट होतो, तर रासायनिक विक्रियांचा अभ्यास करण्यासाठी निसर्गात उपलब्ध असलेले किंवा कृत्रिम किरणोत्सर्गी समस्थानिक (ज्याच्या अणुकेंद्रातून किरण अथवा कण बाहेर पडतात असा त्या मूलद्रव्याचा प्रकार, → किरणोत्सर्ग) रेडिओ रसायनशास्त्रात वापरतात.
रेडिओ रासायनिक विश्लेषण तंत्र : हे तीन पायऱ्यांनी वापरावे लागते. (१) अणुकेंद्रीय विक्रियांच्या अभ्यासासाठी निवडलेल्या लक्ष्यावर जरूर त्या कणांचा (न्यूट्रॉन, प्रोटॉन, आल्फा कण इत्यादींचा) प्रथम मारा करून विक्रिया घडवून आणणे. (२) निर्माण झालेले घटक, रासायनिक किंवा भौतिकी–रासायनिक तंत्र वापरून एकमेकांपासून अतिशुद्ध स्वरूपात विलग करणे. (३) विलग केलेल्या घटकांचा किरणोत्सर्ग योग्य त्या गणित्राने (मापनाच्या यांत्रिक साधनाने) मापणे.
अणुकेंद्रीय विक्रेयेपासून निर्माण झालेले घटक पुढे दिलेल्या दोन गोष्टींमुळे विलग करणे कठीण असते. एकतर सर्व अणुकेंद्रावर केलेल्या माऱ्यामुळे दोन वा अधिक विक्रिया होऊन परिणामी विविध घटक निर्माण होतात. शिवाय लक्ष्य पदार्थात असलेल्या उपद्रव्यापासूनही (भेसळ म्हणून असलेल्या द्रव्यापासूनही) किरणोत्सर्गी अणू तयार होतात व त्यामुळे माऱ्याने निर्माण झालेले इच्छित घटक रेडिओ रासायनिक दृष्ट्या दूषित होतात.
एखाद्या विशिष्ट अणुकेंद्रीय विक्रियेचा उतारा मोजणे, अद्याप अज्ञात असलेल्या किरणोत्सर्गी घटकांसंबंधी ज्ञान संपादणे, इतर संशोधनासाठी लागणारे किरणोत्सर्गी समस्थानिक शुद्ध स्वरूपात तयार करणे इ. गोष्टी करणे हे अणुकेंद्रीय रसायनशास्त्राचे काम आहे.
रूढ रासायनिक विक्रिया व अणुकेंद्रीय रासायनिक विक्रिया या दोन्हींची तत्त्वे मूलतः जरी एकच असली, तरी रेडिओ रासायनिक पद्धतीची काही वैशिष्ट्ये आहेत. तिच्यात परिमाणात्मक (वजनी प्रमाणाच्या दृष्टीने) विलगीकरणापेक्षा विलग केलेल्या घटकांची रेडिओ रासायनिक शुद्धता राखणे अधिक महत्त्‍वाचे असते. मात्र परिणाम निश्चित करता येणे आवश्यक असते. सामान्य रासायनिक पद्धतीत अल्प प्रमाणात अपद्रव्य असले तरी चालते. रेडिओ रासायनिक विलगीकरणात मात्र नको असलेले किरणोत्सर्गी अपद्रव्य विलग केलेल्या घटकात अत्यल्प प्रमाणातही चालणार नाही. तात्पर्य, विलग केलेला घटक रेडिओ रासायनिक दृष्ट्या अत्यंत शुद्ध असणे फार महत्त्‍वाचे असते. विलग करावयाचा किरणोत्सर्गी घटक अल्पायू असेल, तर जलद विलगीकरण करणे अत्यंत जरूरीचे असते. कल्‍पकता वापरून हे काही सेकंदांतसुद्धा करता येते.
