अणुऊर्जेचे शांततामय उपयोग

अणुऊर्जेचा शांततामय कार्यासाठी मुख्यत्वे तीन प्रकारांनी उपयोग होतो. (१) मोठ्या प्रमाणावर व माफक दरात वीज निर्माण करणे आणि ती नानाविध कार्यांसाठी वापरणे [→ अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी]. (२) विक्रियकांच्या (अणुभट्ट्यांच्या) साहाय्याने विविध किरणोत्सर्गी समस्थानिक (अणुक्रमांक तोच पण अणुभार भिन्न असलेल्या मूलद्रव्याच्या प्रकारास समस्थानिक म्हणतात व जे समस्थानिक आपोआप फुटून त्यांतून कण अथवा किरण बाहेर पडतात त्यांना किरणोत्सर्गी समस्थानिक म्हणतात, → अणुक्रमांक; समस्थानिक) निर्माण करणे आणि त्यांचा विविध मानवी व्यवहारांत व संशोधनासाठी उपयोग करणे. (३) कालवे खणणे, कृत्रिम बंदरे तयार करणे, खनिज तेलाची सुलभ निर्मिती यांसाठी इष्ट अशा लहान-मोठ्या प्रमाणावर आणवीय स्फोटांचा उपयोग करणे.

विद्युत् निर्मिती

जगाची लोकसंख्या इ.स. २०००च्या सुमारास ६६० कोटींच्या वर जाईल (१९६१ साली ३०७ कोटी) व इंधनाचा दरडोई सरासरी अपेक्षित विनियोग ४.४२ टन कोळशाएवढा होईल असा अंदाज आहे.

विविध प्रदेशांतील इ. स. १९६१ व इ. स. २००० मधील इंधनाचा दर डोई विनियोग (टन कोळशाच्या सममूल्यात).
प्रदेश	१९६१		२००० (अपेक्षित)
उत्तर अमेरिका	७·८२४		११·६२
ऑस्ट्रेलिया व न्यूझीलंड	३·०२४		९·१८
यूरोप	२·७२०		५·८१
रशिया	२·९२०		१४·४०
दक्षिण अमेरिका	०·६७९	}
आफ्रिका (ईजिप्तखेरीज)	०·३१०
दक्षिण व अतिपूर्व आशिया	०·२६३		३·००
मध्यपूर्व (ईजिप्तसह)	०·२७२
चीन	०·५२८
जागतिक	१·४०		४·४२

इंधनांचे शिलकी साठे व संभाव्य विद्युत् निर्मिती यांचा विचार करता अल्पविकसित देशांमध्ये रूढ शक्तिसाधनांचे दरडोई प्रमाण सर्वांत कमी आहे, असे दिसते. दक्षिण अमेरिकेमधील उपलब्ध इंधनसाठे १९ वर्षे, मध्यपूर्वेतील ३५ वर्षे व दक्षिण आशियातील केवळ १३ वर्षेच पुरू शकतील (येथे दरडोई ३ टन विनियोग धरला आहे). जलविद्युत् निर्मितीची शक्यताही बेताचीच आहे. जगाच्या दृष्टीने विचार केला, तरी सर्व ज्ञात इंधनसाठे सुमारे ७५ वर्षे पुरू शकतील. किफायतशीरपणे वापरता येण्यासारखे साठे तर ३० वर्षांतच संपुष्टात येतील, असा ‘वर्ल्ड कॉन्फरन्स सर्व्हे ऑफ एनर्जी रिसोर्सेस’ या संस्थेचा अंदाज आहे.

अणुऊर्जेपासून उत्पन्‍न झालेल्या विजेचा खर्च तांत्रिक प्रगतीमुळे दिवसेंदिवस कमी होत आहे. इंग्लंडमध्ये १९६२ साली प्रत्येक विद्युत् ऊर्जेच्या एककास (किलोवॉट तास) १.३ पेन्स खर्च येई, तो १९७० साली ०.४६ पेन्स इतकाच येईल, असा अंदाज होता. अत्याधुनिक पद्धतीने बांधलेल्या कोळशाच्या खाणीजवळील औष्णिक केंद्रामधील खर्च प्रत्येक एककामागे ०.५३ पेन्स इतका येत होता. १९७० च्या सुमारास ब्रिटनमध्ये एकंदर उत्पादनाच्या १२ टक्के वीज अणुऊर्जेपासून निर्माण करण्यात येते होती.

एक हजार मेगॅवॉट शक्तीचे विक्रियक बांधून निर्माण झालेली स्वस्त वीज खाऱ्‍या पाण्याचे गोडे पाणी करण्याकरिता, खतांचे कारखाने चालविण्याकरिता, जमिनीमध्ये खोल असलेले पाणी पंपाने वर खेचण्याकरिता व इतर कृषिविषयक कार्यासाठी वापरता येईल.

किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचे उपयोग

उद्योगधंदे, वैद्यकशास्त्र, कृषिविज्ञान, कालमापन इ. विविध क्षेत्रांत किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचा उपयोग होतो. याकरिता निरनिराळी तंत्रे वापरण्यात येतात.

मार्गण तंत्र

रासायनिक विक्रियांमध्ये एखाद्या मूलद्रव्याच्या किरणोत्सर्गी समस्थानिकाचा समावेश करतात व त्याच्या किरणोत्सर्गाचा उपकरणांच्या द्वारे शोध घेऊन त्याचा मार्ग ठरवितात आणि त्यावरून विक्रियांचा अभ्यास करतात, यालाच मार्गण तंत्र व अशा मूलद्रव्यांना मार्गण मूलद्रव्ये असे म्हणतात. अनेक गुंतागुंतीच्या-विशेषत: जीवसृष्टीत घडून येणाऱ्‍या-रासायनिक विक्रिया कशा घडून येतात व त्यांच्यातील महत्त्वाचे टप्पे कोणते यांचे ज्ञान या मार्गण मूलद्रव्यांच्या साहाय्याने होऊ शकते. निरनिराळ्या औद्योगिक क्रियांमध्ये या मार्गण मूलद्रव्यांच्या साहाय्याने मिळालेल्या माहितीवरून नकळत होणारा नाश थांबवून मोठ्या प्रमाणावर बचत घडवून आणणे शक्य झाले आहे. किरणोत्सर्गी मार्गण मूलद्रव्यांच्या रूपाने संशोधनासाठी एका अत्यंत उपयुक्त व प्रभावी साधनाचा लाभ झाला आहे.

