আদি নিউক্লাইড

প্রাথমিক নিউক্লাইড (বা প্রাথমিক আইসোটোপ) হলো এমন কিছু নিউক্লাইড, যেগুলো পৃথিবী গঠনের আগেই তৈরি হয়েছিল এবং তখন থেকে আজ পর্যন্ত একইভাবে রয়ে গেছে। এই শব্দটি ভূ-রসায়ন, ভূ-ভৌতবিজ্ঞান এবং নিউক্লিয়ার পদার্থবিজ্ঞানে ব্যবহৃত হয়।
এই নিউক্লাইডগুলো এমন আন্তঃনাক্ষত্রিক গ্যাস ও ধুলাবালির মধ্যে উপস্থিত ছিল, যেখান থেকে সৌরজগতের জন্ম হয়। এগুলো তৈরি হয়েছিল বিগ ব্যাং-এর সময় কিংবা পরে—নক্ষত্র ও সুপারনোভার ভিতরে নিউক্লিওসিন্থেসিস (পরমাণু সংযোজন) প্রক্রিয়ায়, তারপর সেই উপাদানগুলো মহাকাশে ছড়িয়ে পড়ে। এছাড়াও, মহাজাগতিক রশ্মির প্রভাবে এবং কিছু অন্যান্য প্রক্রিয়ার মাধ্যমে এগুলো তৈরি হতে পারে।
প্রাথমিক নিউক্লাইড বলতে মূলত সেই সব স্থিতিশীল ও দীর্ঘমেয়াদি তেজস্ক্রিয় উপাদানকে বোঝানো হয়, যেগুলো সৌরজগত তৈরির সময় থেকেই টিকে আছে এবং এখনও বিলুপ্ত হয়নি। এখন পর্যন্ত এমন ২৮৬টি নিউক্লাইডের অস্তিত্ব জানা গেছে।
বর্তমানে পরিচিত ২৫১টি স্থিতিশীল নিউক্লাইড এবং আরও ৩৫টি নিউক্লাইড, যেগুলোর অর্ধায়ু এতটাই দীর্ঘ যে তারা পৃথিবী গঠনের সময় থেকে এখন পর্যন্ত টিকে আছে—এসবই প্রাথমিক নিউক্লাইড হিসেবে বিবেচিত হয়। এই ৩৫টি প্রাথমিক তেজস্ক্রিয় নিউক্লাইড (রেডিওনুক্লাইড) ২৮টি ভিন্ন রাসায়নিক মৌল-এর আইসোটোপ।
ক্যাডমিয়াম, টেলুরিয়াম, জেনন, নিওডিমিয়াম, সামারিয়াম, অসমিয়াম এবং ইউরেনিয়াম—এই সাতটি মৌলের প্রত্যেকটির দুটি করে প্রাথমিক রেডিওআইসোটোপ রয়েছে (যেমন: , ; , ; , ইত্যাদি)।
পৃথিবীর বয়স প্রায় (৪.৫৮ বিলিয়ন বছর) হওয়ায়, কোনো নিউক্লাইডের অর্ধায়ু কমপক্ষে প্রায় (১০০ মিলিয়ন বছর) না হলে সেটি এখনো টিকে থাকার সম্ভাবনা খুব কম। উদাহরণস্বরূপ, যদি কোনো নিউক্লাইডের অর্ধায়ু (৬০ মিলিয়ন বছর) হয়, তবে পৃথিবী গঠনের পর থেকে এর ৭৭টি অর্ধায়ু পার হয়ে গেছে—মানে, শুরুতে এক মোল () পরমাণু থাকলে, এখন মাত্র ৪টি পরমাণু অবশিষ্ট থাকতে পারে।
যেসব প্রাথমিক নিউক্লাইডের অর্ধায়ু সবচেয়ে কম, তাদের মধ্যে সাতটি হলো: (), (), (), (), (), (), এবং ()।
এই সাতটি নিউক্লাইডের অর্ধায়ু মহাবিশ্বের বয়সের সমান বা তার কাছাকাছি। এর মধ্যে ^87Rb, ^187Re, ^176Lu, এবং ^232Th-এর অর্ধায়ু মহাবিশ্বের বয়সের চেয়েও বেশি। বাকি ২৮টি প্রাথমিক রেডিওনুক্লাইডের অর্ধায়ু এত বেশি যে তাদেরকে প্রায় স্থিতিশীল হিসেবেই ধরা যায়। এর মধ্যে ^87Rb, ^187Re, ^176Lu, ^232Th এবং ^238U এত ধীরে ক্ষয় হয় যে ভূতাত্ত্বিক সময়ের হিসাবে তাদের পরিমাণ প্রায় অপরিবর্তিত থাকে। অন্যদিকে, ^40K এবং ^235U তুলনামূলকভাবে দ্রুত ক্ষয় হয়, ফলে এদের প্রাচুর্য অনেক কম, তবুও প্রকৃতিতে এদের এখনো খুঁজে পাওয়া যায়।
