তেজস্ক্রিয় মৌলের আয়ুষ্কাল কি বদলাতে পারে ?

চারিদিকে যা দেখি সবই কোন না কোন মৌলের পরমাণু দিয়ে তৈরি। কার্বন, অক্সিজেন, নাইট্রোজেন, লোহা, সোনা, রূপা, এই সবই এক এক ধরনের মৌল। এদের আয়ুষ্কাল কত দিন ? অর্থাৎ এরা কত দিন স্থায়ী হয়? উত্তর হচ্ছে অনন্ত কাল। একটা লোহার খণ্ড গুঁড়িয়ে যেতে পারে বা তাতে মরচে ধরতে পারে। কিন্তু গুঁড়িয়ে গেলেও লোহার পরিমাণ বদলায় না বা লোহায় মরচে ধরলেও লোহার পরিমাণ বদলায় না। এইগুলো কেবল মাত্র লোহার ভৌত ও রাসায়নিক পরিবর্তন।

তবে আমাদের আশেপাশে না দেখা গেলেও, এই মহাবিশ্বে স্থায়ী মৌলের চেয়ে অস্থায়ী মৌলের সংখ্যা অনেক বেশি। এই অস্থায়ী মৌলদেরই তেজস্ক্রিয় মৌল বলা হয় এবং তাদের থেকে স্বতঃস্ফূর্তভাবে তড়িৎযুক্ত কণার স্রোত ও গামা রশ্মি বেরিয়ে আসে ও তারা বদলে যায়। ১৯০০ শতকের প্রথমে মেরি কুরি এই ব্যাপারটা আবিষ্কার করেন ও এর নাম দেন radioactivity, আর আমরা বাংলায় বলছি তেজস্ক্রিয়তা। অস্থায়ী মৌল বদলে গিয়ে অবশেষে স্থায়ী মৌলে পরিণত হয়। যে সময় পরে একটা অস্থায়ী মৌলের অর্ধেক সংখ্যক পরমাণু বদলে যায়, তাকে ওই তেজস্ক্রিয় মৌলের অর্ধ আয়ুষ্কাল বলে, আর তা থেকেই গড় আয়ুষ্কাল পাওয়া যায়। কোনো  কোনো তেজস্ক্রিয় মৌলের আয়ুষ্কাল এক সেকেন্ডের হাজার ভাগের এক ভাগেরও কম, আবার কারুর শত কোটি বছর। পৃথিবীতে স্বাভাবিকভাবে সেই তেজস্ক্রিয় মৌলগুলোই পাওয়া যায়, যাদের আয়ুষ্কাল শত কোটি বছর, যেমন ইউরেনিয়াম, থোরিয়াম ইত্যাদি। এর বাইরে অসংখ্য অস্থায়ী তেজস্ক্রিয় মৌল রয়েছে নক্ষত্রের কেন্দ্রস্থলে ও তারা সৃষ্টি হয় খুব ভারি নক্ষত্রের বিস্ফোরণে। আজকের সোনা, প্লাটিনাম ইত্যাদি স্থায়ী ভারি মৌল সৃষ্টি হয়েছিল সেই সব তেজস্ক্রিয় মৌল থেকে, নক্ষত্রের অভ্যন্তরে তেজস্ক্রিয়তার মাধ্যমে। পৃথিবীতে পারমানবিক চুল্লীতে বিদ্যুৎ উৎপাদনের সময় বর্জ্য পদার্থ হিসাবে অনেক রকম তেজস্ক্রিয় মৌলের সৃষ্টি হয় এবং তাদের উপযুক্ত সংরক্ষণ একটা সমস্যা, কারণ অনেকের আয়ুষ্কাল বহু সহস্র বছর হয় এবং তেজস্ক্রিয় রশ্মির বিকিরণ জীব দেহের ক্ষতি করে।