मार्गण मूलद्रव्ये दोन प्रकारांनी तयार करता येतात :(१) मूलद्रव्यात त्याच्या किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचा समावेश करणे; उदा., शिशामध्ये त्याचा किरणोत्सर्गी समस्थानिक RaD (रेडियम–डी) म्हणजेच शिसे (२१०) मिसळून मार्गण मूलद्रव्य तयार करणे. पॅनेथ यांनी १९१३ साली अशा मार्गण मूलद्रव्यांचा उपयोग करून शिशाच्या संयुगांची अतिसूक्ष्म विद्राव्यता (विरघळण्याची क्षमता) निश्चित केली. एखाद्या मूलद्रव्यावर न्यूट्रॉनांचा (अणुकेंद्रातील विद्युत् भाररहित घटकांचा) मारा केल्याने थोड्या प्रमाणात त्याच मूलद्रव्याचा किरणोत्सर्गी समस्थानिक त्यामध्ये उत्पन्न होतो. उदा., सोडियम (२३) या मूलद्रव्यावर न्यूट्रॉनांचा भडिमार केल्यास न्यूट्रॉनांचे शोषण होते व गॅमा किरण [→ किरणोत्सर्ग] बाहेर पडून सोडियम (२३) मध्ये सोडियम (२४) हा किरणोत्सर्गी समस्थानिक निर्माण होतो. ही विक्रिया Na²³(n, γ) Na²⁴ अशी दर्शवितात. (२) या रीतीने किरणोत्सर्गी समस्थानिक निर्माण करणे अवघड असेल किंवा त्यांची अर्धायुष्ये (किरणोत्सर्गी पदार्थांची मूळची क्रियाशीलता विघटनामुळे निम्मी होण्यास लागणारा काळ) अत्यल्प असतील, तर त्या मूलद्रव्यांतील स्थिर समस्थानिकांचे प्रमाण बदलूनही मार्गण मूलद्रव्य तयार करता येते. उदा., नैसर्गिक ऑक्सिजनामधील O¹⁶ वेगळा करून O¹⁸ चे प्रमाण वाढवता येते. अशा रीतीने O¹⁸ने संपन्न केलेला ऑक्सिजन मार्गण मूलद्रव्य म्हणून वापरता येतो.

स्थिर व मार्गण समस्थानिक यांचे रासायनिक गुणधर्म तेच असतात. मार्गण मूलद्रव्यांचा, प्रयोगासाठी इष्ट अशा संयुगाच्या रूपातच उपयोग होतो. उदा., Na²⁴Cl व H₂O¹⁸ यांचा उपयोग करतात. विविध प्रकारच्या कार्बनी संयुगांमध्ये कार्बन अणू निरनिराळ्या अवस्थांत ग्रथित झालेले असतात. उदा., ॲसिटिक अम्लामध्ये (CH₃COOH) एक CH₃ गटात, तर दुसरा COOH गटात आहे. एखाद्या विशिष्ट विक्रियेत कोणता गट भाग घेत आहे हे शोधवयाचे असेल, तर मार्गण-अणू योग्य गटात समाविष्ट करून ॲसिटिक अम्ल तयार करावे : मार्गण अणू तारांकित करून स्पष्ट करतात. जसे C*H₃COOH किंवा CH₃C*OOH अशी दोन अम्ले असू शकतील. अशा संयुगांना किरणोत्सर्गी संयुगे म्हणतात.

ज्या वेळी एखाद्या मूलद्रव्याचे स्थिर व किरणोत्सर्गी असे दोन्ही समस्थानिक उपलब्ध असतील (उदा., कार्बनाचा C¹³ हा स्थिर व C¹⁴ हा किरणोत्सर्गी समस्थानिक आहे.) त्या वेळी कोणता मार्गण म्हणून वापरावयाचा, हे ठरविण्यासाठी खालील मुद्द्यांचा विचार करावा लागतो.

किरणोत्सर्गी समस्थानिकाचा वापर करण्यातील मुख्य फायदा असा की, सध्या उपलब्ध असलेल्या इलेक्ट्रॉनीय उपकरणांच्या साहाय्याने अत्यल्प प्रमाणातही त्यांचे अचूक मापन करता येते. पण या बाबतीत महत्त्वाची अडचण ही की, उत्सर्गामुळे या मूलद्रव्याचा ऱ्‍हास होऊन प्रयोगाच्या सुरुवातीस घेतलेले त्याचे प्रमाण क्षणोक्षणी घटत असते. याबाबत सर्वसाधारण नियम असा की, प्रयोगास लागणारा वेळ त्याच्या अर्धायुष्याच्या दसपटीपेक्षा कमी असल्यास हा वापर सोईस्कर होऊ शकतो. या दृष्टीने दीर्घ अर्धायुषी समस्थानिक अधिक उपयुक्त ठरतात; पण अर्धायुष्य जितके जास्त तितका उत्सर्ग क्षीण स्वरूपाचा असतो व त्याचे मापन अधिक अवघड ठरते. याशिवाय ज्यावेळी जीवसृष्टीतील विक्रियांचा अभ्यास करावयाचा असेल, त्यावेळी उत्सर्गापासून प्रयोग करणाऱ्‍यांना व ज्यांवर प्रयोग करावयाचा आहे, त्यांना कोणताही अपाय होणार नाही ही दक्षता घ्यावी लागते. स्थिर द्रव्यांच्या बाबतीत या अडचणी येत नाहीत; पण स्थिर समस्थानिक असलेली अशी मार्गण द्रव्ये बनविणे त्यामानाने फार खर्चाचे पडते. शिवाय त्यांचे योग्य मापन करण्यासाठी द्रव्यमान वर्णपटमापकासारख्या [→ द्रव्यमान वर्णपटविज्ञान] अवजड, गुंतागुंतीच्या व महाग उपकरणाचा वापर करावा लागतो.

