# அணுக்கரு இணைவு

## தேவைகள்

நிலைமின்னியல் விசைகளில் வலிமையான ஆற்றல் தடுப்பை வென்றால் மட்டுமே அணுக்கரு இணைவு சாத்தியம். நேர் மின்சுமை கொண்ட புரோட்டான்களுக்கு இடையே நிலைமின்னியல் விலக்க விசை இருப்பதன் காரணமாக அணுக்கருக்கள் மிகவும் தொலைவாக இருக்கையில் சாதாரண இரண்டு அணுக்கருக்கள் ஒன்றையொன்று விலக்குகின்றன. இருப்பினும் இரண்டு கருக்களை ஒன்றுக்கொன்று நெருக்கமாக கொண்டு வரும்போது குறைந்த தொலைவில் அணுக்கருக்கள் வலிமையாக இருக்கும். அணுக்கரு ஈர்ப்பு விசை மூலமாக நிலைமின்னியல் விலக்க விசையை வெல்ல முடியும்.  
புரோட்டான் அல்லது நியூட்ரான் போன்ற அணுக்கருத் துகள் அணுவின் மையக்கருவுடன் சேர்க்கப்படும் போது அணுக்கரு விசையானது இதர அணுக்கருத் துகள்களுடன் ஈர்க்கப்படுகிறது. ஆனால் விசைக்கு குறைவான தூரத்தில் இருப்பதால் நெருக்கத்தில் இருக்கும் அணுக்கருத் துகளை முதன்மையாக ஈர்க்கிறது. அணுவின் மையக்கருவின் உள்ளே இருக்கும் அணுக்கருத் துகள்கள் மேற்பரப்பில் இருப்பவற்றைக் காட்டிலும் அதிகமான அணுக்கருத் துகள்களை நெருக்கமாகக் கொண்டிருக்கின்றன. சிறிய கருக்களில் மிகப்பெரிய சர்பேஸ் ஏரியா-டூ-வால்யூம் ரேசியோ (surface area-to-volume ratio) இருப்பதில் இருந்து அணுக்கரு விசை காரணமாக ஒவ்வொரு அணுக்கருத் துகளிலும் பிணைப்பு ஆற்றல் செய்யப்படுகிறது. பொதுவாக இது அணுவின் மையக்கரு அளவை அதிகரிக்கிறது. ஆனால் சுமார் நான்கு அணுக்கருத் துகளின் விட்டத்துடன் அணுவின் மையக்கருவின் எல்லைப் பெறுமானத்தை அணுகுகிறது.  
மற்றொரு வகையில் நிலைமின்னுக்குரிய விசை என்பது தலைகீழ்-இருமடி விசையாகும். அதனால் அணுவின் மையக்கருவுடன் சேர்க்கப்படும் புரோட்டான் அணுவின் மையக்கருவில் இருக்கும் *அனைத்து* பிற புரோட்டான்களில் இருந்து நிலைமின்னுக்குரிய விலக்கத்தை உணருகின்றன. நிலைமின்னுக்குரிய விசை காரணமாக ஒவ்வொரு அணுக்கருத் துகளும் நிலைமின்னுக்குரிய ஆற்றலாகிறது ஆகையால் கரு அளவில் பெரியதாகாமலே அதிகரிக்கின்றன.  
இந்த எதிர்க்கும் விசைகளின் நிகர விளைவு என்பது ஒவ்வொரு அணுக்கருத் துகளிலும் பிணைப்பு ஆற்றலானது இரும்பு மற்றும் நிக்கல் போன்ற மூலகங்கள் வரை பொதுவாக அதிகரிக்கும் அளவுடன் அதிகரிக்கிறது. முடிவாக பிணைப்பு ஆற்றலானது எதிர்மறையாக மாறுகிறது. மேலும் மிகவும் வலிமையான கருக்களானது (இவையனைத்தும் 208 அணுக்கருத் துகள்களைக் காட்டிலும் அதிகமாகவும் சுமார் 6 அணுக்கருத் துகள்களின் விட்டத்திற்கு ஏற்புடையதாக உள்ளன) நிலையில்லாமல் போகின்றன. பிணைப்பு ஆற்றலின் இறங்கு வரிசையில் நன்கு நெருக்கமாக கட்டப்பட்ட நான்கு கருக்கள் நிக்கல் - 62, இரும்பு - 58, இரும்பு - 56, மற்றும் நிக்கல் - 60 ஆகும். நிக்கல் ஐசோட்டோப்பு, நிக்கல் - 62 மிகவும் நிலையானதாக இருந்தாலும் இரும்பு ஐசோடோப்பு இரும்பு - 56 என்பது மிகவும் பொதுவாக பரும அளவு வரிசையில் இருக்கும். ஃபோட்டான் உட்கிரகித்தல் மூலமாக நட்சத்திரங்களின் உள்ளே இயக்கப்படும் நிக்கல் - 62 க்கான அதிக அளவு சிதைவின் காரணமாக இது ஏற்படுகிறது.  
