ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් III (Electronics) - 2

විදුලි ජනනය

විදුලිය තිබෙන විට, කළ හැකි දේවල් ඉහත අප දැක්කා. දැන් කෙටියෙන් බලමු විදුලිය අපට ලැබෙන ආකාර ගැන. ඉලෙක්ට්‍රික් වේවා ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් වේවා, මේ ක්ෂේත්‍රයන් දෙකටම නැතිවම බැරි දේ නම් විදුලියයි. ඉතිං මෙම විදුලිය කොහෝ හෝ ජනනය කළ යුතු වෙනවා. විදුලිය ජනනය කිරීමට උපයෝගී කරගත හැකි සංසිද්ධි කිහිපයක් තිබේ. ඒවා කිහිපයක් එකින් එක බලමු. විදුලි ජනනය විස්තර කරන අතරම, තවත් ඒ ඒ ක්‍රමවේද/ආචරණ සම්බන්ධ කරුණුද විස්තර කෙරේ.

සූර්ය බල ශක්තිය හා ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය

ආලෝකය මඟින් විදුලිය ජනනය කළ හැකියි (විදුලියෙන් ආලෝකය නිපදවිය හැකි ආකාරයක්ද ඉහතදී විස්තර කළා). මෙම ආලෝකය හැමවිටම වාගේ සූර්යාලෝකයයි. එනිසා මෙලෙස සූර්යාලෝකයෙන් නිපදවන විදුලිය "සූර්ය බල ශක්තිය" (solar power) ලෙස හැඳින්වෙනවා. බොහෝවිට සෝලර් පවර් යන වචනය වෙනුවට photo-voltaic (PV) යන වචනයද ඊට යොදා ගන්නවා. සූර්යාලෝකයෙන් විදුලිය නිපදවන උපකරණය සූර්යකෝෂය (solar cell හෝ photovoltaic/PV cell) ලෙස හැඳින්වෙන අතර, එවැනි සූර්යාකෝෂ ගණනාවක් එකට එකතු කර සූර්ය පැනලයක් (solar panel) සාදා ගැනේ.

සමහර ද්‍රව්‍ය තිබෙනවා ඊට ආලෝකය වැටුණු විට, ඉන් ඉලෙක්ට්‍රෝන ගැලවී/විසි වී යනවා. එය හරියට ඔබ ටෙනිස් බෝලයක් දූවිලි සහිත පොලොවට ගසන විට, බෝලය බිම වදින තැනින් දූවිලි පිටතට විසි වෙනවා වැනි වැඩකි. වහලෙන් බිමට වතුර වැටෙන විට, එම වතුර වැටෙන තැන්වල පොලොවේ වලවල් හෑරෙන ආකාරයත් මේ වගේමයි. මෙම සංසිද්ධිය ප්‍රකාශ-විද්‍යුත් ආචරණය (photo-electric effect) යන නමින් හැඳින්වේ.

  

සටහන
ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය පළමු වරට නිවැරදිව පැහැදිලි කළ විද්‍යඥයා වන්නේ ඇල්බට් අයින්ස්ටයින්ය. ඔහු 1905දී ඔහුගේ සුප්‍රකට විශේෂ සාපක්ෂතාවාදයද සමඟ මෙම ආචරණයද ලෝකයට හෙළි කළා. අද වන විට, විද්‍යාවේ ඉතාම ගැඹුරු හා අපූරුතම කොටසක් වන ක්වන්ටම් විද්‍යාවේ එක් ආරම්භක අවස්ථාවක් වන්නේද අයින්ස්ටයින්ගේ මෙම ප්‍රකාශ-විද්‍යුත් ආචරණය පිළිබඳ පැහැදිලි කිරීමයි. එතෙක් ආලෝකය යනු තරංග ස්වභාවයක් සහිත දෙයක් බවයි පිළිගෙන තිබුණේ. එහෙත් අයින්ස්ටයින් නව අදහසක් ඉදිරිපත් කළා ආලෝකය සෑදී තිබෙන්නේ ඉතාම කුඩා අංශු විශේෂයකින් (ෆෝටෝන – photon) බව. ඉහත මා ටෙනිස් බෝල උපමාව යෙදුවෙත් ආලෝකයද ඇත්තටම එලෙසම කුඩා අංශු (බෝල) ලෙස ක්‍රියාකරන නිසාය. මේ අනුව, අයින්ස්ටයින් යනු ක්වන්ටම් විද්‍යාවේ පුරෝගාමියෙකි; එහෙත් පුදුමයට කාරණය නම්, ඔහු ක්වන්ටම් විද්‍යාව පිළිගැනීමට දැක්වූ දැඩි අකමැත්තයි (“දෙවියන් දාදු කෙළින්නේ නැත" ආදී ක්වන්ටම් විද්‍යාව විවේචනය කරන ඔහුගේ සුප්‍රකට කියමන් ඔබත් අසා ඇති).

මෙම ඉවත්වන ඉලෙක්ට්‍රෝන රැස්කර වයර් දිගේ නැවත එම ඉලෙක්ට්‍රෝන තිබූ ද්‍රව්‍ය වෙතටම ගමන් කරවීමට සැලැස්වීම තමයි සූර්යකෝෂයකින් සිදු වන්නේ. මෙලෙස ගමන් කරන ඉලෙක්ට්‍රෝන (photoelectric current) තමයි අප ප්‍රයෝජනයට ගන්නේ. මෙම ඉලෙක්ට්‍රෝන හැමවිටම ගමන් කරන්නේ එකම දිශාවට බැවින් සූර්යකෝෂවලින් ලැබෙන්නේ ඩීසී විදුලියක් බව පෙනේ. විශාල ප්‍රදේශයක් පුරා සූර්ය පැනල පිහිටුවීමෙන් විශාල විදුලියක් ලබා ගත හැකියි. උඩු ගුවනේ රඳවා තිබෙන චන්ද්‍රිකාවලට විදුලිය ලබා ගන්නා එකම ක්‍රමය මෙය වේ.

ආලෝකයේ ත්‍රීව්‍රතාව වැඩිවන විට, ලැබෙන විදුලියද වැඩි වේ. මෙම තාක්ෂණය සීඝ්‍රයෙන් දියුණු වෙමින් පවතිනවා. (සූර්ය) ආලෝකයේ ඇත්තටම විශාල ශක්තියක් ගැබ් වෙනවා. සූර්යාලෝකය තුළ රේඩියෝ තරංග, අධෝරක්ත, දෘෂ්‍යාලෝකය, පාරජම්බූල යන සියලු කිරණ පවතිනවා. මෙම සියලු කිරණ යම් යම් ප්‍රමාණවලින් පොලොව මතුපිටට ලැබෙනවා. සමහර කිරණ (විශේෂයෙන් පාරජම්බූල කිරණ) වායුගෝලයෙන් පෙරා දමනවා හා වායුගෝලයෙන් පරාවර්තනය කර (පොලොවට වැටෙන්නට නොදී) දමනවා. වායුගෝලයේ ඉහලින්ම ඇති ඕසෝන් (O₃) වායුවෙන් සැදුම්ලත් තුනී ඕසෝන් ස්ථරයෙන් මිනිසාට හා පොදුවේ ජීවින්ට අහිතකර පාරජම්බූල කිරණ පෙරා දමනවා. මිනිසාගේ අයහපත් භාවිතාවන් නිසා එම ඕසෝන් වියන තැනින් තැන විනාශ වී යෑම නිසා පිළිකා කාරක පාරජම්බූල කිරණ දැන් වැඩි වැඩියෙන් පොලව මතට පතිත වීම ඛේදවාචකයක්. විද්‍යාත්මක ගණනය කිරීම් අනුව, සූර්යා හොඳට පායා ඇති අවස්ථාවක (වලාකුලු නොමැතිව) සූර්යාගෙන් පොලොවට වැටෙන මෙම සියලු කිරණවලින් ලැබෙන ශක්තිය තත්පරයක් තුළ වර්ග මීටරයක ක්ෂේත්‍රඵලයක් සඳහා කිලෝජූල් 1ක් පමණ වේ (සමක ප්‍රදේශවල මෙම අගය තවත් වැඩි වේ).

ඒ කියන්නේ වර්ගමීටරයකට කිලෝවොට් 1ක සූර්ය ශක්තියක් පොලව මතට පතිත වේ. මෙම නියත අගය G යනුවෙන් සංඛේතවත් වන අතර, එය solar irradiance ලෙස හැඳින්වේ. මෙම ශක්ති ප්‍රමාණයෙනුත් 50% කට වැඩි ප්‍රමාණයක් අධෝරක්ත කිරණ ලෙසයි පතිත වන්නේ. 5% ක් වැනි ප්‍රමාණයක් තමයි පාරජම්බූල කිරණ ලෙස පවතින්නේ. ඉතිරි ප්‍රමාණය දෘෂ්‍යාලෝකයේ පවතින ශක්තිය වේ.

එහෙත් මෙම G අගය පොලොවේ තැනින් තැනට වෙනස් වෙන බවද මතක තබා ගන්න (මෙය පොදු දර්ශීය අගයක් පමණි). පොදුවේ ශ්‍රී ලංකාව (මුහුදුබඩ පෙදෙස්) සඳහා මෙම අගය 2kW/m² පමණ වේ. සමකයේ සිට උතුරින් හා දකුණින් ධ්‍රැව ප්‍රදේශවලට යන විට ක්‍රමයෙන් මෙම අගය අඩු වෙනවා. ඊට හේතුව, සාමාන්‍යයෙන් සූර්යා ගමන් කරන්නේ සමක ප්‍රදේශයට මුදුන් වෙමින්ය (ඒකනේ සමකාසන්න රටවල රස්නය වැඩි). එවිට සූර්යාලෝකය ඍජුවම පොලොවට වැටේ. එහෙත් සමකයෙන් ඈත් වන විට, පොලොව ගෝලාකර නිසා ඉරු එලිය එම පෙදෙස්වලට වැටෙන විට, වැඩි දුරක් වායුගෝලය (air mass - AM) හරහා ගමන් කිරීමට සිදු වේ. එවිට, වැඩි ප්‍රදේශයක් පුරාවට වැටෙන්නේ සමකාසන්න ප්‍රදේශයකදී කුඩා ප්‍රදේශයක් පුරාවට වැටුණු ආලෝක ප්‍රමාණයමයි. ඒ කියන්නේ සමකයෙන් ඈත්වන්නට වන්නට ආලෝකය "දියාරු වේ". එම පෙදෙස්වල දැඩි සීතල (හිමද සහිතව) පවතින්නේ මේ නිසාය (සූර්යාලෝකය මෙන්ම එහි ඇති රස්නයද අඩුවෙන් ලැබෙන නිසා).