ज्यावेळी एखाद्या विशिष्ट मूलद्रव्याच्या रासायनिक विक्रियेतील वाटचालीसंबंधी माहिती मिळवावयाची असते, त्यावेळी मार्गण तंत्राचा उपयोग करतात. मार्गणाखेरीज अनेक ठिकाणी किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या उत्सर्गाचा उपयोग करण्यात येतो. केवळ उत्सर्गाचा उपयोग दोन तऱ्‍हांनी होतो : (१) पदार्थातून आरपार जाताना त्यांची तीव्रता कमी होते, त्याच्या अभ्यासाने; (२) किरणांच्या शक्तीचे मापन करून.

किरणोत्सर्ग व मार्गण तंत्र यांच्या काही प्रमुख उपयोगांची माहिती खाली दिलेली आहे.

उद्योगधंद्यातील उपयोग

जाडीचे मापन, पातळीचे ज्ञान, यंत्राची झीज, नळांची गळती शोधणे अशा प्रकारच्या समस्यांमध्ये किरणोत्सर्गाचा उपयोग कसा होतो यासंबंधीची माहिती किरणोत्सर्ग या नोंदीत दिलेली आहे. बिडाच्या वस्तू किंवा लोखंडी कामातील जोड तपासण्यासाठी क्ष-किरणांपेक्षा गॅमा किरण काही वेळा अधिक सोईस्कर ठरतात. कोबाल्ट (६०) किंवा इरिडियम (१९२) असलेला कॅमेरा तपासावयाच्या वस्तूच्या एका बाजूस व पलीकडच्या बाजूस योग्य असे मापनयंत्र ठेवून वस्तूतील किंवा सांध्यातील दोषांचे सुटसुटीतपणे परीक्षण करता येते.

उपकरणांमधील काही नाजूक पण महत्त्वाच्या भागांवर संपूर्ण छिद्ररहित आवरण असणे आवश्यक असते. उदा., ट्रँझिस्टरावर संरक्षण आवरण असते. असे ट्रँझिस्टर किरणोत्सर्गी क्रिप्टॉन वायूच्या वातावरणात दाबाखाली ठेवून ज्यामधील आवरणात दोष असेल त्यामध्ये किरणोत्सर्गी क्रिप्टॉन शिरलेला आढळतो व अशा रीतीने सदोष ट्रँझिस्टर वेगळे काढता येतात. किरणोत्सर्गामुळे काही संयुगांचे रेणू उद्दीपित होतात व त्यामुळे ते क्रियाशील बनतात. गॅमा किरण प्रारणाने एथिलीन व हायड्रोजन ब्रोमाइड यांच्यामध्ये विक्रिया घडते व एथिल ब्रोमाइड हे संयुग तयार होते. ही उत्पादनाची पद्धत सोपी व स्वस्त आहे. कोबाल्ट (६०)च्या उत्सर्गाने अमेरिकेत दर वर्षी ५०० टन एथिल ब्रोमाइड तयार करण्यात येते. रबर,पॉलिथीन इ. पदार्थांचे रेणू बहुवारिकीय (उच्च रेणुभाराचे) असतात. गॅमा उत्सर्गामध्ये ठेवलेल्या पॉलिथिनामध्ये नवीन जोडदुवे सांधले जाऊन जास्त चिवट व उच्च तपमानाखाली टिकाव धरू शकणारे दर्जेदार पॉलिथीन तयार करता येते. या पद्धतीत बाह्य उष्णता वा रसायने यांची गरज भासत नाही. प्रारण कमीअधिक करून जोडदुव्यांचे प्रमाण आवश्यकतेप्रमाणे बदलता येते. यामुळे अनेक नवीन प्लॅस्टिकांचे संश्लेषण शक्य झाले आहे.

भूस्तरातील पाण्याचा प्रवाह

भूस्तरात खोलावर पाण्याचा प्रवाह कसा व किती जातो, याचे संशोधन किरणोत्सर्गी समस्थानिकांनी सुलभ झाले आहे.पाण्याचे दुर्भिक्ष्य असलेल्या देशांत हे संशोधन अत्यावश्यक ठरते. यासाठी एक कूपनलिका खणून तिच्यातील पाण्यात किरणोत्सर्गी द्रव्य मिसळतात. सभोवार वेगवेगळ्या अंतरांवर खणलेल्या कूपनलिकांपैकी कोठे किरणोत्सर्ग सापडतो यावरून भूस्तरातील प्रवाहाची दिशा व वेग कळू शकतो.

