Monday, December 26, 2011

किरणोत्सार - मानवजातीवरील अरिष्ट की बागुलबुवा? (भाग -१)


"पुस्तकामध्ये छापलेल्या प्रत्येक समीकरणामुळे त्याची वाचनीयता निम्म्याने कमी होते" असे काहीसे एका थोर शास्त्रज्ञाने त्याच्या एका विज्ञानविषयक जगप्रसिध्द पुस्तकाच्या प्रस्तावनेमध्ये लिहिले आहे. त्याचप्रमाणे कोष्टके, संदर्भसूची, अनोळखी पारिभाषिक शब्द यांचाही वाचनीयतेवर परिणाम होतो असा माझा अनुभव आणि अडाखा असल्यामुळे या सर्वांना टाळण्याचा प्रयत्न या लेखात मी केला आहे. मात्र विज्ञानासंबंधीच्या लेखात नेमकेपणासाठी त्याची परिभाषा येणारच, याला इलाज नाही. वाचकांच्या सोयीसाठी अनोळखी मराठी पारिभाषिक शब्दांच्या जोडीला मूळ इंग्रजी शब्द कंसात दिले आहेत.

रात्रीच्या वेळी आपण एकाद्या अंधा-या खोलीतला दिवा लावतो तेंव्हा लगेच ती प्रकाशाने उजळून निघते आणि त्या खोलीमधील वस्तू आपल्याला दिसतात. दिवा बंद करताच पुन्हा अंधार गुडुप होऊन काही दिसेनासे होते. थोडेसे खोलात जाऊन पाहिल्यास प्रत्यक्षात असे घडते की आपण दिव्याचे स्विच दाबताच विजेला त्यातून जाण्याचा मार्ग मोकळा होतो आणि बल्बला जोडलेल्या तारांमधून विजेचा प्रवाह वाहू लागतो. तांब्याच्या जाड तारा या प्रवाहाला अत्यल्प विरोध करतात आणि फारशा तापत नाहीत, पण बल्बमधील नायक्रोम नावाच्या धातूच्या तलम तारां(फिलॅमेंट्स)मधून जातांना विजेच्या प्रवाहाला प्रखर विरोध होतो आणि त्यामुळे विजेमधील सुप्त ऊर्जा ऊष्णतेच्या रूपात प्रकट होते. त्याने तप्त झालेल्या फिलॅमेंट्समधून प्रकाश आणि ऊष्णता बाहेर पडते आणि सर्व बाजूंना पसरते. खोलीच्या भिंती, जमीन, छप्पर आणि खोलीमधील सर्व वस्तूंवर पडत असलेल्या प्रकाशाचा काही भाग त्या प्रत्येकात शोषला जातो आणि उरलेला परावर्तित होतो आणि पू्र्णपणे शोषला जाईपर्यंत तो पुनःपुन्हा एकमेकावरून परावर्तित होत राहतो, म्हणजे तो सर्व बाजूंनी पसरत जातो. त्यामुळे खोलीच्या एकाच कोप-यात दिवा असला तरी आपल्याला सर्व बाजूंना उजेड दिसतो. वस्तूंवरून निघालेले जे परावर्तित किरण आपल्या डोळ्यात शिरतात त्यामुळे आपल्याला त्या वस्तू दिसतात. दिवा बंद होताच दिसण्याची क्रिया थांबते. पण त्यानंतर लगेच बल्बला हात लावून पाहिल्यास चटका बसतो कारण बल्बच्या काचेमध्ये प्रकाश साठवून ठेवला जात नाही, पण ऊर्जा साठवून ठेवली जाते आणि विजेचा प्रवाह वाहणे थांबल्यानंतरसुध्दा ती ऊष्णतेच्या स्वरूपात बाहेर पडत राहते. बल्ब पूर्णपणे थंड झाल्यानंतरसुध्दा ती बाहेर पडत असतेच, पण जेवढी ऊष्णता बाहेर पडेल तेवढीच ऊष्णता आजूबाजूने त्याच्याकडे येत राहिल्यामुळे त्याचे तपमान स्थिर राहते.