  

සූර්යාලෝකය වායුගෝලයට ඇතුලු වීමට ආසන්න මොහොතේ කිසිදු වාතයක් තවමත් නැති නිසා එය air mass 0 (AM0) ලෙස සලකනවා. එම ආලෝකය ඍජුවම පොලොව මතට වැටුණ විට AM1 ලෙස සලකනවා. ඍජුව නැතිව ඇලවී ආලෝකය වැටෙන විට, වායුගෝලයේ වායු හරහා වැඩි දුරක් ගමන් කිරීමට සිදු වෙන නිසා AM අගය වැඩි වෙනවා (කෝණය වැඩි වන විට). AM1 හෙවත් 1 කෝණයේ කෝසයින් අගයෙන් බෙදූ විට, AM අගය ලැබෙනවා.

 

ඉර මුදුන් නොවී පවතින උදේ හා හවස් යාමයන්හිද මෙම අගය අඩුය. ශ්‍රී ලංකාව (හෝ ඕනෑම සමකාසන්න රටක්) සඳහා උදේ 6 සිට සවස 6 දක්වා දළ වශයෙන් පැය 12ක් පමණ සූර්යාලෝකය ලැබුණත්, මෙම පැය දොළහ තුළ සූර්යාලෝකය සැරට ලැබෙන්නේ පැය 3ක් 4ක් පමණ කාලයක් සඳහා පමණි. ඉතිං සූර්ය පැනල සවි කිරීමේදී මෙම කාරණා මතක තබා ගත යුතුයි. එනිසා දවස පුරා ලැබෙන සියලු ආලෝක මට්ටම් සැලකිල්ලට ගෙන ගණිතානුකූලව සූර්යකෝෂයට අච්චර පැය ගණනක් හොඳින් සූර්යාලෝකය ලැබෙනවා යනුවෙන් දර්ශීය අගයක් දිය හැකියි. මෙය පැය ගණන full sun hours ලෙස හැඳින්වෙනවා. උදාහරණයක් ලෙස ෆුල් සන් අවර්ස් අගය 5 නම්, ඉන් කියන්නේ එම ස්ථානයෙහි තබා ඇති සූර්යකෝෂයකින් මුලු දවසටම නිපදවන විදුලි ශක්තිය සමාන වන බව එම සූර්යකෝෂයට හොඳින් සූර්යාලෝකය පැය 5ක් ලබා දුන් විට නිපදවන ශක්ති ප්‍රමාණයට. ඒ කියන්නේ, එම ස්ථානයේ දවස පුරාම ලැබෙන සූර්යාලෝක ශක්තිය සමානයි මධ්‍යහ්න වෙලාවේ තිබෙන ඉරු ශක්තිය පැය 5ක් පායා තිබුණොතින් ඉන් ඇති වන ශක්තියට. මෙම අගය ප්‍රායෝගිකව ගණනය කරන්නේ මෙසේය. යම් තැනක සූර්යකෝෂයක් තබා, ඉන් සම්පූර්ණ දවස පුරාම ලබාගත් මුලු ශක්ති ප්‍රමාණය (kWh) බෙදන්න එම කෝෂයෙන්ම ඉතා සැරටම සූර්යාලෝකය ලැබෙන එක් පැයක් තුළ ලබාගත් ශක්ති ප්‍රමාණයෙන්. 
 

සූර්යා අහසේ මුදුන් නොවී ඇති විටද (උදේට හා හවසට), අපට (සෞම්‍ය) ආලෝක මට්ටමක් ලැබේ. මෙය විසිරිත ආලෝකය (diffused light) නම් වේ. වලාකුලු සහිත අවස්ථාවකද විසිරිත ආලෝකය ලැබේ. සාමාන්‍යයෙන් සූර්යකෝෂ විසිරිත ආලෝකය මඟින් හොඳින් ක්‍රියාත්මක නොවේ. හොඳින් ආලෝකය ඇති අවස්ථාවක නිපදවන විදුලි ප්‍රමාණයෙන් 20% ක් පමණ නිපැදවේවි විසිරිත ආලෝක මට්ටමක් යටතේ.

සෑම ද්‍රව්‍යකම පාහේ ප්‍රකාශ-විද්‍යුත් ආචරණය සිදු විය හැකියි. එහෙත් ඒ සඳහා එක් එක් ද්‍රව්‍ය මත පතිත විය යුතු විකිරණයේ සංඛ්‍යාතය වෙනස්ය. ඇත්තටම රේඩියෝ තරංග වැටීමෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉවත් වන ද්‍රව්‍යයක් තවම හමු වී නොමැත (මා දන්නා තරමින්). අධෝරක්ත, දෘෂ්‍ය ආලෝකය, හා පාරජම්බූල කිරණ වැටීමෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉවත් වන ද්‍රව්‍යය නිපදවා ඇති අතර, මේවා තමයි සූර්ය කෝෂ නිපදවීමට යොදා ගන්නේ.

දැනට පවතින සූර්යකෝෂ මඟින් මුලු සූර්ය ශක්තියෙන් (වර්ගමීටරයට කිලෝවොට් එක), 20% කට අඩු ප්‍රමාණයක් පමණයි විදුලි ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කරන්නේ. මෙය සූර්යකෝෂ කාර්යක්ෂමතාව (solar cell efficiency) ලෙස හැඳින්වේ (එනම් හොඳින් සූර්යාලෝකය තිබෙන විට ලැබෙන වර්ගමීටරයට කිලෝවොට් එකක ශක්තියෙන් කොපමණ ප්‍රමාණයක විදුලි වොට් ගණනක් කෝෂය මඟින් නිපදවිය හැකිද යන වග). මේ මොහොත වන විට, ජර්මනියේ ආයතනයක් විසින් 47% ක් පමණ කාර්යක්ෂමතාවක් සහිත කෝෂ සාර්ථකව අත්හදා බලා ඇත (මේවා වෙළඳපොලට එන්නට කාලයක් ගත වනු ඇත).

විවිධ උපක්‍රම යොදමින් මෙම කාර්යක්ෂමතාව වැඩි කිරීමට පර්යේෂණ සිදු කෙරෙමින් පවතී. ඉන් එක් ක්‍රමයක් නම්, සූර්යාලෝකයේ පවතින විවිධ සංඛ්‍යාතයන්ගේ විශාල පරාසයක් පුරාම ක්‍රියාත්මක වන ද්‍රව්‍ය නිපදවීමයි (එනම් අධෝරක්ත, දෘෂ්‍යාලෝකය, හා පාරජම්බූල යන සියලු තරංගවලින් ශක්තිය නිපදවීම). තවත් ක්‍රමයක් නම්, කාච (lens) මඟින් ආලෝකය සූර්යකෝෂය මතට සංකේන්ද්‍රණය (concentration) කිරීමයි. (මෙය "සූර්යන් ගණන" (suns) යන ඒකකයෙන් මැනේ. ඒ කියන්නේ යම් සූර්යකෝෂයක් තිබිය හැකියි 20 suns ලෙස දක්වමින්. ඉන් කියන්නේ කාච මඟින් සූර්යාලෝකය සංකේන්ද්‍ර කර තිබෙන ප්‍රමාණය කොතරම්ද යත්, එම කෝෂයට දැනෙන්නේ සූර්යන් 20ක් පායා ඇති බවයි.)

සූර්ය පැනල නිපදවන විට, එහි වියදම, යොදාගන්නා ද්‍රව්‍යවල කාර්යක්ෂමතාව, එහි බර, එහි සයිස් එක ආදී විවිධ සාධක ගණනාවක් පවතිනවා. එනිසා අච්චර සයිස් එකේ පැනලයකින් මෙච්චර ශක්තියක් නිපදවනවා යැයි එකවර කිව නොහැකියි. සූර්ය පැනලය පවතින උෂ්ණත්වයද තවත් සාධකයක්. සාමාන්‍යයෙන් උෂ්ණත්වය වැඩිවන විට, පැනලයේ කාර්යක්ෂමතාව අඩු වේ. එහෙත් එසේ නොවන පැනලද (එනම් උෂ්ණත්වයට ඔරොත්තු දෙන) නිපදවා තිබෙනවා. මෙවැනි හේතු නිසා තමන්ට ගැලපෙන පැනලය තෝරා ගැනීමට සිදු වේ.

සූර්ය පැනලයක සම්මත වොට් අගයක් (STC (Standard Test Condition) Wattage හෙවත් nameplate Wattage) සඳහන් කර තිබුණත්, ප්‍රායෝගිකව එම අගය හැමවිටම ලැබෙන්නේ නැත. එනිසා ප්‍රයෝගික තත්ව යටතේ ලබාගත හැකි අගය (PTC – Practical Test Condition) යනුවෙන් සමහර නිෂ්පාදකයන් දක්වනවා. (මෙම අගය අනිවාර්යෙන්ම STC අගයට වඩා අඩු විය යුතු බව ඔබට දැනෙනවා නේද?)

සාමාන්‍යයෙන් සූර්ය පැනල භාවිතා කරන විට, ඉන් නිපදවෙන විදුලියෙන් බැටරියක් චාජ් කෙරේ. දවල් වරුවේදී සූර්යාලෝකයෙන් නිපදවූ විදුලිය සූර්යා නැති විටත් (රෑට) භාවිතයට ගත හැක්කේ මේ නිසාය. මෙලෙස තමන් නිපදවන විදුලිය තමන්ට පමණක් ප්‍රයෝජනයට ගත හැකි වන සේ සැකසූ සූර්යකෝෂ පද්ධති (isolated systems) තමයි තවමත් ලංකවේ පවතින්නේ. එහෙත් බොහෝ රටවල සූර්යකෝෂයකින් ලැබෙන බලය බැටරියකට සම්බන්ධ නොකර කෙලින්ම භාවිතයට ගත හැකි අතර (grid-connected/interactive systems), එසේ භාවිතා කරන විට වැඩිපුර ඉතිරිවන විදුලිය විදුලිබල ආයතනයට (ලංකාවේ විදුලි බල මණ්ඩලය වැනි) ලබා දිය හැකියි (එසේ ලබාදෙන/විකුණන විදුලි ශක්තියට විදුලි ආයතනයෙන් ගෙවනවා).

