বিকিরণ শৃঙ্খল

পারমাণবিক বিজ্ঞানে, বিকিরণ শৃঙ্খল বলতে কিছু অনির্দিষ্ট মৌলিক পদার্থের নিউক্লিয়াসের মাধ্যমে সংঘটিত একধরনের পূর্বানুমানযোগ্য তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের ধারাবাহিকতাকে বোঝানো হয়।
সাধারণভাবে তেজস্ক্রিয় আইসোটোপগুলি সরাসরি স্থিতিশীল আইসোটোপে রূপান্তরিত হয় না। বরং, তারা একটি নতুন তেজস্ক্রিয় আইসোটোপে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। এই নতুন আইসোটোপটিও আবার ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে অন্য একটি আইসোটোপে রূপান্তরিত হয়, যা প্রায়ই আবার তেজস্ক্রিয় হয়। এইভাবে একের পর এক ক্ষয় হতে হতে শেষ পর্যন্ত শৃঙ্খলটি একটি স্থিতিশীল আইসোটোপে গিয়ে শেষ হয়, যার নিউক্লিয়াসে আর অতিরিক্ত শক্তি থাকে না এবং তা আর বিকিরণ নিঃসরণ করতে পারে না। এই অবস্থায় নিউক্লিয়াসকে বলা হয় সে তার "ভূমি অবস্থায়" পৌঁছে গেছে।
এই ক্ষয় শৃঙ্খলের প্রতিটি ধাপকে তাদের পরবর্তী বা পূর্ববর্তী ধাপের সাথে সম্পর্ক অনুযায়ী চিহ্নিত করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, একটি "জনক আইসোটোপ" (parent isotope) ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে একটি "সন্তান আইসোটোপ" (daughter isotope) তৈরি করে। যেমন, মৌল সংখ্যা ৯২-এর ইউরেনিয়াম (uranium)-এর একটি আইসোটোপ আছে যার নিউট্রনের সংখ্যা ১৪৪ (U)। এটি ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে মৌল সংখ্যা ৯০-এর থোরিয়াম (thorium)-এর একটি আইসোটোপ তৈরি করে যার নিউট্রনের সংখ্যা ১৪২ (Th)। এই সন্তান আইসোটোপটি হয়ত স্থিতিশীল হতে পারে, কিংবা এটি আবার ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে আরেকটি সন্তান আইসোটোপ তৈরি করতে পারে। Th ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে রেডিয়াম-২২৮-এ পরিণত হয়। আবার এই Ra, যাকে সন্তানের সন্তান বা "নাতনি আইসোটোপ" (granddaughter isotope) বলা হয়, সেটিও পরবর্তী ধাপে ক্ষয়প্রাপ্ত হতে পারে।
একটি জনক আইসোটোপ একটি সন্তান আইসোটোপে পরিণত হতে কত সময় নেবে, তা নির্ধারণ করা যায় না এবং এটি প্রতিবার একরকমও হয় না। প্রতিটি নিউক্লিয়াসের জন্য ক্ষয় হওয়ার সময় অনির্দিষ্ট এবং সম্পূর্ণভাবে দৈব বলে বিবেচিত হয়। তবে, পরিসংখ্যানভিত্তিক গড় হারে ক্ষয়ের পূর্বাভাস দেওয়া যায়। এই গড় হারে ক্ষয়কে একটি নির্দিষ্ট ক্ষয় ধ্রুবক (λ)-এর মাধ্যমে প্রকাশ করা হয় এবং এই হার একটি বিকীর্ণ সূচকীয় বণ্টন (exponential distribution) অনুসরণ করে, যার সূত্র হল: "e", যেখানে "t" হল সময়।