যেসব আইসোটোপের অর্ধায়ু পৃথিবীর বয়সের চেয়ে কম এবং যেগুলোর অস্তিত্ব কখনো ছিল কিন্তু এখন সম্পূর্ণ বিলুপ্ত—তাদের বলা হয় অস্তমিত রেডিওনুক্লাইড। এর মধ্যে সবচেয়ে দীর্ঘায়ু কিন্তু এখনো প্রাথমিক হিসেবে নিশ্চিত নয় এমন আইসোটোপ হলো (), এরপর () এবং ()। ^244Pu-এর ১৯৭১ সালে প্রাথমিক অস্তিত্বের প্রমাণ মিলেছিল, কিন্তু ২০১২ ও ২০২২ সালের গবেষণায় তা নিশ্চিত হয়নি।
যেহেতু পৃথিবীর বয়স , তাই ^146Sm-এর অন্তত ৫০টি অর্ধায়ু, ^244Pu-এর ৫৭টি এবং ^92Nb-এর ১৩০টি অর্ধায়ু পার হয়ে গেছে। এতে করে তারা যথাক্রমে প্রাথমিক পরিমাণের প্রায় , এবং ভাগে নেমে এসেছে। তাই অনুমান করা হয় যে ^146Sm এবং ^244Pu এখনো পৃথিবীর কোথাও সামান্য পরিমাণে থাকতে পারে, যদিও তা মানুষের ধরাছোঁয়ার মধ্যে নেই। কিন্তু ^92Nb-এর মতো আইসোটোপ পুরোপুরি বিলুপ্ত হয়ে গেছে।
যেহেতু একটি প্রাথমিক রাসায়নিক উপাদান প্রায়শই একাধিক প্রাথমিক আইসোটোপ নিয়ে গঠিত, তাই মোট ৮৩টি ভিন্ন প্রাথমিক মৌল আছে। এর মধ্যে ৮০টির অন্তত একটি পর্যবেক্ষণগতভাবে স্থিতিশীল আইসোটোপ রয়েছে। বাকি তিনটি—বিসমাথ, থোরিয়াম এবং ইউরেনিয়াম—শুধুমাত্র তেজস্ক্রিয় আইসোটোপের মাধ্যমে বিদ্যমান।
কিছু তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ যেমন , , এবং প্রকৃতিতে পাওয়া গেলেও তারা প্রাথমিক নয়, কারণ এগুলোকে টিকে থাকতে হলে নিয়মিত পুনর্গঠিত হতে হয়। এদের মধ্যে ও মহাজাগতিক রশ্মি দ্বারা উৎপন্ন মহাজাগতিক নিউক্লাইড (cosmogenic nuclide), আর এবং তৈরি হয় ভূগর্ভে নিউট্রন অধিগ্রহণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে, যেমন ইউরেনিয়ামের নিউট্রন গ্রহণে, যেটাকে বলা হয় ভূ-নিউক্লিয়ার রূপান্তর (geonuclear transmutation)। তবে এই প্রক্রিয়াগুলো তুলনামূলকভাবে বিরল।
আরও কিছু পরিচিত, প্রকৃতিতে পাওয়া গেলেও প্রাথমিক নয় এমন নিউক্লাইড হলো রেডন, পোলোনিয়াম, এবং রেডিয়াম-এর আইসোটোপ, যেগুলো ইউরেনিয়ামের ক্ষয়প্রক্রিয়ার ফলে তৈরি তেজস্ক্রিয় কণ্যা নিউক্লাইড (radiogenic daughters)। এইসব উপাদান সাধারণত ইউরেনিয়াম আকরিকের মধ্যে পাওয়া যায়।