සූර්ය කෝෂයකින් සේම බැටරියකින් අපට ලැබෙන්නේද ඩීසී විදුලියක්. එනිසා එය ටීවී ආදී ගෙදරදොර පාවිච්චි කරන ඒසී විදුලියෙන් ක්‍රියාත්මක වන උපකරණවලට සැපයීමට පෙර මෙම ඩීසී විදුලිය ඒසී කර ගත යුතුය. ඒ සඳහා භාවිතාවන උපකරණය inverter ලෙස හැඳින් වෙනවා (ඩීසී විදුලිය ඒසී කරන්නේ ඉන්වර්ටර් එකකින් බව ඔබ මින් පෙර ඉගෙන තිබෙනවා). මෙම ඉන්වර්ටරයෙන් පිට කළ යුත්තේ වෝල්ට් 230කින් හා හර්ට්ස් 50 කින් යුතු විදුලියක් (මොකද එම උපකරණ සාදා තිබෙන්නේ එවැනි විදුලි සැපයුමක් සමග වැඩ කිරීමටයි). සූර්යකෝෂවලට පසුව වැඩිපුරම මුදලක් වැය වන්නේ මෙම ඉන්වර්ටරයටයි. අවශ්‍යතාවේ හැටියට විවිධ වර්ගයේ ඉන්වර්ටර් ඇත.

එහෙත් ඔබ සූර්යකෝෂ එකක් හෝ කිහිපයක් ඔබේම පරිපථයකට යොදනවා නම්, ඉන්වර්ටර් අවශ්‍ය නැත (එහෙත් සූර්යකෝෂයෙන් ලැබෙන විදුලිය ස්ථාවර කිරීමට පරිපථ කොටසක් අවශ්‍ය විය හැකියි). සූර්ය ශක්තියෙන් ක්‍රියා කරන කැල්කියුලේටර් වැනි ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් උපකරණවල සිදු කර ඇත්තේ මෙයයි.

බොහෝ රටවල සූර්ය පැනල සවි කර ගැනීමට එම රටවල ආණ්ඩු විසින් දිරිමත් කරනවා. ඒ සඳහා ණය, ලීසිං පහසුකම් පවා සපයා දෙනවා. ඒ විතරක්ද නොවේ, නිවසක සවි කරන සූර්ය පැනලයකින් නිපදවන අතිරික්ත විදුලිය ඔවුන් මිල දී ගන්නවා තරමක වැඩි මුදලකට (පාරිභෝගිකයන්ට සහනයක් ලෙසයි මෙලෙස වැඩි මුදලක් ගෙවන්නේ). ශ්‍රී ලංකාව තුළ තවමත් මේ කිසිම දෙයක් සිදු වන්නේ නැති බවද කණගාටුවෙන් වුවද කිව යුතුය.

සටහන
සූර්යාලෝකය වැටීමෙන් ඉහත කී ලෙස විදුලිය නිපදවිය හැකි සේම, තවත් සංසිද්ධි සිදු විය හැකියි තවත් ද්‍රව්‍යවල. උදාහරණයක් ලෙස, යම් යම් ද්‍රව්‍ය තිබෙනවා ආලෝකය වැටෙන විට තමන්ගේ සන්නායකතාව/ප්‍රතිරෝධකතාව වෙනස් කර ගන්නා (මීට පෙර කතා කළ LDR උපාංගය තුළ තිබුණේ මෙම ගුණාංගයයි).

පීසෝ විදුලිය හා පීසෝ විද්‍යුත් ආචරණය

විදුලිය නිපදවිය හැකි තවත් ආකාරයක් නම්, පීසෝ (piezo material) ලෙස හැඳින්වෙන ද්‍රවයක් පීඩනයට ලක් කිරීමයි. එවිට, යොදන පීඩනයට සමානුපාතිකව එහි විදුලියක් හටගන්නවා. මෙය පීඩ විද්‍යුත් ආචරණය (piezo-electric effect) ලෙස හැඳින්වෙනවා. පීසෝ යන ග්‍රීක වචනයේ තේරුමත් "තෙරපුම" යන්නයි.

 

මෙලෙස සෑදෙන විදුලිය පීසෝ-විදුලිය (piezo-electricity) ලෙස හැඳින්විය හැකියි. මෙම විදුලිය සාමාන්‍යයෙන් ඒසී වේ. ඊට හේතුව, පීසෝ කැබැල්ල ඇතුලට තෙරපූ විට (compression), විදුලිය ගමන් කරන්නේ යම් දිශාවකටද, එම දිශාවට විරුද්ධ පැත්තට විදුලිය ගමන් කරනවා පීසෝ කැබැල්ල පිටතට ඇද්ද විට (tension).

විශේෂයෙන් පරිපථවල හා කුඩා උපකරණවල ප්‍රයෝජනවත් කටයුතු සඳහා මෙම විදුලිය හා පීසෝ විද්‍යුත් ආචරණය භාවිතයට ගත හැකියි. පීසෝ මයික් උදාහරණයක් ලෙස ගත හැකියි (ශබ්දය නිසා ඇතිවන ඉතා සියුම් පීඩනයකින් වුවද පීසෝ කැබැල්ලකින් විදුලියක් ඇති කරවයි).

යම් තැනක නිරන්තර චලන/පීඩන ඇති වන්නේ නම්, එවැනි ස්ථානවලින් පීසෝ විදුලිය නිපදවිය හැකියි. උදාහරණ ලෙස, ඇවිදින විට විදුලිය නිපදවෙන සපත්තු සාදා තිබෙනවා. තවද, ඇවිදීමට තනා ඇති පදිකවේදිකා (පේව්මන්ට්) වලට පීසෝ කැබැලි සවි කර ඒවා මත මිනිසුන් ඇවිදගෙන යන විට විදුලිය නිපදවිය හැකියි. මේ ආදී ලෙස පීසෝ ක්‍රමයට විදුලිය නිපදවිය හැකි තව අවස්ථා ඔබත් කල්පනා කර බලන්න. එහෙත් පීසෝවිදුලියෙන් විශාල ශක්තියක්/ජවයක් නොලැබෙන බව සිහි තබා ගන්න.

පීසෝ කැබැල්ලකින් තෙරපුමක් ලබා දී විදුලිය නිපදවීම පමණක් නොව, ඊට භාහිරින් විදුලියක් ලබා දී පීසෝ කැබැල්ලේ තෙරපුමක්ද ඇති කරගත හැකියි. ඒ කියන්නේ පීසෝ කැබැලි දෙපසටම ක්‍රියාකාරියි වේ. මෙලෙස පීසෝ කැබැල්ල මත තෙරපුමක් ඇතිවූ විට, එහි හැඩය ඉතා සුලු වශයෙන් වෙනස් වේ. ඒ කියන්නේ විදුලි ශක්තිය දැන් යාන්ත්‍රික ශක්තියක් බවට පත්ව ඇත. සාමාන්‍ය විදුලි මෝටරයට අමතරව විදුලිය යාන්ත්‍රික ශක්තියක් බවට පත් කරන තවත් ආකාරයක් ලෙස මෙය සැලකිය හැකියි. පීසෝ ස්පීකර්/බසර් හා පීසෝ ඇක්චුවේටර් ක්‍රියාකරන්නේ මෙම මූලධර්මය මතයි.

තවද, විශේෂිත පීසෝ ද්‍රව්‍ය සාදා තිබෙනවා එකවර තෙරපුමක් ලැබුණු විට, අධික වෝල්ටියතාවක් නිපදවීමට. සිගරට් ලයිටර්වල (හෝ ලිප් පත්තු කිරීමට යොදාගන්නා එවැනි ලයිටර් උපකරණවල) මෙවැනි පීසෝ කැබැලි සවි කර තිබෙනවා. එවිට, ලයිටරයේ බට්න් එක එකවර ඔබන විට, එම පීසෝ කැබැල්ල තෙරපී අධික වෝල්ටියතාවක් ඇති වේ. එම අධික වෝල්ටියතාව ගලා යන සන්නායකයේ අතරමඟ ඇති ඉතා කුඩා වාත හිඩැසක් ඇති කර ඇත. මෙම අධිවෝල්ටියතාව එම හිඩැසෙහි විදුලි පුළිඟුවක් ඇති කරයි (හරියට වාහනවල භාවිතා වන ස්පාක් ප්ලග් එක මෙන්). 

 

සෝනාර් (sonar), ultrasound scanner වැනි උපකරණවල අධිසංඛ්‍යාත ශබ්ද (ultrasounds) ඇති කිරීමට යොදා ගන්නේද පීසෝ බසර් (piezo buzzer) ලෙස හැඳින්වෙන පීසෝ උපාංග වේ (සාමාන්‍ය පරිදි සාදන ස්පීකර් මේ සඳහා එතරම් ක්‍රියාකාරි නොවේ). ඒ විතරක්ද නොවේ, එවැනි අධිසංඛ්‍යාත කම්පන ග්‍රහණය කිරීමේ සෙන්සර් ලෙසත් පීසෝ යොදා ගනී. (මතකද පෙර සඳහන් කළා, විදුලියකින් කම්පනය ඇති කිරීමට මෙන්ම කම්පනයකින් විදුලිය ඇති කිරීමටද පීසෝවලට හැකි බව?) ඉතා තුනියට සෑදිය හැකි නිසා මොබයිල් ෆෝන් වැනි කුඩාවට සාදන උපකරණවල සාමාන්‍ය ස්පීකර් වෙනුවටද මෙවැනි පීසෝ බසර් භාවිතා කෙරෙනවා (ශබ්දය එතරම් කොලිටි නොවේ). කන් ඇසීම අඩු අය කනේ පළඳින hearing aid උපාංගවලද බොහෝවිට ඇත්තේ මෙවැනි පීසෝ බසර්ය (ඉතා කුඩාවට සෑදිය හැකි වීමත්, කුඩා විදුලියකින් වැඩි ශබ්දයක් නිපදවිය හැකි වීම ඊට හේතුවයි). විවෘත කරන විට ලස්සන සංගීතයක් අසෙන පරිදි සෑදූ සුභ පැතුම්පත්වලද ශබ්දය ඇති කිරීමට තිබෙන්නේ කුඩා පීසෝ බසරයකි.