তেজস্ক্রিয় পদার্থের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্যগুলোর একটি হল এর অর্ধায়ু (half-life)। এটি হল এমন একটি সময়কাল, যার মধ্যে একটি নির্দিষ্ট সংখ্যক তেজস্ক্রিয় পরমাণুর অর্ধেক ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। এটি আইসোটোপটির ক্ষয় ধ্রুবকের বিপরীত আনুপাতিক। বিভিন্ন তেজস্ক্রিয় আইসোটোপের অর্ধায়ু পরীক্ষাগারে নির্ধারিত হয়েছে, এবং তা হতে পারে এক মুহূর্তেরও কম—যেমন হাইড্রোজেন-৫-এর ক্ষয় ঘটতে এত কম সময় লাগে যে এর নিউক্লিয়াসের এক প্রান্ত থেকে আরেক প্রান্তে একটি ফোটনের পৌঁছাতে যত সময় লাগে, তারও কম সময়ে এটি ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। অন্যদিকে, টেলুরিয়াম-১২৮-এর অর্ধায়ু , যা মহাবিশ্বের বয়সের তুলনায়ও বহু গুণ বেশি।
বেটম্যান সমীকরণ (Bateman equation) একটি নির্দিষ্ট ক্ষয় শৃঙ্খলের সব আইসোটোপের আপেক্ষিক পরিমাণ পূর্বাভাস দিতে সক্ষম, যদি সেই শৃঙ্খল যথেষ্ট সময় ধরে চলে এবং কিছু সন্তান পণ্য স্থিতিশীল অবস্থায় পৌঁছে যায়। একটি ক্ষয় শৃঙ্খল এই পর্যায়ে পৌঁছালে, অর্থাৎ যখন শৃঙ্খলের সব অংশ একধরনের ভারসাম্যে আসে, তখন তাকে বলা হয় "স্থিতিশীলতা" বা "সম্যবস্থা" (equilibrium)-তে পৌঁছেছে। এমন অবস্থায় একটি তেজস্ক্রিয় নমুনা একটি নিরবচ্ছিন্ন, তবে ধীরে ধীরে কমতে থাকা, বিকিরণ নিঃসরণ করে।
অন্যদিকে, যদি কোনো নমুনায় কোনো তেজস্ক্রিয় আইসোটোপের পরিমাণ প্রাকৃতিক ক্ষয় শৃঙ্খলের তুলনায় বেশি থাকে—অর্থাৎ তাকে সমৃদ্ধ (enriched) করা হয়ে থাকে—তবে তাকে "অসম্যবস্থায়" (out of equilibrium) বলা হয়। এই অসম্যবস্থার একটি অপ্রত্যাশিত ফলাফল হল, কখনও কখনও একটি সমৃদ্ধ নমুনার তেজস্ক্রিয়তা সময়ের সাথে বাড়তে পারে, কারণ এতে সৃষ্ট সন্তান পণ্যগুলির তেজস্ক্রিয়তা তাদের জনকের চেয়েও বেশি হতে পারে। সমৃদ্ধ এবং দারিদ্র্যপীড়িত ইউরেনিয়াম—উভয় ক্ষেত্রেই এই ধরনের ঘটনা দেখা যায়।
রাসায়নিক মৌলগুলির সৃষ্টি দুটি ধাপে ঘটেছে। প্রথম ধাপটি শুরু হয়েছিল বিগ ব্যাংয়ের কিছুক্ষণ পর। মহাবিশ্ব সৃষ্টির ১০ সেকেন্ড থেকে ২০ মিনিটের মধ্যে হালকা পরমাণুর প্রাথমিক সঙ্কোচন ঘটে, যার ফলে তৈরি হয়েছিল চারটি হালকা মৌল। এই আদিম উৎপাদনের বেশিরভাগই ছিল হাইড্রোজেনের তিনটি হালকা আইসোটোপ—প্রোটিয়াম, ডিউটেরিয়াম ও ট্রিটিয়াম—এবং হেলিয়ামের নয়টি পরিচিত আইসোটোপের মধ্যে দুটি—হেলিয়াম-৩ ও হেলিয়াম-৪। সামান্য পরিমাণ লিথিয়াম-৭ এবং বেরিলিয়াম-৭ উৎপন্ন হয়েছিল বলে ধারণা করা হয়।
