BPSC 70वीं CCE पुनर्परीक्षा प्रारंभिक सामान्य अध्ययन · प्रश्न 15 / 142

सही उत्तर — (d) उपर्युक्त में से कोई नहीं। एक्स-रे विद्युत्-चुम्बकीय विकिरण हैं — प्रकाश, रेडियो तरंगों और गामा किरणों की ही जाति की चीज़, जिनमें अन्तर केवल तरंगदैर्घ्य का है, और एक्स-रे के लिए वह लगभग 0.01 से 10 नैनोमीटर तक चलता है। विद्युत्-चुम्बकीय विकिरण फ़ोटॉनों द्वारा वहन होता है, और फ़ोटॉन पर न कोई विद्युत् आवेश होता है और न कोई चुम्बकीय आघूर्ण। किसी किरण-पुंज को क्षेत्र में मोड़ने वाला बल लॉरेंज बल है, F = q(E + v × B), और उसका हर पद आवेश q से गुणा है। q = 0 रख दीजिए और बल पूर्णतः शून्य हो जाता है: एक्स-रे का पुंज विद्युत् क्षेत्र से और चुम्बकीय क्षेत्र से बिना ज़रा भी विचलित हुए निकल जाता है। इसलिए क्षेत्र वाले तीनों विकल्प विफल हैं, और बचाव वाला विकल्प ही सही है। यह कोई तकनीकी बारीक़ी नहीं है — एक्स-रे की पहचान ही ठीक इसी अ-विक्षेपण से हुई थी। विल्हेल्म कॉनराड रौंटगन ने नवम्बर 1895 में इनकी खोज की और इन्हें एक्स-रे इसलिए कहा कि वे जानते ही नहीं थे कि ये क्या हैं; और जिस निर्णायक प्रयोग ने इन्हें कैथोड किरणों से अलग किया वह यही था कि कैथोड किरणें चुम्बकीय क्षेत्र में तीखे ढंग से मुड़ जाती हैं जबकि ये नई किरणें बिल्कुल नहीं मुड़ीं। यही परीक्षा रेडियोसक्रियता को उसके तीन वर्गों में छाँट देती है: अल्फ़ा कण, जिन पर +2e आवेश है, एक ओर मुड़ते हैं; बीटा कण, जिन पर −e आवेश है, दूसरी ओर और कहीं अधिक तीखे ढंग से मुड़ते हैं क्योंकि वे बहुत हल्के हैं; और गामा किरणें, जो फ़ोटॉन हैं, बिना विचलित हुए सीधी निकल जाती हैं। इस मामले में एक्स-रे ठीक गामा किरणों जैसा व्यवहार करते हैं। ध्यान से देखिए कि यह उत्तर क्या दावा नहीं करता। एक्स-रे पदार्थ से कई प्रबल ढंगों से अन्योन्यक्रिया करते हैं — कैल्शियम और बेरियम जैसे ऊँचे परमाणु क्रमांक वाले तत्त्व उन्हें भारी मात्रा में अवशोषित करते हैं, और रेडियोग्राफ़ इसी से बनता है; किसी क्रिस्टल के नियमित तलों से उनका विवर्तन होता है, और एक्स-रे क्रिस्टलिकी इसी पर टिकी है; और कॉम्पटन प्रभाव में वे इलेक्ट्रॉनों से टकराकर तरंगदैर्घ्य बदलते हुए प्रकीर्णित होते हैं। इनमें से कुछ भी विद्युत् या चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपण नहीं है, और प्रश्न उसी के बारे में पूछ रहा है।

• (a)केवल चुम्बकीय क्षेत्र से — यह आवेशित कणों के पुंज का वर्णन है, एक्स-रे का नहीं। कैथोड किरणें — इलेक्ट्रॉनों की धाराएँ — चुम्बकीय क्षेत्र से विक्षेपित होती हैं, और जे. जे. थॉमसन ने 1897 में इलेक्ट्रॉन का आवेश-द्रव्यमान अनुपात नापने के लिए ठीक इसी विक्षेपण का, विद्युत् क्षेत्र से सन्तुलित करके, प्रयोग किया था। उसी उपकरण से गुज़ारने पर एक्स-रे का पुंज तनिक भी नहीं हिलता।
• (b)विद्युत एवं चुम्बकीय दोनों क्षेत्र के साथ — सबसे आत्मविश्वासपूर्ण लगने वाला ग़लत उत्तर, और यह किसी आवेशित कण-पुंज का सही वर्णन है, जो दोनों क्षेत्रों के प्रति प्रतिक्रिया करता है। चूँकि एक्स-रे के फ़ोटॉन पर कोई आवेश है ही नहीं, इसलिए क्षेत्रों की संख्या दुगुनी कर देने से कुछ नहीं होता: विद्युत् क्षेत्र से शून्य बल जमा चुम्बकीय क्षेत्र से शून्य बल फिर भी शून्य ही रहता है।
• (c)केवल विद्युत क्षेत्र से — यह भी उसी कारण से विफल है। विद्युत् क्षेत्र किसी कण पर qE बल लगाता है, और फ़ोटॉन के लिए q शून्य है। जिस पुंज का यह विकल्प सही वर्णन करता, वे कैनाल किरणें अथवा एनोड किरणें हैं, जो धनात्मक आयन हैं — और विद्युत् तथा चुम्बकीय क्षेत्रों में उन्हीं के विक्षेपण से द्रव्यमान-स्पेक्ट्रोग्राफ़ में सबसे पहले समस्थानिक अलग किए गए थे।