किरणोत्सर्गी द्रव्यापासून मानवी आरोग्यास अपाय होतो. त्यामुळे अल्प प्रमाणातसुद्धा ती द्रव्ये हाताळताना, वायुवीजन (खेळती हवा), धूम्ररक्षी (अपायकारक वायू बाहेर फेकले जातील अशा योजनेचे कपाट), रबरी मोजे इ. उपलब्ध असणे आवश्यक ठरते. जेव्हा पदार्थाच्या किरणोत्सर्गाचे प्रमाण फार असते (विशेषतः गॅमा उत्सर्जकाबाबत) तेव्हा त्याच्याभोवती जाड परिरक्षक पडदा ठेवून दूरस्थ नियंत्रण तंत्राच्या साहाय्याने काम करावे लागते.
अणुकेंद्रीय विक्रियांमध्ये निर्माण झालेल्या किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांचे द्रव्यमान अत्यल्प असते. अतिसूक्ष्म प्रमाणात असणाऱ्या मूलद्रव्यांच्या विलगीकरणासाठी विद्रावक निष्कर्षण (विद्रावकात विरघळवून काढून घेणे), ⇨ आयन-विनिमय व मर्यादित प्रमाणात विद्युत् रासायनिक पद्धती यांचा उपयोग करतात. पदार्थाचे प्रमाण अत्यल्प असता नेहमीच्या विश्लेषण पद्धतीमधील अवक्षेपण (साका बनविणे), गाळण, केंद्रोत्सारण (भिन्न सापेक्ष घनता असलेले पदार्थ वेगळे करण्याची एक पद्धत, → केंद्रोत्सारण) इ. प्रक्रिया निरूपयोगी ठरतात. शिवाय इतक्या विरल विद्रावात रेडिओ कलिलनिर्मिती [→ कलिल], उपकरणांनी व विद्रावातील धूलिकणांनी होणारे अधिशोषण (पृष्ठभागावर होणारे शोषण) इ. गोष्टी घडत असल्यामुळे नेहमी न आढळणाऱ्या अशा काही अडचणी उद्भवतात. एखाद्या नमुन्यात एखादे किरणोत्सर्गी मूलद्रव्य विरल प्रमाणात असल्यामुळे येणाऱ्या अडचणी टाळण्यासाठी त्या नमुन्यात त्या मूलद्रव्याचा एखादा समस्थानिक मोठ्या प्रमाणात मिसळण्याची पद्धती सर्वत्र वापरली जाते. मिसळलेला समस्थानिक मूलद्रव्याचा वाहक म्हणून कार्य करतो. वाहक किती प्रमाणात मिसळावा हे ठरवण्यासाठी दोन गोष्टींचा विचार करणे आवश्यक असते. वाहक जास्त प्रमाणात मिसळल्याने रासायनिक विक्रिया व उतारा मोजणे सुलभ होते, पण त्याचबरोबर इच्छित घटकांचा विशिष्ट किरणोत्सर्गही फार कमी होऊ नये, हेही लक्षात घेणे जरूर असते. कारण विशिष्ट किरणोत्सर्ग जास्त असला म्हणजे किरणोत्सर्गमापन सुलभ होते. सर्वसाधारणपणे २–२० मिग्रॅ. वाहक वापरतात.
वापरलेल्या समस्थानिक वाहकाचे परिमाणात्मक अवक्षेपण होत असेल व वाहक आणि त्याने नेलेला आयन एकाच रासायनिक रूपात असतील, तर इच्छित किरणोत्सर्गी घटक हा वाहकाच्या अवक्षेपाबरोबर पूर्णपणे अवक्षेपित होतो. विलगीकरणाच्या प्रारंभी समस्थानिक वाहकाची भर ज्ञात प्रमाणात टाकून त्याचा कितवा हिस्सा शेवटी उरतो हे मोजून रासायनिक उतारा कळतो.
किरणोत्सर्गी घटक समस्थानिक वाहकापासून रासायनिक पद्धतीने विलग करता येत नाहीत त्यामुळे अशा वाहकांच्या उपयोगाला मर्यादा असते. विशिष्ट किरणोत्सर्गी मूळ पदार्थ जास्त प्रमाणात तयार करताना समस्थानिकांऐवजी समस्थानिक नसलेले वाहक वापरतात. कारण तो शेवटी रासायनिक मार्गांनी इच्छित किरणोत्सर्गी घटकापासून विलग करता येतो.