किरणोत्सर्गी समस्थानिक व कृषिविज्ञान

जगाच्या वाढत्या लोकसंख्येच्या उदरनिर्वाहाचा प्रश्न समाधानकारकरीत्या सोडविण्यासाठी अन्नधान्याचे उत्पादन पुरेशा प्रमाणात वाढविणे अत्यावश्यक आहे. ही वाढ दोन प्रकारे होऊ शकेल : (१) अधिकाधिक जमीन लागवडीखाली आणणे व (२) लागवडीखाली असलेल्या जमिनीची उत्पादनक्षमता वाढविणे. यांपैकी पहिल्या प्रकारास अर्थातच निसर्गाची मर्यादा येते, पण दुसरा प्रकार मानवी प्रयत्न व शास्त्रीय संशोधनातील प्रगती यांवर अवलंबून आहे. जमिनीची उत्पादनक्षमता पुढील काही उपयांनी वाढविणे शक्य आहे. (अ) खतांचा शास्त्रशुद्ध वापर, (आ) पिकांच्या जास्त उत्पादनक्षम व जोमदार जातींची निवड, (इ) शेतात व गुदामात होणाऱ्‍या पिकाच्या व अन्नधान्याच्या नाशास आळा आणि (ई) खाद्यापदार्थ सडू न देता जास्त दिवस टिकविणे. या विविध उपायांच्या अभ्यासासाठी किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचा मार्गण द्रव्ये म्हणून वापर होत असून धान्योत्पादन वाढविण्यासाठी ती अत्यंत उपयुक्त ठरत आहेत.

(अ) यासंबंधीच्या प्रयोगांसाठी फॉस्फरस (३२) हे मूलद्रव्य असलेल्या कॅल्शियम सुपरफॉस्फेट, डायकॅल्शियम फॉस्फेट इ. खतांचा वापर करतात. खतांप्रमाणे प्रत्यक्ष जमिनीतूनही झाडे फॉस्फरसाचे शोषण करीत असतात. झाडाच्या वेगवेगळ्या भागांची राख करून विश्लेषण-पद्धतीने त्यांतील एकूण फॉस्फरसाचे प्रमाण काढतात. याच राखेतील किरणोत्सर्गाच्या प्रमाणावरून एकंदर शोषण झालेल्या फॉस्फरसापैकी खतातील किती व जमिनीतील किती,हे प्रमाण निश्चितपणे कळू शकते. अशा प्रयोगांवरून निघालेले महत्त्वाचे निष्कर्ष असे : (१) जमिनीतच फॉस्फरस जास्त असेल तर खतांचे शोषण कमी होते. अशा वेळी अधिक प्रमाणावर खतांचा वापर करणे म्हणजे त्यांचा अपव्यय होय. (२) पेरणीच्या वेळी खत घातले तर झाडे खतातील फॉस्फरस जास्त शोषूण घेतात. पण मुळे जशी खोल जातात, तशी ती जमिनीतील नैसर्गिक फॉस्फरसाचे अधिक शोषण करतात. खत केव्हा व कोठे घालावे, हे झाडाच्या वयावर अवलंबून असते. वाढलेल्या पिकाला वरवर घातलेल्या खताचा फारसा फायदा होत नाही. (३) झाडे केवळ मुळांतूनच नव्हे, तर पाने व फुले यांच्या मार्फतही फॉस्फरसाचे शोषण करू शकतात. जीवनसत्त्वे व लवणे मिसळलेले पाणी झाडावर शिंपडले तरी फायदेशीर होऊ शकते.

(आ) उत्पादनक्षमता, जोमदारपणा, रोगप्रतिकारशक्ती इ. वनस्पतीचे गुण आनुवंशिक स्वरूपाचे असून ते एका पिढीतून दुसऱ्‍या पिढीत जसेच्या तसे उतरतात. हे गुणधर्म वनस्पतींच्या कोशिकांमधील गुणसूत्रांवर [→ गुणसूत्र] अवलंबून असतात. वनस्पतींच्या या आनुवंशिक गुणधर्मांत नैसर्गिकरीत्या अचानक बदल घडून येतात. किरणोत्सर्गाच्या साहाय्याने असे बदल कृत्रिमरीत्या घडवून आणता येतात. अर्थात हे सर्वच बदल चांगले असतात असे नाही. पण काळजीपूर्वक प्रयोग व निरीक्षण करून काही चांगले बदल झाल्याचेही आढळून येते. मुंबईतील भाभा अणुसंशोधन केंद्रात भाताच्या पिकावर प्रयोग करून त्याच्या काही जातींचे उत्पन्न २०–३० टक्के वाढल्याचे आढळून आले आहे. ही सुधारणा एकदा काढलेल्या पिकात आल्याने आनुवंशिक गुणधर्म बदलले असे ठरत नाही, तर ते बियाणे सात-आठ पिढ्या लावून कायम स्वरूपाचे बदल झाले किंवा नाही हे पाहून निश्चित करावे लागते. भुईमूगाच्याही जास्त उत्पादन देणाऱ्‍या अशा जाती तयार करण्यात आल्या आहेत. (इ) कीटकांच्या उपद्रवामुळे शेतात व कोठारात धान्याचे फार नुकसान होते. कीटकनाशासाठी वापरण्यात येणाऱ्‍या रसायनांवर भारतात दर वर्षी ३ ते ४ कोटी रुपये खर्च होतात असा अंदाज आहे. या विशिष्ट रसायनांच्या बाष्पाचा श्वसनक्रियेवर परिणाम होऊन कीटक मरतात. परंतु अशा रसायनांचा कीटकांच्या सर्व अवस्थांवर पुरेसा घातुक परिणाम होत नाही. शिवाय अंड्यांत असलेले कीटक सुखरूपच असतात. त्यामुळे रसायनांचा वारंवार वापर करावा लागतो व इतके करूनही कीटकांचा समूळ नाश होत नाही. पण किरणोत्सर्गाच्या प्रखर झोतांशी संपर्क आल्यास सर्व अवस्थांतील कीटक व अंड्यांतील जीवही मरतात, असे आढळून आले आहे. साठा केलेल्या धान्याला लागलेली कीड नाहीशी करण्याकरिता किरणोत्सर्गाचा यशस्वी रीतीने उपयोग करण्यात येत आहे. अर्थात एकदा कीड मारल्यावर पुन्हा कीड न लागण्याची क्षमता धान्यात येत नाही. त्यामुळे धान्य साठविण्याच्या पद्धतीत योग्य सुधारणा करून किडीस प्रतिबंध करावा लागतो. प्रखर किरणोत्सर्गाने कीटक मरतात तर सौम्य किरणोत्सर्गाने कीटकांचे निर्बीजीकरण (जननास अक्षम) करणे शक्य असते. समजा, कपाशीला एका विशिष्ट प्रकारच्या कीटकापासून उपद्रव होत असेल, तर तशा कीटकांची प्रयोगशाळेत मोठ्या प्रमाणावर पैदास करून त्यांतील नर कीटकांचे योग्य किरणोत्सर्ग-मात्रा देऊन निर्बीजीकरण करण्यात येते. मग असे नर मोठ्या प्रमाणावर शेतात सोडल्यास कीटकांच्या एकूण संख्येत घट होऊन पिकांचे रक्षण होते. कीटक-निर्मूलनाच्या प्रयत्नात किरणोत्सर्गी द्रव्यांचा अप्रत्यक्षपणेही उपयोग होत आहे. उदा.,कीटकांचा प्रसार व प्रवृत्ती, हवामानाचे त्यांच्यावर होणारे परिणाम इत्यादींचा अभ्यास करण्यासाठी अशा काही कीटकांच्या अन्नात किरणोत्सर्गी द्रव्ये मिसळल्यास ते कीटक किरणोत्सर्गी झालेले आढळतात. असे खुणेचे कीटक एका जागेवरून शेतात सोडतात व ठराविक वेळानंतर शेताच्या निरनिराळ्या भागांतून पकडून आणलेल्या कीटकांतील खुणेच्या कीटकांच्या संख्येवरून त्यांची भ्रमणप्रवृत्ती, दूरवर जाण्याची क्षमता इत्यादींचा अंदाज घेता येतो. कीटकांचा इतर काही जातींच्या कीटकांच्या साहाय्याने नाश करण्याच्या पद्धतीत वरील प्रकारची प्राथमिक माहिती फार उपयुक्त ठरते.