विद्युत्-चुम्बकीय स्पेक्ट्रम तरंगों का एक ही परिवार है जो तरंगदैर्घ्य के क्रम में सजा है: रेडियो, सूक्ष्मतरंग, अवरक्त, दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी, एक्स-रे, गामा किरणें। इसका हर सदस्य निर्वात में प्रकाश की चाल से चलता है, हर सदस्य अनावेशित है, और इसलिए इस परिवार का कोई भी सदस्य विद्युत् या चुम्बकीय क्षेत्र से विक्षेपित नहीं होता। इस परिवार के भीतर एक्स-रे को अलग करने वाली चीज़ फ़ोटॉन ऊर्जा है। उनका तरंगदैर्घ्य किसी ठोस में परमाणुओं के बीच की दूरी के तुल्य होता है, और इसके दो परिणाम हैं जो उनके उपयोग तय कर देते हैं। पहला, वे इतने ऊर्जावान हैं कि मृदु ऊतक से पार निकल जाएँ जबकि भारी तत्त्व उन्हें प्रबलता से अवशोषित करते हैं, इसलिए हड्डी और धातु छाया डालती हैं — रेडियोग्राफ़ी तथा कम्प्यूटेड टोमोग्राफ़ी का आधार यही है। दूसरा, उनका तरंगदैर्घ्य क्रिस्टल जालक की दूरी से मेल खाता है, इसलिए क्रिस्टल उनका विवर्तन ब्रैग नियम, nλ = 2d sin θ, के अनुसार करते हैं, और इसी से लवणों, धातुओं, प्रोटीनों तथा प्रसिद्ध रूप से डीएनए की परमाणविक संरचना निर्धारित हुई।

यह प्रश्न वस्तुतः आवेश के बारे में है, एक्स-रे के बारे में नहीं, और इसे इसी तरह पढ़ लेने पर यह तत्काल हल हो जाता है। किसी भी किरण-पुंज से एक ही बात पूछिए: क्या उस पर आवेश है? यदि हाँ, तो विद्युत् और चुम्बकीय दोनों क्षेत्र उसे मोड़ेंगे। यदि नहीं, तो कोई नहीं मोड़ेगा। यही एक परीक्षा पाठ्यक्रम की हर चीज़ छाँट देती है — कैथोड किरणें और बीटा कण मुड़ते हैं, कैनाल किरणें और अल्फ़ा कण मुड़ते हैं, त्वरक में प्रोटॉन मुड़ते हैं, और प्रकाश, रेडियो तरंगें, एक्स-रे तथा गामा किरणें नहीं मुड़तीं। यहाँ जाल स्वयं प्रश्न की शब्दावली है, 'एक्स-रे का एक गुण यह है कि उन्हें विक्षेपित किया जा सकता है', जो पहले से मान लेती है कि कुछ न कुछ विक्षेपण होता है और अभ्यर्थी को इस ओर धकेलती है कि वह चुने कि कौन-सा क्षेत्र ऐसा करता है। इस पूर्वमान्यता का प्रतिरोध कीजिए; बचाव वाला विकल्प प्रश्नपत्र पर इसलिए है कि उसकी आवश्यकता है। एक वास्तविक सूक्ष्मता जान लेनी चाहिए ताकि वह सन्देह न पैदा करे: एक्स-रे गुरुत्व से मुड़ते अवश्य हैं, जैसे सारा प्रकाश मुड़ता है, और भारी पिंडों के आसपास यह मुड़ाव देखा भी जा चुका है। पर गुरुत्वीय लेंसन विद्युत् या चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपण नहीं है, और इस स्तर की कोई परीक्षा उसका आशय नहीं रखती।