কাজেই তেজস্ক্রিয় মৌলের আয়ুষ্কাল বদলানো যায় কি না এই প্রশ্ন স্বাভাবিক। আয়ুষ্কাল যথেষ্ট কমাতে পারলে পারমানবিক চুল্লীর তেজস্ক্রিয় বর্জ্যের সংরক্ষণ অনেক সহজ হবে। তাছাড়াও এটা বিজ্ঞানের একটা মৌলিক প্রশ্ন এবং নক্ষত্রের অভ্যন্তরে মৌল সৃষ্টিতে এই প্রশ্নের গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রয়েছে। মেরি কুরি ও অন্যান্যরা পরীক্ষা করে দেখেছিলেন যে তেজস্ক্রিয় মৌলের আয়ুষ্কাল পারিপার্শ্বিক অবস্থার উপর নির্ভর করে না। অর্থাৎ তাপমাত্রা, চাপ ইত্যাদি প্রয়োগ করলে বা মৌলটির কোন রাসায়নিক পরিবর্তন করলে তেজস্ক্রিয়তার হার অর্থাৎ মৌলটির আয়ুষ্কালের কোন পরিবর্তন হয় না। তেজস্ক্রিয় মৌলের আয়ুষ্কালের এই অপরিবর্তনশীলতাই বর্তমানে সাধারণভাবে স্বীকৃত তথ্য এবং এর বিরোধিতা করলে সহজে মানা হয় না। T. H. Huxley এর কথায় “It is the customary fate of new truths to begin as heresies and to end as superstitions.”

 তবে এই বিষয়ে গবেষণা চলতে থাকে। এই গবেষণাকে প্রধানত মৌলিক গবেষণা বলা যায়, তবে এর ব্যবহারিক প্রয়োগের কিছু সম্ভাবনা আছে। সেই গবেষণার কথা বলতে গেলে আরো দুই-একটি তথ্য জানা দরকার। একটা মৌলের পরমাণুর ব্যাস একটা চুল যত সরু, তার লক্ষ ভাগের এক ভাগ। পরমাণুর মাঝখানে আছে আরও অনেক ছোট (যার ব্যাস পরমাণুর ব্যাসের দশ হাজার ভাগের এক ভাগ) ধনাত্মক তড়িৎযুক্ত পরমাণুর নিউক্লিয়াস, আর এই নিউক্লিয়াসের চারদিকে বিভিন্ন কক্ষপথে ঘুরে বেড়ায় ঋণাত্মক তড়িৎযুক্ত ইলেকট্রন কণিকারা। সব মিলিয়ে পরমাণু তড়িৎ-নিরপেক্ষ হয়। পরমাণুর নিউক্লিয়াস ধনাত্মক তড়িৎযুক্ত প্রোটন ও তড়িৎ-নিরপেক্ষ নিউট্রন কণা দিয়ে গঠিত। পরমাণুর নিউক্লিয়াসে ধনাত্মক তড়িৎযুক্ত প্রোটনগুলোর মধ্যে বৈদ্যুতিক বিকর্ষণ বল থাকলেও, নিউক্লিয়াস স্থায়ী হয়। কারণ প্রোটন-প্রোটন ও প্রোটন-নিউট্রনের মধ্যে খুব অল্প দূরত্বে (নিউক্লিয়াসের মধ্যে) এক প্রবল আকর্ষণী বল (গুরু বল) কাজ করে। তবে  এই প্রবল আকর্ষণী বল থাকা সত্বেও নিউক্লিয়াসে প্রোটনের সংখ্যা খুব বেশি হলে বৈদ্যুতিক বিকর্ষণ বলের জন্য তা আর স্থায়ী হয় না। যেমন ইউরেনিয়াম (প্রোটনের সংখ্যা ৯২ ), থোরিয়াম (প্রোটনের সংখ্যা ৯০) ইত্যাদি মৌল স্থায়ী হয় না। তাদের থেকে দুটো প্রোটন ও দুটো নিউট্রনের সমন্বয়ে গঠিত হিলিয়ামের নিউক্লিয়াস প্রায় সেকেন্ডে ৩০,০০০ কিলোমিটার বেগে বেরিয়ে আসে ও প্রোটনের সংখ্যার পরিবর্তনের জন্য তারা ভিন্ন মৌলে পরিণত হয়।  