(ई) पुष्कळसे खाद्यपदार्थ कालांतराने सडून वाया जातात. फळे, मासे, भाजीपाला, दूध यांसारखे नाशवंत पदार्थ किरणोत्सर्गाच्या साहाय्याने जास्त वेळ टिकविणे आता शक्य झाले आहे. अर्थात अशा प्रकारे टिकविलेली वस्तू माणसाने खाण्यास योग्य आहे की नाही, याचे प्रथम सखोल संशोधन करावे लागते. अमेरिकन लष्करात ‘बेकन’ हा डुकराच्या मांसाचा प्रकार किरणोत्सर्गाने टिकाऊ करून आता सर्रासपणे आहारात देण्यास सुरुवात झाली आहे. भाभा अणुसंशोधन केंद्रात केलेल्या प्रयोगांवरून असे आढळून आले आहे की, किरणोत्सर्गाने प्रारित केलेले बटाटे व कांदे खराब न होता अनुक्रमे १४ व १२ आठवड्यांपर्यंत टिकू शकतात. तसेच चपाती व पाव यांना गॅमा किरण दिल्याने हे पदार्थ १० ते ५० दिवस टिकतात.

किरणोत्सर्गी समस्थानिक व काही मौलिक संशोधन

(१) प्रकाशसंश्लेषण : सूर्यप्रकाशातील ऊर्जेच्या शोषणाने वनस्पती ह्या पाणी व कार्बन डाय-ऑक्साइड यांचे साखर, स्टार्च, सेल्युलोज इ. कार्बोहायड्रेटांमध्ये रूपांतर करीत असतात. पानांतील हरितद्रव्याच्या साहाय्याने ही विक्रिया घडून येऊन ऑक्सिजन वायू बाहेर पडतो [→ प्रकाश-संश्लेषण] मानवी जीवनाच्या दृष्टीने ही विक्रिया अत्यंत महत्त्वाची आहे. साखर, बटाटे, धान्य इ. महत्त्वाचे अन्नघटक याच विक्रियेने निर्माण होत असतात. सृष्टीतील वनस्पती अशा रीतीने दर वर्षी सुमारे १५ हजार कोटी टन कार्बनाचे कार्बोहायड्रेटांमध्ये रूपांतर करीत असाव्यात असा अंदाज आहे. हा आकडा मोठा वाटत असला, तरी पृथ्वीवर सूर्यापासून येणाऱ्‍या एकूण ऊर्जेचा अगदी थोडा अंशच यासाठी खर्च होतो. प्रकाश-संश्लेषण विक्रियेचे सम्यक्‌ज्ञान प्राप्त झाल्यास एकतर उपलब्ध सौरऊर्जेचा जास्त कार्यक्षमतेने वापर करणे शक्य होईल किंवा निसर्गात घडणारी ही विक्रिया प्रयोगशाळेत व कारखान्यात साध्य करून कार्बन डाय-ऑक्साईड व पाणी यांच्यापासून कृत्रिम साखरही बनविता येईल.

