এই ব্লগ পোস্টটি সাইক্লোট্রন এবং তেজস্ক্রিয় আইসোটোপের মাধ্যমে নিউক্লিয়ার পদার্থবিদ্যা - পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের অধ্যয়ন - কে রেডিয়েশন থেরাপি এবং পিইটি স্ক্যানের মতো আধুনিক চিকিৎসা প্রযুক্তিতে পরিচালিত করার নীতি এবং প্রয়োগগুলি পরীক্ষা করে।

কেন পারমাণবিক পদার্থবিদ্যা চিকিৎসা ও পরীক্ষামূলক বিজ্ঞানের দিকে পরিচালিত করেছিল?

পারমাণবিক পদার্থবিদ্যা হল পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের অধ্যয়ন। তবে, অনেকেই পারমাণবিক পদার্থবিদ্যাকে কেবল পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রে ঘটে যাওয়া পারমাণবিক বিভাজনের ঘটনা নিয়ে কাজ করার ক্ষেত্র হিসেবে দেখেন। এই ধারণার বিপরীতে, পারমাণবিক পদার্থবিদ্যা গবেষণার সময় উৎপন্ন বিভিন্ন উপজাত পদার্থবিদ্যা রসায়ন বা পদার্থবিদ্যার অন্যান্য ক্ষেত্রে পূর্বে অসম্ভব পরীক্ষা-নিরীক্ষাকে সক্ষম করে তোলে এবং চিকিৎসা ক্ষেত্রেও এর ব্যবহারিক মূল্য রয়েছে।

সাইক্লোট্রন: শুধু একটি সরল কণা ত্বরক?

উদাহরণস্বরূপ, সাইক্লোট্রন বিবেচনা করুন, এটি নিউক্লিয়ার পদার্থবিদ্যার পরীক্ষার জন্য তৈরি একটি অ্যাক্সিলারেটর। সাইক্লোট্রন হল একটি কণা অ্যাক্সিলারেটর যা কণাগুলিকে বৃত্তাকার গতিতে প্ররোচিত করে। কাঠামোগতভাবে, এটি একটি তুলনামূলকভাবে সহজ ডিভাইস যা তামার প্লেট দিয়ে তৈরি দুটি D-আকৃতির ভ্যাকুয়াম চেম্বার নিয়ে গঠিত। এই ডিভাইসটি চার্জিত কণার প্রবাহকে ত্বরান্বিত করতে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি বিকল্প কারেন্ট ভোল্টেজ ব্যবহার করে।
সাইক্লোট্রনের কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যগুলিকে বিস্তৃতভাবে দুটি প্রধান বৈশিষ্ট্যে ভাগ করা যেতে পারে। প্রথম বৈশিষ্ট্য হল, প্রচলিত রৈখিক কণা ত্বরণকারীর বিপরীতে, সাইক্লোট্রন হল একটি বৃত্তাকার কণা ত্বরণকারী যার দুটি D-আকৃতির অর্ধবৃত্তাকার প্লেট পৃথকভাবে অবস্থিত। দ্বিতীয় বৈশিষ্ট্য হল সাইক্লোট্রনের মধ্যে, কণাগুলি অর্ধবৃত্তাকার প্লেটগুলির একটির মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় প্রতিবার বিকল্প ভোল্টেজের ফ্রিকোয়েন্সির দিক পরিবর্তন হয়। কণা প্রবাহকে ত্বরান্বিত করার জন্য, ভ্যাকুয়াম চেম্বারের ভিতরে দুটি অর্ধবৃত্তাকার ধাতব ইলেকট্রোডের মধ্যে বিকল্প ভোল্টেজ প্রবাহিত হয়। এই অর্ধবৃত্তাকার প্লেটগুলিকে একটি নির্দিষ্ট ব্যবধানে পৃথক করা হয় যাতে এই স্থানের কেন্দ্রে প্রবেশ করা কণাগুলি অবাধে চলাচলের জন্য জায়গা পায়। অর্ধবৃত্তাকার প্লেটগুলি একটি তড়িৎচৌম্বকের খুঁটির মধ্যে অবস্থিত যা ইলেক্ট্রোড প্লেটের লম্বভাবে একটি তড়িৎচৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে। ফলস্বরূপ চৌম্বক ক্ষেত্র কণাগুলির গতিপথগুলিকে তাদের গতির দিকের সাথে লম্বভাবে কাজ করার কারণে একটি বৃত্তাকার আকারে বাঁকিয়ে দেয়। তদুপরি, প্রতিবার কণাগুলি অর্ধবৃত্তাকার প্লেটের মধ্যবর্তী ফাঁক দিয়ে যাওয়ার সময়, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ফ্রিকোয়েন্সির দিক পরিবর্তন হয়। এই পরিবর্তন নিশ্চিত করে যে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রটি কণার বেগ ত্বরান্বিত করার জন্য যথাযথভাবে অভিমুখী। ফলস্বরূপ, বৈদ্যুতিক বলের প্রভাবে কণাগুলি ক্রমশ বৃহত্তর ব্যাসার্ধের বৃত্তাকার কক্ষপথ অনুসরণ করতে পরিচালিত হয়।
এই পদ্ধতিতে ত্বরান্বিত কণাগুলি সাইক্লোট্রন থেকে বেরিয়ে আসার পর পরীক্ষা-নিরীক্ষায় ব্যবহার করা যেতে পারে, যেমন বিভিন্ন পদার্থের সাথে তাদের সংঘর্ষ করা বা নতুন কণার সৃষ্টি পর্যবেক্ষণ করার জন্য পারমাণবিক বিক্রিয়া প্ররোচিত করা। তবে, সাইক্লোট্রনে উৎপন্ন কণাগুলি কেবল সাধারণ পরীক্ষার জন্যই নয় বরং চিকিৎসা ক্ষেত্রেও গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। অন্য কথায়, সাইক্লোট্রন থেকে নির্গত আয়ন রশ্মি ক্যান্সার চিকিৎসার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যা সাধারণত বিকিরণ থেরাপি নামে পরিচিত চিকিৎসা প্রযুক্তির মূল নীতির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। ক্যান্সার কোষের ডিএনএ ধ্বংস করার জন্য সাইক্লোট্রনে আলোর গতির প্রায় 60 শতাংশ ত্বরান্বিত প্রোটন দিয়ে রোগীর টিউমার সাইটকে বিকিরণ করার পদ্ধতি প্রচলিত বিকিরণ থেরাপির তুলনায় শরীরের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় সুস্থ টিস্যুর উপর প্রভাব কমিয়ে আনার সুবিধা প্রদান করে। তদুপরি, চিকিৎসা প্রক্রিয়া তুলনামূলকভাবে দ্রুত এবং রোগীর জন্য কম অস্বস্তি সৃষ্টি করে, যা আরেকটি উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য। সুতরাং, পারমাণবিক পদার্থবিদ্যার প্রয়োগ দেখায় যে এটি বিদ্যুৎ উৎপাদনের সীমিত ক্ষেত্রে সীমাবদ্ধ নয় বরং বিভিন্ন অঞ্চলে প্রসারিত হতে পারে।

