කොස්මික් කිරණ

1896 වර්ෂයේදී හෙන්රි බෙකරල් විසින් විකිරණශීලතාව සොයා ගත් පසු එවකට පිළගත් මතය වූයේ වායුගෝලයේ අයනීකරණය ඇතිවන්නේ පොළවේ පවතින විකිරණශීලී මූලද්‍රව්‍යයන්ගෙන් පිටකරන විකිරණ මගින් බවයි. 1909දී තියඩෝර් වුල්ෆ් (Theodor Wulf) විසින් විද්‍යුත් දර්ශකයක් (electrometer) භාවිත කොට අයිෆල් කුළුණේ මුදුනේ විකිරණ මට්ටම එහි පාමුලදීට වඩා වැඩි බව පර්යේෂණාත්මකව පෙන්වා දෙන ලදී. නමුත් මෙම නිරීක්ෂණය පුළුල්ව පිලිනොගැනිණි. 1912 දී වික්ටර් හෙස් (Victor Hess) විසින් වායු බැලුනයක සවි කරන ලද විද්‍යුත් දර්ශක තුනක් භාවිත කර මුහුදු මට්ටමේ සිට 5300ක උසක දී විකිරණ මට්ටම සටහන් කර ගන්නා ලදී. වැඩිදුරටත් පර්යේෂණයේ නියැලුණු ඔහු මුහුදු මට්ටමේ සිට පවතින උස සමඟ මනින ලද විකිරණ මට්ටම ද වැඩි වන බව සොයා ගන්නා ලදි. එම පර්යේෂණයේ නිගමනය ලෙස ඔහු ප්‍රකාශ කලේ, අධික විනිවිද යාමේ හැකියාවක් ඇති විකිරණ වර්ගයක් ඉහළ අභ්‍යවකාශයේ සිට පෘථිවි වායුගෝලයට ඇතුළුවන බවයි. මෙය අනාවරණය කිරීම වෙනුවෙන් 1936 දී ඔහුට භෞතික විද්‍යාව වෙනුවෙන් පිරිනැමෙන නොබෙල් ත්‍යාගයද හිමි විය. ප්‍රථම වරට රොබට් මිලිකන් (Robert Milikan) විසින් මෙම විකිරණ වර්ගය කිරණ ලෙස හඳුන්වන ලද අතර ඔහු විසින් මෙම කිරණ පෘථිවියට පරිබාහිර ව නිපදවෙන බවත්, නිපදවෙන්නේ පෘථිවි වායුගෝලීය විද්‍යුතයෙන් (atmospheric electricity) නොවන බවත් ඔප්පු කරන ලදි. මිලිකන් විශ්වාස කළ අන්දමට කිරණ යනු ගැමා කිරණයන්හි කොම්ප්ටන් ප්‍රකිරණ සංසිද්ධිය (Compton scattering of gamma rays) නිසා ඇතිවූ ද්විතික ඉලෙක්ට්‍රෝන සහිත අධිශක්ති ෆෝටෝනයි. කෙසේ නමුදු අදද කිරණ පිළිබඳ නොවිසඳුනු අබිරහස පිළබඳව පර්යේෂණ කෙරෙමින් පවතී.

නූතනයේ පිළිගත් මතය අනුව කිරණ යනු අභ්‍යවකාශයේ උත්පාදනය වන අධිශක්ති, ආරෝපිත, උප පරමාණුක අංශූ ය. මෙම අධි ශක්ති විකිරණ ප්‍රාථමික කිරණ ලෙසද හඳුන්වයි. ප්‍රාථමික කිරණ එහි උත්පාදන ප්‍රභවය අනුව කොටස් දෙකකට බෙදිය හැකියි.

1. මන්දාකිණි කිරණ (Galactic cosmic rays)
2. සූර්ය කිරණ (Solar cosmic rays)