আরো একটা গুরুত্বপূর্ণ কারণে তেজস্ক্রিয়তার সৃষ্টি হয় ও কম প্রোটন সংখ্যার নিউক্লিয়াসও ভেঙে যায়। নিউক্লিয়াসের মধ্যে খুব অল্প দূরত্বে (একটা নিউট্রন বা প্রোটনের ব্যাসের চেয়েও কম দূরত্বে)  গুরু বলের চেয়ে অনেক কম শক্তিশালী এক লঘু বল কাজ করে। নিউক্লিয়াসের বাইরে মুক্ত অবস্থায় একটা নিউট্রনকে রেখে দিলে এই লঘু বলের প্রভাবে তার থেকে একটা ইলেকট্রন ও ভরহীন তড়িৎ-নিরপেক্ষ নিউট্রিনো কণা বেরিয়ে নিউট্রন প্রোটনে পরিণত হয়। মুক্ত নিউট্রনের অর্ধ আয়ুষ্কাল (অর্থাৎ যে সময় পরে নিউট্রনের সংখ্যা অর্ধেক হয়ে যায়) প্রায় ৯০০ সেকেন্ড। নিউক্লিয়াসের ভিতরে নিউট্রন সাধারণত স্থায়ী হয়। কিন্তু নিউক্লিয়াসে নিউট্রনের সংখ্যা বেশি হয়ে গেলে এই লঘু বলের ক্রিয়ার জন্য নিউক্লিয়াসের ভিতরে থাকা একটা নিউট্রন ইলেকট্রন ও নিউট্রিনো কণিকা ছেড়ে দিয়ে প্রোটনে পরিণত হয়। ফলে নিউক্লিয়াসের প্রোটনের সংখ্যা বদলে গিয়ে সেটি ভিন্ন মৌলে পরিণত হয়। আবার কিছু ক্ষেত্রে যে সব নিউক্লিয়াসের নিউট্রন সংখ্যা কম থাকে, তারা নিউক্লিয়াসের চারিদিকে কক্ষপথে থাকা একটা ইলেকট্রনকে নিয়ে নেয় এবং লঘু বলের ক্রিয়ায় নিউক্লিয়াসের ভিতরে একটা প্রোটনের সাথে ইলেকট্রনটি যুক্ত হয়ে নিউট্রনে পরিণত হয় ও ভিন্ন মৌল গঠন করে ও একটা নিউট্রিনো কণিকা বেরোয়। যেমন বেরিলিয়াম-৭ (নিউক্লিয়াসে ৪  টা প্রোটন, ৩  টা নিউট্রন) একটা ইলেকট্রন নিয়ে লিথিয়াম-৭ (নিউক্লিয়াসে ৩  টা প্রোটন, ৪  টা নিউট্রন) পরিণত হয় ও তার সাথে একটা ভরহীন তড়িৎ-নিরপেক্ষ নিউট্রিনো কণিকা বেরিয়ে আসে। বেরিলিয়াম-৭ এর অর্ধ আয়ুষ্কাল প্রায় ৫২ দিন।

১৯৫০ সাল নাগাদ ইতালীয়-আমেরিকান বিজ্ঞানী এমিলও সেগ্রে বলেন যে বেরিলিয়াম-৭ এর বিভিন্ন যৌগের মধ্যে অর্ধ আয়ুষ্কালের অল্প পরিবর্তন হওয়া উচিত। কারণ বেরিলিয়াম-৭ পরমাণুর ইলেকট্রনরা দুটো মাত্র কক্ষপথে থাকে। কোয়ান্টাম তত্ত্বের নিয়ম অনুযায়ী এই ইলেকট্রনগুলি মাঝে মাঝে নিউক্লিয়াসের উপর এসে পড়ে এবং তখন লঘু বল ক্রিয়ার মাধ্যমে নিউক্লিয়াসের একটা প্রোটন নিউট্রনে পরিণত হয়। বেরিলিয়াম-৭ এর বাইরের কক্ষপথের ইলেকট্রন দুটো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশ নেয় এবং তারাও মাঝে মধ্যে বেরিলিয়াম-৭ এর নিউক্লিয়াসের ঘাড়ের উপর পড়ে বেরিলিয়ামকে লিথিয়ামে পরিণত করে। সুতরাং ভিন্ন রাসায়নিক পরিবেশে বেরিলিয়াম-৭ এর বাইরের কক্ষপথের ইলেকট্রনের সংখ্যার পরিবর্তন ঘটিয়ে বেরিলিয়াম-৭ এর অর্ধ আয়ুষ্কালের অল্প পরিবর্তন করা যায়। এই ভাবে অর্ধ আয়ুষ্কালের প্রায় ১ শতাংশ পরিবর্তন দেখা গেছে।

