তেজস্ক্রিয়তা কি? তেজস্ক্রিয় বিকিরণের ব্যবহার, ক্ষতিকর প্রভাব ও নিরাপত্তা

1896 সালে ফরাসি পদার্থবিজ্ঞানী হেনরি বেকারেল সর্বপ্রথম তেজস্ক্রিয়তার অস্তিত্ব সম্পর্কে ধারণা দেন। তিনি একদিন ইউরেনিয়াম-পটাশিয়াম সালফেটের একটি টুকরো কালো কাগজে ভালোভাবে মুড়ে একটি ড্রয়ারে রেখে দেন। সেই ড্রয়ারে কয়েকটি ফটোগ্রাফিক প্লেটও রাখা ছিল। কয়েক দিন পর তিনি লক্ষ্য করেন, ওই ফটোগ্রাফি প্লেট গুলির ওপর অস্বাভাবিক কালো ছাপ তৈরি হয়েছে। যদিও তিনি কিন্তু ইউরেনিয়াম যৌগটিকে সূর্যের আলোতে রেখে উত্তপ্ত করেননি। এই পর্যবেক্ষণ থেকে বেকারেল ধারণা করেন, ইউরেনিয়াম-যুক্ত পদার্থ কোনো বাহ্যিক আলোকশক্তির সাহায্য ছাড়াই নিজে থেকেই এক ধরনের ভেদন শক্তি  সম্পন্ন রশ্মি নির্গত করে। এই ভেদন ক্ষমতা সম্পন্ন রশ্মিটিই ছিল আসলে তেজস্ক্রিয় বিকিরণ।

বেকারেলের এই আবিষ্কার পরবর্তীকালে তেজস্ক্রিয়তা নিয়ে গবেষণার নতুন দিগন্ত খুলে দেয়। এরপর মেরি কুরি ও পিয়ের কুরি ইউরেনিয়াম আকরিক পিচব্লেন্ড নিয়ে গবেষণা চালিয়ে অত্যন্ত তেজস্ক্রিয় দুটি মৌল পোলোনিয়াম ও রেডিয়াম আবিষ্কার করেন। এই অসামান্য অবদানের জন্য তাঁরা পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার লাভ করেন।

তেজস্ক্রিয়তা কী

​যে স্বতঃস্ফূর্ত এবং অনবরত প্রক্রিয়ায় কোনো ভারী ও অস্থির নিউক্লিয়াস স্বতঃস্ফূর্তভাবে ভেঙে গিয়ে তেজস্ক্রিয় বিকিরণ নির্গত করে এবং অন্য একটি স্থায়ী মৌলের নিউক্লিয়াসে পরিণত হয়, তাকে তেজস্ক্রিয়তা বলে।

​◼ তেজস্ক্রিয়তার বৈশিষ্ট্য

● এটি একটি নিউক্লীয় ঘটনা: তেজস্ক্রিয় ক্ষয় সম্পূর্ণরূপে পরমাণুর নিউক্লিয়াসে ঘটে। তাই সাধারণ রাসায়নিক বিক্রিয়ার মতো ইলেকট্রনের বিন্যাস পরিবর্তনের মাধ্যমে এর মূল প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রিত হয় না।

● স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া: তেজস্ক্রিয় ক্ষয় সাধারণত স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে। কোনো নির্দিষ্ট অস্থির নিউক্লিয়াস ঠিক কোন মুহূর্তে ক্ষয়প্রাপ্ত হবে তা আগে থেকে নির্ভুলভাবে বলা যায় না।

● পরিসংখ্যান অনুমানযোগ্য: একটি নিউক্লিয়াস কখন ক্ষয়প্রাপ্ত হবে তা অনিশ্চিত হলেও বিপুল সংখ্যক নিউক্লিয়াসের ক্ষেত্রে নির্দিষ্ট সময়ে কত অংশ ক্ষয়প্রাপ্ত হবে তা পরিসংখ্যানগতভাবে নির্ণয় করা যায়।

● সাধারণ বাহ্যিক প্রভাবমুক্ত: তাপমাত্রা, চাপ, আলো, অনুঘটক ইত্যাদির পরিবর্তনে তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের হার সাধারণত উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয় না।