या विक्रियेचे ज्ञान होण्यासाठी कार्बन (१४) हा किरणोत्सर्गी समस्थानिक व ऑक्सिजन (१८) व हायड्रोजन (२) या स्थिर समस्थानिकांनी संपन्न केलेल्या मार्गण मूलद्रव्‍यांचा वापर उपयुक्त ठरला आहे. या मार्गण मूलद्रव्यांच्या मदतीने संश्लेषणविक्रिया ज्या अनेक टप्प्यांनी घडून येते त्यांतील काही महत्त्वाच्या टप्प्यांचे ज्ञान आतापर्यंत प्राप्त झाले आहे. शिवाय विक्रियेच्या शेवटी बाहेर पडणारा ऑक्सिजन हा कार्बन डाय-ऑक्साईडापासून नव्हे, तर पाण्यापासूनच आलेला असतो, हे निश्चितपणे सिद्ध झालेले आहे. (२) विश्लेषण : किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचा वापर विश्लेषणाच्या कार्यासाठी दोन प्रमुख प्रकारांनी करता येतो : (अ) समस्थानिक विरलीकरण-पद्धत : नमुन्यामधील ज्या मूलद्रव्याचे प्रमाण काढावयाचे असेल त्याचा किरणोत्सर्गी समस्थानिक त्यामध्ये नीटपणे मिसळतात. यामुळे नमुन्यातील स्थिर मूलद्रव्यांमुळे किरणोत्सर्गी समस्थानिकाचे विरलीकरण होते. नंतर एकत्रित मूलद्रव्याचा काही भाग वेगळा करून त्यात कार्यप्रवणतेचे प्रमाण किती आहे, ते तपासून नमुन्यातील मूलद्रव्याचे प्रमाण खालील सूत्रावरून काढता येते.

य = क्ष	(	प१	-	१	)
		प२

यात, य-नमुन्यातील इष्ट मूलद्रव्याचे वस्तुमान.

क्ष- मार्गण मूलद्रव्याचे वस्तुमान.

प_१-मार्गण-समस्थानिकाची विशिष्ट कार्यप्रवणता.

प_२ - इष्ट मूलद्रव्याच्या वेगळ्या केलेल्या भागाची विशिष्ट कार्यप्रवणता.

किरणोत्सर्गी समस्थानिकाच्या ऐवजी विशिष्ट स्थिर समस्थानिकाने संपन्न केलेले मार्गणमूलद्रव्यही वापरता येते. मात्र यावेळी विरलीकरणानंतर बदललेल्या स्थिर समस्थानिकाचे प्रमाण समजण्यासाठी द्रव्यमान-वर्णपट-पद्धतीचा उपयोग करावा लागतो.

(आ) प्रवर्तित किरणोत्सर्ग-विश्लेषण-पद्धत : विक्रियकात इंधन म्हणून वापरावयाचे युरेनियम अगर ट्रँझिस्टरासाठी वापरला जाणारा शुद्ध सिलिकॉन अगर जर्मेनियम या धातू अतिशय शुद्ध स्वरूपात असाव्या लागतात. त्यांतील अशुद्धीचे प्रमाण कोटी भागात एक याहून जास्त चालत नाही. विक्रियकातील प्रखर न्यूट्रॉन स्त्रोतांचा (एका सेकंदात आरपार जाणाऱ्‍या कणांची संख्या व त्यांचा सरासरी वेग यांच्या गुणाकाराचा) उपयोग करून अशुद्धीचे इतके सूक्ष्म प्रमाणही प्रवर्तित किरणोत्सर्ग (कृत्रिम तऱ्‍हेने उत्पन्न केलेला किरणोत्सर्ग) विश्लेषणपद्धतीने ठरविणे शक्य झाले आहे.

या पद्धतीत नमुना विक्रियकात विवक्षित स्थळी न्यूट्रॉनांच्या तीव्र झोतात आवश्यक कालमर्यादेपर्यंत ठेवतात. न्यूट्रॉनांच्या माऱ्‍यामुळे नमुन्यातील अशुद्धरूपाने असलेल्या मूलद्रव्यांचे त्यांच्याच किरणोत्सर्गी समस्थानिकांत रूपांतर होते. नंतर योग्य तंत्राने नमुन्यातून ते मूलद्रव्य वेगळे करतात व त्यातील किरणोत्सर्गाची तीव्रता मोजण्यात येते. काही उत्सर्गी समस्थानिकांतून विवक्षित ऊर्जेचे गॅमा किरण बाहेर पडत असतात. अनेकमार्गी ऊर्जा विश्लेषकासारखी उपकरणे (मापनयंत्रे) उपलब्ध असतील, तर मूलद्रव्ये वेगळी करण्याची आवश्यकता रहात नाही. विश्लेषणाची ही पद्धत तुलनात्मक असल्यामुळे अशुद्ध मूलद्रव्य ठराविक प्रमाणात नमुन्याच्या शेजारीच न्यूट्रॉन-झोतात ठेवतात. विशिष्ट कालावधीनंतर या अशुद्ध मूलद्रव्यातून होणारा उत्सर्ग व नमुन्यातील त्याच मूलद्रव्यातून होणारा उत्सर्ग यांची तुलना करून अशुद्धीचे प्रमाण निश्चित करता येते.

वर सांगितलेल्या अनेकमार्गी ऊर्जा-विश्लेषकांच्या साहाय्याने नमुन्यातील अनेक अशुद्ध मूलद्रव्यांचे या पद्धतीने एकसमयावच्छेदेकरून विश्लेषण होऊ शकते. क्षीण किरणोत्सर्गाचेही अचूक मापन करता येत असल्यामुळे अत्यल्प अशुद्धीचेही यथायोग्य मापन करता येते. त्याचप्रमाणे मूळ नमुनावस्तू थोड्या प्रमाणात उपलब्ध असली तरी अडचण येत नाही. शिवाय विश्लेषणानंतर नमुनाही कायम राहून जरुरी पडल्यास पुरावा म्हणून न्यायालयात दाखल करता येतो. म्हणून गुन्ह्याच्या शोधात या पद्धतीचा अधिकाधिक वापर होऊ लागला आहे. उदा., गुन्हेगाराने पिस्तुलातून गोळी झाडली तर त्याचा त्याच्या हातावर काही मागमूस रहात असेल, असे वरवर पहाता वाटत नाही. पिस्तुलाच्या दारूत अँटिमनीचे संयुग असते. तेव्हा जे काही अतिसूक्ष्म द्रव्य हातावर बसले असेल ते कापसाने पुसून घेऊन त्याचे अँटिमनीकरिता विश्लेषण केल्यास पिस्तूल उडविणारा गुन्हेगार निश्चित करता येतो.

