25 September 2016

News Flash

क्ष किरण वक्रीभवनाच्या शोधाची शतकपूर्ती

डब्ल्यू. एच. ब्रॅग आणि डब्ल्यू. एल. ब्रॅग या पिता-पुत्रांनी शोधलेल्या क्ष किरण वक्रीभवनाच्या (एक्स

प्रा.शामकुमार देशमुख | February 5, 2013 12:25 PM

डब्ल्यू. एच. ब्रॅग आणि डब्ल्यू. एल. ब्रॅग या पिता-पुत्रांनी शोधलेल्या क्ष किरण वक्रीभवनाच्या (एक्स रे डिफ्रॅ क्शन)समीकरणाला शंभर वर्ष पूर्ण होत आहेत. डिसेंबर २०१२ मध्ये  क्रिस्टलोग्राफी व क्ष किरण वक्रीभवनाच्या शोधाची शतकपूर्ती झाल्याने वेगवेगळे कार्यक्रम आंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक समूहांनी आयोजित केले होते. त्यातच इंटरनॅशनल युनिअन ऑफ क्रिस्टलोग्राफी या संस्थेने २०१४ हे आंतरराष्ट्रीय क्रिस्टलोग्राफी वर्ष म्हणून जाहीर केले आहे. सलग २०१२ ते २०१४ ही तीन वर्षे एक्स रे डिफ्रॅक्शनच्या शोधाची व क्रिस्टलोग्राफीची आठवण करून देणारे वर्ष ठरत आहे. गेल्या शंभर वर्षांत क्रिस्टलोग्राफी या शाखेत वीस नोबेल पारितोषिके मिळाली आहेत. यावरून त्याचा उपयोग आपल्याला लक्षात येतो. क्ष किरण वक्रीभवनाचा शोध व ब्रॅग समीकरण यामुळे रसायनशास्त्र, जीवशास्त्र, जीवरसायनशास्त्र, धातुशास्त्र या विषयात मोठी प्रगती झाली आहे. एवढेच नाही तर मंगळावर जे स्पिरीट रोव्हर पाठविण्यात आले त्यामध्येही क्ष-किरण पंक्तिमापीचा (स्पेक्ट्रोमीटर) उपयोग करण्यात आला. आपल्या रोजच्या जीवनात एखाद्याचे हाड तुटले तर सहजपणे आपण ‘एक्स रे’ काढण्याचा सल्ला देतो. अशा प्रकारे  ‘एक्स रे’ हा शब्द व ते तंत्रज्ञान आपण इतके बेमालूमपणे वापरतो परंतु ज्यांनी या शोधासाठी आपले आयुष्य वेचले त्याकडे मात्र आपले लक्ष जात नाही. अनेकदा आपल्याला हा शोध कसा लागतो त्यामागे शोधकर्त्यांची भूमिका काय असते. ते कशा प्रकारे शोधापर्यंत पोहोचतात हेच समजत नाही. ते कशा रितीने विचार करतात याबाबत मात्र नक्कीच कुतूहल असते.
१८९७ मध्ये रॉन्टजेन हे  विकिरणाचे प्रयोग करीत असताना अचानक काही किरणे बाहेर पडताना दिसली, ते काय आहेत हे माहीत नसल्याने त्यांनी त्यास ‘एक्स रे’ हेच नाव दिले. त्यांनी त्याचे गुणधर्म शोधण्याचा प्रयत्न केला. त्यांना तो कधी तरंग वाटला तर कधी कण. अशा व्दिधा मन:स्थितीत त्यांना त्यावर पूर्णपणे मत नोंदवता आले नाही. १९१२ हे वर्ष येईपर्यंत क्ष किरणाचे गुणधर्म पूर्ण समजले नव्हते. त्याचदरम्यान म्युनिक विद्यापीठात मॅक्स वॉन लाऊ हे समरिफल्ड या शास्त्रज्ञासमवेत संशोधन करीत होते. तेव्हा प्रकाशाचे वक्रीभवन हे ग्रेटींगच्या साहय़ाने होते हे त्यांना माहीत होते. त्यामागील नक्की कारण काय आहे हे त्यांनी समजावून घेतले. त्यांना लक्षात आले की प्रकाशाची तरंगलांबी व ग्रेटींगमधील अंतर प्रमाणात असेल तर वक्रीभवन होऊ शकते. डिफ्रॅक् शन म्हणजे प्रकाशाचे वक्रीभवन. जर प्रकाश एका पदार्थावर पडला तर त्याची सावली ठिपक्यांच्या स्वरूपात फोटोग्राफिक प्लेटवर दिसते. रु दरफोर्डने नुकतेच अणूचा आकार एक अ‍ॅगस्ट्राँम एवढा असल्याचे शोधून काढले होते. क्ष किरणांची तरंगलांबी तेव्हा माहीत नव्हती. पण त्यांनी विचार केला की प्रकाशाच्या ऐवजी आपण क्ष किरणांचा मारा एका स्फटिकावर केला तर त्याचे