​তেজস্ক্রিয় বিকিরণের ধরন

তেজস্ক্রিয় পদার্থের নিউক্লিয়াস স্বতঃস্ফূর্তভাবে ভেঙে স্থায়ী অবস্থায় আসার সময় প্রধানত তিন ধরনের বিকিরণ নির্গত করতে পারে। এগুলি হল: অ্যালফা $(\alpha)$ বিকিরণ, বিটা $(\beta)$ বিকিরণ, এবং গামা $(\gamma) $ বিকিরণ। এছাড়া বিশেষ নিউক্লীয় প্রক্রিয়ায় পজিট্রন$ (\beta^+)$ ও নিউট্রন $(n)$ বিকিরণও দেখা যায়।

​1. অ্যালফা $(\alpha)$ বিকিরণ

​অ্যালফা বিকিরণ হলো প্রকৃতপক্ষে উচ্চ গতিসম্পন্ন হিলিয়াম নিউক্লিয়াসের $(^4_2\text{He}^{2+})$ স্রোত।

​● গঠন ও উপাদান: প্রতিটি অ্যালফা কণায় 2টি প্রোটন এবং 2টি নিউট্রন তীব্র নিউক্লীয় বল দ্বারা একত্রে আবদ্ধ থাকে। এতে কোনো ইলেকট্রন থাকে না।

● ​ভর: অ্যালফা কণার ভর প্রায় $6.64 \times 10^{-27}\text{ kg}$। এটি প্রোটনের ভরের প্রায় 4 গুণ।

​● আধান: এটি ধনাত্মক আধানযুক্ত ($+2e$ বা $+3.2 \times 10^{-19}\text{ C}$)।

​● বেগ: অ্যালফা কণার বেগ প্রায় $1.4 \times 10^7\text{ m/s}$ থেকে $2 \times 10^7\text{ m/s}$। অর্থাৎ আলোর বেগের প্রায় $\frac{1}{10}$ থেকে $\frac{1}{20}$ অংশ

​● আয়নন ক্ষমতা: আকারে বড় এবং আধান বেশি হওয়ায় অ্যালফা কণা গ্যাসের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় বিপুল সংখ্যক গ্যাসীয় পরমাণুকে আয়নিত করতে পারে। এর আয়নন ক্ষমতা বিটা কণার চেয়ে প্রায় 100 গুণ এবং গামা রশ্মির চেয়ে প্রায়  10,000 গুণ বেশি।

​● ভেদন ক্ষমতা: তীব্র আয়নন ক্ষমতার কারণে এটি খুব দ্রুত শক্তি হারিয়ে ফেলে। তাই এর ভেদন ক্ষমতা প্রধান তিন প্রকারের বিকিরণের মধ্যে সবচেয়ে কম। একটি পাতলা কাগজ বা মাত্র $0.01\text{ mm}$ পুরু অ্যালুমিনিয়াম পাত এটিকে আটকে দিতে পারে।

​● ক্ষেত্রীয় বিচ্যুতি: ধনাত্মক আধানযুক্ত হওয়ায় তড়িৎ বা চুম্বকীয় ক্ষেত্রে এটি ঋণাত্মক পাতের দিকে হেলে যায়। তবে ভর বেশি হওয়ায় এর বিচ্যুতি কোণ কম হয়।

​2. বিটা $(\beta)$ বিকিরণ

​বিটা বিকিরণ হলো আসল পরমাণুর নিউক্লিয়াস থেকে অত্যন্ত দ্রুতবেগে নির্গত ইলেকট্রনের $(_{-1}^0 e)$ স্রোত।

● উৎপত্তি: পরমাণুর নিউক্লিয়াসে কোনো মুক্ত ইলেকট্রন থাকে না। যখন নিউক্লিয়াসের ভেতরে একটি নিউট্রন ভেঙে প্রোটনে রূপান্তরিত হয়, তখন একটি বিটা কণা (ইলেকট্রন) এবং একটি অ্যান্টিনিউট্রিনো $(\bar{\nu}_e)$ তৈরি হয়ে নিউক্লিয়াস থেকে দ্রুতবেগে বেরিয়ে আসে।

​● ভর: বিটা কণার ভর ইলেকট্রনের ভরের প্রায় সমান (প্রায় $9.1 \times 10^{-31}\text{ kg}$)।

​● আধান: এটি ঋণাত্মক আধানযুক্ত ($-1e$ বা $-1.6 \times 10^{-19}\text{ C}$)।

● বেগ: অনেক সময় বিটা কণার বেগ আলোর বেগের অত্যন্ত কাছাকাছি হয় (প্রায় $2.7 \times 10^8\text{ m/s}$)।