किरणोत्सर्ग व कालगणना

(अ) पृथ्वीचे वय : पृथ्वीचे वय काय असावे हा मोठा कुतूहलाचा विषय आहे. युरेनियमासारख्या दीर्घ अर्धायुष्य (४·५ ×१०^९ वर्षे) असलेल्या नैसर्गिक किरणोत्सर्गी द्रव्याच्या ऱ्‍हासावरून ही कालगणना करणे शक्य झाले आहे. युरेनियम (२३८)चे टप्प्याटप्प्याने वेगवेगळ्या किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांत रूपांतर होते. सरते शेवटी त्याचे शिसे (२०६) हे स्थिर मूलद्रव्य बनते. पृथ्वीच्या जन्माच्या वेळी शिलारस थंड होताना युरेनियमाचे खनिज तयार झाले व पृथ्वीच्या पोटात खोल दडल्यामुळे कोणत्याही रासायनिक विक्रियेने त्याची धूप झाली नाही, तरी कालांतराने त्यातील मूळ युरेनियमाचे प्रमाण घटून शिशाचे प्रमाण वाढत गेले. अशा घटलेल्या युरेनियम खनिजाचे विश्लेषण करून हे प्रमाण निश्चित केले असता, खालील सूत्रावरून त्या खनिजाचे म्हणजेच पृथ्वीचे वय काय असावे, याचा अंदाज बांधता येतो. अर्थात यासाठी खनिजातील शिसे केवळ युरेनियमापासूनच बनलेले असले पाहिजे. त्याव्यतिरिक्त त्यात नैसर्गिक शिसे असेल तर त्याबद्दल योग्य दुरूस्ती करावी लागते.

खनिजाचे वय =	युरेनियामाचे अर्धायुष्य	लॉग	(	१ +	%शिसे (२०६)	)
	०.६९३				%युरेनियम (२३८)

खनिजातील पोटॅशियम व आर्‌गॉन यांच्या प्रमाणावरून याच पद्धतीने वयोमान निश्चित करता येते.

(आ) कार्बन-कालगणना : विविध पुरातन अवशेषांचा काल ठरविण्यासाठी कार्बन (१४) या किरणोत्सर्गी समस्थानिकाचा उपयोग करतात [→ किरणोत्सर्गी कार्बन कालनिर्णय पद्धती; किरणोत्सर्ग].

वैद्यकीय उपयोग

किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या वापरामुळे आधुनिक वैद्यकाच्या शरीरक्रियाविज्ञान, जीवविज्ञान, जीवरसायनशास्त्र,विकृतिविज्ञान वगैरे अंगोपांगात मोठी क्रांतीच घडून आली आहे. जीवसृष्टीत घडून येणाऱ्‍या रासायनिक विक्रियांमध्ये जवळजवळ ३० मूलद्रव्ये भाग घेत असल्यामुळे आढळले आहे. त्यांपैकी कार्बन, सोडियम, फॉस्फरस, लोह, कोबाल्ट, आयोडीन इत्यादींचे किरणोत्सर्गी समस्थानिक आणि दुर्मिळ स्थिर समस्थानिकांनी संपन्न केलेले हायड्रोजन, नायट्रोजन व ऑक्सिजन यांचा आधुनिक वैद्यकात सर्रास वापर होत आहे.

एखाद्या मूलद्रव्याच्या स्थिर वा किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या रासायनिक विक्रिया जशा सारख्याच असतात तसेच त्यांचा शरीरातील प्रसार वा शोषणही सारख्याच पद्धतीने घडून येते. शरीराचे अवयव वा ग्रंथी त्यांच्याबाबात कोणताच तरतमभाव दाखवीत नाहीत. अर्थात किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या शरीरांतर्गत उपयोगांच्या वेळी किरणोत्सर्गापासून शरीरास अपाय होणार नाही, याची मोठी काळजी घ्यावी लागते व त्यांचा शक्य तेवढ्या अल्प प्रमाणात वापर करावा लागतो. संवेदनशील मापनयंत्रे उपलब्ध असल्यामुळे हे समस्थानिक अल्पच प्रमाणात वापरले, तरी त्यांचा बाहेरून सहज माग किंवा सुगावा लागू शकतो. किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचा वैद्यकामध्ये मुख्यतः पुढील प्रकारांनी उपयोग होऊ शकतो : मानवी शरीरातील पचन, शोषण, रक्ताभिसरण इ. क्रियांचा अभ्यास, रोगनिदान व रोगनिवारण.

शरीरातील रक्ताभिसरण नीटपणे होत नसेल व प्रवाहास कोठे अडथळा होत असेल तर तो शोधण्यासाठी किरणोत्सर्गी सोडियमाचा उपयोग करतात. सोडियम (२४) ने मुद्रायुक्त (किरणोत्सर्गी मूलद्रव्य ज्या

संयुगात घालतात त्याला मुद्रायुक्त संयुग म्हणतात) केलेल्या मिठांच्या विद्रावाचे इंजेक्शन रोग्याच्या हातास देतात व मापनयंत्र पायाला लावून ठेवतात. रक्तप्रवाह नीट होत असेल तर लगेच मापनयंत्रात उत्सर्गाची नोंद होईल. उत्सर्गाचे प्रमाण वाढत जाऊन तासाभरात कमाल मर्यादेपर्यंत जाईल. रक्तप्रवाहास अडथळा होत असल्यास पायापाशी उत्सर्ग फारच मंदगतीने वाढेल व पायास रक्ताचा जलद पुरवठा होत नाही असे कळून येईल. मापनयंत्राने सर्व शरीराची तपासणी करून अडथळ्याचे स्थान निश्चित करता येते.