ठिपके दिसतील. तसेच स्फटिक अणूपासून बनलेले असावे व अणूमध्ये नक्कीच अंतर असले पाहिजे असा अंदाज केला. जर त्यामध्ये अंतर असेल तर ते आपणास नक्कीच रांगोळीच्या ठिपक्याप्रमाणे दिसेल व त्यांना जोडून ठराविक आकृती तयार करता येऊ शकते. स्फटिक निवडण्याचा उद्देश हा की तो ग्रेटींगप्रमाणे कार्य करेल व चांगले डिफ्रॅक् शन पॅटर्न मिळतील. सर्व विचारांती त्यांनी कॉपर सल्फेटवर क्ष किरणांचा मारा केला तेव्हा त्यांना काही संमिश्र ठिपके दिसले. नंतर त्यांनी झिंक सल्फाईड स्फटिकाचे डिफ्रॅक् शन पॅटर्नघेतले. त्यातून जे दिसले हे सर्व अचंबित करण्यासारखे होते. पॉलिक्रोमॅटीक क्ष किरणांचे विभाजन होऊन त्या स्फटिकाचे सममिताकार (सिमेट्रिक) काळे ठिपके मिळाले. या प्रयोगातून दोन महत्त्वाचे निष्कर्ष निघाले एक म्हणजे क्ष किरण हे लहरी किंवा तरंग आहेत तर स्फटिकांमधील अणूची रचना रांगोळीच्या ठिपक्याप्रमाणे असून त्याची पुनरावृत्ती होते ही संकल्पना समजण्यास मदत मिळाली. अशा सममिताकार अणूपासून युनिट सेल तयार होते त्याच्या पुनरावृत्तीने स्फटिक तयार होते. अशा रितीने स्फटिकाच्या अंतरंगात डोकावण्याचे काम क्ष-किरणांमुळे शक्य झाले.
ब्रॅग पिता-पुत्रांनी या डिफ्रॅक् शन पॅटर्नलानवी दिशा देण्याचे काम केले. विल्यम एच. ब्रॅग हे अ‍ॅडलेड विद्यापीठात शिकवत होते, नंतर त्यांनी लीड विद्यापीठात अध्यापन चालू केले. तेव्हा लॉऊ यांचे क्ष-किरणांवरील निष्कर्ष आले होते. त्याच दरम्यान मुलगा ब्रॅग ज्युनियर केंब्रिज विद्यापीठात पदवीसाठी आला. त्याला कॅव्हेंडिश प्रयोगशाळेत जे. जे. थॉमसन यांच्या समवेत संशोधन करण्याची संधी मिळाली. त्यानंतर दोघांनी  क्ष-किरण वर्णपंक्तीमापीमध्ये बऱ्याच सुधारणा केल्या. त्यांनी फोटोग्राफिक फिल्मऐवजी आयनायझेशन चेंबर वापरले. त्यांनी दाखवून दिले की, हिरा आणि ग्राफाईट हे दोन्ही कार्बनचे प्रतिरूप असले तरी त्यांची संरचना वेगळीच आहे. तसेच सोडिअम क्लोराईडमधील अणू हे ठराविक पॅटर्नप्रमाणे असतात. १९१३ मध्ये रॉयल सोसायटी लंडन येथे त्यांनी आपले संशोधन मांडले. या शोधानंतर दोनच वर्षांत त्यांना नोबेल पारितोषिक मिळाले. क्ष किरणांच्या शोधामुळे १९१४ साली लॉऊ यांना तर ब्रॅग समीकरणाच्या शोधासाठी १९१५ साली ब्रॅग्ज यांना भैातिकशास्त्रात नोबेल पारितोषिक मिळाले. वडील व मुलाला एकत्रितपणे नोबेल पारितोषिक मिळणे हा एक योगायोगच आहे. आपल्या शरीरात विकरे (एन्झाइम), संप्रेरके (हार्मोन्स), हिमोग्लोबिन या जीवरसायनांची संरचना समजणे एक आव्हानच होते. त्यासाठी क्ष किरण वक्रीभवनाच्या तंत्राचा वापर करण्यात आला. रोझलॅन्ड फ्रँकलीन, जेम्स वॉटसन आणि फ्रान्सिस क्रिक यांनी डी. एन. ए. ची संरचना शोधण्यासाठी याच तंत्राचा वापर केला. अशा रितीने विज्ञान क्षेत्रात या शोधाने नवीन क्रांती घडवून आणली.
क्ष किरण वक्रीभवनाच्या शोधाची शतकपूर्ती
आपल्या शरीरात विकरे (एन्झाइम), संप्रेरके (हार्मोन्स), हिमोग्लोबिन या जीवरसायनांची संरचना समजणे एक आव्हानच होते. त्यासाठी क्ष किरण वक्रीभवनाच्या तंत्राचा वापर करण्यात आला.

First Published on February 5, 2013 12:25 pm

Web Title: x ray defraction serach century anniversary