පීසෝවල ඇති තවත් වැදගත් ලක්ෂණයක් නම්, වේගවත් වීමයි. එනම් විදුලිය සැපයූ විගස පීසෝ කැබැල්ලේ වෙනස්වීම ඉතාම සීඝ්‍රයෙන් සිදු වේ. 10000g තරම් ත්වරණයක් ලබා ගත හැකි පීසෝ ඇක්චුවේටර් තනා ඇත (10000g යනු g මෙන් 10000 ගුණයක් යනුයි; g යනු පොලොව මතුපිට ඇති ගුරුත්වජ ත්වරණය (gravity) වන 9.8ms^-2 යන නියතයයි). ඒ අනුව 10000g යනු තත්පර වර්ගයට මීටර් 98000ක් තරම් අති විශාල ත්වරණයකි. ඇත්තටම මෙම වේගය දැනෙන්නේ ගමන් කරන දුර ප්‍රමාණය වැඩි වන තරමටය. ඉතා කෙටි දුරවල් සඳහා මෙම වේගය එතරම් වේගයක් නොවේ (පහත සටහන බලන්න).

සටහන  
ප්‍රවේගය හා ත්වරණය හා ඒ සම්බන්ධ තවත් න්‍යායන් ගැන පළමු පොතේ අතිරේකයේ විස්තර කෙරිණි. ත්වරණය, කාලය, හා ගමන් කළ දුර අතර පහත සූත්‍රයේ ආකාරයේ සම්බන්ධතාවක් තිබේ.

(ත්වරණය සහිතව ගමන් කළ මුලු දුර) = ½ (ත්වරණය)(කාලය)² s = ½ at²

ඒ අනුව, ඉහත පීසෝ ඇක්චුවේටරයක් 98000ක ත්වරණයක් සහිතව තත්පර එකක් තුළ ගමන් කරන මුලු දුර වන්නේ, ½ (98000)(1)² = 47,000 මීටර වේ (කිලෝමීටර් 47කි). තත්පර දෙකක් තුළ එම දුර ½ (98000)(2)² = 188,000 මීටර (188 කිලෝමීටර්) වේ.

එහෙත් පීසෝ ඇක්චුවේටර් එතරම් දුරක් ගමන් කරන්නේ නැත. ඒවා කුඩාය. ඇත්තටම ඒවා ගමන් කරන්නේ මයික්‍රොමීටර් කිහිපයක් තරමේ දුරවල්ය. ඉහත සූත්‍රය අනුවම ඔබට දැන් එවැනි පීසෝ අැක්චුවේටරයක් මයික්‍රොතත්පරයක දුරක් ගමන් කිරීමට ගත වන කාලය ගණනය කළ හැකියි.

1um (0.000001m) ක දුරක් ගමන් කිරීමට ගත වන කාලය = ((0.000001)/(0.5 x 98000))^1/2= 4.5uS

කිලෝමීටර් 47ක් යන්නට එක තත්පරයක් ගත කළ එකම (එය තත්පරයට මීටර්වලින් ගත් කළ 47000ms^-1කි), මයික්‍රොමීටර් 1ක් යෑමට මයික්‍රොතත්පර 4.5ක් (එය තත්පරයට මීටර්වලින් ගත් කළ 0.2ms^-1 කි) ගත්තේය. කුඩා දුරවල් සඳහා පීසෝවල වේගය ඉබි ගමනක් බදු බව පේනවා නේද? එහෙත් මෙම වේගය සමග අසීමාන්තික රෙසලූෂන් එකක් පැවතීම ඉතාම බලවත් වැදගත් ලක්ෂණයක්.

මීට අමතරව මයික්‍රොමීටර්, නැනෝමීටර් වැනි ඉතා කුඩා දුර ප්‍රමාණවලින් ඉතාම නිවැරදිව චලනය කිරීම් අවශ්‍ය අවස්ථාවන් (nanopositioning) උදෙසා පීසෝවලින් සැකසූ piezo actuators හා පීසෝ මෝටර් භාවිතා වේ. න්‍යායාත්මකව ඔබට අවශ්‍ය ඕනෑම කුඩා දුරක් පීසෝ ඇක්චුවේටරයකින් ලබා ගත හැකියි. ඒ කියන්නේ පීසෝ ඇක්චුවේටරයක resolution එකේ සීමා නොමැති බවයි (unlimited resolution). කිසිදු වෙනත් විදුලි මෝටරයකට මෙම හපන්කම කළ නොහැකියි.

අසීමාන්තික රෙසලූෂන් එක නිසා මෙවැනි පීසෝ ඇක්චුවේටර් භාවිතා කරන යෙදවුමු ගණනාවක් ඇත. ඉතාම සියුම් හා පරිස්සම් සහගත ශල්‍යකර්මයන් සිදු කරන ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංග, කැමරාවල ඔටෝෆෝකස් කරන කොටස, කැමරා ෂටර්වල, ෆයිබර් ඔප්ටික් කේබල් කපන (fiber cleaving) හා එම කේබල් මූට්ට් කරන (fiber splicing) උපකරණවල, ලේසර් උපයෝගි කරගන්නා විද්‍යාත්මක උපාංග, අතිප්‍රබල අන්වීක්ෂ, හා විද්‍යාත්මක උපාංග විශාල සංඛ්‍යාවක මෙවැනි පීසෝ ඇක්චුවේටර්/මෝටර් නැතිවම බැරි වී ඇත.

සාමාන්‍ය අපට නැනෝමීටරය වැනි ක්ෂුද්‍ර දුරවල් වැදගත් නොවුණත් විද්‍යාත්මක පර්යේෂණ කටයුතුවලට එය වැදගත් වේ. ලේසර් ආලෝකය ආදිය යොදාගෙන කරනු ලබන පර්යේෂණ ආදිය සිදු කරන්නේද පිටතින් ශබ්ද තරංගයක්වත් ඇතුලට නොඑන පරිසරවලයි. ඊට හේතුව එම සියුම් ශබ්ද තරංගය නිසා ඇති වන සිතාගත නොහැකි තරම් වූ කම්පනයන් නිසා නැනෝමීටර් හෝ ඊටත් අඩුවෙන් සිදුවිය හැකි දිගවල් වෙනස් වීම පවා පර්යේෂණ අවුල් කරයි. ඈත පාරක යන වාහනයක් නිසා පොලොව දිගේ පැමිණෙන එවැනිම සියුම් කම්පන පවා වැලැක්වීමට මෙවැනි ලේසර් මොඩ්‍යුල් හා කාච ආදිය තබා තිබෙන්නේ කම්පන උරා ගන්නා විශේෂිත මේස මතයි. ඉතිං එවැනි පර්යේෂණ මේසයක් මත ඇති කාචයක් සමහරවිට තිබෙන මට්ටමේ සිට නැනෝමීටරයක් උඩට එසවීමට සිදු වුවොත් මෙවැනි පීසෝ ඇක්චුවේටර් හැර කුමක් ප්‍රයෝජනයට ගන්නද?

 

එලෙසම අතිප්‍රබල අන්වීක්ෂයක් ගැන සිතා බලන්න. එවැනි අන්වීක්ෂයකින් බැක්ටීරියාවක් වුවත් යෝධයකු කර පෙන්වනවා. මෙවැනි අන්වීක්ෂවලදී බලනු ලබන ආදර්ශකය (specimen) එහාට මෙහාට කිරීමට සිදු වේ. එය කිසිසේත් අතින් කළ නොහැකි තරමේ සීරුමාරු කිරීමකි. අනිවාර්යන්ම මෙවැනි පීසෝ මෝටර්/ඇක්චුවේටර් යෙදීමට සිදු වේ.

තවද, මෙම පීසෝ ඇක්චුවේටර් චුම්භක ක්ෂේත්‍ර යොදා නොගන්නා බැවින් භාහිරින් ඇති වන චුම්භක ක්ෂේත්‍රයන්ට සංවේදී නොවේ (එනිසා භාහිර ප්‍රබල චුම්භක ක්ෂේත්‍ර පවතින ස්ථානවලට සාමාන්‍ය චුම්භක යොදා තනනු ලබන මොටර් යෙදීමට නොහැකි වන බැවින්, මෙවැනි පීසෝ මෝටර් ඊට උචිතය). තවද, මේවායේ එකිනෙකට ඇතිල්ලෙන කොටස් (ගියර් හා බෙයාරිං වැනි) නැති බැවින්, ගෙවී යෑම්ද නොමැත.

 

කෙසේ වෙතත් සෑම පීසෝ කැබැල්ලක්ම (එනිසා සෑම පීසෝ උපකරණයක්ම) ක්‍රියාත්මක වීමට උපරිම උෂ්ණත්වයක්ද (Curie temperature) ඇත. මෙම උෂ්ණත්වය ඉක්මවා ගිය විට, පීසෝවල පීසෝ ආචරණය අහෝසි වී යයි.

තාපජනක විදුලිය හා තාප විද්‍යුත් ආචරණය

විදුලිය නිපදවන තවත් ආකාරයක් නම්, එකිනෙකට වෙනස් සන්නායක දෙකක් (උදාහරණ ලෙස, තඹ හා ඇලුමිනියම්) පහත ආකාරයට සකසා ගැනීමයි. එහි එක් සන්ධියක් වැඩි උෂ්ණත්වයකද, අනෙක් සන්ධිය ඊට අඩු උෂ්ණත්වයකද තැබූ විට, සන්නායක දෙකළවර ඊට අනුරූපව යම් විදුලියක් හටගනී. උෂ්ණත්ව වෙනස විශාල වන විට, ජනනය වන විදුලිය විශාල වේ. එක් සන්ධියකට සිසිලද අනෙකට උණුසුමද දිගටම නොවෙනස්ව දුන් විට, එකම දිශාවට ඩීසී විදුලියක් හට ගනී. සිසිල-උණුසුම සන්ධි දෙකට මාරු කර ලබා දුන් විට, විදුලිය විරුද්ධ පැත්තට ගමන් කරයි.

 

මෙම සංසිද්ධිය පෙල්ටියර් හා සීබෙක් යන දෙදෙනෙකු විසින්ම වෙන වෙනම අධ්‍යනය කර වෙන වෙනම පැහැදිලි කරන ලදි. එනිසා, මෙම සංසිද්ධිය පෙල්ටියර් ආචරණය (Peltier effect) හා සීබෙක් ආචරණය (Seebeck effect) යන නම්වලින් හැඳින්වේ. පොදුවේ තාප විද්‍යුත් ආචරණය (thermo-electric effect) යනුවෙන්ද මෙය හැඳින්වේ.