अल्प प्रमाणात असलेले निरुपयोगी द्रव्य अपमार्जकीय अवक्षेपणाने (शुद्धकरणासाठी दुसरे द्रव्य वापरून नको असलेली अशुद्धी अधिशोषित करणे) काढून टाकता येते. या अवक्षेपांच्या (उदा., Fe (OH)3 किंवा MnO2) विस्तीर्ण पृष्ठभागामुळे ते अपद्रव्य त्यांच्या पृष्ठावर बऱ्याच प्रमाणात अधिशोषिले जाते. अपमार्जकीय अवक्षेपणात पाहिजे असलेला घटक अधिशोषिला जात असेल, तर अधिशोषणाचे प्रमाण कमी करण्यासाठी त्या घटकाचा समस्थानिक वाहक त्याच्यात मिसळतात. अशा ठिकाणी या वाहकांना ‘मागे खेचणारा’ (प्रतिधर) वाहक असे म्हणतात. इच्छित मूलद्रव्य ज्याच्यावरून जाते त्या पृष्ठभागावर अल्प प्रमाणात असलेल्या इतर अपद्रव्यांचे अधिशोषण होऊन इच्छित मूलद्रव्य रेडिओ रासायनिक दृष्ट्या दूषित होत असेल, तर ते कमी करण्यासाठी त्या अपद्रव्यांचे प्रतिधर वाहक वापरतात. स्थिर समस्थानिक वाहक उपलब्ध नसतील तर किरणोत्सर्गी समस्थानिक वापरतात. मात्र वाहक व त्याने नेलेला पदार्थ यांच्यापासून निघणारे प्रारण सहज ओळखता येणे आवश्यक असते.
पदार्थनिर्मिती व गणनतंत्र : रासायनिक विलगीकरण केल्यावर किरणोत्सर्गी गणनेसाठी नमुना पदार्थ तयार करणे हे बहुधा शेवटचे काम असते. वास्तविक विलगीकरण पद्धती, नमुना पदार्थ तयार करण्याच्या पद्धती व प्रारण अभिज्ञातक (प्रारण ओळखण्याचे साधन) यांची निवड स्वतंत्रपणे करता येत नाही कारण या गोष्टी परस्परांशी निगडित असतात. गणन करावयाच्या प्रारणाचे स्वरूप काय आहे, यावर गणित्राची व नमुना पदार्थ तयार करण्याच्या पद्धतीची निवड अवलंबून असते. नमुना पदार्थ तयार करण्याची पद्धती एकदा निवडल्यावर अर्थातच रासायनिक विलगीकरणाची पद्धतीही त्यास पूरक अशीच निवडावी लागते. म्हणून नमुना तयार करण्यासाठी निश्चित असे नियम सांगता येत नाहीत. बहुधा पातळ, एकविध (एकसारखा) व सहज पुनःपुनः मिळविता येईल असा नमुना असणे आवश्यक असते. पण काही वेळा तशी आवश्यकता नसते. ऊर्जा व विघटनाचा निरपेक्ष दर ठरविण्यासाठी नमुना पदार्थ तयार करणे अत्यंत कठीण असते. त्या मानाने विविध प्रारण वैशिष्ट्ये असलेल्या घटकांच्या तुलनात्मक अभ्यासासाठी नमुने तयार करणे सोपे असते. एकाच प्रकारच्या अनेक नमुन्यांच्या निरनिराळ्या वेळेच्या तौलनिक क्षयत्वरा मोजणे एवढाच उद्देश असेल तर नमुने तयार करणे सर्वांत सोपे असते. सुदैवाने शेवटी सांगितलेल्या स्वरूपाचेच काम पुष्कळदा करावयाचे असते.