இந்த பொதுவான போக்கிற்கு குறிப்பிடத்தக்க விதிவிலக்கு என்பது லித்தியத்தைக் காட்டிலும் அதிகமான பிணைப்பு ஆற்றலுடைய ஹீலியம்-4 அணுவின் மையக்கருவாகும். லித்தியம் இதற்கு அடுத்த வலிமையான மூலகம் ஆகும். இந்த விதிவிலக்கான செயலுக்கு பவுலி தவிர்ப்புத் தத்துவம் (Pauli exclusion principle) விளக்கமளிக்கிறது—புரோட்டான்களும் நியூட்ரான்களும் ஃபெர்மியன்களாக இருப்பதால் அவற்றால் துல்லியமாக அதே நிலையில் உளதாயிருப்பதில்லை எனக் கூறுகிறது. அணுவின் மையக்கருவில் ஒவ்வொரு புரோட்டான் அல்லது நியூட்ரானின் ஆற்றல் நிலையானது மேல் சுழற்சி மற்றும் கீழ் சுழற்சி துகள்கள் இரண்டிலுமே இசைவாக உள்ளது. ஹீலியம்-4 வழக்கத்திற்கு மாறாக பெரிய பிணைப்பு ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. ஏனெனில் அதன் அணுவின் மையக்கருவானது இரண்டு புரோட்டான்கள் மற்றும் இரண்டு நியூட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது. அதனால் அதன் அனைத்து நான்கு அணுக்கருத் துகள்களும் தள நிலையில் இருக்கும். எந்த கூடுதலான அணுக்கருத் துகள்களும் மிகப்பெரிய ஆற்றல் நிலைகளுக்கு செல்கின்றன.  
இரண்டு கருக்களை ஒன்றாக கொண்டு வந்தால் இதே போன்ற நிலையே ஏற்படுகிறது. அவை ஒன்றை மற்றொன்று அணுகும் போது ஒரு அணுவின் மையக்கருவில் உள்ள அனைத்து புரோட்டான்களும் மற்றொரு அணுவின் மையக்கருவில் உள்ள அனைத்து புரோட்டான்களையும் விலக்குகிறது. உண்மையில் இரண்டு கருவானது தொடர்பில் வரும் வரையில்லாமல் வலிமையான அணுக்கரு விசையை எடுத்துக்கொள்கின்றது. எனவே இறுதியான ஆற்றல் நிலை குறைவாக இருந்தாலும் கூட மிகப்பெரிய ஆற்றல் தடையை கண்டிப்பாக முதலில் சமாளிக்க வேண்டியதாகிறது. இது கூலூம் அரண் (Coulomb barrier) எனப்படுகிறது.  
கூலூம் அரண் என்பது ஹைட்ரஜனின் ஐசோடோப்புகளுக்கான மிகச்சிறிய ஒன்றாகும்—அவை அணுவின் மையக்கருவில் ஒற்றை நேர் மின்சுமையை மட்டுமே கொண்டிருக்கும். இரட்டை-ஃபோட்டான் என்பது நிலையாக இருப்பதில்லை, அதனால் விளைபொருள்களில் ஒன்றாக இருக்கும் ஹீலியம் அணு மையக்கருவை உச்ச அளவு நெருக்கமான கட்டுப்பாடு இருக்கும் வழியில் சிறப்பான முறையில் நியூட்ரான்களைக் கண்டிப்பாக ஈடுபடுத்த வேண்டியிருக்கிறது.  
தூத்தேரியம்-திரைத்தியம் எரிபொருளைப் பயன்படுத்தி அதன் விளைவாக வரும் ஆற்றல் தடையின் அளவு சுமார் 0.01 MeV ஆக இருக்கிறது. ஒப்பீட்டில் ஹைட்ரஜனில் இருந்து எலக்ட்ரானை நீக்குவதற்கு தேவைப்படும் ஆற்றல் என்பது 13.6 eV ஆக இருக்கிறது. இது சுமார் 750 மடங்கு குறைவான ஆற்றலாகும். இணைவின் (இடைநிலை) முடிவு என்பது நிலையற்ற <sup>5</sup>He அணு மையக்கருவாகும். இது துரிதமாக 14.1 MeV உடன் நியூட்ரானை வெளியேற்றுகிறது. எஞ்சியிருக்கும் <sup>4</sup>He அணு மையக்கருவின் பின்னுதைப்பு ஆற்றல் 3.5 MeV ஆகும். அதனால் விடுவிக்கப்படும் மொத்த ஆற்றல் 17.6 MeV ஆக இருக்கிறது. இது ஆற்றல் தடையை சமாளிப்பதற்கு தேவைப்படுவதைக் காட்டிலும் பன்மடங்கு அதிகமானதாகும்.  