प्रकाश आणि ऊष्णता या दोन्ही स्वरूपात बल्बमधून बाहेर पडणारी ऊर्जा एकाच मूलभूत पध्दतीने सर्व दिशांना बाहेर पडते. याला उत्सर्जन (रेडिएशन) असे म्हणतात. (त्याशिवाय वहन आणि अभिसरण या दोन वेगळ्या मार्गांनीसुध्दा ऊष्णता पसरत जाते). ऊर्जेचे हे रेडिएशन विद्युत चुंबकीय लहरींमधून (इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हज) होत असते. कंपनसंख्या (फ्रिक्वेन्सी) आणि तरललांबी (वेव्हलेंग्थ) हे या लहरींचे मुख्य स्वभावधर्म (कॅरेक्टरिस्टिक्स) असतात. त्यानुसार त्यांचे इतर गुणधर्म ठरतात. सर्वात कमी कंपनसंख्या असलेल्या आणि अत्यंत सौम्य अशा रेडिओ लहरींपासून मायक्रोवेव्हज, अवरक्त(इन्फ्रारेड), दृष्य(व्हिजिबल), जंबूपार (अतीनील किंवा अल्ट्राव्हायोलेट), क्ष किरण (एक्सरे) असे करत करत सर्वाधिक कंपनसंख्येच्या अत्यंत रौद्र प्रकृतीच्या गॅमा रे पर्यंत विविध प्रकारच्या किरणांचा समावेश यात होतो. ३८० नॅनोमीटर ते ७६० नॅनोमीटर एवढी सूक्ष्म वेव्हलेंग्थ किंवा ७९० टेराहर्ट्ज ते ४०० टेराहर्ट्ज इतकी प्रचंड कंपनसंख्या या एवढ्या विशिष्ट अशा दृष्य वर्णपटामधील (visible spedtrum) लहरींपासून आपल्याला रंगांचा बोध होतो म्हणजे या पट्ट्यामधील किरणांमुळे ते जेथून आले असतील त्या वस्तू आपल्याला दिसतात. संपूर्ण वर्णपटाचा विस्तार जवळजवळ शून्यापासून अनंता(इन्फिनिटी)पर्यंत वेव्हलेंग्थ्स इतका आहे. विद्युत चुंबकीय लहरींच्या या एकंदर विस्ताराच्या मानाने दृष्य लहरींचा पट्टा (रेंज) अत्यंत अरुंद आहे. ऊष्णतावाहक लहरी म्हणजे मध्यम इन्फ्रारेड लहरींची कंपनसंख्या दृष्य प्रकाशलहरींहून कमी असते आणि क्ष किरण, गॅमा रेज वगैरेंची फ्रिक्वेन्सी खूप पटींनी जास्त असते. या किरणांपासून आपल्याला दृष्टीबोध होत नाही. म्हणजे अंधारात ठेवलेल्या कोणत्याही वस्तूपासून फक्त हेच किरण आपल्या डोळ्यापर्यंत येऊन पोचले तर ती वस्तू आपल्याला या किरणांमध्ये दिसत नाही. त्यांना अदृष्य किरण असेही म्हंटले जाते.

सूर्यापासून आपल्याला मुख्यतः प्रकाश आणि ऊष्णता मिळते आणि यावरच आपले सारे जीवन चालते. पण दृष्य प्रकाशकिरण आणि अदृष्य अशा ऊष्णतेच्या किरणांखेरीज इतर अनेक प्रकारचे अदृष्य किरणसुध्दा काही प्रमाणात सूर्यप्रकाशामधून आपल्याकडे येतच असतात. इन्फ्रारेडपासून गॅमारेजपर्यंत सर्वांचा त्यात समावेश असतो. पृथ्वीभोवती असलेल्या वातावरणातून येतांना यातले बरेचसे किरण त्यात, विशेषतः त्यामध्ये असलेल्या ओझोन वायू आणि वाफ यांचेमध्ये शोषले जातात किंवा परावर्तित होतात, पण उरलेले आपल्यापर्यंत पोचतातच. दूरच्या ता-यांपासून निघालेले प्रकाशकिरण आपल्यापर्यंत पोचल्यामुळेच आपण त्यांना पाहू शकतो. त्यांच्याकडून निघणारे काही अदृष्य किरण देखील आपल्यापर्यंत येऊन पोचतात. अशा प्रकारे वैश्विक किरणांमधून (कॉस्मिक रेज) आपल्यावर अनेक प्रकारच्या किरणांचा वर्षाव होतच असतो आणि आपल्यावर त्यांचे जे काही बरे वाईट परिणाम व्हायचे ते होतच असतात. विमानांचे उड्डाण अत्यंत विरळ हवेतून होत असल्यामुळे जे लोक विमानामधून प्रवास करतात ते प्रत्येक प्रवासात या किरणांचा जादा डोस घेऊन येतात.