रक्तातील तांबड्या कोशिकांतील हीमोग्लोबिनामध्ये लोहाचा अंतर्भाव असतो. लोह (५९)या किरणोत्सर्गी मूलद्रव्याचा उपयोग करून रक्तातील तांबड्या कोशिकांचे एकूण प्रमाण काढता येते. याच लोहाच्या समस्थानिकाचा चयापचयाच्या (सजीवांमध्ये सतत होणाऱ्‍या रासायनिक व भौतिक बदलांच्या) अभ्यासासाठी वापर होतो. या संशोधनात असे आढळून आले आहे की, लोहाच्या विशिष्ट प्रथिनांशी संयोग होऊन पेरिटीन या स्वरूपात ते शरीरात विशिष्ट मर्यादेपर्यंत साठविले जाते. त्यानंतर अन्नावाटे येणाऱ्‍या लोहाचे शोषण न होता ते तसेच बाहेर टाकले जाते. तसेच तांबड्या कोशिकांचा विशिष्ट कालावधीनंतर नाश होत असला तरी त्यातील लोह शरीराबाहेर न जाता नव्याने बनणाऱ्‍या तांबड्या कोशिकांत सामावले जाते, असेही आढळून आले आहे. मेंदूसारख्या नाजूक व अवघड जागी झालेले अर्बुद (गाठ) नक्की कोठे आहे, ते समजणे कठीण असते. या अर्बुदाची जागा निश्चित करण्यासाठी आयोडीन (१३१) ने मुद्रायुक्त केलेले डाय-आयडो-फ्ल्युओरोसीन रक्तात सोडतात. या विशिष्ट रसायनाचे अर्बुदात शोषण होत असल्यामुळे किरणोत्सर्गी आयोडीन अर्बुदात जाते. बाहेरून किरणोत्सर्ग मापनयंत्र डोक्यावर निरनिराळ्या ठिकाणी ठेवून अर्बुदाची जागा निश्चित करता येते. त्याचप्रमाणे पांडुरोगाचे (ॲनिमियाचे) मूळ कारण शोधून काढण्यासाठी लोह (५५) व लोह (५९) या समस्थानिकांचा उपयोग होतो. किरणोत्सर्गी पाहणी पद्धतीने शरीरातील हृदय, मूत्रपिंड, यकृत इ. अवयव चित्ररूपाने पाहणे शक्य झाले आहे. तसेच एखाद्या मूलद्रव्याचे एकाच अवयवात पण त्याच्या निरनिराळ्या भागांत कसे व किती शोषण होते, तेही एकाच वेळी कळू शकते.

तीव्र किरणोत्सर्गाच्या माऱ्‍यामुळे मानवी शरीरास फार मोठी इजा होऊ शकते. शस्त्राघात, उष्णता इत्यादींच्या अपायांप्रमाणे मात्र या इजेचे तात्काळ ज्ञान होऊ शकत नसल्यामुळे अभावितपणे खूपच इजा होण्याची शक्यता वाढते. पण हाच किरणोत्सर्ग माफक, सौम्य व योग्य त्या प्रमाणात दिल्यास रोगनिर्मूलनासाठी उपयोगी ठरू शकतो. किरणोत्सर्गाच्या आघाताने कोशिका-विभाजनांची क्रिया मंदावते. त्यामुळे कोशिकांची फाजील वाढ झाल्यामुळे उद्भवणाऱ्‍या कर्करोगावर किरणोत्सर्गाची सुयोग्य मात्रा फलदायी ठरते. किरणोत्सर्ग-मात्रा शरीराबाहेरून व शरीरांतर्गत अशा दोन्ही प्रकारांनी देता येते. यांतील पहिल्या कार्यासाठी कोबाल्ट (६०) चा बऱ्‍याच मोठ्या प्रमाणावर उपयोग करतात. किरणोत्सर्गी कोबाल्ट एका जाड गोलाकार वेष्टणात ठेवतात. असा कोबाल्ट बाँब रोगट अवयवाभोवती दूर अंतरावरून सर्व दिशांनी एकसारखा फिरत ठेवतात. अशा रीतीने रोगट भागास योग्य मात्रा मिळून निरोगी अवयवांना अपाय होण्याचे टळते.

दुसऱ्‍या प्रकारातही किरणोत्सर्गी समस्थानिक दोन तऱ्‍हांनी वापरता येतो : (अ) समस्थानिक रोग झालेल्या भागाच्या सानिध्यात ठेवणे. (आ) समस्थानिक रक्तात मिसळल्यावर त्या त्या अवयवाच्या व ग्रंथीच्या विशिष्ट शोषणक्षमतेमुळे तो नेमका रोगस्थानी जाऊन पोहोचणे.

रक्तकोशिकाधिक्यरक्तता (रक्तातील तांबड्या कोशिकांची बेसुमार वाढ) व श्वेतकोशिकार्बुद (रक्तातील पांढऱ्‍या कोशिकांची वाढ) या रोगांत फॉस्फरस (३२) चा व अवटु-आधिक्यामध्ये (अवट-ग्रंथीच्या स्रावाच्या प्रमाणाबाहेरील वाढीमध्ये, → अवटु–ग्रंथि) आयोडीन (१३१)चा या पध्दतीने विशेष उपयोग करण्यात येतो.

संदर्भ : 1. Glasstone, S. Source Book on Atomic Energy, Princeton, 1950.

2. Libby, W. F.Development in the Peacetime Uses of Atomic Energy, Journal of Chemical Education,

Vol. 36,1959. ३. आठवले, वि. त्र्य. संपा. अणुयुग, मुंबई, १९६९. साठे, रा. म.

स्त्रोत : मराठी विश्वकोश