এরপর প্রায় ১০ কোটি বছর পরে শুরু হয় দ্বিতীয় ধাপের নিউক্লিওসিন্থেসিস, যখন প্রথম নক্ষত্রগুলির জন্ম হয়। এই নক্ষত্রগুলির পারমাণবিক চুল্লিগুলি হেলিয়ামের চেয়ে ভারী মৌলগুলির উৎপাদনের জন্য প্রয়োজনীয় ছিল। লোহা ও নিকেল (পরমাণু সংখ্যা ২৬ ও ২৮) পর্যন্ত মৌলসমূহ r-প্রক্রিয়া এবং s-প্রক্রিয়া নামক নিউট্রন ধারণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে নক্ষত্রের কেন্দ্রে গঠিত হয়েছিল। সুপারনোভার মতো চরম পরিস্থিতিতে অক্সিজেন থেকে রুবিডিয়াম (পরমাণু সংখ্যা ৮ থেকে ৩৭) পর্যন্ত মৌল তৈরি হওয়ার উপযুক্ত পরিবেশ সৃষ্টি হয়। সীসার (৮২) চেয়ে ভারী মৌলগুলির ক্ষেত্রে, যেগুলির কোনো স্থিতিশীল আইসোটোপ নেই, সেগুলির সৃষ্টি সম্ভবত নিউট্রন তারার সংমিলনের সময় প্রচুর পরিমাণে মুক্ত নিউট্রনের উপস্থিতিতে r-প্রক্রিয়ার মাধ্যমে হয়।
পৃথিবীতে বর্তমানে যে সকল রাসায়নিক মৌল ও আইসোটোপ বিদ্যমান, তার বেশিরভাগই এইসব প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পৃথিবীর প্রোটোপ্ল্যানেটারি ডিস্ক থেকে সঙ্কুচিত হওয়ার (প্রায় ৪.৫ বিলিয়ন বছর আগে) আগেই গঠিত হয়েছে। তবে কিছু মৌল বা আইসোটোপ পরবর্তীতে তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের মাধ্যমে জনক নিউক্লিয়াস থেকে শুরু করে একাধিক ধাপে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে এক বা একাধিক স্থিতিশীল আইসোটোপে পরিণত হয়েছে, যা বর্তমানে বিদ্যমান ২৫১টি স্থিতিশীল আইসোটোপের কোনো একটি হতে পারে। মহাজাগতিক বা নাক্ষত্রিক নিউক্লিওসিন্থেসিস এবং ক্ষয় শৃঙ্খলা ছাড়াও রাসায়নিক মৌল তৈরি করার একমাত্র উপায় হল পারমাণবিক অস্ত্র, পারমাণবিক চুল্লি (প্রাকৃতিক বা মানবসৃষ্ট) অথবা পার্টিকল অ্যাক্সেলারেটর ব্যবহার করে পরমাণু-পরমাণু করে নিউক্লিয়াস গঠন করা।
অস্থিতিশীল আইসোটোপগুলি একটি নির্দিষ্ট হারে তাদের সন্তান পণ্যে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। এই সন্তান আইসোটোপগুলি আরও অস্থিতিশীল হতে পারে এবং অবশেষে একাধিক ধাপে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে একটি স্থিতিশীল আইসোটোপে পরিণত হয়—মহাবিশ্বে এ ধরনের ২৫১টি স্থিতিশীল আইসোটোপ বিদ্যমান। স্থিতিশীল আইসোটোপগুলিতে, হালকা মৌলগুলির নিউট্রন ও প্রোটনের অনুপাত তুলনামূলকভাবে কম থাকে। যেমন, হেলিয়াম-৪-এর ক্ষেত্রে এটি প্রায় ১:১। অপরদিকে ভারী মৌলগুলির ক্ষেত্রে, যেমন ইউরেনিয়াম-২৩৮, এই অনুপাত প্রায় ১.