স্থিতিশীল আর্জন আইসোটোপ Ar প্রকৃতপক্ষে প্রাথমিক নয়; এটি মূলত একটি তেজস্ক্রিয় নিউক্লাইড হিসেবে বেশি প্রচলিত। এটি গঠিত হয় দীর্ঘমেয়াদি প্রাথমিক তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ K-এর বিটা ক্ষয় থেকে। K-এর অর্ধায়ু কয়েকশ কোটি বছর হওয়ায়, পৃথিবী গঠনের শুরু থেকেই এটি আরগন উৎপন্ন করে চলেছে। অন্যদিকে, প্রাথমিক আরগনের মধ্যে অ্যালফা প্রক্রিয়ায় তৈরি Ar ছিল প্রধান, কিন্তু এটি বর্তমানে Ar-এর তুলনায় অনেক বিরল।
একই ধরনের একটি তেজস্ক্রিয় ক্ষয়শৃঙ্খলা সৃষ্টি হয় দীর্ঘায়ু প্রাথমিক নিউক্লাইড Th থেকে। এই ধরনের নিউক্লাইডগুলোকে ভূজনিত (geogenic) বলা হয়, অর্থাৎ তারা ইউরেনিয়াম বা অন্যান্য অ্যাকটিনাইডের ক্ষয় অথবা বিভাজনের ফলে ভূগর্ভে গঠিত হয়। এই সব নিউক্লাইডের অর্ধায়ু তাদের মূল প্রাথমিক নিউক্লাইডের তুলনায় অনেক কম।
কিছু ভূজনিত নিউক্লাইড আবার Th, U বা U-এর ক্ষয়শৃঙ্খলায় না থেকেও স্বতঃস্ফূর্ত বিভাজন (spontaneous fission)-এর ফলে ক্ষণস্থায়ীভাবে সৃষ্টি হতে পারে। যেমন, Sn—যেটি প্রাকৃতিক টিন-এর প্রায় ১০ অংশ গঠন করে। এছাড়াও Tc এর উপস্থিতিও শনাক্ত হয়েছে।
এছাড়া আরও পাঁচটি দীর্ঘায়ু বিভাজনজাত নিউক্লাইড পরিচিত রয়েছে।
প্রাথমিক মৌল হলো এমন একটি রাসায়নিক মৌল, যার অন্তত একটি প্রাথমিক নিউক্লাইড রয়েছে। বর্তমানে ২৫১টি স্থিতিশীল প্রাথমিক নিউক্লাইড এবং ৩৫টি তেজস্ক্রিয় প্রাথমিক নিউক্লাইড চিহ্নিত হয়েছে। তবে প্রাথমিক "স্থিতিশীল" মৌলের সংখ্যা মোট ৮০টি—যারা হাইড্রোজেন (পরমাণু ক্রমাঙ্ক ১) থেকে শুরু করে সীসা (পরমাণু ক্রমাঙ্ক ৮২) পর্যন্ত বিস্তৃত। এর মধ্যে টেকনেটিয়াম (৪৩) ও প্রমিথিয়াম (৬১) ব্যতিক্রম, কারণ এদের কোনো প্রাথমিক আইসোটোপ নেই।
এছাড়া, তিনটি প্রাথমিক "তেজস্ক্রিয়" মৌল হলো—বিসমাথ (৮৩), থোরিয়াম (৯০), এবং ইউরেনিয়াম (৯২)। যদি প্লুটোনিয়াম (৯৪) এর দীর্ঘায়ু আইসোটোপ Pu প্রকৃতপক্ষে প্রাথমিক হিসেবে নিশ্চিত হয়, তবে এটি চতুর্থ প্রাথমিক তেজস্ক্রিয় মৌল হিসেবে বিবেচিত হবে। যদিও বাস্তবিক অর্থে এটি সাধারণত কৃত্রিমভাবে উৎপন্ন করাই বেশি সুবিধাজনক।
বিসমাথ-এর অর্ধায়ু এতটাই দীর্ঘ যে এর তেজস্ক্রিয়তা প্রায় অপ্রাসঙ্গিক বলে ধরা হয়, এবং অনেক সময় একে স্থিতিশীল মৌলের অন্তর্ভুক্ত করাও হয়।
প্রাথমিক নিউক্লাইডের সংখ্যা প্রাথমিক মৌলের চেয়ে বেশি, কারণ অনেক প্রাথমিক মৌলের একাধিক আইসোটোপ রয়েছে। বিস্তারিত জানার জন্য রাসায়নিক মৌল নিবন্ধটি দেখুন।