මෙම කිරණ අපගේ සෞර ග්‍රහ මණ්ඩලයෙන් එපිට පෘථිවි මන්දාකිණිය තුළ ඇතිවේ. මෙම කිරණ වල උත්පාදන සහ ත්වරණ ක්‍රියාවලීන් නිශ්චිත වශයෙන් නොදන්නවා වුවද, මෙම කිරණ සුපර්නෝවා පිපුරුම් වලින් (Supernova explosions), භ්‍රමණය වන නියුට්‍රෝන තාරකාවන්ගේ ත්වරණය නිසා (pulsar acceleration) සහ මන්දාකිණි න්‍යෂ්ඨීන්ගේ පිපුරුම් නිසා ඇතිවන බව විශ්වාස කෙරේ. අපගේ මන්දාකිණිය තුල මෙම කිරණ වසර මිලියන 200ක් පමණ කාලයක් සාමාන්‍යයෙන් රැඳී තිබේ. මෙම කිරණ වල ශක්තිය 10² ත් 10⁵ MeV අතර වේ. නමුත් ඊට වඩා වැඩි ශක්තියෙන් යුත් කිරණ ද තිබිය හැකියි. මන්දාකිණි කිරණ, පෘථිවි භූ චුම්භක ක්‍ෂේත්‍රය මඟින්ද බාධාවට ලක් කෙරේ. එමගින් විකිරණ වලින් සුළු ප්‍රමාණයක් පෘථිවි වායුගෝලයෙන් ඉවතට හරවා යැවෙයි. පෘථිවිය මත හා ගුවන් ගමන් වලදී වැඩිම විකිරණ මාත්‍රාවක් ලබාදෙන්නේ මෙම වර්ගයේ කිරණ වලිනි. පෘථිවි වායුගෝලය මත පතනය වන කිරණ අංශූන්ගෙන් 98% ක් නියුක්ලියෝන වන අතර ඉතිරි 2% ඉලෙක්ට්‍රෝන වේ. 98% ක් වන නියුක්ලියෝන වලින් 88% ප්‍රෝටෝනද, 11%ක් ඇල්ෆා අංශුද වන අතර ඉතිරිය බැර න්‍යෂ්ඨීන් (heavy nuclei) වේ. අඩු ශක්ති කිරණ නැවත හරවා යැවීම මගින්ද, තවත් ආරෝපිත අංශු ප්‍රමාණයක් පෘථිවිය වටා පවතින වෑන් ඇලන් විකිරණ වළලු (Van Allen radiation belts) තුළ රඳවා ගැනීම මගින්ද, පෘථිවිය වටා පවතින චුම්භක ක්ෂේත්‍රය මගින් පෘථිවිය කරා ළඟාවෙන කිරණ ප්‍රමාණය අඩුකරයි. චුම්භක ක්‍ෂේත්‍රය සැකසී ඇත්තේද අඩු භූ චුම්භක අක්ෂාංවශ වලදී අධි ශක්ති කිරණ විනිවිද යා හැකි ආකාරයටයි. මේ නිසා නිරක්ෂයය මතට පතනය වන කිරණ තීව්‍රතාව අවම වන අතර භූ චුම්භක ධ්‍රැව වලදී කිරණ තීව්‍රතාවය උපරිම වේ. උදාහරණයක් වශයෙන් මුහුදු මට්ටමේ අක්ෂාංශ 80° - 90° දී මුළු විකිරණ මාත්‍රාව 43nSvh^-1 වේ.

මෙම කිරණ හට ගන්නේ සූර්යයාගේ පෘෂ්ඨයෙනි. සූර්යයාගෙන් පිට කරනු ලබන සූර්ය දැල් (Solar flare) තුල ආරෝපිත අංශූන්, විශේෂයෙන් ප්‍රෝටෝන සහ ඇල්ෆා අංශු අඩංගු වේ. අඩු ශක්තියකින් යුතු අංශූන් නිරන්තරයෙන් පිට කරන නමුදු චුම්භක බාධනයන් (magnetic disturbance) පවතින අවස්ථා වලදී ඉතා අධික ශක්තියෙන් යුතු කිරණද පිටකිරීමේ හැකියාව පවතී. පිටකරන අංශූන්ගේ ශක්තිය සාමාන්යඅයෙන් 1~100 MeV වේ. මෙම අඩු ශක්ති විකිරණයන්ට පෘථිවි චුම්භක ක්ෂේත්‍රය හරහා යාමට ප්‍රමාණවත් ශක්තියක් නොමැති නිසා සූර්ය කිරණ වලින් ලැබෙන විකිරණ මාත්‍රාව, මන්දාකිණි කිරණ වලින් ලැබෙන විකිරණ මාත්‍රාවට වඩා ඉතා අඩුවේ.