আবার বেরিলিয়াম-৭ পরমাণুর উপর প্রবল চাপ দিয়ে (বায়ুমণ্ডলীয় চাপের ৩ লক্ষ গুণ বা আরও বেশি) তার অর্ধ আয়ুষ্কালের প্রায় ১ শতাংশ পরিবর্তন দেখা গেছে। সূর্যের কেন্দ্রে  বেরিলিয়াম-৭ প্রতিনিয়ত লিথিয়াম-৭ তে পরিণত হচ্ছে। সেখানে বিপুল ঘনত্বে ও চাপে বেরিলিয়াম-৭ এর অর্ধ আয়ুষ্কাল ৫২ দিনের অনেক কম হয়। তবে বেরিলিয়াম-৭ একটা বিশেষ ধরনের পরমাণু। অন্য ক্ষেত্রে বিশেষত হিলিয়াম কণা, ইলেকট্রন কণা বেরোনোর ক্ষেত্রে উচ্চ চাপ প্রয়োগে ও ভিন্ন রাসায়নিক পরিবেশে তেজস্ক্রিয় মৌলের আয়ুষ্কালের অল্প পরিবর্তনের (১ শতাংশ বা আরও কম) কিছু দাবী থাকলেও সেগুলি এখনো প্রমাণিত হয় নি।