• एक्स-रे की खोज विल्हेल्म कॉनराड रौंटगन ने नवम्बर 1895 में की; इसी खोज के लिए उन्हें 1901 में भौतिकी का पहला नोबेल पुरस्कार मिला।
• एक्स-रे का तरंगदैर्घ्य लगभग 0.01 से 10 नैनोमीटर तक होता है, जो पराबैंगनी से छोटा और गामा किरणों से बड़ा है।
• लॉरेंज बल F = q(E + v × B) है; चूँकि फ़ोटॉन के लिए q = 0 है, इसलिए किसी भी तरंगदैर्घ्य का विद्युत्-चुम्बकीय विकिरण विद्युत् तथा चुम्बकीय क्षेत्रों से अविक्षेपित रहता है।
• विक्षेपण रेडियोसक्रियता को छाँट देता है: अल्फ़ा कण (+2e) और बीटा कण (−e) चुम्बकीय क्षेत्र में विपरीत दिशाओं में मुड़ते हैं, जबकि गामा किरणें, जो फ़ोटॉन हैं, सीधी निकल जाती हैं।
• एक्स-रे का विवर्तन क्रिस्टलों द्वारा ब्रैग नियम, nλ = 2d sin θ, के अनुसार होता है — एक्स-रे क्रिस्टलिकी तथा डीएनए की संरचना के निर्धारण का आधार यही है।

• प्रश्न की शब्दावली को इस बात की गारंटी मान लेना कि विक्षेपण होता ही है। जब बचाव वाला विकल्प दिया गया हो, तो प्रश्न की अपनी पूर्वमान्यता ही जाल हो सकती है।
• एक्स-रे को कैथोड किरणों से गड्डमड्ड कर देना। रौंटगन के प्रयोग में दोनों एक ही विसर्जन नली से निकलती हैं, पर आवेशित केवल इलेक्ट्रॉन हैं।
• पदार्थ से होने वाली अन्योन्यक्रिया को क्षेत्र द्वारा विक्षेपण समझ लेना। एक्स-रे अवशोषित होते हैं, विवर्तित होते हैं और प्रकीर्णित होते हैं, और इसमें से किसी में भी कोई विद्युत् या चुम्बकीय क्षेत्र शामिल नहीं है।

बीपीएससी भौतिकी को एक ही गुण के स्मरण के रूप में पूछता है — कौन-सी किरण विक्षेपित होती है, कौन-सी नहीं, किसका उपयोग किसमें होता है — और प्रायः बचाव वाला विकल्प भी रख देता है ताकि आधा-अधूरा याद रखने वाला अभ्यर्थी तुक्का न लगा सके। यूपीएससी कथन-कारण या कथन वाले रूप को वरीयता देता है, जैसे उसका 2008 का वह प्रश्न जिसमें यह दावा कि रेडियो तरंगें चुम्बकीय क्षेत्र में मुड़ती हैं, इस सही कारण के साथ जोड़ा गया कि रेडियो तरंगें विद्युत्-चुम्बकीय हैं — और वहाँ पूरी बात यही है कि वह कारण उस दावे का खंडन ही कर देता है।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  निम्नलिखित में से कौन चुम्बकीय क्षेत्र से विक्षेपित नहीं होता ?

  • (a)अल्फ़ा कण
  • (b)बीटा कण
  • (c)गामा किरणें
  • (d)कैथोड किरणें

  उत्तर(c) गामा किरणें — एक्स-रे की तरह वे भी विद्युत्-चुम्बकीय विकिरण हैं, इसलिए उनके फ़ोटॉनों पर कोई आवेश नहीं होता और उन पर लॉरेंज बल शून्य होता है। अल्फ़ा कण, बीटा कण और कैथोड किरणें सब आवेशित हैं और सब विक्षेपित होती हैं।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  एक्स-रे क्रिस्टलिकी किसी ठोस में परमाणुओं की व्यवस्था इसलिए निर्धारित कर पाती है कि एक्स-रे

  • (a)परमाणुओं के बीच के विद्युत् क्षेत्रों से विक्षेपित होते हैं
  • (b)का तरंगदैर्घ्य परमाणु तलों की पारस्परिक दूरी के तुल्य होता है और इसलिए उनका विवर्तन होता है
  • (c)हर क्रिस्टल द्वारा पूरी तरह अवशोषित कर लिए जाते हैं
  • (d)पर ऐसा विद्युत् आवेश होता है जो जालक से अन्योन्यक्रिया करता है

  उत्तर(b) का तरंगदैर्घ्य परमाणु तलों की पारस्परिक दूरी के तुल्य होता है और इसलिए उनका विवर्तन होता है — इसकी शर्त ब्रैग नियम, nλ = 2d sin θ है। एक्स-रे पर कोई आवेश होता ही नहीं, जिससे पहला और अन्तिम विकल्प बाहर हो जाते हैं।