ඇත්තටම ඉහත පීසෝ විදුලියේදී පැවසූ දෙයම මෙහිදීද අදාල වේ; එනම්, සන්ධි දෙකෙහි උෂ්ණත්ව වෙනසක් ඇති කළ විට, විදුලියක් හටගන්නවා සේම, මෙවැනි ඇටවුමක් හරහා යම් විදුලි ධාරාවක් ගමන් කර වූ විට, සන්ධි දෙකෙහි යම් උෂ්ණත්ව වෙනසක්ද ඇති වේ (එනම්, එක් සන්ධියක් රත් වන අතර, අනෙක් සන්ධිය සිසිල් වේ). ඇත්තටම පෙල්ටියර් අධ්‍යනය කළේ මෙයයි. සීබෙක් අධ්‍යනය කළේ අනෙකයි (එනම්, උෂ්ණත්ව වෙනසකින් විදුලිය හටගැනීම). එහෙත් අවසානයේදී මේ දෙකම එකම සංසිද්ධියක් බව තේරුම් ගත්තා. ඒ අනුව, යවන විදුලි ධාරාව විශාල වන විට, උෂ්ණත්ව වෙනසද විශාල වේ. විදුලි ධාරාවේ දිශාව වෙනස් කළ විට, පෙර උණුසුම අැති කළ සන්ධියෙන් සිසිලද, පෙර සිසිල ඇති කළ සන්ධියෙන් දැන් උණුසුමද ලැබේ.

පෙල්ටියර් ආචරණය උපයෝගී කරගෙන ශීතල ඇති කිරීම thermoelectric cooling, Peltier cooling යන නම්වලින් හැඳින් වේ. එය සිදු කිරීමට (එනම් පෙල්ටියර් ආචරණයෙන් සිසිල ඇති කිරීමට) සාදා තිබෙන උපාංගය Peltier cooler, thermoelectric cooler (TEC) යන නම්වලින් හැඳින්වේ. මේ සමගම මතක තබා ගත යුතු දෙය නම්, ඉහත කියූ ආකාරයට සිසිල ලැබෙන අතරම අනෙක් සන්ධියෙන් උණුසුමද ලැබේ (thermoelectric heating, Peltier heating). සිසිල වෙනුවට උණුසුම භාවිතාවට ගන්නේ නම්, කූලර් ලෙස ඉහත හැඳින්වූ උපාංගයම Peltier heater, thermoelectric heater යන නම්වලින්ද හැඳින්විය හැකියි. කුමක් ප්‍රයෝජනයට ගත්තත් මෙම උපාංගයම පොදුවේ thermoelectric heat pump, solid-state heat pump, Peltier device/module, thermoelectric module යන නම්වලින්ද හැඳින්වේ. පහත දැක්වෙන්නේ පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුලයකි.

එක් තැනක තිබෙන උෂ්ණත්වය තවත් තැනකට රැගෙන යෑම heat pumping ලෙස හැඳින්විය හැකියි. එවිට, උෂ්ණත්වය ඉවත්වන ස්ථානය ක්‍රමයෙන් සිසිල් වන අතර, උෂ්ණත්වය එක්රැස් වන ස්ථානය ක්‍රමයෙන් රත් වේ. පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුලයද ඒ අනුව හීට් පම්ප් එකකි.

ඇත්තටම පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල් එකක් හැමවිටම වාගේ භාවිතයට ගන්නේ සිසිල ඇති කිරීම සඳහාය (උණුසුම ඇති කිරීමට මීට වඩා ඉතා අනර්ඝ ක්‍රම පවතින නිසා). පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල් මඟින් (කුඩා) ශීතකරණද නිපදවා තිබේ. සාමාන්‍ය ශීතකරණ කම්ප්‍රෙෂර් මෝටර්, කන්ඩෙන්සර් ආදි කොටස් නිසා ශීතකරණ ප්‍රමාණයෙන් විශාල වන අතර, පෙල්ටියර් ක්‍රමයේදී මේ කිසිවක් නොමැති නිසා ඉතා කුඩාවට ශීතකරණ සෑදිය හැකියි. එහෙත් ඇත්තටම මෙම ක්‍රමයෙන් සිසිල (හා උණුසුම) ඇති කිරීමට විදුලි ශක්තිය වැඩියෙන් වැය වේ. ඒ කියන්නේ පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල් ඉතා අකාර්යක්ෂම උපාංගයකි.

පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල් විදුලිමය වශයෙන් අකාර්යක්ෂම බව ඉහත සඳහන් කෙරිණි. ඉන් කියන්නේ සිසිලක් ඇති කිරීමට අවශ්‍ය විට, පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුලකට වඩා ඒසී හෝ ෆ්‍රිජ් එකක් යෙදීමෙන් විදුලිය ඉතිරි කර ගත හැකි බවයි. එහෙත් ඒසී හෝ ශීතකරණ හෝ එම තාක්ෂණය යෙදිය හැක්කේ තරමක විශාල තැන් සඳහායි. අත්ල මත තබා ගත හැකි තරමේ ෆ්‍රිජ් දක්නට නැත්තේ ඒකයි. එහෙත් අත්ල මත තබා ගත හැකි තරමේ කුඩා ෆ්‍රිජ් පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල්වලින් සෑදිය හැකියි. තවද, ඒසී/ෆ්‍රිජ් චලනයන්ට ඔරොත්තු නොදේ. ඒ කියන්නේ ප්ලේන් එකක, වාහනයක හෝ කැරකෙන, ගැස්සෙන තැන්වලට කම්ප්‍රෙෂර් මෝටර් අඩංගු සාමාන්‍ය ඒසී/ෆ්‍රිජ් යෙදිය නොහැකි වුවත් පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල්වලට එය කිසිදු ප්‍රශ්නයක් නොවේ. තවද, පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල් බරින්ද ඉතා අඩුයි සාමාන්‍ය ඒසී/ෆ්‍රිජ්වලට වඩා. ඉතිං මෙවැනි විශේෂිත අවස්ථාවලදී පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල් හොඳින් ගැලපෙනවා ඒවා විදුලිමය වශයෙන් අකාර්යක්ෂම වුවත්.

පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුලයකින් කරන්නේ තාපය පොම්ප කිරීම බව ඔබ දැන් දන්නවා. සිසිල හෝ තාපය ඊට සපයන විදුලිය විසින් අමුතුවෙන් නිපදවන්නේ නැත. එනිසා, අච්චර විදුලි ශක්ති ප්‍රමාණයකට මෙච්චර තාපයක්/සිසිලක් නිපදවයි යනුවෙන් පැවසිය නොහැකියි. එනිසා සාමාන්‍යයෙන් කාර්යක්ෂමතාව යන සංකල්පය පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල්වලට යොදන්නේ නැත. මොකද එය විදුලි ශක්තියක් ලබා ගත්තත්, ඉන් (අපට අවශ්‍ය හා මනිනු ලබන) තවත් ශක්තියක් බවට පරිවර්තනය කරන්නේ නැත. මෙය පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුලවලට පමණක් නොව, ඕනෑම හීට් පම්ප් උපාංගයකටම පොදු ලක්ෂණයකි.

එනිසා, කාර්යක්ෂමතාව වෙනුවට කාර්යසාධන සංගුණකය (Coefficient of Performance – COP) යන සාධකයි අප යොදා ගන්නේ හීට් පම්ප් ගැන කතා කිරීමේදී. මීට හේතුව ඔබ දැන් භාගෙට දනී. හේතුවෙන් ඉතිරි භාගය මෙයයි. හීට් පම්ප් එකක් කරන්නේ තාපය එක් තැනකින් තවත් තැනකට ප්‍රවාහනය කිරීමයි. ඊට තාපය විවිධ ප්‍රමාණවලින් ප්‍රවාහණය කළ හැකියි. උදාහරණයක් ලෙස පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුලයට යම් අවස්ථාවක සපයන විදුලි ශක්තිය වොට් 10ක් යැයි සිතන්න. මෙවිට, එය විසින් වොට් 20ක පමණ තාප ශක්තියක් එක් පැත්තක සිට තවත් පැත්තකට හුවමාa කර තිබෙනවා යැයිද සිතන්න. බැලූ බැල්මට මෙය සිදු විය නොහැකියි යැයි කෙනෙකුට සිතෙනු ඇත. ලබා දුන් ශක්තිය/ජවයට වඩා කොහොමද වැඩිපුර ශක්තියක්/ජවයක් ඇති කළේ යනුවෙන් ප්‍රශ්න කළ හැකියි. එම තර්කය නිවැරදි වන්නේ හීට් පම්ප් එක විසින් තමන්ට ලබා දුන් වොට් 10 ශක්තියෙන් වොට් 20 ශක්තිය නිපද වූවා නම් පමණි. එහෙත් මෙහිදී වොට් 20 තාපය නිපදවපු එකක් නොවේ. තවත් තැනක තිබුණු දෙයක් වෙනත් තැනකට ගෙනත් දැමීමක් පමණි. එසේ තාපය රැගෙන යාමට තමයි හීට් පම්ප් එක ශක්තිය වැය කළේ. එය ප්‍රවාහනය කිරීමේ ශක්තියයි. මෙම ප්‍රවාහනය කිරීමේ ශක්තිය තමයි අනිවාර්යෙන්ම ඉන්පුට් කළ ශක්තියට සමාන (හෝ ඊට අඩු) විය යුත්තේ. එහෙත් හීට් පම්ප් එකේ ප්‍රවාහනයට වැය වූ ශක්තියක් ගැන අප සඳහන් කළේ හෝ කරන්නේ නැත. මෙය සරල උපමාවකින් පැහැදිලි කළ හැකියි. ලොරියක් ගැන සිතන්න. එය එක් තැනක සිට තවත් තැනකට බඩු රැගෙන යාමට රුපියල් 100ක් වැය වෙනවා යැයි සිතන්න. දැන් එම ලොරියේ පෙට්ටි තුළ ගබඩා කර මං රුපියල් කෝටිය 100ක් යවනවා. මෙම කෝටි 100 අර ප්‍රවාහනයට වැය වූ රුපියල් 100න් බිහිවූවක් නොවෙයි නේද? ප්‍රවාහනයට වැය වූ තෙල් ආදිය තමයි අර 100න් ආවරණව වූයේ. ඒ අනුව cop යන්නෙන් කියන්නේ හීට් පම්ප් එකට ලබා දෙන වොට් එකකින් කොපමණ තාප ශක්තියක් ප්‍රවාහණය කළාද යන්නයි.

