পদার্থ ও বিকিরণের দ্বৈত সত্তা

ধাতব পরিবাহীর পরমাণুগুলিতে সর্ববহিঃস্থ কক্ষের যোজ্যতাহীন ইলেকট্রনগুলি সমগ্র কেলাস ল্যাটিসের মধ্যে অবাধে বিচরণ করতে পারে। এদের মুক্ত ইলেকট্রন (Free Electrons) বলা হয়। তবে ধাতুপৃষ্ঠ থেকে কোনো ইলেকট্রন বাইরে বের হতে চাইলে পৃষ্ঠের ধনাত্মক আয়নগুলির আকর্ষণজনিত একটি স্থিতবৈদ্যুতিক বিভব প্রাচীর (Surface Potential Barrier) তাকে ভেতরে টেনে রাখে। ধাতুপৃষ্ঠের এই বাধা অতিক্রম করে কোনো একটি ইলেকট্রনকে ধাতু থেকে মুক্ত করতে যে ন্যূনতম শক্তির প্রয়োজন হয়, তাকে ঐ ধাতুর কার্য-অপেক্ষক (Work Function, Φ₀ বা W₀) বলে।

কার্য-অপেক্ষক ধাতুর নিজস্ব ভৌত প্রকৃতি ও পৃষ্ঠতলের বিশুদ্ধতার ওপর নির্ভরশীল এবং এর প্রচলিত একক হলো ইলেকট্রন-ভোল্ট (eV) (যেখানে ১ eV = ১.৬০২ × ১০⁻¹⁹ J)। বিশুদ্ধ ধাতুগুলির মধ্যে সিজিয়ামের কার্য-অপেক্ষক সবচেয়ে কম (Φ₀ ≈ ২.১৪ eV), যার ফলে এটি অত্যন্ত আলোক-সংবেদনশীল; পক্ষান্তরে প্ল্যাটিনামের কার্য-অপেক্ষক সর্বাধিক (Φ₀ ≈ ৫.৬৫ eV)।

বাহ্যিক শক্তির যোগানের প্রকৃতির ওপর ভিত্তি করে ধাতুপৃষ্ঠ থেকে ইলেকট্রন নিঃসরণ প্রধানত চার প্রকারে সম্পন্ন হয়:

• তাপীয় নিঃসরণ (Thermionic Emission): ধাতুকে অতিরিক্ত উত্তপ্ত করলে মুক্ত ইলেকট্রনগুলি তাপীয় গতিশক্তি লাভ করে। যখন এই তাপশক্তি কার্য-অপেক্ষককে অতিক্রম করে, তখন ধাতুপৃষ্ঠ থেকে ইলেকট্রন বাষ্পীভূত বা নির্গত হয় (যেমন: ভ্যাকুয়াম টিউব, ক্যাথোড রশ্মি নল ও এক্স-রে নলের ফিলামেন্ট)।
• ক্ষেত্র নিঃসরণ (Field Emission / Cold Cathode Emission): ধাতুপৃষ্ঠে অতিতীব্র বাহ্যিক তড়িৎক্ষেত্র (সাধারণত ~ ১০⁸ V/m) প্রয়োগ করলে পৃষ্ঠের বিভব প্রাচীর সংকুচিত হয় এবং কোয়ান্টাম টানেলিং প্রক্রিয়ায় ইলেকট্রন মুক্ত হয়ে আসে (ফিল্ড-এমিশন ইলেকট্রন অণুবীক্ষণ যন্ত্রে ব্যবহৃত)।
• আলোকতড়িৎ নিঃসরণ (Photoelectric Emission): কোনো ধাতুপৃষ্ঠে উপযুক্ত উচ্চ কম্পাঙ্কের বা স্বল্প তরঙ্গদৈর্ঘ্যের তড়িচ্চুম্বকীয় বিকিরণ (যেমন অতিবেগুনি রশ্মি বা দৃশ্যমান আলো) আপতিত হলে ফোটন শক্তি শোষিত হয়ে তাৎক্ষণিকভাবে ইলেকট্রন মুক্ত হয়। এই ইলেকট্রনগুলিকে আলোক-ইলেকট্রন (Photoelectrons) বলা হয়।
• গৌণ নিঃসরণ (Secondary Emission): উচ্চ বেগসম্পন্ন প্রাথমিক ইলেকট্রনের আঘাত ধাতুপৃষ্ঠে ঘটলে তাদের গতিশক্তির বিনিময়ে পৃষ্ঠ থেকে অতিরিক্ত ইলেকট্রন ছিটকে বেরিয়ে আসে (যেমন: ফটোমাল্টিপ্লায়ার টিউব)।