যেমন আগে উল্লেখ করা হয়েছে, প্রাকৃতিকভাবে বিদ্যমান স্থিতিশীল নিউক্লাইডের সংখ্যা প্রায় ২৫১টি। এই নিউক্লাইডগুলোর তালিকা দেখতে চাইলে দেখুন আইসোটোপের স্থিতিশীলতা অনুযায়ী মৌলের তালিকা নিবন্ধটি। 
এই ২৫১টি নিউক্লাইডের মধ্যে কিছু নিউক্লাইড সম্পূর্ণভাবে স্থিতিশীল না-ও হতে পারে—অর্থাৎ, তারা দীর্ঘায়ু হলেও একেবারে অনন্তকাল ধরে স্থায়ী নয়। এদের সম্পর্কে বিস্তারিত জানতে দেখুন নিউক্লাইডের তালিকা এবং স্থিতিশীল নিউক্লাইড নিবন্ধসমূহ।
তবে এসব প্রশ্নে কোনো প্রভাব পড়ে না কোনো নিউক্লাইড প্রাথমিক কি না সে বিষয়টি নির্ধারণে। কারণ যেসব নিউক্লাইডের অর্ধায়ু মহাবিশ্বের বয়সের চেয়েও বেশি—অর্থাৎ, কার্যত "প্রায় স্থিতিশীল"—তাদেরও প্রাথমিক নিউক্লাইড হিসেবে ধরা হয়।
প্রায় ৩৫টি প্রাথমিক নিউক্লাইডকে তেজস্ক্রিয় হিসেবে বিবেচনা করা হয় (তালিকা নিচে দেওয়া হয়েছে)। তবে এই সংখ্যা নির্দিষ্টভাবে বলা কঠিন, কারণ মোট কতটি নিউক্লাইড প্রকৃতপক্ষে স্থিতিশীল—তা এখনও পুরোপুরি নিশ্চিত নয়। অনেক নিউক্লাইড রয়েছে যাদের অর্ধায়ু অত্যন্ত দীর্ঘ, কিন্তু এখনও সেগুলোর সঠিক পরিমাপ করা সম্ভব হয়নি। আসলে, ডিসপ্রোশিয়াম-১৬৪-এর চেয়েও ভারী সব নিউক্লাইড তাত্ত্বিকভাবে তেজস্ক্রিয় বলে ধরে নেওয়া হয়।
উদাহরণস্বরূপ, তাত্ত্বিকভাবে অনুমান করা হয় যে টাংস্টেন-এর সব আইসোটোপ, এমনকি আধুনিক পরীক্ষাগারে "স্থিতিশীল" হিসেবে বিবেচিত আইসোটোপগুলোও আসলে অ্যালফা ক্ষয় করতে সক্ষম এবং তেজস্ক্রিয়। তবে , এর মধ্যে কেবলমাত্র W-এর তেজস্ক্রিয়তা পরীক্ষাগার পর্যায়ে প্রমাণ করা গেছে।
একইভাবে, সীসার চারটি প্রাথমিক আইসোটোপ তাত্ত্বিকভাবে পারদ-এ ক্ষয় হওয়ার সম্ভাবনা রাখে। তবে এসব ক্ষয়ের জন্য পূর্বানুমানিত অর্ধায়ু এত দীর্ঘ (কিছু ক্ষেত্রে 10 বছরের বেশি) যে তা বাস্তবে পরিমাপ করা প্রায় অসম্ভব।
তবে, এই ধরনের অতি দীর্ঘায়ু নিউক্লাইডের সংখ্যা সীমিত—এদের অর্ধায়ু এত বেশি যে বর্তমান প্রযুক্তি দিয়ে পরিমাপ করা যায় না। এই দৃষ্টিকোণ থেকে, এদের স্থিতিশীল নিউক্লাইড হিসেবেই বিবেচনা করা হয়।
যখন কোনো “স্থিতিশীল” নিউক্লাইডকে পরে তেজস্ক্রিয় বলে শনাক্ত করা হয়, তখন সেটি কেবল “স্থিতিশীল” তালিকা থেকে “তেজস্ক্রিয়” তালিকায় চলে যায়; কিন্তু এটি মোট প্রাথমিক নিউক্লাইডের সংখ্যা পরিবর্তন করে না। গবেষণার বিশেষ ক্ষেত্র ছাড়া এই ধরনের নিউক্লাইডগুলোকে ব্যবহারিক দৃষ্টিকোণ থেকে স্থিতিশীলই ধরা হয়।