පේල්ටියර් මොඩ්‍යුල් සාමාන්‍යයෙන් සාදන්නේ අර්ධ සන්නායක වලින්ය (ඩයෝඩ, ට්‍රාන්සිස්ටර් සාදන්නේද අර්ධ සන්නායකවලින්ය). පෙල්ටියර් ආචරණයට අවශ්‍ය කරන වෙනස් සන්නායක දෙක ලෙස p වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයකුත් n වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයකුත් යොදා ගන්නවා. අපට අවශ්‍ය අවශ්‍ය විදියට මාත්‍රණය වෙනස් කිරීමෙන් සන්නායකතාව වෙනස් කර ගැනීමේ හා පහසුවෙන් ඉක්මනින් මෙවැනි උපාංග සෑදීමේ හැකියාව යන ප්‍රායෝගික කරුණු නිසයි මෙලෙස අර්ධ සන්නායක යොදා ගන්නේ.

  

ඉහත (දකුණු පැත්තේ රූපයේ) ආකාරයේ අර්ධ සන්නායක කැබැලි දෙකකින් සාදා ගන්නා කුඩා කොටසක් couple එකක් යනුවෙන් හැඳින් වෙනවා. මෙවැනි කපල් විශාල ගණනක් ශ්‍රේණිගතව සම්බන්ධ කිරීමෙන් තමයි විශාල (වැඩි තාප ප්‍රමාණයක් පම්ප් කළ හැකි) පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල් සාදන්නේ (වම් පැත්තේ රූපය).

ඉහත කියූ ලෙසට විශාල මොඩ්‍යුල් සෑදුවත් එහිද ප්‍රායෝගික සීමාවක් ඇත. එනම් අපට ඕන ඕන තරම් විශාලව ඒවා සෑදීම උචිත නොවේ. ඊට හේතුව මෙයයි. මොඩ්‍යුලයේ එක් පැත්තක් ගොඩක් සිසිල් වන අතර අනෙක් පැත්ත ගොඩක් රත් වේ. ඕනෑම දෙයක් සිසිල් වීමේදී සංකෝචනය වන බවද, රත් වීමේදී ප්‍රසාරණය වන බවද ඔබ දන්නවා. ඉතිං කපල් ගණන වැඩි වන්නට වන්නට (එනම් මොඩ්‍යුලය විශාල වන විට) ප්‍රසාරණ/සංකෝචන බලපෑම ඒ අනුව වැඩි වේ. එවිට, මොඩ්‍යුලයේ p, n සන්ධි ඇඹරී යයි; බුරුල් වී යයි. මෙය වැලැක්වීමට තමයි මෙම ඇඹරීම ප්‍රශ්නයක් ඇති නොවන මට්ටමට පවත්වාගෙන යා හැකි තරමේ ප්‍රමාණයට පමණක් උපරිම තාපයක් නිපදවෙනු පිණිස මොඩ්‍යුල කුඩාවට සාදන්නට උනන්දු වන්නේ.

පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුලයේ ඇති කප්ල් ගණන් වැඩි වන විට හා මොඩ්‍යුලය හරහා යවන ධාරාව වැඩි කරන විට, පම්ප් කරන තාප ප්‍රමාණය වැඩි වේ. තවද, සිසිල් පැත්තේ හා උණුසුම් පැත්තේ පවතින උෂ්ණත්ව වෙනස වැඩි වන විටත්, තාපය වැඩි වැඩියෙන් ප්‍රවාහනය වේ.

ඉහත කියූ ලෙස, ක්‍රමයෙන් ධාරාව වැඩි කරගෙන යන විට, වැඩි වැඩියෙන් තාපය ප්‍රවාහනය විය යුතුය. එහෙත් මෙහිදී තවත් සිදුවීමක් වේ. එනම් ජූල් තාපන සංසිද්ධියයි. ධාරාව ක්‍රමයෙන් වැඩි කරනවා යනු ජූල් තාපනය නිසා සන්නායක කොටස් විසින් වැඩි වැඩියෙන් තාපය අමුතුවෙන් ජනනය වන්නට පටන් ගැනීමයි. මෙවිට සිදු වන්නේ තාපය පම්ප් වීමක් නොවේ, සපයන ධාරාව විසින් තාපය ජනනය වීමකි. එක අතකින් ඉන් කියන්නේ සපයන විදුලි ශක්තියෙන් කොටසක් අපතේ යන බව හා අනෙක් පැත්තෙන් නැති උණුසුමක් අමුතුවෙන් ඇති වෙන බවකි. මෙය පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුලයේ ක්‍රියාකාරිත්වය ආපස්සට හරවයි. මින් අදහස් කෙරෙන්නේ මොඩ්‍යුලයට මෙම ජූල් තාපන ක්‍රියාවලිය කරදරයක් නොවන මට්ටමට පවත්වා ගෙන යෑමට තරම් ප්‍රමාණවත් ධාරාවක් යැවිය යුතු බවයි. ඒ කියන්නේ යැවිය හැකි උපරිම ධාරාවක් (I_max) ඇත.

Imax ප්‍රමාණය යවන විට, මොඩ්‍යුලය විසින් පම්ප් කරන තාප ප්‍රමාණය Qmax ලෙස සංඛේතවත් කෙරේ. ඒ අනුව Qmax යනු මොඩ්‍යුලය පම්ප් කරන උපරිම තාප ප්‍රමාණයයි. තවද, මෙම උපරිම තාප ප්‍රමාණය ප්‍රවාහනය කරන මොහොතේ (එනම් උපරිම ධාරාව යන මොහොතේ) මොඩ්‍යුලයේ අග්‍ර දෙක දෙපස පවතින විභවය Vmax වේ. තවද, මොඩ්‍යුලය භාවිතා කළ හැකි උපරිම උෂ්ණත්වයක්ද ඇත. ඊට වඩා වැඩි උෂ්ණත්වයක් සහිතව යෙදූවොත් මොඩ්‍යුලය ක්‍රමයෙන් විනාශ වේ.

ලෝකයේ බල ශක්ති නිෂ්පාදනයේදී හා පරිභෝජනයේදී 50% කට වැඩියෙන් තාපය ජනනය වේ. ඉන්ධන වලින් දුවන සෑම එන්ජිමකින්ම (Internal Combustion Engine - ICE) 50% කට වැඩිය නිපදවන්නේ තාපයයි (ඒ කියන්නේ ඔබේ වාහනයට දමන තෙල්වලින් අනිවාර්යෙන්ම භාගයකට වැඩිය අපතේ යයි; ඇත්තටම වාහන එන්ජින් සැලකූ විට, ඔබේ වාහනය කොතරම් නවීන එකක් වුවත්, ඔබ දමන තෙල්වලින් 15% කටත් වඩා අඩුවෙන් තමයි වාහයන දුවන්නට උදව් වන්නේ; අනෙක් සියල්ල අපතේ යයි; මෙයම කොතරම් අපරාධයක්දැයි කියා බලන්න). මෙම තාපය හැමවිටම වාගේ අපතේ යයි. එක අතකින් මෙය පරිසරය අතිශය දූෂනය කිරීමක්. ආර්ථික පැත්තෙන් ගත් කළද විශාල නාස්තියක්. එනිසා මෙවැනි අපතේ යන තාපයෙන් ප්‍රයෝජනවත් විදුලියක් නිපදවිය හැකි ක්‍රමයක් නේද මෙම පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුල්? දැනටමත් වාහන එන්ජින්වලින් නිපදවෙන එවැනි තාපයෙන් විදුලිය නිපදවීමට දැනටමත් වාහන නිෂ්පාදකයන් සලකා බලමින් සිටිනවා. ඔබ අවට ඉබේ පවතින හෝ අපතේ යන හෝ තාපයන් පවතින ස්ථාන ගැන සිතා බලන්න.

පෙල්ටියර් ආචරණය යොදා ගන්නා තවත් අතිවිශේෂ අවස්ථාවක් තමයි අභ්‍යවකාශ ගමන්. විශේෂයෙන් සූර්යාගෙන් ඈතට යවන යානාවලට සූර්යපැනල යොදන්නට බැරි වෙනවා මොකද ඈතට යන විට විදුලියක් නිපදවීමට තරම් සූර්යාලෝකයක් නැති නිසා. උදාහරණයක් ලෙස පොලොව සිට සූර්යාට ඇති දුර (දළ වශයෙන් කිලෝමීටර් මිලියන් 150ක්; මෙය නක්ෂත්‍ර ඒකක 1ක් ලෙස අර්ථ දැක්වේ) මෙන් දස ගුණයක් හෙවත් නක්ෂත්‍ර ඒකක 10 ක් ඈතට ගිය විට (එනම් ආසන්න වශයෙන් සෙනසුරු ග්‍රහයා සිටින දුර), සූර්යාලෝකය එම දුරෙහි වර්ගයෙන් හෙවත් සියගුණයකින් අඩු වේ. ඒ කියන්නේ සෙනසුරු ග්‍රහයා සිටින වැනි දුරකදී පොලොවට ලැබෙන සූර්යාලෝකය මෙන් සියයෙන් එක් පංගුවක් පමණයි ලැබෙන්නේ. මෙවැනි අවස්ථාවලදී න්‍යෂ්ඨික ශක්තිය සමග පෙල්ටියර් ආචරණය හවුලේ යොදා ගන්නවා. එහිදී ප්ලූටෝනියම්- 238 වැනි න්‍යෂ්ඨික ද්‍රව්‍යයක් (radioisotope) යම් කුඩා කුටීරයක් තබනවා. ඉන් නිකුත් වන විකිරණ (විශේෂයෙන් ඇල්ෆා විකිරණ; බීටා විකිරණත් යොදා ගත හැකියි) නිසා එම කුටීරය රත් වෙනවා. මෙම තාපය පෙල්ටියර් මොඩ්‍යුලවලට ලබා දී යානයේ පරිපථවලට අවශ්‍ය විදුලිය නිපදවා ගන්නවා. සාමාන්‍යයෙන් මෙවැනි විකිරණශීලී ද්‍රව්‍යයක් අවුරුදු දසකයක් සිට ශතක කිහිපයක් දක්වා අඛණ්ඩව බලය/තාපය සැපයිය හැකියි (යොදා ගන්නා විකිරණශීලි ද්‍රව්‍යය අනුව; එනම් යොදාගන්නා ද්‍රව්‍යයේ අර්ධ ජීව කාලය (half lifetime) අනුව). මෙම ක්‍රමවේදය Radioisotope Thermoelectric Generator (RTG, RITEG) ලෙස හැඳින් වෙනවා. දැනට මෙම ක්‍රමයෙන් අභ්‍යවකාශ යානා ගණනාවක්ම යවා තිබෙනවා. ඇත්තටම මෙම ක්‍රමය අභ්‍යවකාශ යානා සඳහා පමණක් නොව, නිතර නිතර යෑමට අපහසු එහෙත් බොහෝ දිගු කාලයක් පුරාවට අඛණ්ඩ විදුලි ශක්තියක් ලබා දිය යුතු තැන්වලටද යොදා ගන්නවා.