வினையைத் துவக்கும் ஆற்றலானது அணுக்கரு ஒன்றின் முடுக்கத்தில் இருந்து வந்தால்அச்செயல்பாடு *பீம்-டார்கெட்* இணைவு எனப்படுகிறது. கரு இரண்டுமே முடுக்கப்பட்டால் அச்செயல்பாடு *பீம்-பீம்* இணைவு எனப்படுகிறது. வெப்பஞ் சார்ந்த சமநிலைக்கு அருகில் பிளாஸ்மாவின் பகுதியாக கரு இருந்தால் அது *அணு வெப்பாற்றல் தொடர்பு* இணைவு எனப்படுகிறது. வெப்பநிலை என்பது துகள்களின் இயக்க ஆற்றல் சராசரி அளவிடப்படுகிறது. கருவை வெப்பமூட்டுவதன் மூலம் அவை ஆற்றலைப் பெறுகின்றன. முடிவாக அவற்றை சமாளிப்பதற்கு தேவையான 0.01 MeV ஐப் பெறுகின்றன. எலக்ட்ரான் வோல்டுகள் மற்றும் கெல்வின்களுக்கு இடையில் அலகுகளை மாற்றம் செய்வது என்பது மிகவும் உயர் வெப்பநிலையில் இருக்கும் 120 மில்லியன் கெல்வின்களுக்கும் அதிகமான வெப்பநிலையை சமாளிக்கும் தடையைக் கொண்டிருக்கிறது.  
உண்மையான வெப்பநிலையைக் குறைப்பதற்கு இரண்டு வினைகள் தேவைப்படுகின்றன. வெப்பநிலை என்பது *சராசரி* இயக்க ஆற்றல் என்பது ஒரு உண்மையாகும். இந்த வெப்பநிலையில் சில கருக்களை ஈடுபடுத்தும் போது 0.01 MeVஐக் காட்டிலும் அதிகமான சக்தியைக் கொண்டிருக்கிறது. இதற்கிடையில் மற்றவை குறைவான ஆற்றலையே கொண்டிருக்கின்றன. திசைவேகப் பகிர்வில் உயர்-ஆற்றல் பகுதியில் கருவானது அதிகப்படியான இணைவு வினைகளை ஏற்படுத்துகின்றன. இதன் மற்றொரு விளைவு குவாண்டம் டியூனலிங் (quantum tunneling) ஆகும். கூலூம் அரணை முழுமையாக சமாளிப்பதற்குப் போதுமான ஆற்றலை கரு உண்மையில் கொண்டிருப்பதில்லை. அவை தோராயமாக போதுமான ஆற்றலைக் கொண்டிருந்தால் எஞ்சியிருக்கும் தடை வழியாக அவற்றால் செல்ல முடியும். இக்காரணங்களுக்காக குறைந்த வெப்பநிலைகளில் எரிபொருள் இருப்பது குறைவான விகிதத்தில் தாங்கு இணைவு நிகழ்வுகளை ஏற்படுத்தும்.  
விளைவு **குறுக்கு வெட்டமைப்பு** σ என்பது இரண்டு வினைபடு பொருள் கருவிற்கு ஒத்த திசைவேகத்தின் செயலாக இணைவு விளைவின் நிகழ்தகவை அளவிடுவதாகும். வினைபடு பொருள்களானது திசைவேகத்தின் பகிர்வைக் கொண்டிருந்தால் பின்னர் குறுக்கு வெட்டமைப்பு மற்றும் திசைவேகத்தின் உற்பத்தியில் பகிர்வுகளில் அது சராசரியாக செயல்படுவதற்கு பயனுள்ளதாக உள்ளது. எ.கா. அணு வெப்பாற்றல் தொடர்பு இணைவுடன் வெப்பஞ்சார்ந்த பகிர்வு. விளைவு விகிதம் (ஒவ்வொரு சமயமும் ஒவ்வொரு கனஅளவில் உள்ள இணைவுகள்) என்பது <σv> முறைகள் வினைபடு பொருள் எண் அடர்த்திகளின் உற்பத்தி ஆகும்:  
:<math>f = n_1 n_2 \langle \sigma v \rangle.</math>  
கருக்களின் வகைகள் DD விளைவு போன்று அதற்குள்ளாகவே வினையை ஏற்படுத்திக் கொண்டால் பின்னர் வினைபொருளான <math>n_1n_2</math> கண்டிப்பாக <math>(1/2)n^2</math> மூலமாக மாற்றப்படும்.  
<math>\langle \sigma v \rangle</math> அறை வெப்பநிலைகளில் இருந்து மெய்நிகராக பூஜ்ஜியத்தில் இருந்து அதிகரித்து பொருள் செறிந்த வெப்பநிலையான 10–100 keV வரை செல்கிறது. வழக்கத்திற்கு அதிகமான அயனியாக்க சக்திகள் (ஹைட்ரஜன் நிலைகளில் 13.6 eV) கொண்ட இந்த வெப்பநிலைகளில் இணைவு வினைபடு பொருள் பிளாஸ்மா நிலையில் இருக்கிறது.  
குறிப்பிட்ட ஆற்றல் அடைப்பு நேரத்துடன் சாதனத்தின் வெப்பநிலை செயலாக <math>\langle \sigma v \rangle</math> உடைய தனிச்சிறப்பானது லாசன் கிரிடெரியன் (Lawson criterion) மூலமாக கண்டறியப்படுகிறது.