এই ৩৫টি তেজস্ক্রিয় প্রাথমিক নিউক্লাইড ২৮টি মৌলের আইসোটোপ। এর মধ্যে ক্যাডমিয়াম, নিওডিমিয়াম, অসমিয়াম, সামারিয়াম, টেলুরিয়াম, ইউরেনিয়াম এবং জেনন—এই সাতটি মৌলের দুটি করে প্রাথমিক রেডিওআইসোটোপ রয়েছে।
এই নিউক্লাইডগুলোকে তাদের স্থিতিশীলতার ক্রমানুসারে (অর্থাৎ যাদের অর্ধায়ু সবচেয়ে দীর্ঘ, তাদের আগে) তালিকাভুক্ত করা হয়। এদের মধ্যে অনেকগুলোর স্থায়িত্ব এতটাই বেশি যে তারা নিজ নিজ মৌলের স্থিতিশীল আইসোটোপগুলোর সঙ্গেও তুলনীয় প্রাচুর্যে বিদ্যমান।
তিনটি মৌলের ক্ষেত্রে—ইন্ডিয়াম, টেলুরিয়াম, ও রেনিয়াম—একটি দীর্ঘায়ু তেজস্ক্রিয় প্রাথমিক নিউক্লাইড, সংশ্লিষ্ট স্থিতিশীল আইসোটোপের তুলনায় প্রকৃতিতে বেশি পরিমাণে থাকে।
বর্তমানে পরিচিত তেজস্ক্রিয় নিউক্লাইডগুলোর মধ্যে অর্ধায়ু হিসেবে সবচেয়ে দীর্ঘ হলো Te, যার অর্ধায়ু । এটি মহাবিশ্বের বয়সের তুলনায় প্রায় 1.6 × 10 গুণ বেশি।
এই ৩৫টি প্রাথমিক রেডিওনুক্লাইডের মধ্যে কেবল চারটির অর্ধায়ু মহাবিশ্বের বয়সের সমান বা তার কম। বাকিগুলোর অর্ধায়ু তার চেয়ে অনেক বেশি। এদের মধ্যে সবচেয়ে স্বল্পায়ু হলো U, যার অর্ধায়ু ৭০৩.৮ মিলিয়ন বছর—যা পৃথিবীর গঠন ও সৌরজগতের বয়সের প্রায় এক ষষ্ঠাংশ।
এই নিউক্লাইডগুলোর অনেকেই ডাবল বিটা ক্ষয় প্রক্রিয়ায় ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। তবে Bi-এর মতো কিছু নিউক্লাইড অ্যালফা ক্ষয়-এর মাধ্যমে ক্ষয় হয়।
তালিকার শেষে আরও দুটি নিউক্লাইড—Sm ও Pu—উল্লেখযোগ্য। যদিও এদের এখনো নিশ্চিতভাবে প্রাথমিক হিসেবে গণ্য করা হয়নি, তবে এদের অর্ধায়ু এতটাই দীর্ঘ যে ধরে নেওয়া হয়, আজও পৃথিবীতে এদের অতি সামান্য পরিমাণ বিদ্যমান থাকতে পারে।
এই ৩৫টি প্রাথমিক রেডিওনুক্লাইড ২৮টি মৌলের আইসোটোপ। ক্যাডমিয়াম, নিওডিমিয়াম, অসমিয়াম, সামারিয়াম, টেলুরিয়াম, ইউরেনিয়াম ও জেনন—এই সাতটি মৌলের দুটি করে প্রাথমিক রেডিওআইসোটোপ রয়েছে। নিচের তালিকাটি স্থিতিশীলতার ক্রমানুসারে সাজানো হয়েছে, অর্থাৎ দীর্ঘতম অর্ধায়ুর আইসোটোপগুলো শুরুতে।
তালিকার নিচে আরও দুটি নিউক্লাইড—Sm ও Pu—উল্লেখ করা হয়েছে, যাদের এখনো প্রাথমিক হিসেবে নিশ্চিত করা হয়নি, তবে এদের অর্ধায়ু এতটাই দীর্ঘ যে ধারণা করা হয় এরা পৃথিবীতে আজও সামান্য পরিমাণে থাকতে পারে।