සටහන

විකිරණ

විකිරණ (radiation) යනුද විශාල ශක්ති ප්‍රභවයක්. මේ ගැන අතිවිශාල කරුණු කාරණා ඇති මුත්, ඉතා කෙටියෙන් පමණක් මෙහි විස්තර කෙරේ. එහි ප්‍රයෝජන මෙන්ම අහිතකර තත්වයන් පවතී. විකිරණ වර්ග ප්‍රධාන ලෙස 4ක් ඇත.

1. ඇල්ෆා විකිරණ (Alpha radiation) - යම් පරමාණුවක න්‍යෂ්ඨියෙන් ඇල්ෆා අංශු පිටකරන විට ඊට ඇල්ෆා විකිරණ ලෙස කියනවා. ඇල්ෆා විකිරණ යනු හීලියම් පරමාණු න්‍යෂ්ඨි වේ. එනම්, ප්‍රෝටෝන 2ක් හා නියුට්‍රෝන 2ක් එහි ඇත. විශාලතම අංශු සහිත විකිරණ වර්ගය මෙය වේ. තුනී කඩදාසියකින් වුවත් මෙවැනි ඇල්ෆා විකිරණ නතර කළ හැකිය මොකද මෙම අංශු එතරම් විශාලය. විශාල හා බර වැඩි නිසාම අනෙක් විකිරණ තරම් වේගවත්ද නොවේ. සමේ වැදීමෙන්ද මේවා නවතී. එනිසා ශරීරයට පිටතින් මෙම විකිරණයට නිරාවරණය වුවත්, වැඩි අවදානමක් නැත. එහෙත් ඇල්ෆා විකිරණ පිටකරන යමක් ශරීරය තුලට ගියොත් එය විසින් ශරීරය තුළ අතිදැවැන්ත විනාශයක් ඇති කළ හැකියි (අවයව පටක වලට හානි කරමින්).

2. බීටා විකිරණ (Beta radiation) - පරමාණුවක න්‍යෂ්ඨියෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන පිට කරන විට, ඊට බීටා විකිරණ යැයි කියනවා. (සරල විද්‍යා දැනුමක් තිබෙන අය අසාවි කොහොමද න්‍යෂ්ඨියක් තුළ ඉලෙක්ට්‍රෝන තිබෙන්නේ මොකද න්‍යෂ්ඨියක් තුළ තිබෙන්නේ ප්‍රෝටෝන හා නියුට්‍රෝන පමණක් යැයි උගන්වන නිසා. එහෙත් ගැඹුරු වඩා නිවැරදි (particle physics) විද්‍යාව අනුවයි මෙය පැහැදිලි කළ හැක්කේ. එහෙත් සරලව නියුට්‍රෝන = ප්‍රෝටෝන + ඉලෙක්ට්‍රෝන ලෙස සැලකිය හැකියි. එවිට න්‍යෂ්ඨියේ තිබෙන නියුට්‍රෝනයක් තමයි ප්‍රෝටෝන+ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගලයක් බවට පත්ව, එසේ අලුතින් න්‍යෂ්ඨිය තුළ ජනිත වූ ඉලෙක්ට්‍රෝනය තමයි බීටා විකිරණ ලෙස ඉවතට යන්නේ මොකද න්‍යෂ්ඨිය තුළ ඉලෙක්ට්‍රෝනවලට රැඳී සිටීමට නොහැකි නිසා.) ඇල්ෆා අංශුවකට වඩා කෝටි ප්‍රකෝටි ගාණකින් බීටා අංශුව ඉතා කුඩාය. එනිසා පහසුවෙන් ද්‍රව්‍ය හරහා බීටා කිරණ ගමන් කළ හැකියි. එනිසා ශරීරය තුළ මෙන්ම පිට සිටද බීටා විකිරණවලට හානි කළ හැකියි.

න්‍යෂ්ඨියෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන මෙන්ම ප්‍රතිඉලෙක්ට්‍රෝන (anti-electron) හෙවත් පොසිට්‍රෝන (positron) නම් අංශු වර්ගයක්ද පිට කළ හැකි අතර, ඊටද සාමාන්‍යයෙන් බීටා විකිරණ කියාම පවසනවා. ඊට හේතුව පොසිට්‍රෝන යනු ආරෝපණය යන ගුණය හැර අනෙක් හැම අතින්ම ඉලෙක්ට්‍රෝනයට සමාන අංශු විශේෂයකි. මෙයම පොසිට්‍රෝන විකිරණ හෝ බීටා-ප්ලස් විකිරණ කියාද හැඳින්වෙනවා. (ප්‍රෝට්‍රෝන = නියුට්‍රෝන+පොසිට්‍රෝන ලෙස සිතුවොත් මෙයත් පෙර සේම සරලව තේරුම්ගත හැකිය.)

 

3. ගැමා විකිරණ (Gamma radiation) - පරමාණුවක න්‍යෂ්ඨියේ සිට පිටවන විද්‍යුත් චුම්භක තරංගයකි. ඇල්ෆා, බීටා මෙන් අංශු ලෙස මෙය සැලකීම සුදුසු නැත (එහෙත් particle physics අනුව නම්, සෑම දෙයක්ම අංශු ලෙස සලකන නිසා ගැමා කිරණ සෑදෙන්නේ අධිශක්ති ෆෝටෝන නම් අංශුවලින් බව සැලකිය හැකියි; එය වෙනමම කතන්දරයකි). ගැමා යනු රේඩියෝ තරංග, ආලෝකය, එක්ස් කිරණ මෙන්ම විද්‍යුත් චුම්භක තරංග විශේෂයකි. මේවායේ අතිවිශාල ශක්තියක් ඇත. විකිරණවලින් භයානකම වර්ගය මෙයයි මොකද අනෙක් දෙවර්ගයටම වඩා ගණකම් ද්‍රව්‍ය හරහා වුවද මේවා ගමන් කරනවා. කෘෂි නිෂ්පාදන වන්ධ්‍යාකරන (sterilization) කිරීමට මෙම ගැමා විකිරණ බහුලවම භාවිතා වෙනවා. මෑතකදී ලංකාව තුළද මෙවැනි ගැමා කිරණ වන්ධ්‍යාකරණ මධ්‍යස්ථානයක් ආරම්භ කළා.

 

ගැමා විකිරණ යනුවෙන් සාමාන්‍යයෙන් හැඳින් නොවූවත් x-ray යනුද ඇත්තටම ගැමා විකිරණ විශේෂයක් ලෙස සැලකිය හැකියි. සාමාන්‍යයෙන් අප ගැමා කිරණ ලෙස හඳුන්වන්නේ සංඛ්‍යාතය ඉතාම ඉහළ විද්‍යුත්චුම්භක කිරණ වන අතර, එක්ස්රේ යනු එතරම් අධිසංඛ්‍යාතයක් නොවන විද්‍යුත්චුම්භක කිරණයි. 

එක්ස් කිරණ සේම, පාරජම්බූල කිරණද ඉතා අඩු ශක්ති (එනම් අඩු සංඛ්‍යාත) ගැමා විකිරණයක් සේ සැලකිය හැකියි. ඕනෑම විද්‍යුත් චුම්භකයක ශක්තිය මැනීමට තිබෙන්නේ පහත දැක්වෙන සරල සූත්‍රය වේ. (මෙම සූත්‍රය අනුව, සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විට, විද්‍යුත් චුම්භක තරංගයක ශක්තිය වැඩි වන බව පේනවා නේද?)

E = hf

මෙහි E යනු (ජූල් වලින්) ශක්තිය වන අතර, f යනු සලකා බලන විද්‍යුත් චුම්භක තරංගයේ සංඛ්‍යාතය වන අතර, h යනු 6.625x10^-34 යන අගය සහිත ප්ලාන්ක් නියතය වේ. ඉහත සූත්‍රයට ඕනෑම විද්‍යුත් චුම්භක තරංගයක (රේඩියෝ තරංග, අධෝරක්ත, දෘෂ්‍ය, පාරජම්බූල, එක්ස් කිරණ, ගැමා) සංඛ්‍යාතය ආදේශ කළ විට, එම සංඛ්‍යාතය සහිත එක් තරංගයක හෙවත් එක් ෆෝටෝනයක ශක්තිය ලැබේ.

4. නියුට්‍රෝන විකිරණ (Neutron radiation) - න්‍යෂ්ඨියකින් නියුට්‍රෝන පිටකරන විට මේ නමින් හැඳින්වේ.

විකිරණ වේගයෙන් (ගැමා යනු ඇත්තටම විද්‍යුත් චුම්භක තරංග බැවින් ගැමා කිරණ හැමවිටම ආලෝකයේ වේගයෙන්ම) ගමන් කරනවා. එනිසා ඒවා විවිධ ද්‍රව්‍ය මත ගැටුණු විට, එම ද්‍රව්‍ය සෑදී තිබෙන පරමාණුවලින් ඉලෙක්ට්‍රෝන ගලවා දැමීමට ඊට හැකියි. එය හරියට ඔබ ගලකින් බිත්තියකට ගහනවා වගේ. එවිට ගලේ සැරට බිත්තියට ගල වදින තැනින් කෑලි කැඩී යනවා නේද? මේකම තමයි විකිරණවලිනුත් සිදු වූයේ. පරමාණුවලින් ඉලෙක්ට්‍රෝන ගලවා දැමීම අයණීකරණය (ionization) ලෙසයි හැඳින්වෙන්නේ (පරමාණුවකින් ඉලෙක්ට්‍රෝන ගැලවී ගිය විට, එය ධන අයනයක් ලෙසද, එම ඉලෙක්ට්‍රෝන තවත් පරමාණුවක් විසින් ග්‍රහණය කළ විට ඊට ඍණ අයන යැයිද පවසන බව ඔබ දන්නවා).