● আয়নন ক্ষমতা: বিটা কণার আয়নন ক্ষমতা অ্যালফা কণার চেয়ে প্রায় 100 গুণ কম।

● ভেদন ক্ষমতা: বিটা কণার ভেদন ক্ষমতা অ্যালফা কণার চেয়ে প্রায় 100 গুণ বেশি। এটি মানুষের ত্বক ভেদ করতে পারে, তবে $3-5\text{ mm}$ পুরু অ্যালুমিনিয়াম পাত ভেদ করতে পারেনা।

● ক্ষেত্রীয় বিচ্যুতি: অতি হালকা এবং ঋণাত্মক আধানযুক্ত হওয়ায় তড়িৎ বা চুম্বকীয় ক্ষেত্রে এটি ধনাত্মক পাতের দিকে তীব্রভাবে বিচ্যুত হয়।

3. গামা $(\gamma)$ বিকিরণ

​গামা বিকিরণ আসলে অত্যন্ত ক্ষুদ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিশিষ্ট ($10^{-11}\text{ m}$-এর কম) এবং অতি উচ্চ ক্ষমতাসম্পন্ন তড়িৎ-চুম্বকীয় তরঙ্গ বা ফোটন কণার স্রোত।

​● উৎপত্তি: $\alpha$ বা $\beta$ বিকিরণের পর অপত্য নিউক্লিয়াসটি যখন উত্তেজিত অবস্থায় থাকে, তখন সে তার অতিরিক্ত শক্তি গামা রশ্মি হিসেবে বিকিরণ করে সর্বনিম্ন শক্তিস্তরে ফিরে আসে।

​● ভর ও আধান: গামা সম্পূর্ণ ভরহীন এবং নিস্তড়িৎ (আধান শূন্য)।

​● বেগ: গামা রশ্মির বেগ শূন্যস্থানে প্রায় আলোর বেগের সমান $(c \approx 3 \times 10^8\text{ m/s})$।

​● আয়নন ক্ষমতা: গামা রশ্মির ভর ও আধান না থাকায় সরাসরি আয়নিত করার ক্ষমতা সবচেয়ে কম।

​● ভেদন ক্ষমতা: গামা রশ্মির ভেদন ক্ষমতা সবথেকে বেশি। এটি কয়েক সেন্টিমিটার পুরু সীসার পাত $(1-5\text{ cm})$ বা পুরু কনক্রিটের দেয়াল ভেদ করতে পারে।

● ​ক্ষেত্রীয় বিচ্যুতি: নিস্তড়িৎ হওয়ায় তড়িৎ বা চুম্বকীয় ক্ষেত্র দ্বারা এটি প্রভাবিত হয় না ফলে সোজা পথে চলে যায়।

​4. অন্যান্য তেজস্ক্রিয় বিকিরণ

i) পজিট্রন বিকিরণ $(\beta^+)$: কিছু কৃত্রিম বা নির্দিষ্ট তেজস্ক্রিয় বিঘটনে নিউক্লিয়াসের প্রোটন ভেঙে নিউট্রনে পরিণত হলে ধনাত্মক ইলেকট্রন বা পজিট্রন $(_{+1}^0 e)$ নির্গত হয়। যেমন:

$^1_1\text{p} \longrightarrow ^1_0\text{n} + _{+1}^0 e + \nu_e$

ii) নিউট্রন বিকিরণ $(n)$: নিউক্লীয় বিভাজন বিক্রিয়ার সময় প্রচুর পরিমাণে শক্তি নির্গত হয়। আর সেই সঙ্গেই নির্গত হয় চার্জহীন নিউট্রন কণা $(n)$। এটি পরবর্তীতে শৃঙ্খল বিক্রিয়া বজায় রাখে।

উদাহরণস্বরূপ, ইউরেনিয়াম-235-এর নিউক্লিয়াসে নিউট্রন দ্বারা বিভাজন ঘটলে নতুন নিউট্রন উৎপন্ন হতে পারে। এই নিউট্রনগুলো আবার অন্য নিউক্লিয়াসে বিভাজন ঘটাতে পারে এবং এভাবেই শৃঙ্খল বিক্রিয়া বা Chain Reaction চলতে পারে।