৫৮৭ নিউট্রন প্রতি প্রোটন। সীসা-২০৮-এর চেয়েও ভারী কোনো নিউক্লাইড স্থিতিশীল নয়। এই ধরনের মৌলগুলো স্থিতিশীল হতে হলে তাদের অ্যালফা কণার মাধ্যমে ভর হ্রাস করতে হয়। অন্যদিকে, যেসব আইসোটোপে নিউট্রন-প্রোটন অনুপাত বেশি, সেগুলির জন্য আরেকটি সাধারণ ক্ষয় প্রক্রিয়া হল বিটা ক্ষয়। এতে নিউক্লাইডের ভর অপরিবর্তিত থাকে, তবে মৌল পরিবর্তন হয় এবং n/p অনুপাত কমে যায়। যেসব আইসোটোপের n/p অনুপাত তুলনামূলকভাবে কম, সেগুলিতে বিপরীত বিটা ক্ষয় ঘটতে পারে, যেখানে একটি প্রোটন নিউট্রনে রূপান্তরিত হয়। তবে যেহেতু নিষিক্ত বিভাজন সাধারণত নিউট্রন-সমৃদ্ধ পণ্য তৈরি করে, তাই পজিট্রন নিঃসরণ বা ইলেকট্রন ধরন অপেক্ষাকৃত বিরল।
বেশ কয়েকটি তুলনামূলকভাবে ছোট বিটা ক্ষয় শৃঙ্খলা রয়েছে—প্রায় প্রতিটি ভরসংখ্যার জন্য দুটি করে, একটি ভারী বিটা ক্ষয় এবং একটি হালকা পজিট্রন ক্ষয় পথ। তবে ভারী মৌলগুলির ক্ষেত্রে (যেগুলির পরমাণু সংখ্যা সীসার চেয়ে বেশি), মাত্র চারটি ক্ষয় পথ বিদ্যমান। এর কারণ হল মূলত দুটি প্রধান ক্ষয় প্রক্রিয়া: অ্যালফা বিকিরণ, যা ভরকে ৪ amu কমায়, এবং বিটা বিকিরণ, যা ভর অপরিবর্তিত রেখে মৌল পরিবর্তন করে ও n/p অনুপাত সামঞ্জস্য করে। এই চারটি ক্ষয় পথ হল 4n, 4n+1, 4n+2 ও 4n+3—যেখানে ভরসংখ্যাকে ৪ দ্বারা ভাগ করলে যে ভাগশেষ থাকে, তার ভিত্তিতে নির্ধারিত হয় একটি আইসোটোপ কোন শৃঙ্খল অনুসরণ করবে। অন্য ক্ষয় প্রক্রিয়া থাকলেও, সেগুলির সম্ভাবনা অ্যালফা বা বিটার তুলনায় অনেক কম।
এই ক্ষয় শৃঙ্খলগুলিতে শাখা থাকে। যেমন, নিহোনিয়াম-২৭৮-এর তৃতীয় পরমাণুটি ছয়বার অ্যালফা ক্ষয় হয়ে মেনডেলেভিয়াম-২৫৪-এ পৌঁছায়, পরে এটি ইলেকট্রন ধরন (বিটা ক্ষয়ের একটি ধরন) হয়ে ফার্মিয়াম-২৫৪-তে রূপান্তরিত হয়, এবং এরপর সপ্তম অ্যালফা ক্ষয়ে ক্যালিফোর্নিয়াম-২৫০-এ পৌঁছায়। এরপর এটি 4n+2 শৃঙ্খলা (রেডিয়াম শৃঙ্খলা) অনুসরণ করে। তবে আজ পর্যন্ত যেসব সুপারহেভি মৌল তৈরি হয়েছে, তাদের নিউক্লাইড কয়েকটি অ্যালফা ক্ষয়ের পরই স্বতঃস্ফূর্তভাবে বিভাজিত হয়ে যায়, ফলে ক্ষয় শৃঙ্খল শেষ হয়ে যায়।
এই চারটি ক্ষয় শৃঙ্খলার মধ্যে তিনটিতে ওপরের দিকে একটি দীর্ঘায়ু নিউক্লাইড থাকে, যেগুলি শৃঙ্খলটিকে দীর্ঘ সময় ধরে সচল রাখে। এই তিনটি দীর্ঘায়ু নিউক্লাইড হল ইউরেনিয়াম-২৩৮ (অর্ধায়ু ৪.৫ বিলিয়ন বছর), ইউরেনিয়াম-২৩৫ (০.৭ বিলিয়ন বছর) ও থোরিয়াম-২৩২ (১৪ বিলিয়ন বছর)। চতুর্থ শৃঙ্খলটিতে তেমন দীর্ঘায়ু নিউক্লাইড না থাকায়, সেটির বেশিরভাগ নিউক্লাইড ইতোমধ্যে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে বিসমাথ-২০৯ পর্যন্ত পৌঁছেছে। একসময় বিসমাথ-২০৯-কে স্থিতিশীল মনে করা হতো, তবে ২০০৩ সালে এটি অত্যন্ত দীর্ঘ অর্ধায়ুর সঙ্গে অস্থিতিশীল প্রমাণিত হয় (২০.১ বিলিয়ন বিলিয়ন বছর)। এটি থমিয়াম-২০৫-এ ক্ষয়প্রাপ্ত হয় এবং সেই অনুযায়ী প্রায়-চূড়ান্ত ধাপ হিসেবে বিবেচিত হয়।