මෙවැනි අයණීකරණයක් ශරීරයේ අවයව හා පටකවල ඇතිවන විට පිලිකා හා වෙනත් රෝග ඇති වෙනවා. විකිරණවලින් ශරීරයේ පිලිකා ආදිය ඇති කරන්නේ එලෙසයි. බැක්ටීරියා ආදී ක්ෂුද්‍ර ජීවින්ගේ ශරීර තුළ මෙය සිදුවන විට, උන්ගේ ප්‍රජනනය කිරීමේ හැකියාව නැති වෙනවා මෙන්ම උන් විනාශ වීද යනවා. එනිසයි ගැමා කිරණ යොදාගෙන පළතුරු එලවලු ආදිය වන්ධ්‍යාකරණය (gamma radiation sterilization) කරන්නේ.

විකිරණ වැඩි වැඩියෙන් යමක වදින විට එතැන රත්වීමක් සිදු වේ. මෙන්න මෙම රත්වීම තමයි ඉහත RITEG හි ප්‍රයෝජනයට ගත්තේ. මෙම විකිරණ නිසා ඇති වන රත් වීමම තමයි න්‍යෂ්ඨික බලාගාරවල ප්‍රයෝජනයට ගන්නෙත් විදුලිය ජනනය කිරීමට.

විකිරණ පිට කරන ද්‍රව්‍ය විකිරණශීලි ද්‍රව්‍ය (radioactive material) ලෙස හැඳින්වෙනවා. ප්ලූටෝනියම්, යුරේනියම්, සීසියම්, වැනි මූලද්‍රව්‍යවල සමස්ථානික ගණනාවක්ම තිබෙනවා මෙම හැකියාව තිබෙන. ඒවා radioisotope ලෙසයි හැඳින්වෙන්නේ (විකිරණශීලි ද්‍රවය යනුද මීටම යොදන පොදු නමයි).

යම් විකිරණශීලි ද්‍රව්‍යයක් ගත්විට එය කිසිදු භාහිර බලපෑමකින් තොරව නිරායාසයෙන්මයි මෙම විකිරණ පිට කරන්නේ. ඉන් සිදු වන්නේ ශක්තිය පිට කිරීමක්. ඒ කියන්නේ විකිරණ පිට කරමින් විකිරණශීලි ද්‍රව්‍ය සිදු කරන්නේ තමන්ගේ ශක්තිය අඩු කර ගැනීමයි. මෙම ක්‍රියාවලියත් සමගම විකිරණශීලි ද්‍රව්‍යත් කාලයත් සමක ක්ෂය වෙනවා. ඊට හේතුව විකිරණ පිට කරන විට, පරමාණුවේ න්‍යෂ්ඨියේ තිබෙන ප්‍රෝටෝන ගණන වෙනස් වීමයි. ප්‍රෝටෝන ගණන වෙනස් වීම යනු වෙනත් මූලද්‍රව්‍ය පරමාණුවක් බවට පරිවර්තනය වීමක් (උදාහරණයක් ලෙස හයිඩ්‍රජන් යනු න්‍යෂ්ඨියේ ප්‍රෝටෝන 1ක් තිබීම වන අතර, න්‍යෂ්ඨියේ ප්‍රෝටෝ 2ක් වූ විට, එය තවදුරටත් හයිඩ්‍රජන් නොව හීලියම් වේ).

ඉතිං, යම් විකිරණශීලි ද්‍රව්‍යයක් ග්‍රෑම් 100ක් ගත් විට, යම් කාලයකට පසුව ඉහත කියූ ලෙසම එම මූලද්‍රව්‍ය වෙනත් මූලද්‍රව්‍යයක් බවට පත්වන නිසා, මුලින් තිබූ මූලද්‍රව්‍ය ක්ෂය වී ගියා සේ සිතිය හැකියි. මෙලෙස විකිරණය නිසා යම් විකිරණශීලි ද්‍රව්‍යයක් තිබූ ස්කන්ධයෙන් හරි අඩක් වීමට ගත වන කාලය අර්ධ ආයු කාලය (half lifetime) ලෙසයි හැඳින්වෙන්නේ. සමහර විකිරණශීලි ද්‍රව්‍ය තත්පර කිහිපයක අර්ධ ආයු කාලයක් තිබෙන අතර, තවත් ඒවායේ අර්ධ ආයු කාලය අවුරුදු කෝටි ගණනක් වේ. උදාහරණයක් ලෙස ප්ලූටෝනියම්-238 හි අර්ධ ආයු කාලය අවුරුදු 87.8ක් පමණ වේ (ඒ කියන්නේ මේ දැන් එම ද්‍රව්‍ය ග්‍රෑම් 10ක් මා සතුව ඇත්නම්, අවුරුදු 87.8කදී මා සතුව තිබෙනු ඇත්තේ ඉන් ග්‍රෑම් 5ක් පමණි).

යම් රේඩියෝඅයිසොටෝප් එකකින් ඉහත සඳහන් කළ ඕනෑම රේඩියේෂන් ක්‍රමයකින් තත්පරයට නිකුත් කරන අංශු ප්‍රමාණය මඟින් එම ද්‍රව්‍යයේ විකිරණශීලිතාව මැනිය හැකියි. තත්පරයට නිකුත් කරන විකිරණ අංශු ප්‍රමාණය බෙකරල් (Becquerel - Bq) නම් සම්මත (SI) ඒකකයෙන් මැනේ. සම්මත නොවන ඒකකයක්ද පවතිනවා කියුරි (Curie - Ci) නමින් (1 Ci = 3.7x10¹⁰ Bq). දළ වශයෙන් පිරිසිදු රේඩියම් ග්‍රෑම් එකකින් කියුරි 1ක විකිරණශීලිතාවක් ඇත (කියුරි ඒකකය අර්ථ දක්වා ඇත්තේ මෙම රේඩියම් ඇසුරින් බව පෙනේ).

ඉහත බෙකරල් (හෝ කියුරි) ඒකකයෙන් පෙන්වා දෙන්නේ විකිරණශීලි ද්‍රව්‍යයේ ක්‍රියාශීලිභාවයයි. එහෙත් විකිරණවලින් ශරීරයකට සිදුවන බලපෑම ඉන් ඍජුව කිව නොහැකියි. ඉහත කුමන හෝ වර්ගයක විකිරණයක් මිනිස් ශරීරයට වදින විට, ඉන් යම් අයණීකරණයක් සිදුවන බව ඔබ දන්නවා. මෙයම විකිරණ විසින් ශරීරයේ යම් ශක්තියක් ගබඩා කිරීමක් ලෙසද දැකිය හැකියි. මෙලෙස වැඩි වැඩියෙන් ශක්තියක් පටක තුළ ගබඩා වෙනවා යනු භයානක කම වැඩි වීමකි. මෙලෙස විකිරණයන් නිසා පටක කිලෝග්‍රෑම් එකක් තුළ ගබඩා කරන ශක්තිය (ජූල් වලින්) යන්න ග්‍රේ (Gray - Gy) නම් සම්මත ඒකකයෙන් මැනේ (පටක කිලෝග්‍රෑම් එකක විකිරණය නිසා උරාගත් ශක්තිය ජූල් එකක් = ග්‍රේ 1කි). සම්මත නොවන ඒකකයක්ද පවතිනවා රැඩ් (rad – radiation absorbed dose) යනුවෙන් (1 Gy = 100 rad). මේ අනුව මෙම ඒකකයෙන් සලකා බලන්නේ විකිරණශීලිතාව නොව, එම විකිරණය නිසා ශරීරයේ ගබඩා වන ශක්ති ප්‍රමාණයයි (යම් විකිරණයක් ඇඟේ වැදුනත්, එය ශරීරය විසින් අවශෝෂණය කර ගත්තේ නැතිනම් මෙම ගණනය කිරීම තුළට එය ඇතුලු වන්නේ නැත).

ඉහත ග්‍රේ (හෝ රැඩ්) විසින් විකිරණයේ ස්වභාවය නොසලකා ඉන් ශරීරයට අවශෝෂ කරගත ශක්ති ප්‍රමාණය පමණයි දැක්වූයේ. එහෙත් විවිධ විකිරණ ශරීරයේ විවිධ ස්ථානවලට එල්ල කරන බලපෑම වෙනස්ය (අවශෝෂණය කරන ශක්තිය සමාන වූ විට පවා). එනිසා, මෙම සාධක සලකා බලා අවසාන වශයෙන් එක් එක් විකිරණය විසින් ශරීරයට ජීව විද්‍යාත්මකවත් එල්ල කරන බලපෑම මැනීමට තවත් සම්මත ඒකකයක් හඳුන්වා දී තිබෙනවා සීවර්ට් (Sievert - Sv) නමින්. එහිම සම්මත නොවන ඒකකයක් පවතිනවා රෙම් (Rem – Roentgen equivalent man) නමින් (1 Sv = 100 Rem). මෙහිදී සිදු කරන්නේ ඉහත ග්‍රේ ඒකකය එ් ඒ විකිරණ වර්ගයට හිමි යම් අගයකින් (පර්යේෂණාත්මකව තීරණය කරපු නියත අගයන්ය මේවා) වැඩි කිරීමයි. උදාහරණයක් ලෙස ඉහතදී ග්‍රේ 1ක් ලෙස මැන ගත් විකිරණය ඇල්ෆා නම්, ඇල්ෆාට නියමිත නියත අගය වන 20න් ගුණ කළ විට ලැබෙන්නේ 20x1 = 20 Sievert වේ. මේ අනුව ජීව විද්‍යාත්මකව වැදගත් වන ඒකකය සීවර්ට් වේ.

කෘත්‍රිමව පමණක් නොව ස්වාභාවිකවත් විකිරණයට අප හැම තත්පරයකදීම නිරාවරණය වෙනවා. සූර්යාගේ සිට හා අභ්‍යවකාශයෙ සිට එන කොස්මික් කිරණ (cosmic rays) හා පොලොවේ හැමතැනම සියුම්ව විහිදී තිබෙන විකිරණශීලි මූලද්‍රව්‍ය විසින් නිකුත් කරන විකිරණ පවතී. මේ ආකාරයට ඇතිවන විකිරණය පසුබිම් විකිරණය (background radiation) ලෙස හැඳින්වෙන අතර, දළ වශයෙන් එය වසරකට මිලිසීවර්ට් 1 සිට 10 දක්වා පමණ වේ. පොලොවේ තැනින් තැනට මෙම අගය වෙනස් වේ. සියලු ශාක හා සත්වයන් පොලොව මත හටගත් අවස්ථාවේ සිට මෙම පසුබිම් විකිරණයට මුහුණ දී තිබෙන නිසා, සාමාන්‍යයෙන් මෙම ප්‍රමාණයේ විකිරණයකට ඔරොත්තු දිය හැකි විදියට පරිනාමය වී ඇත.

 

ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් (electronics) ...