১৮৮৭ সালে হাইনরিশ হার্টজ (Heinrich Hertz) তড়িচ্চুম্বকীয় তরঙ্গের অস্তিত্ব প্রমাণের সময় লক্ষ্য করেন যে, স্পার্ক-গ্যাপ তড়িৎদ্বারে আর্স বাতি থেকে অতিবেগুনি রশ্মি ফেললে উচ্চ বিভবের স্ফুলিঙ্গ অনেক সহজে উৎপন্ন হয়। ১৮৮৮ সালে ভিলহেল্ম হলওয়াক্স (Wilhelm Hallwachs) স্বর্ণপত্র তড়িৎবীক্ষণ যন্ত্রের সাথে যুক্ত একটি পরিষ্কার দস্তা (Zinc) পাত নিয়ে পরীক্ষা করেন। তিনি দেখেন যে ঋণাত্মক আধানে আহিত দস্তা পাতে UV রশ্মি ফেললে তার আধান দ্রুত অপসারিত হয়, কিন্তু অনাহিত পাতে UV ফেললে তা ধনাত্মক আধানে আহিত হয় এবং আগে থেকেই ধনাত্মক আহিত পাতের কোনো পরিবর্তন হয় না।

১৮৯৯–১৯০২ সালে ফিলিপ লেনার্ড (Philipp Lenard) শূন্য নলের সাহায্যে সুনির্দিষ্ট পরীক্ষা পরিচালনা করেন। তিনি প্রমাণ করেন যে নির্গত কণাগুলি আসলে ঋণাত্মক আধানযুক্ত ইলেকট্রন, যাদের আধান ও ভরের অনুপাত (e/m) জে. জে. থমসনের আবিষ্কৃত ইলেকট্রনের হুবহু সমান। লেনার্ড আরও আবিষ্কার করেন যে নির্গত ইলেকট্রনগুলির সর্বোচ্চ গতিশক্তি আপতিত আলোর কম্পাঙ্কের ওপর নির্ভরশীল কিন্তু আলোর তীব্রতার ওপর সম্পূর্ণ স্বাধীন—যা সমকালীন চিরায়ত পদার্থবিদ্যার বিজ্ঞানীদের হতবাক করে দেয়।

ল্যাবরেটরির মান্য ব্যবস্থায় একটি বায়ুশূন্য কোয়ার্টজ কাচের নল থাকে, যার মধ্যে দুটি তড়িৎদ্বার উপস্থিত: একটি আলোক-সংবেদনশীল ক্যাথোড বা নিঃসারক পাত C এবং অপরটি সংগ্রাহক অ্যানোড পাত A। কোয়ার্টজ জানালার মধ্য দিয়ে একবর্ণী অতিবেগুনি বা দৃশ্যমান আলো ক্যাথোডে আপতিত হয়। একটি কমিউটেটর ও ভোল্টেজ বিভাজকের সাহায্যে অ্যানোড ও ক্যাথোডের মধ্যে বিভবপ্রভেদকে ধনাত্মক ত্বরণকারী বিভব থেকে ঋণাত্মক মন্দনকারী বিভব পর্যন্ত ইচ্ছামতো পরিবর্তন করা যায় এবং একটি সংবেদনশীল মাইক্রোঅ্যামিটার আলোকতড়িৎ প্রবাহ I_photo পরিমাপ করে।