সৌরজগতের ইতিহাসের শুরুর দিকে আরও অনেক ভারী, অস্থিতিশীল নিউক্লাইড বিদ্যমান ছিল, ফলে এই চারটি শৃঙ্খলা আরও দীর্ঘ ছিল। বিশেষভাবে, Pu, Np এবং Cm-এর অর্ধায়ু কয়েক মিলিয়ন বছরের বেশি, এবং এরা যথাক্রমে 4n, 4n+1 ও 4n+3 শৃঙ্খলগুলিতে উচ্চতর পর্যায়ে ছোটখাটো বাঁধার সৃষ্টি করত। (4n+2 শৃঙ্খলটিতে U-র ওপরে এমন কোনো নিউক্লাইড নেই যার অর্ধায়ু এক মিলিয়ন বছরের বেশি।) আজ কিছু পূর্বে বিলুপ্ত এসব আইসোটোপ আবারও কৃত্রিমভাবে তৈরি করা হয়েছে। ফলে, তারা আবারও ক্ষয় শৃঙ্খলগুলিতে যুক্ত হয়েছে। যেমন, পারমাণবিক অস্ত্রে ব্যবহৃত প্লুটোনিয়াম-২৩৯, যা ২৪,৫০০ বছরের অর্ধায়ু নিয়ে ইউরেনিয়াম-২৩৫-এ ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। এছাড়া বৃহৎ পরিসরে নেপচুনিয়াম-২৩৭ উৎপাদন করা হয়েছে, যা পূর্বে বিলুপ্ত চতুর্থ শৃঙ্খলকে পুনরুজ্জীবিত করেছে। তাই নিচের সারণিতে চারটি ক্ষয় শৃঙ্খলা ক্যালিফোর্নিয়াম-এর ২৪৯ থেকে ২৫২ ভরবিশিষ্ট আইসোটোপ থেকে শুরু হয়েছে।
তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের চারটি প্রধান ধরন হল: অ্যালফা ক্ষয়, বিটা ক্ষয়, বিপরীত বিটা ক্ষয় (যার মধ্যে পজিট্রন নিঃসরণ ও ইলেকট্রন ধরন উভয়ই অন্তর্ভুক্ত), এবং সমরূপ রূপান্তর (isomeric transition)। এই ক্ষয় প্রক্রিয়াগুলোর মধ্যে শুধুমাত্র অ্যালফা ক্ষয় (যা একটি হেলিয়াম-৪ নিউক্লিয়াসের বিভাজন) নিউক্লিয়াসের পারমাণবিক ভর সংখ্যা ("A") পরিবর্তন করে এবং তা সর্বদা চার ইউনিট কমিয়ে দেয়।
এই কারণে, প্রায় প্রতিটি ক্ষয় এমন একটি নিউক্লিয়াস তৈরি করে যার ভরসংখ্যা ৪ দিয়ে ভাগ করলে একই ভাগশেষ (residue) থাকে। এর ফলে নিউক্লাইডগুলিকে চারটি শ্রেণিতে ভাগ করা যায়, এবং যেকোনো ক্ষয় শৃঙ্খলার সব সদস্য এই শ্রেণিগুলোর একটির অন্তর্গত হয়।
প্রাকৃতিকভাবে তিনটি প্রধান ক্ষয় শৃঙ্খলা (বা পরিবার) দেখা যায়। এদের সাধারণত বলা হয় থোরিয়াম শৃঙ্খলা, রেডিয়াম বা ইউরেনিয়াম শৃঙ্খলা এবং অ্যাকটিনিয়াম শৃঙ্খলা। এই তিনটি শৃঙ্খলা যথাক্রমে শেষ হয় সীসার তিনটি ভিন্ন স্থিতিশীল আইসোটোপে। এই শৃঙ্খলগুলির প্রতিটি আইসোটোপের ভরসংখ্যা প্রকাশ করা যায় নিম্নরূপ: "A" = 4"n", "A" = 4"n" + 2 এবং "A" = 4"n" + 3। এই তিনটি শৃঙ্খলার দীর্ঘায়ু সূচনাকারী আইসোটোপগুলি যথাক্রমে থোরিয়াম-২৩২, ইউরেনিয়াম-২৩৮ এবং ইউরেনিয়াম-২৩৫, যা পৃথিবীর সৃষ্টির সময় থেকে অস্তিত্বে আছে (তবে ১৯৪০-এর দশক থেকে কৃত্রিমভাবে তৈরি আইসোটোপ ও তাদের ক্ষয় বাদে)।
