परमाणु प्रतिक्रियाओं में परमाणु के नाभिक में परिवर्तन शामिल होते हैं और अक्सर विकिरण का उत्सर्जन होता है। ये प्रक्रियाएँ परमाणु भौतिकी के लिए मौलिक हैं और इनके व्यावहारिक अनुप्रयोग और प्राकृतिक घटनाएँ दोनों हैं। रेडियोधर्मिता सहित परमाणु प्रतिक्रियाओं के प्रकारों को समझना, तारों में ऊर्जा कैसे उत्पन्न होती है, प्राचीन कलाकृतियों की तिथि कैसे निर्धारित की जाती है, और परमाणु ऊर्जा और हथियारों के पीछे के सिद्धांतों के बारे में जानकारी प्रदान करता है।
परमाणु अभिक्रिया के कई मुख्य प्रकार हैं: संलयन, विखंडन और रेडियोधर्मी क्षय। संलयन में हल्के नाभिकों को मिलाकर भारी नाभिक बनाया जाता है, जिससे ऊर्जा निकलती है। विखंडन में भारी नाभिक को हल्के नाभिकों में विभाजित किया जाता है, जिससे ऊर्जा भी निकलती है। रेडियोधर्मी क्षय एक स्वतःस्फूर्त प्रक्रिया है जिसके द्वारा अस्थिर परमाणु नाभिक विकिरण उत्सर्जित करके ऊर्जा खो देता है।
रेडियोधर्मिता एक प्राकृतिक प्रक्रिया है जिसमें अस्थिर परमाणु नाभिक स्वतः ही टूट जाते हैं, स्थिर नाभिक बनाते हैं जबकि विकिरण के रूप में ऊर्जा जारी करते हैं। विकिरण के तीन प्राथमिक प्रकार हैं: अल्फा (α) कण, बीटा (β) कण, और गामा (γ) किरणें।
रेडियोधर्मी क्षय व्यक्तिगत परमाणुओं के स्तर पर एक यादृच्छिक प्रक्रिया है, जिसका अर्थ है कि यह अनुमान लगाना असंभव है कि कोई विशेष परमाणु कब क्षय होगा। हालाँकि, बड़ी संख्या में परमाणुओं के लिए, क्षय दर को अर्ध-आयु के रूप में ज्ञात एक सांख्यिकीय माप द्वारा वर्णित किया जा सकता है।
किसी समस्थानिक का अर्ध-आयु वह समय होता है जो किसी नमूने में रेडियोधर्मी परमाणुओं के आधे हिस्से को क्षय होने में लगता है। इसे प्रतीक \(T_{1/2}\) द्वारा दर्शाया जाता है और यह विभिन्न समस्थानिकों के बीच काफी भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, कार्बन-14 ( \(^{14}\textrm{सी}\) ) का अर्ध-आयु लगभग 5730 वर्ष है, जबकि यूरेनियम-238 ( \(^{238}\textrm{यू}\) ) का अर्ध-आयु लगभग 4.5 बिलियन वर्ष है।
किसी रेडियोधर्मी पदार्थ के क्षय की दर उसमें उपस्थित रेडियोधर्मी परमाणुओं की संख्या के सीधे समानुपातिक होती है। इस संबंध को गणितीय रूप से इस समीकरण द्वारा वर्णित किया जाता है:
\( -\frac{dN}{dt} = \lambda N \)कहाँ:
इस अंतर समीकरण को एकीकृत करने पर, हमें घातीय क्षय नियम प्राप्त होता है:
\( N(t) = N_0 e^{-\lambda t} \)जहाँ \(N_0\) पदार्थ की प्रारंभिक मात्रा है। यह समीकरण रेडियोधर्मी क्षय की घातीय प्रकृति को दर्शाता है, जहाँ समय के साथ असंक्षिप्त पदार्थ की मात्रा घातीय रूप से घटती है।
रेडियोधर्मिता के कई महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं:
कई प्रमुख प्रयोगों ने रेडियोधर्मिता के बारे में हमारी समझ को आगे बढ़ाया है। एक ऐतिहासिक उदाहरण अर्नेस्ट रदरफोर्ड का गोल्ड फ़ॉइल प्रयोग है, जिसमें परमाणु की संरचना की जांच करने के लिए अल्फा कणों का इस्तेमाल किया गया था। इस प्रयोग ने परमाणु नाभिक के अस्तित्व के लिए सबूत प्रदान किए।
शैक्षिक सेटिंग्स में, रेडियोधर्मिता को सुरक्षित रेडियोधर्मी स्रोतों और डिटेक्टरों का उपयोग करके प्रदर्शित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, छात्र उत्सर्जित विकिरण का पता लगाने और समय के साथ क्षय वक्र को प्लॉट करने के लिए गीगर काउंटर का उपयोग करके ज्ञात रेडियोधर्मी नमूने के आधे जीवन को माप सकते हैं।
रेडियोधर्मिता, अपने विभिन्न रूपों और अनुप्रयोगों के साथ, परमाणु भौतिकी में एक मौलिक अवधारणा है, जो नाभिक को एक साथ रखने वाले बलों और परमाणु नाभिक को बदलने वाली प्रक्रियाओं के बारे में जानकारी प्रदान करती है। इसके अध्ययन से विज्ञान, प्रौद्योगिकी और चिकित्सा में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है।
