বিটা কণিকা

বিটা কণিকা, যাকে বিটা রশ্মি বা বিটা বিকিরণও (প্রতীক β) বলা হয়, একটি উচ্চ-শক্তি, উচ্চ-গতির ইলেকট্রন বা পজিট্রন যা বিটা ক্ষয় প্রক্রিয়া চলাকালীন সময়ে পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের মাধ্যমে নির্গত হয়। বিটা ক্ষয়ের দুটি রূপ রয়েছে, β ক্ষয় এবং β ক্ষয়, এগুলো যথাক্রমে ইলেকট্রন এবং পজিট্রন উৎপন্ন করে।
বাতাসে ০.৫ MeV শক্তির বিটা কণিকার দূরত্বের পরিসীমা প্রায় এক মিটার; এই দূরত্ব কণিকার শক্তির উপর নির্ভরশীল।
বিটা কণা হচ্ছে এক ধরনের আয়নন বিকিরণ এবং বিকিরণ সুরক্ষার জন্য এটিকে গামা রশ্মির চেয়ে বেশি আয়নিক, কিন্তু আলফা কণার তুলনায় কম আয়নিক হিসাবে বিবেচনা করা হয়। কোন বিকিরণের আয়নিক প্রভাব যত বেশি হয়, জীবন্ত টিস্যুর ক্ষতি করার ক্ষমতা ততো বেশি হয়, তবে এর ফলে বিকিরণের অনুপ্রবেশ শক্তিও কম হয়।
অতিরিক্ত নিউট্রন সমেত একটি অস্থিতিশীল পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের β ক্ষয় হতে পারে, এক্ষেত্রে একটি নিউট্রন একটি প্রোটন, একটি ইলেকট্রন এবং একটি ইলেক্ট্রন অ্যান্টিনিউট্রিনো (নিউট্রিনোর প্রতিকণা)-তে রূপান্তরিত হয়:
এই প্রক্রিয়াটি দুর্বল নিউক্লিয় বলের মাধ্যমে মধ্যস্থতা করা হয়। ভার্চুয়াল W বোসনের নির্গমনের মাধ্যমে নিউট্রন প্রোটনে পরিণত হয়। কোয়ার্ক স্তরে, W এর নির্গমন একটি ডাউন কোয়ার্ককে আপ কোয়ার্কে পরিণত করে, একটি নিউট্রনকে (একটি আপ কোয়ার্ক এবং দুটি ডাউন কোয়ার্ক মিলে গঠিত) একটি প্রোটনে (দুটি আপ কোয়ার্ক এবং একটি ডাউন কোয়ার্ক মিলে গঠিত) পরিণত হয়। ভার্চুয়াল W বোসন তখন ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে একটি ইলেক্ট্রন এবং একটি অ্যান্টিনিউট্রিনোতে পরিণত হয়।
β− ক্ষয় সাধারণত নিউট্রন-সমৃদ্ধ বিদারণ উপজাতগুলোর মধ্যে ঘটে যা পারমাণবিক চুল্লীতে উৎপাদিত হয়। মুক্ত নিউট্রনও এই প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। উভয় প্রক্রিয়াই বিটা রশ্মি এবং বিদারণ-চুল্লীর জ্বালানী রড দ্বারা উৎপাদিত ইলেকট্রন অ্যান্টিনিউট্রিনো প্রচুর পরিমাণে উৎপাদনে অবদান রাখে।
অতিরিক্ত প্রোটন থাকা অস্থিতিশীল পারমাণবিক নিউক্লিয়াস থেকে β ক্ষয় হতে পারে, যাকে পজিট্রন ক্ষয়ও বলা হয়, এখানে একটি প্রোটন একটি নিউট্রন, একটি পজিট্রন এবং একটি ইলেক্ট্রন নিউট্রিনোতে রূপান্তরিত হয়:
বিটা-প্লাস ক্ষয় শুধুমাত্র নিউক্লিয়াসের ভিতরে ঘটতে পারে যখন ডটার নিউক্লিয়াসের বাঁধাই শক্তির পরম মান প্যারেন্ট নিউক্লিয়াসের চেয়ে বেশি হয়, অর্থাৎ ডটার নিউক্লিয়াস হচ্ছে একটি নিম্ন-শক্তির অবস্থা।
পাশে দেখানো ক্ষয় স্কিম ডায়াগ্রামে সিজিয়াম-১৩৭ এর বিটা ক্ষয় দেখানো হয়েছে। Cs কে ৬৬১ KeV-এ গামা শিখরের জন্য উল্লেখ করা হয়েছে, কিন্তু এটি আসলে ডটার রেডিওনিউক্লাইড Ba থেকে নির্গত হচ্ছে। চিত্রটিতে নির্গত বিকিরণের ধরন এবং শক্তি, এর আপেক্ষিক প্রাচুর্য এবং ক্ষয়ের পরে ডটার নিউক্লাইডকে দেখানো হয়েছে।