চতুর্থ শৃঙ্খল, নেপচুনিয়াম শৃঙ্খলা, যার "A" = 4"n" + 1, তার সূচনাকারী আইসোটোপ নেপচুনিয়াম-২৩৭-এর তুলনামূলকভাবে সংক্ষিপ্ত অর্ধায়ু (২.১৪ মিলিয়ন বছর) থাকার কারণে প্রকৃতিতে ইতিমধ্যেই বিলুপ্ত হয়েছে। তবে এই শৃঙ্খলার সর্বশেষ ও ধীর ক্ষয় ধাপ বিসমাথ-২০৯ এখনও বিদ্যমান। ইউরেনিয়াম আকরিক-এ নিউট্রন ধারণের ফলে প্রকৃতিতে সামান্য পরিমাণ Np এবং এর ক্ষয় পণ্য পাওয়া যায়। এই শৃঙ্খলার চূড়ান্ত আইসোটোপ বর্তমানে থমিয়াম-২০৫ হিসেবে স্বীকৃত। পুরোনো উৎসগুলোতে শেষ আইসোটোপ হিসেবে বিসমাথ-২০৯ উল্লেখ করা হতো, তবে ২০০৩ সালে আবিষ্কৃত হয়েছে যে এটি অত্যন্ত সামান্য তেজস্ক্রিয়, যার অর্ধায়ু ।
এছাড়াও হালকা মৌলগুলির অস্থিতিশীল আইসোটোপের বিভিন্ন ক্ষয় শৃঙ্খলা রয়েছে, যেমন ম্যাগনেশিয়াম-২৮ ও ক্লোরিন-৩৯। পৃথিবীতে ১৯৪৫ সালের আগে এসব আইসোটোপ মূলত মহাজাগতিক রশ্মির মাধ্যমে উৎপন্ন হতো। কিন্তু ১৯৪৫ সালের পর পারমাণবিক অস্ত্রের পরীক্ষামূলক ও ব্যবহারজনিত কারণে অসংখ্য তেজস্ক্রিয় বিভাজন পণ্য মুক্তি পেয়েছে। এইসব আইসোটোপ সাধারণত β অথবা β ক্ষয়ের মাধ্যমে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, যার ফলে মৌল পরিবর্তন হয় কিন্তু ভর অপরিবর্তিত থাকে। এই ক্ষয়-পরবর্তী সন্তান আইসোটোপগুলি তুলনামূলকভাবে স্থিতিশীলতার কাছাকাছি থাকে এবং দীর্ঘতর অর্ধায়ু নিয়ে স্থিতিশীল আইসোটোপে পৌঁছায়।
নিচের চারটি সারণিতে যেসব ক্ষয় শাখার সম্ভাবনা ০.০০০১% এর কম, সেগুলি অন্তর্ভুক্ত করা হয়নি। এখানে প্রদত্ত শক্তি নিঃসরণের মান মূল নিউক্লিয়াসকে স্থির ধরে নিয়ে সমস্ত নির্গত কণার (যেমন: ইলেকট্রন, অ্যালফা কণা, গামা কোয়ান্টা, নিউট্রিনো, অজার ইলেকট্রন এবং এক্স-রে) গতিশক্তি এবং প্রত্যাবর্তনকারী নিউক্লিয়াসের গতিশক্তির যোগফল। এখানে 'a' দ্বারা বোঝানো হয়েছে 'বছর', যার উৎস লাতিন শব্দ "annus"।
নিচের সারণিগুলিতে (নেপচুনিয়াম শৃঙ্খলা বাদে), প্রাকৃতিকভাবে পাওয়া যেত এমন নিউক্লাইডগুলোর ঐতিহাসিক নামও উল্লেখ করা হয়েছে। এই নামগুলো সেই সময়ের, যখন প্রথম এই ক্ষয় শৃঙ্খলগুলো আবিষ্কৃত ও বিশ্লেষিত হয়। ঐতিহাসিক নাম দেখে বোঝা যায় একটি নিউক্লাইড কোন শৃঙ্খলার অন্তর্গত, এবং তা থেকে এর আধুনিক নাম নির্ধারণ করা যায়।