     অন্যদিকে মুক্ত নিউট্রনের অর্ধ আয়ুষ্কালের পরিমাপে একটা চিত্তাকর্ষক ঘটনা ঘটেছে। মুক্ত নিউট্রনের আয়ুষ্কালের পরিমাপ নানান কারণে খুব জরুরী। পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে সফল standard model এর সূক্ষ্ম পরীক্ষা করার জন্য এবং আদিম মহাবিস্ফোরণের (Big Bang) ফলে উৎপন্ন হিলিয়ামের পরিমাণের গণনায় নিউট্রনের আয়ুষ্কাল জানার প্রয়োজন হয়। তাই নিউট্রনের অর্ধ আয়ুষ্কাল খুব সূক্ষ্মভাবে দুই রকম পদ্ধতিতে মাপা হয়েছে। নিউট্রন একটা যৌগিক কণা এবং দণ্ড চুম্বকের মত আচরণ করে। নিউট্রনের এই চৌম্বক ধর্মকে কাজে লাগিয়ে খুব কম গতিশক্তির অনেক নিউট্রনকে চৌম্বক ক্ষেত্র ও মাধ্যাকর্ষণের সাহায্যে একটা বোতলে আবদ্ধ রাখা হয়। প্রথমে বোতলে কতগুলি নিউট্রন ছিল ও কিছুক্ষণ পরে কতগুলো নিউট্রন আছে তার পরিমাপ থেকে নিউট্রনের অর্ধ আয়ুষ্কাল নির্ণয়  করা হয়। গত দুই দশক ধরে এই ধরনের পরীক্ষা করে পাওয়া গেছে নিউট্রনের গড় অর্ধ আয়ুষ্কাল = ( ৮৭৯.৩ ০.৭৫) সেকেন্ড। আরেকভাবেও নিউট্রনের অর্ধ আয়ুষ্কাল মাপা হয়েছে। এই পদ্ধতিতে একটা নিউট্রনের স্রোত ব্যবহার করা হয় এবং এই স্রোতকে  একটা প্রোটন ধরার ফাঁদের মধ্যে দিয়ে নিয়ে যাওয়া হয়। চৌম্বক ক্ষেত্র ও তড়িৎ ক্ষেত্রের সাহায্যে প্রোটন ধরার ফাঁদ কাজ করে। এই ফাঁদের মধ্যে দিয়ে যাবার সময় স্বাভাবিক ভাবেই কিছু সংখ্যক নিউট্রন ভেঙে গিয়ে প্রোটনে পরিণত হয় ও সেই প্রোটনগুলির সংখ্যা গণনা করা হয়। আপতিত নিউট্রনের স্রোতেরও পরিমাপ করা হয়। এইসকল পরিমাপ থেকে নিউট্রনের অর্ধ আয়ুষ্কাল নির্ণয় করা হয়। গত দুই দশক ধরে এই ধরনের পরীক্ষা করে পাওয়া গেছে নিউট্রনের গড় অর্ধ আয়ুষ্কাল = (৮৮৮ 2.2) সেকেন্ড। অর্থাৎ দুই উপায়ে পরিমাপের পার্থক্য প্রায় ৯ সেকেন্ড যা পরিমাপের ত্রুটি ২.২ সেকেন্ডের ৪ গুণ। কেন দুইভাবে মাপলে দুই রকম অর্ধ আয়ুষ্কাল পাওয়া যায়? কতগুলো নিউট্রন বোতলে পড়ে থাকে, আর কটা প্রোটন নিউট্রনের স্রোত থেকে পাওয়া যায়, তারা তো একই আয়ুষ্কাল দেবে, কারণ নিউট্রন ভেঙে তো কেবলমাত্র প্রোটনই পাওয়া যায়। গত দুই দশক ধরে বার বার পরীক্ষা করেও এখনো অবধি এর সমাধান হয় নি। তাত্ত্বিকেরা বলছেন যে হয়ত নিউট্রন শুধু প্রোটনে ভাঙে না। হয়ত ১ শতাংশ নিউট্রন অন্য কিছুতে ভাঙে। কিন্তু আর কিছু তো পাওয়া যায় না। তাত্ত্বিকেরা বলছেন হয়ত ১ শতাংশ নিউট্রন অজানা ডার্ক ম্যাটারে ভাঙে, যা মাপা যায় না, দেখা যায় না। বর্তমানে মনে করা হয় এই বিশ্বের বেশির ভাগই এক অজানা ডার্ক ম্যাটার দিয়ে গঠিত। কিন্তু এখনো অবধি এই ডার্ক ম্যাটারের কোন প্রমাণ পরীক্ষাগারে পাওয়া যায় নি। যদি সত্যই নিউট্রন এই অজানা ডার্ক ম্যাটারে ভাঙে, তবে তা হবে পদার্থ বিজ্ঞানের এক নতুন অধ্যায়। দেখা যাক শেষ অবধি কি দাঁড়ায়?                      

অম্লান রায়

কলকাতার Variable Energy Cyclotron Center, Department of Atomic Energy, Government of India থেকে বৈজ্ঞানিক আধিকারিক হিসাবে অবসর নেবার পর কেন্দ্রীয় সরকারের বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি বিভাগের অনুদানে ঐ প্রতিষ্ঠানেই গবেষণারত। পরমাণু কেন্দ্রকের বিক্রিয়া ও কেন্দ্রকিয় জ্যোতিঃপদার্থবিজ্ঞানে  কাজ করেন। কলকাতা বিশ্ববিদ্যালয়, আই আই টি (কানপুর) ও University of Washington, Seattle, USA থেকে পড়াশুনা করেছেন। Post-doc হিসাবে Texas A & M University ও Oak Ridge National Laboratory তে কাজ করে দেশে ফেরেন। বাংলা ভাষায় বিজ্ঞান লেখায় বিশেষ আগ্রহী।