1. তীব্রতা ও আলোকতড়িৎ প্রবাহের সমানুপাতিকতা সূত্র: নির্দিষ্ট আলোক-সংবেদনশীল ধাতু ও সূচনা কম্পাঙ্কের ঊর্ধ্বের নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কের (ν > ν₀) আপতিত আলোর ক্ষেত্রে আলোকতড়িৎ প্রবাহ আপতিত আলোর তীব্রতার সরাসরি সমানুপাতিক:
   আলোকতড়িৎ প্রবাহ (I_photo) ∝ আপতিত আলোর তীব্রতা (প্রতি সেকেন্ডে আপতিত ফোটন সংখ্যা)
2. সম্পৃক্ত প্রবাহ ও নিবৃত্তি বিভবের অস্তিত্ব: অ্যানোডের ধনাত্মক বিভব বাড়ালে আলোকতড়িৎ প্রবাহ বৃদ্ধি পেয়ে একটি নির্দিষ্ট সর্বোচ্চ মানে স্থির হয়, যাকে সম্পৃক্ত প্রবাহ (Saturation Current) বলে। অ্যানোড বিভব ঋণাত্মক করলে তড়িৎপ্রবাহ হ্রাস পায়। একটি নির্দিষ্ট ঋণাত্মক অ্যানোড বিভব -V₀-তে সবচেয়ে দ্রুতগামী ইলেকট্রনটিও বাধাপ্রাপ্ত হয় এবং আলোকতড়িৎ প্রবাহ সম্পূর্ণ শূন্যে নেমে আসে। এই ঋণাত্মক বিভবকে নিবৃত্তি বিভব (Stopping Potential বা Cut-Off Potential, V₀) বলে:
   K_max = ১/২ m v_max² = e V₀
   সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ পর্যবেক্ষণ হলো: নিবৃত্তি বিভব আপতিত আলোর তীব্রতার ওপর বিন্দুমাত্র নির্ভর করে না! তীব্রতা বাড়ালে সম্পৃক্ত প্রবাহ বৃদ্ধি পায়, কিন্তু নিবৃত্তি বিভব অপরিবর্তিত থাকে।
3. কম্পাঙ্কের প্রভাব ও সূচনা কম্পাঙ্ক (ν₀): নির্দিষ্ট ধাতুর ক্ষেত্রে আপতিত আলোর কম্পাঙ্ক বাড়ালে নিবৃত্তি বিভব (অর্থাৎ ইলেকট্রনের সর্বোচ্চ গতিশক্তি K_max) রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায়। প্রতিটি ধাতুর জন্য একটি নির্দিষ্ট ন্যূনতম কম্পাঙ্ক ν₀ থাকে, যার নিচে আলো যতই তীব্র হোক না কেন, কোনো আলোকতড়িৎ নিঃসরণ ঘটে না। এই ন্যূনতম কম্পাঙ্ককে সূচনা কম্পাঙ্ক (Threshold Frequency) বা সংশ্লিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে সূচনা তরঙ্গদৈর্ঘ্য (λ₀ = c / ν₀) বলে।
4. নিঃসরণের তাৎক্ষণিক প্রকৃতি: ধাতুপৃষ্ঠে আলো আপতিত হওয়ার সাথে সাথেই কোনো পরিমাপযোগ্য সময়কাল বিলম্ব ছাড়াই (পরীক্ষালব্ধভাবে ১০⁻⁹ সেকেন্ড বা ১ ন্যানোসেকেন্ডের কম) ইলেকট্রন নিঃসরণ ঘটে, এমনকি আলো অত্যন্ত ক্ষীণ হলেও।