নিচে প্রদত্ত তিনটি প্রাকৃতিক অ্যাকটিনাইড অ্যালফা ক্ষয় শৃঙ্খলা—থোরিয়াম (থোরিয়াম-২৩২ থেকে), ইউরেনিয়াম/রেডিয়াম (ইউরেনিয়াম-২৩৮ থেকে), এবং অ্যাকটিনিয়াম (ইউরেনিয়াম-২৩৫ থেকে)—প্রত্যেকটি নিজস্ব একটি নির্দিষ্ট সীসা আইসোটোপে শেষ হয়: যথাক্রমে সীসা-২০৮, সীসা-২০৬, এবং সীসা-২০৭। এই সব আইসোটোপই স্থিতিশীল এবং প্রাকৃতিকভাবে আদি নিউক্লাইড হিসেবেও বিদ্যমান। তবে এদের অতিরিক্ত উপস্থিতি (বিশেষত সীসা-২০৪-এর তুলনায়, যা শুধুই আদি উৎস থেকে আসে) ইউরেনিয়াম–সীসা বয়স নির্ধারণ পদ্ধতির মাধ্যমে শিলার বয়স নির্ধারণে ব্যবহৃত হয়।
থোরিয়াম-২৩২-এর 4n শৃঙ্খল সাধারণত "থোরিয়াম শৃঙ্খলা" বা "থোরিয়াম ক্যাসকেড" নামে পরিচিত। প্রাকৃতিকভাবে বিদ্যমান থোরিয়াম-২৩২ থেকে শুরু করে এই শৃঙ্খলায় অন্তর্ভুক্ত রয়েছে: অ্যাকটিনিয়াম, বিসমাথ, সীসা, পোলোনিয়াম, রেডিয়াম, রেডন এবং থমিয়াম। এই মৌলসমূহ, অন্তত অস্থায়ীভাবে হলেও, যেকোনো থোরিয়াম-সমৃদ্ধ প্রাকৃতিক নমুনায় (যেমন ধাতু, যৌগ বা খনিজে) উপস্থিত থাকে। এই শৃঙ্খলাটি সীসা-২০৮-এ গিয়ে শেষ হয়।
যদি এই শৃঙ্খলাটি ট্রান্সইউরানিক অঞ্চলে সম্প্রসারিত করা হয়, তবে দেখা যায় প্লুটোনিয়াম-২৪৪ কয়েক ধাপ উপরে অবস্থান করে। এটি সৌরজগতের শুরুর সময়ে উপস্থিত ছিল, এবং এত দীর্ঘায়ু ছিল যে, আজও এটি অতি সামান্য পরিমাণে টিকে থাকার কথা। তবে এটি এখনো নিশ্চিত নয় যে এটি বাস্তবিকভাবে শনাক্ত করা গেছে কি না।
থোরিয়াম-২৩২ থেকে সীসা-২০৮ পর্যন্ত ক্ষয়প্রক্রিয়ায় মোট ৪২.৬ মেগা–ইলেকট্রন–ভোল্ট (MeV) শক্তি নিঃসৃত হয়, যার মধ্যে নিউট্রিনোদের মাধ্যমে হারানো শক্তিও অন্তর্ভুক্ত।
নেপচুনিয়াম-২৩৭-এর 4n + 1 শৃঙ্খলকে সাধারণভাবে "নেপচুনিয়াম শৃঙ্খলা" বা "নেপচুনিয়াম ক্যাসকেড" বলা হয়। এই শৃঙ্খলায় জড়িত আইসোটোপগুলোর মধ্যে কেবল দুটি—বিসমাথ-২০৯ ও থমিয়াম-২০৫—প্রকৃতিতে উল্লেখযোগ্য পরিমাণে পাওয়া যায়। অন্যান্য কিছু আইসোটোপকে প্রাকৃতিকভাবে শনাক্ত করা হয়েছে, যা প্রাথমিক U-এর উপর (n,2n) নক-আউট ক্রিয়ার মাধ্যমে অতি সামান্য পরিমাণে সৃষ্ট Np-এর উৎস থেকে উদ্ভূত হয়েছে।
একটি ধোঁয়া শনাক্তকারী যন্ত্রে ব্যবহৃত আমেরিসিয়াম-২৪১ আয়নীকরণ চেম্বার ক্ষয়ের ফলে উল্লেখযোগ্য পরিমাণ নেপচুনিয়াম-২৩৭ সঞ্চয় করতে পারে। এই ক্ষয় শৃঙ্খলার ফলস্বরূপ এতে আরও যে মৌলগুলো অন্তত সাময়িকভাবে উপস্থিত হতে পারে তা হলো: অ্যাকটিনিয়াম, অ্যাস্টাটিন, বিসমাথ, ফ্রান্সিয়াম, সীসা, পোলোনিয়াম, প্রোট্যাকটিনিয়াম, রেডিয়াম, রেডন, থমিয়াম, থোরিয়াম এবং ইউরেনিয়াম।