তেজস্ক্রিয় বিকিরণের ব্যাবহার বা বাস্তব প্রয়োগ

​● চিকিৎসাবিজ্ঞানে: কিছু তেজস্ক্রিয় পদার্থ থেকে নির্গত গামা রশ্মি বা অন্যান্য বিকিরণ ক্যানসার কোষ ধ্বংস করার জন্য রেডিওথেরাপিতে ব্যবহার করা হয়। যেমন: কোবাল্ট-60 $(^{60}\mathrm{Co})$।

আবার, তেজস্ক্রিয় আয়োডিন-131 $(^{131}\mathrm{I})$ থাইরয়েড রোগের নির্ণয় ও চিকিৎসায় ব্যবহৃত হয়।

​● প্রত্নতত্ত্ব ও কার্বন ডেটিং: প্রাচীন জৈব পদার্থের বয়স নির্ণয়ের জন্য কার্বন-14 $(^{14}\mathrm{C})$ ডেটিং পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়।

কার্বন-14 হল একটি তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ। কোনো জৈব বস্তু বা জীবদেহ মারা যাওয়ার পর তার মধ্যে থাকা কার্বন-14 ধীরে ধীরে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। অবশিষ্ট কার্বন-14-এর পরিমাণ বিশ্লেষণ করে নির্দিষ্ট সীমার মধ্যে বস্তুটির আনুমানিক বয়স নির্ণয় করা যায়।

● কৃষি ও শিল্পক্ষেত্রে: নিয়ন্ত্রিতভাবে তেজস্ক্রিয় বিকিরণ ব্যবহার করে উদ্ভিদের জিনগত পরিবর্তন ঘটিয়ে নতুন বৈশিষ্ট্য সম্পন্ন উদ্ভিদ জাত উদ্ভাবনের গবেষণা করা হয়।

এছাড়া নির্দিষ্ট মাত্রার আয়নাইজিং রেডিয়েশন ব্যবহার করে ফল ও খাদ্যশস্য জীবাণুমুক্ত করা যায় এবং খাদ্যের সংরক্ষণকাল বাড়ানো যায়।

​পাইপলাইনের ভেতরের সূক্ষ্ম ছিদ্র বা ধাতব পাতের ভেতরের ফাটল খুঁজতে রেডিওআইসোটোপ ট্রেসার ব্যবহার করা হয়।

● শিল্পক্ষেত্রে: শিল্পক্ষেত্রে তেজস্ক্রিয় বিকিরণ ব্যবহার করে ধাতব বস্তু, পাইপ বা বিভিন্ন যন্ত্রাংশের অভ্যন্তরের ফাটল ও ত্রুটি শনাক্ত করা হয়। এই পদ্ধতিকে ইন্ডাস্ট্রিয়াল রেডিওগ্রাফি বলা হয়।

এছাড়া কিছু ক্ষেত্রে তেজস্ক্রিয় আইসোটোপকে ট্রেসার হিসেবে ব্যবহার করে কোনো পদার্থের প্রবাহ বা গতিপথ পর্যবেক্ষণ করা হয়।

​তেজস্ক্রিয় বিকিরণের ক্ষতিকর প্রভাব

তেজস্ক্রিয় বিকিরণ জীবন্ত কোষের ওপর ক্ষতিকর প্রভাব ফেলতে পারে। বিশেষ করে উচ্চমাত্রার বা দীর্ঘ সময়ের বিকিরণ কোষের DNA-তে ক্ষতি করতে পারে। এই ক্ষতির মাত্রা নির্ভর করে বিকিরণের ধরন, শক্তি, মাত্রা, সংস্পর্শের সময় এবং শরীরের কোন অংশে বিকিরণ পৌঁছেছে তার ওপর।

এছাড়া, জীবদেহে অতিরিক্ত তেজস্ক্রিয় বিকিরণের ফলে ত্বকের ক্ষতি, তীব্র বিকিরণজনিত অসুস্থতা ও চোখের লেন্সের ক্ষতি হতে পারে।

দীর্ঘমেয়াদী বিকিরণে বিভিন্ন ধরনের ক্যানসারের ঝুঁকি বাড়তে পারে এবং প্রজনন কোষ ক্ষতিগ্রস্ত হয়ে বংশগত পরিবর্তনের সম্ভাবনা দেখা দিতে পারে।

অত্যন্ত বেশি মাত্রার বিকিরণ পুরো শরীরের ওপর মারাত্মক প্রভাব ফেলতে পারে।

তেজস্ক্রিয় বিকিরণ থেকে নিরাপত্তার উপায়

তেজস্ক্রিয় বিকিরণ মানবদেহের জন্য ক্ষতিকর হতে পারে সেটা আমরা আগেই জানলাম। তাই তেজস্ক্রিয় বিকিরণ থেকে বাঁচার জন্য আমাদের কয়েকটি নিরাপত্তাবিধি অনুসরণ করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এগুলি হলো:

1. সময় নিয়ন্ত্রণ: বিকিরণযুক্ত এলাকায় অপ্রয়োজনীয়ভাবে বেশি সময় অবস্থান করা উচিত নয়। তেজস্ক্রিয় বিকিরণের উৎসের কাছে যত কম সময় অবস্থান করা যায়, বিকিরণ থেকে ক্ষতির পরিমাণটাও কিন্তু তত কম হয়। 

2. দূরত্ব বজায় রাখা: বিকিরণের উৎস থেকে নিরাপদ দূরত্ব বজায় রাখা বিকিরণজনিত ঝুঁকি কমানোর একটি গুরুত্বপূর্ণ উপায়। বিন্দু-সদৃশ বিকিরণ উৎসের ক্ষেত্রে, উৎস থেকে দূরত্ব বাড়ার সঙ্গে সঙ্গে বিকিরণের তীব্রতা দ্রুত কমে যায়। কিছু ক্ষেত্রে উৎস থেকে দূরত্ব দ্বিগুণ করলে বিকিরণের তীব্রতা চার গুণ কমে যায়।

3. উপযুক্ত শিল্ডিং ব্যবহার: বিকিরণের ধরন ও শক্তির ওপর নির্ভর করে উপযুক্ত প্রতিরোধক বা শিল্ডিং ব্যবহার করা উচিত। যেমন, গামা রশ্মি থেকে সুরক্ষার জন্য নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে সীসা, পুরু কংক্রিট বা অন্যান্য উপযুক্ত ঘন পদার্থ ব্যবহার করা যেতে পারে। পারমাণবিক স্থাপনা ও গবেষণাগার গুলিতে কিন্তু বিকিরণের ধরন অনুযায়ী বিশেষ শিল্ডিং ব্যবস্থা রাখা হয়ে থাকে।

তবে সব ধরনের বিকিরণের জন্য একই ধরনের শিল্ডিং কার্যকর নয়। তাই বিকিরণের ধরন অনুযায়ী উপযুক্ত শিল্ডিং নির্বাচন করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

4. ব্যক্তিগত প্রতিরক্ষামূলক সরঞ্জাম (PPE) ব্যবহার: তেজস্ক্রিয় পদার্থের সংস্পর্শে কাজ করার সময় উপযুক্ত PPE (Personal Protective Equipment) ব্যবহার করা উচিত। এর মধ্যে বিশেষ গ্লাভস, সুরক্ষামূলক পোশাক, গগলস, জুতা বা অন্যান্য প্রতিরক্ষামূলক সরঞ্জাম থাকতে পারে।

এগুলো শরীরের ভেতরে তেজস্ক্রিয় পদার্থের কণা প্রবেশের ঝুঁকি কমাতে সাহায্য করে। তবে PPE কিন্তু সব ধরনের বিকিরণ থেকে সরাসরি সুরক্ষা দেয় না। তাই এর সঙ্গে অবশ্যই অন্যান্য নিরাপত্তাবিধি গুলিও অনুসরণ করতে হবে।

5. ডসিমিটার ব্যবহার: তেজস্ক্রিয় বিকিরণের সংস্পর্শে কাজ করা ব্যক্তিদের ডসিমিটার বা বিকিরণ পরিমাপক যন্ত্র ব্যবহার করা বাধ্যতামূলক। এটি তাদের শরীরে প্রাপ্ত বিকিরণের মাত্রা পরিমাপ করতে ও নথিবদ্ধ করতে সাহায্য করে। এর মাধ্যমে প্রয়োজন অনুযায়ী নিরাপত্তামূলক ব্যবস্থা গ্রহণ করা সম্ভব হবে।

6. খাদ্য ও পানীয় সম্পর্কে সতর্কতা: তেজস্ক্রিয় দূষণের সম্ভাবনা রয়েছে এমন এলাকায় খোলা অবস্থায় খাবার বা পানীয় গ্রহণ করা উচিত নয়। কারণ তেজস্ক্রিয় পদার্থের কণা খাবার বা পানীয়ের মাধ্যমে শরীরের অভ্যন্তরে প্রবেশ করতে পারে।