১৯০৫ সালে অ্যালবার্ট আইনস্টাইন আলোর কোয়ান্টাম তত্ত্ব উপস্থাপন করে আলোকতড়িৎ ক্রিয়ার চমৎকার ব্যাখ্যা দেন (যার জন্য ১৯২১ সালে তিনি পদার্থবিদ্যায় নোবেল পুরস্কার লাভ করেন)। আইনস্টাইনের মতে, আলোক শক্তি কোনো অবিচ্ছিন্ন তরঙ্গ নয়; এটি শক্তির কতগুলি স্থানীয় বিচ্ছিন্ন প্যাকেটের সমষ্টি হিসেবে শূন্যস্থানে c দ্রুতিতে সঞ্চালিত হয়। এই শক্তি প্যাকেটগুলিকে ফোটন (Photon) বলা হয়।

• প্রতিটি ফোটনের নির্দিষ্ট শক্তি: E = h ν = (h c) / λ, যেখানে h = ৬.৬২৬ × ১০⁻³⁴ J·s (প্লাঙ্কের ধ্রুবক)।
• একটি ফোটনের আপেক্ষিক ভরবেগ: p = E / c = (h ν) / c = h / λ।
• ফোটনের স্থির ভর (Rest mass) বিশুদ্ধ শূন্য: m₀ = 0।
• ফোটন তড়িৎ-নিরপেক্ষ; কোনো তড়িৎক্ষেত্র বা চৌম্বকক্ষেত্র দ্বারা এটি বিচ্যুত হয় না।
• ইলেকট্রনের সাথে ফোটনের সংঘাত একটি আদর্শ স্থিতিস্থাপক সংঘাত (Elastic Collision), যেখানে মোট শক্তি এবং মোট রৈখিক ভরবেগ উভয়ই সংরক্ষিত থাকে। তবে সংঘাতে ফোটন শোষিত হতে পারে বলে ফোটন সংখ্যা সংরক্ষিত নাও হতে পারে।

ধাতুর একটি ইলেকট্রন যখন একটি আপতিত ফোটনকে শোষণ করে, তখন সে সম্পূর্ণ h ν শক্তি একবারে গ্রহণ করে। শক্তির সংরক্ষণ সূত্র অনুযায়ী, শোষিত এই শক্তি দুটি অংশে ব্যয়িত হয়:

1. শক্তির একটি অংশ ধাতব পৃষ্ঠের বিভব প্রাচীর অতিক্রম করতে ব্যয় হয়, যা ধাতুর কার্য-অপেক্ষক Φ₀ = h ν₀।
2. অবশিষ্ট শক্তি নির্গত ইলেকট্রনের সর্বোচ্চ গতিশক্তি (K_max) হিসেবে প্রকাশিত হয়।

সুতরাং, আইনস্টাইনের মাস্টার আলোকতড়িৎ সমীকরণটি হলো:

যেহেতু K_max = e V₀, সমীকরণটিকে নিবৃত্তি বিভবের আকারে লিখলে পাই:

১৯১৬ সালে রবার্ট এ. মিলিকান (Robert A. Millikan) সোডিয়াম ও পটাসিয়ামের ন্যায় ক্ষারীয় ধাতুর ওপর অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট পরীক্ষা সম্পন্ন করে আইনস্টাইনের সমীকরণটি অভ্রান্তভাবে প্রমাণ করেন। V₀ বনাম ν লেখচিত্র অঙ্কন করলে এটি y = m x + c আকারের একটি সরলরেখা নির্দেশ করে:

• লেখচিত্রের নতি (Slope): Slope = h / e = একটি সার্বজনীন ধ্রুবক। ধাতুর প্রকৃতির ওপর এই নতি নির্ভর করে না; যেকোনো ধাতুর জন্য V₀ - ν লেখচিত্র সর্বদা সমান্তরাল সরলরেখা হয়। এই নতি এবং ইলেকট্রনের আধান e ব্যবহার করে প্লাঙ্কের ধ্রুবক h-এর অত্যন্ত নির্ভুল মান নির্ধারিত হয়।
• কম্পাঙ্ক অক্ষে ছেদিতাংশ: যেখানে সরলরেখাটি অনুভূমিক কম্পাঙ্ক অক্ষকে ছেদ করে (V₀ = 0), সেই বিন্দুটি ধাতুর সূচনা কম্পাঙ্ক ν₀ নির্দেশ করে।
• উল্লম্ব অক্ষের ঋণাত্মক ছেদিতাংশ: সরলরেখাটিকে পেছনের দিকে বর্ধিত করলে ঋণাত্মক বিভব অক্ষে ছেদিতাংশ হয় - (Φ₀ / e), যেখান থেকে সরাসরি ধাতুর কার্য-অপেক্ষক নির্ণয় করা যায়।

১৯২৪ সালে ফরাসি পদার্থবিদ লুই দ্য ব্রগলি (Louis de Broglie) প্রকৃতির অন্তর্নিহিত প্রতিসাম্যের (Symmetry of Nature) ওপর ভিত্তি করে এক বৈপ্লবিক প্রকল্প উপস্থাপন করেন। মহাবিশ্বের দুটি প্রধান উপাদান হলো পদার্থ ও বিকিরণ। যদি বিকিরণের (আলোর) তরঙ্গ ও কণা উভয় সত্তাই থাকতে পারে, তবে প্রতিসাম্য অনুযায়ী স্বাভাবিকভাবেই পদার্থের বস্তুকণারও (যেমন ইলেকট্রন, প্রোটন) তরঙ্গধর্ম থাকা আবশ্যক।

দ্য ব্রগলির প্রকল্প অনুযায়ী, p ভরবেগবিশিষ্ট যেকোনো গতিশীল কণার সাথে একটি তরঙ্গ জড়িত থাকে, যাকে পদার্থ তরঙ্গ (Matter Wave) বা দ্য ব্রগলি তরঙ্গ বলে। এই তরঙ্গের তরঙ্গদৈর্ঘ্য:

যদি m ভরের কণার গতিশক্তি K হয়, তবে p = √(2 m K), সুতরাং:

একটি q আধানযুক্ত কণা যদি V বিভবপ্রভেদের মধ্য দিয়ে ত্বরান্বিত হয়, তবে তার অর্জিত গতিশক্তি K = q V। অতএব কণার দ্য ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য:

ইলেকট্রনের ক্ষেত্রে ব্যবহারিক সূত্র: ইলেকট্রনের ভর m_e = ৯.১১ × ১০⁻³¹ kg, আধান e = ১.৬০২ × ১০⁻¹⁹ C, এবং h = ৬.৬২৬ × ১০⁻³⁴ J·s প্রতিস্থাপন করলে পাই:

উদাহরণস্বরূপ, মাত্র ১০০ V বিভবে ত্বরান্বিত ইলেকট্রনের তরঙ্গদৈর্ঘ্য দাঁড়ায় λ = ১২.২৭ / √১০০ = ১.২২৭ Å, যা এক্স-রশ্মির তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সমমানের এবং স্ফটিক ল্যাটিসের দূরত্বের সাথে তুলনীয়!

পরম তাপমাত্রা T কেলভিনে তাপীয় ভারসাম্যে থাকা একটি নিউট্রনের গড় তাপীয় গতিশক্তি হলো K = (৩/২) k_B T (যেখানে k_B = ১.৩৮ × ১০⁻²³ J/K হলো বোল্টজম্যান ধ্রুবক)। সুতরাং তাপীয় নিউট্রনের তরঙ্গদৈর্ঘ্য:

সাধারণ ঘরের তাপমাত্রায় (৩০০ K) তাপীয় নিউট্রনের তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রায় ০.৪৬ Å, যা স্ফটিক পদার্থের অভ্যন্তরে অপবর্তন ঘটানোর জন্য আদর্শ।