कोणतेही पदार्थ प्रकाशाला साठवून ठेवत नसले तरी काही पदार्थ अंधारात चमकतांना दिसतात. त्यांना प्रस्फूरक (फ्लुओरसंट) असे म्हणतात. हे पदार्थ आधी त्यांच्यावर पडलेल्या प्रकाशातून त्यांना मिळालेल्या ऊर्जेचे नंतर हळूहळू एका वेगळ्या रंगाच्या प्रकाशकिरणांचे द्वारा उत्सर्जन करतात. अशा पदार्थांवर संशोधन करतांना शास्त्रज्ञांना असे दिसले की काही पदार्थ स्वयंप्रकाशमान असतात. त्यांच्यावर आधी प्रकाश पडलेला नसतांनासुध्दा त्यांचे उत्सर्जन चाललेले असते. हे प्रकाशकिरण अदृष्य अशा तीन वेगवेगळ्या प्रकारांचे असतात असे अधिक संशोधनावरून समजले. ग्रीक वर्णमालेमधील पहिली तीन अक्षरे अल्फा, बीटा आणि गॅमा अशी नावे त्यांना दिली गेली. रे़डियम, युरेनियम, थोरियम, रे़डॉन आदि काही मूलद्रव्यांमधून अशा प्रकारचे किरण उत्सर्जित होत असतात. या पदार्थांना किरणोत्सारक (रेडिओअॅक्टिव्ह) असे संबोधतात. यापैकी घनरूप पदार्थांचे साठे भूगर्भामध्ये आहेत, तर वायुरूप द्रव्ये आपल्या वातावरणात मिसळलेली असतात आणि काही पदार्थ पाण्यामध्ये विरघळलेले असतात. त्यांच्यामधून निघणारे किरण आपल्यापर्यंत सारखे येतच असतात. शिवाय कर्ब (कार्बन), सोडियम, पोटॅशियम, लोह आदि ज्या पदार्थांपासून आपले शरीर बनलेले असते त्यांच्यातसुध्दा सूक्ष्म प्रमाणात त्यांची किरणोत्सारक समस्थानिके (आयसोटोप्स) असतातच. कोणत्याही प्राण्याच्या शरीरामधून किंवा वनस्पतीमधून बाहेर पडत असलेल्या किरणोत्साराचे अत्यंत संवेदनशील (सेन्सिटिव्ह) अशा उपकरणाने मापन केले तर ते मोजता येण्याइतके निघते. त्या मीटरची सुई सरकते किंवा डिजिटल असेल तर एकादा आकडा दाखवते.



या तीनांपैकी अल्फा रेज हे किरण नसून सूक्ष्म कण असतात. यातील प्रत्येक कणामध्ये दोन प्रोटॉन्स आणि दोन न्यूट्रॉन्स असतात, मात्र त्यांच्यासोबत एकही इलेक्ट्रॉन नसतो. अणूच्या अंतर्गत रचनेवर विचार करता असे मानले जाते की त्याच्या मध्यभागी एक अणूगर्भ (न्यूक्लियस) असतो आणि अनेक ऋणाणू (इलेक्ट्रॉन्स) निरनिराळ्या कक्षांमधून त्या अणूगर्भाला घिरट्या घालत असतात. ते नसल्यामुळे अल्फा कण (पार्टिकल) म्हणजेच हीलीयम या मूलद्रव्याचा अणूगर्भ (न्यूक्लियस) असतो. हीलियमच्या अणूमधले इलेक्ट्रॉन्स वगळले तर हा कण बनेल यामुळे त्याला हीलियमचा आयॉन असेही म्हणता येईल. बीटा रेज म्हणजे इलेक्ट्रॉन्स हे कणच असतात. ते सुध्दा किरण नसतात. गॅमा रेज मात्र वर दिल्याप्रमाणे अदृष्य किरण असतात. प्रोटॉन्स आणि न्यूट्रॉन्स यांचे वास्तव्य फक्त अणूच्या गर्भातच असल्यामुळे अल्फा रेजचा उगम तेथूनच होऊ शकतो. अणूगर्भाच्या सभोवती इलेक्ट्रॉन्स भ्रमण करत असले तरी बीटा रेजमधले इलेक्ट्रॉन्स मात्र अणूगर्भाच्या विघटनातून तयार होऊन तिथून बाहेर पडतात. अत्यंत शक्तीशाली असे गॅमा रेजसुध्दा अणूगर्भामधून बाहेर येतात.