අභ්‍යවකාශයේ සිට පැමිණෙන අධි ශක්ති ප්‍රාථමික කිරණ පෘථිවි වායුගෝලයට ඇතුළු වූ විට වාතයේ ඇති නයිට්‍රජන්, ඔක්සිජන්, ආගන් වැනි න්‍යෂ්ඨීන් සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කර නියුට්රෝන, ප්‍රෝටෝන, පයෝන, කයෝන, මියෝන සහ ³H, ⁷Be, ¹⁴C, ²²Na වැනි අස්ථායී න්‍යෂ්ඨි සාදයි. උදා:- n + 14N → 14C + p

මෙසේ සෑදෙන නියුට්රෝන, ප්‍රෝටෝන, පයෝන, කයෝන සතුව ප්‍රමාණවත් ශක්තියක් ඇති නිසා ඒවා තවදුරටත් ප්‍රතික්‍රියා කර තව තවත් එම ඵල සාදයි. මේ ආකාරයට මෙම ක්‍රියාවලිය දිගින් දිගටම සිදු වේ. මුහුදු මට්ටමේ දී ලැබෙන විකිරණ මාත්‍රාවට ප්‍රධාන වශයෙන්ම වගකිව යුතු වන්නේ මෙම දාම ප්‍රතික්‍රියාවන්ගේ අවසානයේ සෑදෙන මියෝන (µ) යි. පෘථිවිය මතට ලැබෙන කිරණ විකිරණ මාත්‍රාව සාධක දෙකක් මත රඳා පවතී.

1. උන්නතාංශය (Altitude)
2. අක්ෂාංශ Latitude)

උන්නතාංශය සමඟ කිරණ මාත්‍රාවද වැඩිවේ.

පෘථිවි චුම්භක ක්‍ෂේත්‍රයේ පිහිටීම අනුව කිරණ ස්‍රාවය නිරක්ෂය මතට වඩා ධ්‍රැව පෙදෙස් වලට වැඩියෙන් ලැබේ. මේ නිසා වායුගෝලයේ ඇතිවන අයනීකරණය නිරක්ෂය මතටදීට වඩා ධ්‍රැව පෙදෙස්වලට වැඩියෙන් ලැබේ. මේ නිසා 0-10° අක්ෂාංශ වලදී ලැබෙන මුළු විකිරණ ප්‍රමාණය 33.6 nSV/h ද, 80° - 90° ධ්‍රැවාසන්න අක්ෂාංශ වලදී ලැබෙන මුළු විකිරණ ප්‍රමාණය 43 nSV/h ද වේ. කිරණ නිසා නිෂ්පාදනය වී පරිසරයේ පවතින ³H, ⁷Be, ¹⁴C, ²²Na ශරීරයට ඇතුළු වීම නිසා මිනිසා වසරකට 12.2 µSv ප්‍රමාණයක අභ්‍යන්තර විකිරණ මාත්‍රාවකට ලක්වේ. මෙයින් 12 µSv ක්ම ආහාර සමඟ ශරීරයට ඇතුළුවන ¹⁴C නිසාය.

වායුගෝලීය රසායනය (Atmospheric chemistry) වෙනස් කිරීම කරෙහි කිරණ ඍජුවම බලපෑම් ඇති කරයි. කිරණ මගින් වායුගෝලයේ නයිට්‍රජන් සහ ඔක්සිජන් අණු අයනීකරණයට ලක්කරණ නිසා සිදුවන සංසිද්ධීන් අතර ඕසෝන් ස්ථරය තුනී වීම ප්‍රධාන ස්ථානයක් ගනී.
එසේම විද්යුත් පද්ධති (electronic systems) කෙරෙහිද කිරණ අහිතකර බලපෑම් ඇති කරයි. විශේෂයෙන් මුහුදු මට්ටමේ දී දක්නට නොලැබුණද ඉහළ උන්නතාංශයන්හිදී විද්‍යුත් උපකරණ වල ඇති සංගෘහිත පරිපථ (IC) වල දෝෂ ඇති කරවීමට, මතක දත්තයන් (memory data) විනාශ කිරීම වැනි කාර්යයන් කිරීමට කිරණ වලට හැකියාව ඇත. කෘත්‍රිම චන්ද්‍රිකාවන් හි, ගුවන් යානාවන් හි කාර්මික දෝෂ ඇතිවීමටද මෙම කිරණ බලපායි.
ස්වභාවික පරිසරයේ විකිරණ මට්ටම වැඩි කර වීමේ ලා කිරණ සැලකිය යුතු කාර්ය භාරයක් ඉටු කරයි. ස්වභාවිත පරිසරයේ වාර්ෂික විකිරණ මාත්‍රාව 2.4 mSv වන අතර ඒ සඳහා කිරණ වල දායකත්වය 0.39 mSv වේ.