চিকিৎসা প্রযুক্তিতে নিউক্লিয়ার পদার্থবিদ্যা

পারমাণবিক পদার্থবিদ্যা পরীক্ষায় সাধারণত ব্যবহৃত তেজস্ক্রিয় আইসোটোপগুলি চিকিৎসা প্রযুক্তিতেও সক্রিয়ভাবে ব্যবহৃত হয়। উদ্ভাবনী চিকিৎসা যন্ত্র তৈরি করা হয়েছে যা মানবদেহের অভ্যন্তরীণ কার্যকারিতা সম্পর্কে আরও বিস্তারিত তথ্য পেতে তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ ব্যবহার করে। প্রচলিত এক্স-রে ইমেজিং, কম্পিউটেড টোমোগ্রাফি (CT) এবং ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স ইমেজিং (MRI) এর বাইরে, পজিট্রন এমিশন টোমোগ্রাফি (PET) নামক একটি প্রযুক্তি আবির্ভূত হয়েছে যা মস্তিষ্কের কার্যকরী কার্যকলাপ নিজেই কল্পনা করতে পারে। PET হল এমন একটি যন্ত্র যা মস্তিষ্কের বিভিন্ন অঞ্চলের ছবি পেতে তেজস্ক্রিয় আইসোটোপযুক্ত পদার্থ ব্যবহার করে। PET ছবি সংগ্রহের পিছনে নীতিটি শারীরবৃত্তীয় ঘটনাটি ব্যবহার করে যে সক্রিয় মস্তিষ্কের অঞ্চলে গ্লুকোজ বিপাক বৃদ্ধি পায়, যার ফলে রক্ত ​​প্রবাহে অনুরূপ বৃদ্ধি ঘটে। এই প্রক্রিয়ায়, প্রায় দুই মিনিটের অত্যন্ত স্বল্প অর্ধ-জীবনের একটি আইসোটোপ ধারণকারী জলের অণুগুলি রক্ত ​​প্রবাহের পরিবর্তন পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়। পরীক্ষাটি নির্দিষ্ট উদ্দীপনা ছাড়াই মস্তিষ্কের প্রতিক্রিয়াকে টমোগ্রাফিক ইমেজিং পদ্ধতি ব্যবহার করে উদ্দীপনা প্রয়োগ করার সময় তার সক্রিয়করণ অবস্থার সাথে তুলনা করে। এই উদাহরণগুলি স্পষ্টভাবে দেখায় যে পারমাণবিক পদার্থবিদ্যা অন্যান্য একাডেমিক ক্ষেত্রের অগ্রগতিতে কীভাবে ইতিবাচক প্রভাব ফেলতে পারে।

নিউক্লিয়ার পদার্থবিদ্যার প্রযোজ্যতা

পারমাণবিক বিভাজন বিক্রিয়ার মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপাদনের প্রযুক্তি এবং সাইক্লোট্রন নামক কণা ত্বরণকারীর চিকিৎসা প্রয়োগ উভয়ই পারমাণবিক নিউক্লিয়াস অনুসন্ধানের সময় আবিষ্কৃত বৈজ্ঞানিক নীতি প্রয়োগের ফলাফল। এই অর্থে, পারমাণবিক পদার্থবিদ্যা কেবল কণার বৈশিষ্ট্য ব্যাখ্যা করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে এমন একটি শাখা নয়; এটি এমন একটি ক্ষেত্র যা গবেষণার সময় সঞ্চিত জ্ঞানের উপর ভিত্তি করে অন্যান্য একাডেমিক শাখার অগ্রগতিকে চালিত করে। উপসংহারে, পারমাণবিক পদার্থবিদ্যাকে একটি বহুমুখী শাখা হিসাবে সংক্ষেপিত করা যেতে পারে যা কেবল পারমাণবিক নিউক্লিয়াস অন্বেষণ করে না বরং বিভিন্ন ক্ষেত্রে এই প্রক্রিয়ায় প্রকাশিত নীতিগুলি প্রয়োগ করে সামগ্রিকভাবে বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির অগ্রগতিতে অবদান রাখে।