आल्फा किरणांचा द्रव्यमानातील शोषणपल्ला कमी असतो. त्यामुळे स्वयंशोषण किमान करण्यासाठी वापरावयाच्या नमुन्याची पृष्ठघनता दर चौ.सेंमी.ला १०० मायक्रोग्रॅमपेक्षा जास्त असलेली चालत नाही. शिवाय नमुन्याची एकविधताही ऊर्जामापनासारख्या अचूक अन्वेषणासाठी फार महत्त्‍वाची असते. बाष्पीकरण अगर विद्युत् विलेपन (विजेच्या साहाय्याने धातुलेप देणे) यांच्या मदतीने एकविध नमुने बनविता येतात. त्यांची एकविधता स्वयंरेडिओलेखनाने तपासतात. पण सामान्यतः धातूच्या चकतीवर विद्रावाचे बाष्पीभवन करून नमुना पदार्थ बनविला तरी चालते, अर्थात हा नमुना एकविध नसतो. नंतर या आल्फा नमुन्याचे गणन आयनीकरण कोठी, अर्धसंवाहक अभिज्ञातक, समानुपाती व स्फुल्लिंग गणित्र यांच्या साहाय्याने करतात [→ कण अभिज्ञातक].
बीटा कणांच्या बाबतीत नमुना तयार करण्याची योग्य रीत बीटा कणांच्या ऊर्जा वर्णपट आलेखावरून ठरवावी लागते. आल्फा उत्सर्जनासाठी वापरावयाच्या वर सांगितलेल्या पद्धती येथेही उपयोगी पडतात.
त्यांशिवाय गालन-पत्राच्या चकतीवर योग्य अवक्षेपांचे गालन करून नमुना तयार करण्याची पद्धती सोपी व खात्रीची असल्यामुळे पुष्कळ वेळा ती उपयोगात आणतात. द्रव नमुन्याचे गणन ‘गायनार गणित्रा’ च्या (गायगर काउंटर) साहाय्याने करता येते. अल्प ऊर्जा असलेल्या बीटा कणासाठी स्फुल्लिंग गणित्र (द्रव) फार उपयुक्त असते. अंतर्गत वायु-गणित्रांच्या मदतीने वायुरूप नमुन्यांचे गमन करता येते. समानुपाती गणित्र सर्वांत समाधानकारक ठरते.
गॅमा किरण खूपच पारगामी (आत घुसणारे) असल्यामुळे नमुन्याचा आकार किंवा रूप यांविषयी फारसे चिकित्सक असण्याचे कारण नसते. स्फुल्लिंग गणित्र हे गॅमा गणनाचे जवळजवळ एकमेव साधन झाले आहे.
विघटनाच्या निरपेक्ष दराचे मापन हे बरेच किचकट असते. ते करताना काही गोष्टी विचारात घ्याव्या लागतात : उदा., (१) अभिज्ञातकाने नमुन्याशी केलेला घन कोन [→ कोन], (२) अभिज्ञातकाची अंगभूत क्षमता, (३) हवेचे शोषण इ. बीटा–गॅमा एककालीय गणन ही विघटनाचा निरपेक्ष दर मापण्याची सुलभ व अचूक पद्धती आहे.
अणुकेंद्रीय रासायनिक अन्वेषण : अणकेंद्रीय रसायनशास्त्रात अणुकेंद्रामधील विक्रियांचा अभ्यास होतो. निसर्गात आढळणाऱ्या किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांच्या अणुकेंद्रांच्या विभाजनाचा अभ्यास होत असतानाच कृत्रिम किरणोत्सर्गी मूलद्रव्ये बनवण्याची कल्पना व नंतर त्यांचा प्रत्यक्ष शोध शक्य झाला. किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांचा क्षयक्रम, त्यांचे अर्धायुमापन, त्यांतून बाहेर पडणाऱ्या किरणांच्या ऊर्जा मोजणे, किरणोत्सर्गी अणुकेंद्रांच्या संघटनेतील साम्य (समघटकता), त्यांचे उत्स्फूर्त विघटन, विघटनामुळे तयार झालेल्या तुकड्यांचे वस्तुमान मोजणे, त्यांच्यात झालेले ऊर्जा वाटप, अणुकेंद्र उत्तेजित केल्यानंतर होणाऱ्या त्यांतील विक्रिया अशा अनेक प्रकारे अणुकेंद्राचा अभ्यास या रसायनशास्त्र शाखेत होतो.
पहा : मूलकण.
संदर्भ : 1. Friedlander, G: Kennedy, J. W. Miller, J. M. Nuclear and Radio- Chemistry, Tokyo, 1964.
2. Harvey, B. G. Introduction to Nuclear Physics and Chemistry, New Jersey, 1962.
पाटील, एस. के
“