ফসফরাস-৩২ একটি বিটা নিঃসরণকারী যা ওষুধ শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় এবং এর অর্ধ-জীবন বেশ সংক্ষিপ্ত যা ১৪.২৯ দিনের সমান এবং বিটা ক্ষয় এর মাধ্যমে সালফার-৩২ তে পরিণত হয়, এই পারমাণবিক সমীকরণে সেটি দেখানো হয়েছে:
এই ক্ষয় প্রক্রিয়ার সময় ১.৭০৯ MeV শক্তি নির্গত হয়। ইলেক্ট্রনের গতিশক্তি গড়ে প্রায় ০.৫ MeV পরিবর্তিত হয় এবং অবশিষ্ট শক্তি ইলেক্ট্রন অ্যান্টিনিউট্রিনো বহন করে যেটিকে প্রায় শনাক্ত করাই যায়না। অন্যান্য বিটা বিকিরণ-নিঃসরণকারী নিউক্লাইডের তুলনায়, ইলেক্ট্রন মোটামুটি শক্তিশালী। এটি প্রায় ১ মিটার বায়ু বা ৫ মিমি এক্রাইলিক গ্লাস দ্বারা অবরুদ্ধ থাকে।
তেজস্ক্রিয় পদার্থ, আলফা, বিটা এবং গামা থেকে নির্গত তিনটি সাধারণ বিকিরণের মধ্যে, বিটার মাঝারি ধরনের অনুপ্রবেশকারী শক্তি এবং আয়নকরণ শক্তি রয়েছে। যদিও বিভিন্ন তেজস্ক্রিয় পদার্থ থেকে নির্গত বিটা কণাগুলোর মাঝে শক্তির তারতম্য থাকে, তবে বেশিরভাগ বিটা কণাগুলোকেই কয়েক মিলিমিটার অ্যালুমিনিয়াম দিয়ে প্রতিরোধ করা যায়। তবে, এর মানে এই নয় যে বিটা-নির্গমনকারী আইসোটোপগুলোকে এই ধরনের পাতলা ঢাল দিয়ে সম্পূর্ণরূপে প্রতিরোধ করা যাবে: কারণ এগুলো পদার্থের মধ্যে ক্ষয়প্রাপ্ত হয় এবং বিটা ইলেকট্রনগুলো থেকে সেকেন্ডারি গামা রশ্মি নির্গত হয়, যা বিটার চেয়ে অধিক অনুপ্রবেশকারী ক্ষমতাসম্পন্ন। কম পারমাণবিক ওজনের উপকরণ দিয়ে তৈরি ঢাল কম শক্তিসম্পন্ন গামা তৈরি করে, এই ধরনের ঢালগুলোকে সীসার মতো উচ্চ-জেড পদার্থের তুলনায় প্রতি একক ভরে কিছুটা বেশি কার্যকর করে তোলে।
চার্জযুক্ত কণার সমন্বয়ে গঠিত, বিটা বিকিরণ গামা বিকিরণের চেয়ে বেশি আয়নাইজিং শক্তিসম্পন্ন। একটি বিটা কণা পদার্থের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময়, ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে ক্ষয়প্রাপ্ত হয় এবং অনেক সময় ব্রেমস্ট্রালুং এক্স-রে নির্গত করে।
সাধারণত পানিতে, অনেক পারমাণবিক বিভাজন উৎপাদিত পণ্য থেকে নির্গত বিটা বিকিরণ সেই উপাদানে আলোর গতিকে অতিক্রম করে (যা ভ্যাকুয়ামে আলোর গতির ৭৫%), এবং এটি পানির মধ্য দিয়ে যাবার সময় নীল চেরেনকভ বিকিরণ তৈরি করে। সুইমিং পুল চুল্লির জ্বালানী রড থেকে তীব্র বিটা বিকিরণ স্বচ্ছ পানির মধ্যে দৃশ্যমান হয় যা চুল্লিকে ঢেকে রাখে এবং ঢাল হিসেবে কাজ করে (ডানদিকের চিত্রটি দেখুন)।
