Nuclear stability

Nucleus ထဲတြင္ ပရိုတြန္ ႏွင္႕ ႏဴထရြန္ ဟူေသာ အမူန္ႏွစ္မ်ိဳး ပါ၀င္ဖြဲ႕စည္းထားပါသည္။၎ အမူန္ႏွစ္မ်ိဳးကို nucleons ဟုေခၚပါသည္။ nucleusမ်ား အဘယ္႕ေၾကာင္႕ မတည္ၿမဲရသနည္း? အဘယ္႕ေၾကာင္႕ဆိုေသာ္ nucleus ထဲ၌ ဖြဲ႕စည္းထားေသာ nucleons ႏွစ္မ်ိဳးမွ ပရိုတြန္ (သို႕) ႏဴထရြန္ အေရအတြက္မ်ားလြန္းေနသည္႕အခါ nucleus အတြင္းမွ ေရဒီယိုသတၱိၾကြ အမူန္မ်ား (radioactive particles-အယ္လ္ဖာ၊ဘီတာ) သို႕မဟုတ္ ေရဒီယို သတၱိၾကြ ဓါတ္ေရာင္ျခည္(radioactive rays-ဂါမာေရာင္ျခည္) မ်ားထုတ္လႊတ္ျခင္းအားျဖင့္ ပ်က္ဆီးယို႕ယြင္းျခင္း ျဖစ္ပြားပါသည္။ ထိုသို႕ ပ်က္စီး ယိုယြင္းျခင္းကို ေရဒီယိုသတၱိၾကြ ပ်က္စီးယိုယြင္းျခင္း (radioactive decay ) ဟုေခၚပါသည္။ ထို႕ေၾကာင္႕ nucleus မ်ားမတည္ၿမဲျခင္းသည္ ေရဒီယိုသတၱိၾကြျခင္းႏွင္႕ တိုက္ရိုက္ဆက္ႏြယ္ေနပါသည္။ မတည္ၿမဲေသာ nucleus မ်ားတြင္သာ ေရဒီယိုသတၱိၾကြမူ႕ ျဖစ္ပြားႏိုင္သည္။ တည္ျမဲေသာ nucleus မ်ားတြင္ ေရဒီယိုသတိၱၾကြမူ႕ ျဖစ္ပြားျခင္းမရွိပါ။ ပို၍တည္ၿမဲေလေလ ေရဒီယိုသတိၱၾကြမႈ႕နညး္ေလေလျဖစ္သည္။

           unstable nucleus=radioactive

             stable nucleus=non-radioactive

ဤသို႕ဆိုလ်ွင္ nucleus မ်ား၏ တည္ၿမဲႏိုင္မူ႕ (nuclear stability) သည္ ၎တို႕ထဲတြင္ ပါ၀င္ဖြဲ႕စည္းထားေသာ ပရုိတြန္ႏွင္႕ ႏဴထရြန္တို႕၏ အေရအတြက္အေပၚတြင္ အဓိက မူတည္ေနသည္ဟု ယူဆႏိုင္ပါသည္။ ႏဴထရြန္/ပရိုတြန္ တို႕၏ အေရအတြက္ အခ်ိဳးကိုၾကည္႕ျပီး nucleus မ်ား၏ တည္ၿမဲႏိုင္မူ႕ (nuclear stability) ကို တြက္ဆႏိုင္သလို ၎ nucleus မ်ားတြင္ ျဖစ္ပြားေသာ decay အမ်ိဳးအစားမ်ားကိုလည္း ခြဲျခားသိရွိႏိုင္သည္။ 

      ပံုတြင္ nucleus ထဲတြင္ရွိေသာ ပရိုတြန္ႏွင္႕ႏဴထရြန္ အေရအတြက္တို႕ကို graphဆြဲထားျခင္း ျဖစ္ပါသည္။