চিরায়ত বা স্থূল বস্তুর ক্ষেত্রে (যেমন একটি ০.১৫ kg ভরের ক্রিকেট বল ৩০ m/s বেগে গতিশীল হলে) ভরবেগ অনেক বেশি হওয়ায় দ্য ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য দাঁড়ায় λ ≈ ১.৪৭ × ১০⁻³৪ m। এই মান পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের ব্যাসার্ধের (১০⁻¹⁵ m) চেয়েও বহুগুণ ক্ষুদ্র। দৈনন্দিন জীবনে এমন কোনো অপবর্তন গ্রেটিং বা ফাঁক তৈরি সম্ভব নয় যার ব্যবধান এত ক্ষুদ্র হতে পারে। তাই বৃহদাকার বস্তুর ক্ষেত্রে তরঙ্গরূপ সম্পূর্ণ অদৃশ্য থাকে এবং শুধুমাত্র কণার রূপই দৃশ্যমান হয়। কিন্তু ইলেকট্রনের মতো অতিসূক্ষ্ম কণার ক্ষেত্রে তরঙ্গদৈর্ঘ্য ল্যাটিস ব্যবধানের কাছাকাছি হওয়ায় তরঙ্গধর্ম প্রত্যক্ষভাবে ধরা পড়ে।

১৯২৭ সালে আমেরিকান পদার্থবিদ ক্লিনটন ডেভিসন (Clinton Davisson) এবং লেস্টার জার্মার (Lester Germer) দ্য ব্রগলির পদার্থ তরঙ্গ প্রকল্পের প্রথম প্রত্যক্ষ পরীক্ষামূলক প্রমাণ সম্পন্ন করেন। এই পরীক্ষার প্রধান উপাদানগুলি হলো:

• ইলেকট্রন গান (Electron Gun): একটি টাংস্টেন ফিলামেন্ট F নিম্ন বিভবের ব্যাটারি দিয়ে উত্তপ্ত হয়ে তাপীয় ইলেকট্রন নিঃসরণ করে। একটি ছিদ্রযুক্ত চোঙাকার অ্যানোডের সাহায্যে উচ্চ বিভবপ্রভেদ V প্রয়োগ করে একটি সরু সমান্তরাল ও সুনির্দিষ্ট গতিসম্পন্ন ইলেকট্রন রশ্মিগুচ্ছ তৈরি করা হয়।
• নিকেল কেলাস লক্ষ্যবস্তু (Nickel Target): সমান্তরাল ইলেকট্রন রশ্মিটি একটি একক নিকেল কেলাসের পৃষ্ঠে আপতিত হয়। কেলাসের পরমাণুস্তরগুলি অপবর্তন গ্রেটিং হিসেবে কাজ করে।
• চলনশীল ইলেকট্রন সংগ্রাহক ডিটেক্টর: একটি বৃত্তাকার স্কেলে ঘূর্ণনশীল আয়নন প্রকোষ্ঠ (Faraday Cylinder) সংগ্রাহক হিসেবে কাজ করে, যা বিভিন্ন বিক্ষেপণ কোণে (φ) বিক্ষিপ্ত ইলেকট্রন রশ্মির তীব্রতা পরিমাপ করে।

ত্বরণ বিভব ৪৪ V থেকে ৬৮ V পর্যন্ত পরিবর্তিত করে বিভিন্ন কোণে বিক্ষিপ্ত ইলেকট্রন তীব্রতা পর্যবেক্ষণ করা হয়। পরীক্ষায় দেখা যায় যে ঠিক ৫৪ ভোল্ট (V = ৫৪ V) ত্বরণ বিভবে এবং ৫০° বিক্ষেপণ কোণে (φ = ৫০°) বিক্ষিপ্ত ইলেকট্রনের তীব্রতায় একটি স্পষ্ট ও তীব্র শিখর (Peak) পরিলক্ষিত হয়।