हीलियम हा एक निष्क्रिय वायू (इनर्ट गॅस) आहे. तो एकलकोंडा रहात असल्यामुळे त्याचा कोणाशीच संयोग होत नाही आणि तसे पाहता तो निरुपद्रवी असतो. आपल्या शरीराच्या अणूरेणूंमध्ये इलेक्ट्रॉन्स भरलेले असतात. अनेक प्रकारचे किरण आपल्या आसमंतात सतत पसरतच असतात. मग या अल्फा, बीटा, गॅमामुळे एवढी दहशत का वाटावी ? याचे एकच समान कारण आहे, ते म्हणजे हे तीघेही महाशक्तीमान असतात. यांचेमुळे नासधूस होऊ शकते तसेच पदार्थांचे मूलकीकरण (आयोनायझेशन) होऊ शकते. मूलद्रव्यांच्या अणूमधला सर्वात बाहेरचा एकाददुसरा इलेक्ट्रॉन कमी झाला किंवा त्यांची संख्या वाढली तर त्या अणूचे रूपांतर आयॉनमध्ये होते. उदाहरणार्थ सोडियम आणि क्लोरिन यांच्या संयोगाने मीठ बनते, या क्रियेत सोडियमच्या अणूमधला एक इलेक्ट्रॉन क्लोरिनच्या अणूभोवती फिरू लागतो आणि दोघांचा मिळून सोडियमक्लोराइड हा रेणू होतो. एका इलेक्ट्रॉनशिवाय सोडियम अणू आणि एक जास्तीचा इलेक्ट्रॉन असलेला क्लोरिनचा अणू यांना त्यांचे आयॉन असे म्हणतात. हे आयॉन अत्यंत सक्रिय असतात आणि आजूबाजूच्या इतर रेणूंशी त्वरित संयोग साधतात. त्यामुळे नव्या प्रकारचे रेणू निर्माण होतात आणि पदार्थाची रासायनिक रचना बदलते. माणसाच्या शरीरामधील पेशीतील डीएनए, आरएनए वगैरेमध्येच बदल झाला तर त्यामुळे अनेक प्रकारचे गोँधळ होण्याची शक्यता असते. फक्त या तीन प्रकारच्या किरणांमुळेच कशाचेही आयोनायझेशन होते असे नाही. इतर अनेक कारणांनी ते निसर्गातसुध्दा होतच असते. आभाळात कडकडणारी वीज हवेतील वायूंचे आयोनायझेशन करण्यास कारणीभूत असते हे एक नेहमीच्या पाहण्यातले उदाहरण आहे. या तीन घातक किरणांखेरीज सुट्या न्यूट्रॉन्समुळेही आपल्या शरीराला अपाय होतो. त्याचाही समावेश किरणोत्सारात केला जातो.

वरील मजकुरावरून असे दिसते की विनाशकारी किरणोत्सार हा निसर्गात सर्वत्र अस्तित्वात असतो. जमीन, पाणी, हवा आणि आकाश या सर्वांमधून तो आपल्यापर्यंत येत असतो. तसेच आपण स्वतः सुध्दा सूक्ष्म प्रमाणात त्याचे उत्सर्जन सतत करत असतो. आपल्या शरीराला त्याची सवय झालेली असते. शरीरामधील सगळ्या पेशी कायम स्वरूपाच्या नसतात. दात, हाडे यासारखे थोडे अपवाद वगळल्यास रक्त, मांस, त्वचा आदि शरीराच्या इतर भागांमधील पहिल्या पेशी झिजून नष्ट होत असतात आणि त्यांची जागा नव्या पेशी घेत असतात. त्यामुळे त्यातल्या अल्पशा पेशी किरणोत्साराने नष्ट झाल्या किंवा त्यांच्यात काही फेरबदल झाला तरी त्याची भरपाई शरीरामधील दुरुस्ती यंत्रणे(रिपेअर मेकॅनिझम)कडून केली जात असते. त्यातून काही पेशींची भरपाई झालीच नाही तर त्याला इलाज नसतो. रोगराई, कुपोषण, हिंसा, प्रदूषण, विषबाधा वगैरे इतर असंख्य प्रकारच्या कारणांमुळे हे घडत असतेच, तशातलाच हा एक भाग असतो. यामुळे अणुशक्तीचा उदय होईपर्यंत कोणालाही किरणोत्साराची विशेष काळजी वाटत नव्हती.



.............................. (क्रमशः)

1 comment:

mynac said...

ह्या लेखात किरणोत्सारावर आपण जो सुन्दर "प्रकाश" टाकला त्या साठी धन्यवाद.माहिती छान दिली आहे.