အထက္ပါပံုတြင္ အနီေရာင္မ်ဥ္းသည္ တည္ၿမဲဇံု (stable zone) ျဖစ္ပါသည္။ တည္ၿမဲဇံု တေလ်ွာက္တြင္ ရွိေသာ nucleus မ်ားသည္ ေရဒီယိုသတၱိၾကြမႈ႕မရွိေသာ stable nucleus မ်ားျဖစ္ပါသည္။ တည္ၿမဲဇံု၏ ဘယ္ဘက္တြင္ ႏဴထရြန္အေရအတြက္မ်ားေသာ nucleus မ်ားတည္ရွိျပီး β⁻decay ျဖစ္စဥ္ျဖစ္ပြားပါသည္။ တည္ၿမဲဇံု၏ ညာဘက္တြင္ ပရိုတြန္အေရအတြက္မ်ားေသာ nucleus မ်ားတည္ရွိျပီး အီလက္ထရြန္ဖမ္းယူျခင္း (electron capture) သုိ႕မဟုတ္ β⁺ decay (positron emission) ျဖစ္စဥ္ျဖစ္ပြားပါသည္။ အက္တမ္အမွတ္စဥ္  83 ထက္ေက်ာ္လြန္ေသာ(atomic number>83) nucleus မ်ားတြင္ ေယဘူယ်အားျဖင္႕ alpha decay ျဖစ္စဥ္ျဖစ္ပြားပါသည္။အက္တမ္အမွတ္စဥ္ 20 ေအာက္ငယ္ေသာ nucleus မ်ား ( ဟိုက္ဒရိုဂ်င္မွ ကယ္လ္ဆီယမ္အထိ) ၏ တည္ၿမဲအမွတ္သည္ “1” အနီးတြင္သာရွိသည္။ ၎ nucleus မ်ားအတြက္ ႏဴထရြန္/ပရိုတြန္ အခ်ိဳးသည္ “1”ထက္ၾကီးလ်ွင္ သို႕မဟုတ္ “1”ထက္ငယ္လ်ွင္ မတည္ၿမဲေသာ nucleus မ်ားျဖစ္ျပီး ေရဒီယိုသတၱိၾကြျခင္းမ်ား ျဖစ္ပြား ႏိုင္ပါသည္။

          ₆C¹²               ₆C¹⁴                                  ₅B¹⁰                  ₅B⁹

  Neutron=6        neutron=8                        neutron=5          neutron=4

   Proton=6          proton=6                          proton=5            proton=5

      n/p=6/6            n/p=8/6                            n/p=5/5               n/p=4/5

            =1                =1.3                                    =1                     =0.8

       (stable)              (radioactive)                      (stable)            (radioactive)     

အက္တမ္အမွတ္စဥ္ ျမင္႕မားလာသည္ႏွင္႕အမ်ွ တစ္နည္းအားျဖင္႕ nucleus အရြယ္အစားၾကီး လာသည္ ႏွင္႕အမ်ွ ႏဴထရြန္/ပရိုတြန္ အခ်ိဳးလည္း ျမင္႕မားလာသည္။ အက္တမ္အမွတ္စဥ္ျမင္႕မားေသာ nucleus (heavy nucleus) မ်ားအတြက္ တည္ၿမဲအမွတ္သည္ “1.6” ဟုသက္မွတ္ထားပါသည္။သို႕ေသာ္ အလွည္႕မွန္ဇယား (periodic table) တြင္ အက္တမ္အမွတ္စဥ္ 83 (Bi) ၏ေနာက္တြင္ရွိေသာ ျဒပ္စင္အားလံုးသည္း ေရဒီယိုသတၱိၾကြျဒပ္စင္မ်ားျဖစ္ျပီး ၎တို႕အားလံုးတြင္ မည္သည္႕ stable nucleus မွ မရွိပါ။

          Nucleus မ်ား၏ တည္ၿမဲႏိုင္မူ႕ကို တျခားရိုးရွင္းေသာ နည္းလမ္းမ်ားျဖင္႕လည္း ခန္႕မွန္း တြက္ခ်က္ ႏိုင္သည္။ ၎နည္းလမ္းမ်ားမွာ

1)    ႏဴထရြန္ ႏွင္႕ ပရိုတြန္အေရအတြက္မ်ားကို စံု  ႏွင္႕ မ(even and odd) ခြဲျခား၍ nucleus မ်ား၏ တည္ၿမဲႏိုင္မူ႕ကိုခန္႕မွန္းတြက္ခ်က္ျခင္း။

2)    2 , 8, 20, 28, 50, 82, 126 စေသာ ကိန္းဂဏန္းမ်ားျဖင္႕ တည္ၿမဲေသာ nucleus မ်ားကို သက္မွတ္ထားျခင္း။

ပရိုတြန္           ႏဴထရြန္                   တည္ၿမဲေသာ nucleus အေရအတြက္               တည္ၿမဲႏိုင္မႈ႕

  မ                 မ                                       4                                               အနည္းဆံုး

  မ                 စံု                                      50

  စံု                 မ                                      57    

  စံု                 စံု                                    168                                               အမ်ားဆံုး