বস্তুর উপর বিটা কণার আয়নকরণ বা উত্তেজক প্রভাব হলো রেডিওমেট্রিক শনাক্তকরণ যন্ত্রগুলোর বিটা বিকিরণ শনাক্ত এবং পরিমাপ করার মৌলিক প্রক্রিয়া। গ্যাসের আয়নকরণ আয়ন চেম্বার এবং গিগার-মুলার কাউন্টারগুলোতে ব্যবহৃত হয় এবং সিন্টিলেটরগুলোর উত্তেজনা শক্তি সিন্টিলেশন কাউন্টারগুলোতে ব্যবহৃত হয়। নিম্ন বর্ণিত ছকে এসআই এবং নন-এসআই এককে বিকিরণ সম্পর্কিত রাশি দেখানো হয়েছে:
বিটা কণা চোখের এবং হাড়ের ক্যান্সারের মতো রোগের চিকিৎসার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে এবং এটি ট্রেসার হিসাবেও ব্যবহৃত হয়। স্ট্রন্টিয়াম-৯০ বিটা কণা তৈরি করতে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়।
বিটা কণাগুলিও মান নিয়ন্ত্রণে একটি পণ্যের পুরুত্ব পরীক্ষা করার জন্য ব্যবহার করা হয়, যেমন রোলারের মধ্যে থাকা কাগজ। পণ্যের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় কিছু বিটা বিকিরণ শোষিত হয়ে যায়। পণ্যের পুরুত্বের উপর নির্ভর করে বিটা বিকিরণ শোষণের পরিমাণ কম বেশি হয়। প্রস্তুতকৃত কাগজের গুণমান পর্যবেক্ষণকারী একটি কম্পিউটার প্রোগ্রাম তারপরে চূড়ান্ত পণ্যের পুরুত্ব পরিবর্তন করতে রোলারগুলিকে সরাতে সাহায্য করে।
"বিটালাইট" নামক একটি আলোকসজ্জা যন্ত্রে ট্রিটিয়াম এবং একটি ফসফর থাকে। ট্রিটিয়াম ক্ষয় হলে, এটি বিটা কণা নির্গত করে; এগুলো ফসফরকে আঘাত করে, যার ফলে ফসফর ফোটন ছেড়ে দেয়, অনেকটা টেলিভিশনের ক্যাথোড রশ্মি নলের মতো। আলোকসজ্জার জন্য কোনো বাহ্যিক শক্তির প্রয়োজন হয় না, এবং যতক্ষণ পর্যন্ত ট্রিটিয়াম থাকে ততক্ষণ আলোকসজ্জা অব্যাহত থাকে (এবং ফসফরগুলো রাসায়নিকভাবে নিজেদের পরিবর্তন করে না); উৎপাদিত আলোর পরিমাণ ট্রিটিয়ামের অর্ধ-জীবন ১২.৩২ বছরের মধ্যে তার আসল পরিমাণের অর্ধেকে নেমে আসে।
পজিট্রন নির্গমন টমোগ্রাফিতে (পিইটি স্ক্যান) ব্যবহৃত পজিট্রন পাওয়া যায় তেজস্ক্রিয় ট্রেসার আইসোটোপের বিটা-প্লাস (বা পজিট্রন) ক্ষয় থেকে।
অঁরি বেক্যরেল, ফ্লুরোসেন্স নিয়ে পরীক্ষা করার সময়, দুর্ঘটনাক্রমে আবিষ্কার করেছিলেন যে ইউরেনিয়াম কিছু অজানা বিকিরণ সহ কালো কাগজ দিয়ে মোড়ানো একটি ফটোগ্রাফিক প্লেটকে উন্মুক্ত করছে যা রঞ্জন রশ্মির মতো বন্ধ করা যাচ্ছে না।
আর্নেস্ট রাদারফোর্ড এই পরীক্ষাগুলো চালিয়ে যান এবং দুটি ভিন্ন ধরনের বিকিরণ আবিষ্কার করেনঃ
তিনি ১৮৯৯ সালে তার গবেষণার ফলাফল প্রকাশ করেন।
১৯০০ সালে, বেকেরেল বিশেষ পদ্ধতিতে বিটা কণার জন্য ভর-থেকে-চার্জ অনুপাত () পরিমাপ করেছিলেন জে জে থমসন যে পদ্ধতি ক্যাথোড রশ্মি নিয়ে গবেষণা করতে এবং ইলেকট্রন শনাক্ত করতে ব্যবহার করতেন। তিনি দেখতে পেলেন যে একটি বিটা কণার জন্য থমসনের শনাক্তকৃত ইলেক্ট্রনের মতোই, এবং প্রস্তাব করেন যে বিটা কণা আসলে একটি ইলেকট্রন।
বিটা কণাগুলো জীবন্ত টিস্যুতে মাঝারিভাবে প্রবেশ করতে পারে এবং ডিএনএতে স্বতঃস্ফূর্ত পরিব্যক্তি ঘটাতে পারে।
বিটা কণার উৎসগুলো ক্যান্সার কোষ মেরে ফেলতে বিকিরণ থেরাপিতে ব্যবহার করা যায়।