এই শৃঙ্খলাটি ১৯৪৭–১৯৪৮ সালে আবিষ্কৃত ও অধ্যয়ন করা হয়েছিল, তাই এতে অন্তর্ভুক্ত নিউক্লাইডগুলোর কোনো ঐতিহাসিক নাম নেই।
এই ক্ষয় শৃঙ্খলার একটি বিশেষ বৈশিষ্ট্য হলো—এতে নোবেল গ্যাস রেডন কেবলমাত্র একটি বিরল শাখায় (যা চিত্রে দেখানো হয়নি) উৎপন্ন হয়, প্রধান ক্ষয় পথে নয়। ফলে, এই শৃঙ্খলা থেকে সৃষ্ট রেডন অন্যান্য তিনটি শৃঙ্খলার তুলনায় ভূ-পৃষ্ঠ দিয়ে খুব কম স্থানান্তরিত হয়। আরেকটি বিশেষ বৈশিষ্ট্য হলো, এই শৃঙ্খলা সীসা নয়, বরং থমিয়াম (বাস্তবে বিসমাথ)-এ গিয়ে শেষ হয়। এই শৃঙ্খলা শেষ হয় স্থিতিশীল থমিয়াম-২০৫-এ।
ক্যালিফোর্নিয়াম-২৪৯ থেকে থমিয়াম-২০৫ পর্যন্ত ক্ষয়প্রক্রিয়ায়, নিউট্রিনোর মাধ্যমে হারানো শক্তিসহ মোট ৬৬.৮ MeV শক্তি নিঃসৃত হয়।
ইউরেনিয়াম-২৩৮-এর 4n+2 শৃঙ্খলকে "ইউরেনিয়াম শৃঙ্খলা" বা "রেডিয়াম শৃঙ্খলা" বলা হয়। প্রাকৃতিকভাবে বিদ্যমান ইউরেনিয়াম-২৩৮ থেকে শুরু হয়ে, এই শৃঙ্খলায় অন্তর্ভুক্ত রয়েছে নিম্নলিখিত মৌলসমূহ: অ্যাস্টাটিন, বিসমাথ, সীসা, পারদ, পোলোনিয়াম, প্রোট্যাকটিনিয়াম, রেডিয়াম, রেডন, থমিয়াম, এবং থোরিয়াম।
এই মৌলগুলো অন্তত সাময়িকভাবে হলেও, যেকোনো ইউরেনিয়াম-সমৃদ্ধ প্রাকৃতিক নমুনায়—হোক তা ধাতু, যৌগ অথবা খনিজ—উপস্থিত থাকে। শৃঙ্খলাটি সীসা-২০৬-এ গিয়ে শেষ হয়, যা একটি স্থিতিশীল আইসোটোপ।
ইউরেনিয়াম-২৩৮ থেকে সীসা-২০৬-এ ক্ষয়ের ফলে, নিউট্রিনো দ্বারা হারানো শক্তিসহ মোট ৫১.৭ MeV শক্তি নিঃসৃত হয়।
ইউরেনিয়াম-২৩৫-এর 4n+3 ক্ষয় শৃঙ্খল সাধারণভাবে "অ্যাকটিনিয়াম শৃঙ্খলা" বা "অ্যাকটিনিয়াম ক্যাসকেড" নামে পরিচিত। প্রাকৃতিকভাবে বিদ্যমান ইউরেনিয়াম-২৩৫ আইসোটোপ থেকে শুরু করে, এই ক্ষয় শৃঙ্খলায় নিম্নলিখিত মৌলসমূহ অন্তর্ভুক্ত রয়েছে: অ্যাকটিনিয়াম, অ্যাস্টাটিন, বিসমাথ, ফ্রান্সিয়াম, সীসা, পোলোনিয়াম, প্রোট্যাকটিনিয়াম, রেডিয়াম, রেডন, থমিয়াম এবং থোরিয়াম। এই সকল মৌল, অন্তত সাময়িকভাবে হলেও, ইউরেনিয়াম-২৩৫ সম্বলিত যেকোনো ধাতু, যৌগ, আকরিক বা খনিজে উপস্থিত থাকে। শৃঙ্খলাটি স্থিতিশীল সীসা-২০৭ আইসোটোপে গিয়ে শেষ হয়।
সৌরজগতের শুরুর দিকে এই শৃঙ্খলাটি Cm পর্যন্ত প্রসারিত ছিল। এই দীর্ঘ ক্ষয় শৃঙ্খলার উপস্থিতি আজকের দিনে ইউরেনিয়াম-২৩৫ ও ইউরেনিয়াম-২৩৮-এর অনুপাতের ভিন্নতার মাধ্যমে প্রতিফলিত হয়, কারণ কারিয়াম ও ইউরেনিয়ামের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য ভিন্ন এবং তারা ভিন্নভাবে পৃথক হত।
ইউরেনিয়াম-২৩৫ থেকে সীসা-২০৭ পর্যন্ত ক্ষয়প্রক্রিয়ায়, নিউট্রিনো দ্বারা হারানো শক্তিসহ মোট ৪৬.৪ MeV শক্তি নিঃসৃত হয়।