အထက္ပါဇယားတြင္ တည္ၿမဲေသာ nucleus ေပါင္း 279 မ်ိဳးရွိသည္႕အနက္ ပရိုတြန္၊ႏဴထရြန္ အေရအတြက္ႏွစ္မ်ိဳးစလံုး “မမ” ျဖစ္ေသာ တည္ၿမဲေသာ nucleus အမ်ိဳးအစား 4 မ်ိဳးသာရွိျပီး ပရိုတြန္၊ႏဴထရြန္ အေရအတြက္ႏွစ္မ်ိဳးစလံုး “စံုစံု” ျဖစ္ေသာ တည္ၿမဲေသာ nucleus အမ်ိဳးအစားမွာ 168 မ်ိဳးရွိပါသည္။ ဤသည္ကို ၾကည္႕ျခင္းအားျဖင္႕ ပရိုတြန္၊ႏဴထရြန္ အေရအတြက္ ႏွစ္မ်ိဳးစလံုး “မမ” ျဖစ္ေသာ nucleus မ်ားသည္ တည္ၿမဲႏိုင္မူ႕ အနည္းဆံုးျဖစ္၍ ပရိုတြန္၊ႏဴထရြန္ အေရအတြက္ ႏွစ္မ်ိဳးစလံုး “စံုစံု” ျဖစ္ေသာ nucleus မ်ားသည္ တည္ၿမဲႏိုင္မူ႕အမ်ားဆံုးျဖစ္ေၾကာင္း သိရွိႏိုင္ပါသည္။အလြယ္နည္းျဖင္႕ တည္ၿမဲႏိုင္မူ႕ အနည္းဆံုးမွ အမ်ားဆံုးသို႕ (မမ၊မစံု၊စံုမ၊စံုစံု) ဟု မွတ္သားႏိုင္ပါသည္။

        
     Nucleus မ်ား၏တည္ၿမဲႏိုင္မႈ႕(nuclear stability)

          မမ < မစ ံု< စံုမ < စံုစံု

ဥပမာ- အထက္ပါ “စံုမ” နည္းအရ ေအာက္ပါအိုင္ဆိုတုပ္မ်ားတြင္ မည္သည္႕အိုင္ဆိုတုပ္က ပို၍ တည္ၿမဲသည္ ကို ရွာၾကည္႕ပါမည္။

 a)   ₈O¹⁶ and ₈O¹⁷                    b)  ₁₇Cl³⁵ and ₁₇ Cl³⁶                      c) ₂₀Ca⁴⁰ and ₂₀ Ca⁴⁵

a)                                          ₈O¹⁶                                           ₈O¹⁷

         ပရိုတြန္=8 (စံု)                               ပရိုတြန္=8 (စံု)

         ႏဴထရြန္=16-8=8 (စံု)                      ႏဴထရြန္=17-8=9 (မ)

₈O¹⁶ ႏွင္႕  ₈O¹⁷ တို႕တြင္ “စံုစံု” ျဖစ္ေသာ ₈O¹⁶ ကပို၍ တည္ၿမဲပါသည္။

b)  
                                  ₁₇Cl³⁵                                                               ₁₇ Cl³⁶               

ပရိုတြန္=17 (မ)                                      ပရိုတြန္=17 (မ)

ႏဴထရြန္=18 (စံု)                                    ႏဴထရြန္=19 (မ)

₁₇Cl³⁵ and ₁₇ Cl³⁶ တို႕တြင္ “မစံု” ျဖစ္ေသာ ₁₇Cl³⁵ ကပို၍ တည္ၿမဲပါသည္။

2 , 8, 20, 28, 50, 82, 126 စေသာ ဂဏန္းမ်ားကို ေမွာ္ဂဏန္းမ်ား (magic numbers) ဟုေခၚပါသည္။ ဆိုလိုသည္မွာ ၎ဂဏန္းမ်ားႏွင္႕ ကိုက္ညီေသာ ပရိုတြန္အေရအတြက္ သို႕မဟုတ္ ႏဴထရြန္ အေရအတြက္ ရွိသည္႕ nucleus မ်ားသည္ အတည္ၿမဲဆံုးျဖစ္သည္။ 

ဥပမာ-          ₂He⁴                                              ₈O¹⁶    

              ပရိုတြန္=2                              ပရိုတြန္=8         

             ႏဴထရြန္=2                            ႏဴထရြန္=8

       

                ₂₀Ca⁴⁰                                          ₈₂Pb²⁰⁸

            ပရိုတြန္=20                           ပရိုတြန္=82

           ႏဴထရြန္=20                          ႏဴထရြန္=126   

         

 ဤဆိုဒ္မ်ားမွေကာက္ႏူတ္သည္
ဆိုဒ္ (၁)
ဆိုဒ္(၂) 
ဆိုဒ္ (၃)