এই শিখরের ব্যাখ্যা কেবল গঠনমূলক তরঙ্গ ব্যতিচার ও কেলাস অপবর্তনের মাধ্যমেই সম্ভব:

এক্স-রশ্মির মতো প্রথম ক্রমের (n = ১) ব্র্যাগের অপবর্তন সূত্র প্রয়োগ করলে:

অপরদিকে, দ্য ব্রগলির তাত্ত্বিক সমীকরণ অনুযায়ী ৫৪ V ইলেকট্রনের জন্য তরঙ্গদৈর্ঘ্য:

পরীক্ষালব্ধ ব্র্যাগ তরঙ্গদৈর্ঘ্য (১.৬৫ Å) এবং তাত্ত্বিক দ্য ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের (১.৬৭ Å) মধ্যে চমৎকার ঐক্য (মাত্র ১.২% ত্রুটি) নিঃসন্দেহে প্রমাণ করে যে গতিশীল ইলেকট্রন তরঙ্গের ন্যায় অপবর্তিত হয়!

১৯২৮ সালে জর্জ পেজেট থমসন (G.P. Thomson) একটি পাতলা সোনার পাতের (Gold Foil) মধ্য দিয়ে উচ্চ শক্তির ইলেকট্রন রশ্মি অতিক্রম করিয়ে ফটোগ্রাফিক প্লেটে এক্স-রশ্মি অপবর্তনের মতো ঘনকেন্দ্রিক বৃত্তাকার অপবর্তন প্যাটার্ন (Diffraction Rings) তৈরি করেন। লক্ষণীয় যে, জে. জে. থমসন (পিতা) ইলেকট্রনের কণা প্রকৃতি আবিষ্কার করে নোবেল পান, আর জি. পি. থমসন (পুত্র) ইলেকট্রনের তরঙ্গ প্রকৃতি প্রমাণ করে নোবেল পুরস্কার লাভ করেন!

আবের (Abbe) অপবর্তন সূত্র অনুযায়ী, যেকোনো অপটিক্যাল যন্ত্রের বিভেদন সীমা (Resolving Limit) বা দুটি নিকটবর্তী বিন্দুর মধ্যকার ন্যূনতম ব্যবধান d_min ব্যবহৃত তরঙ্গের তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সমানুপাতিক: d_min ∝ λ। ফলে বিভেদন ক্ষমতা (Resolving Power) RP ∝ ১ / λ। দৃশ্যমান আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য (৪০০০ Å – ৭০০০ Å) বড় হওয়ায় সাধারণ অপটিক্যাল অণুবীক্ষণ যন্ত্রে কোনোভাবেই ০.২ মাইক্রোমিটারের চেয়ে ক্ষুদ্র বস্তু পৃথকভাবে দেখা সম্ভব নয়।

কিন্তু ইলেকট্রন অণুবীক্ষণ যন্ত্রে ৫০,০০০ ভোল্ট বিভবে ত্বরান্বিত ইলেকট্রনের দ্য ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য হয় প্রায় ০.০৫ Å, যা দৃশ্যমান আলোর চেয়ে প্রায় ১,০০,০০০ গুণ ক্ষুদ্র! ফলে এর বিভেদন ক্ষমতা সাধারণ আলোক অণুবীক্ষণ যন্ত্রের তুলনায় কয়েক লক্ষ গুণ বৃদ্ধি পায় এবং পরমাণু ও ভাইরাসের আণবিক গঠন স্পষ্টভাবে পর্যবেক্ষণ করা সম্ভব হয়।

আলোক শক্তিকে সরাসরি তড়িৎ শক্তিতে রূপান্তরিত করার কৌশলকে কাজে লাগিয়ে তিন ধরনের আলোককোষ তৈরি করা হয়:

• আলোক-নিঃসারী কোষ (Photo-Emissive Cell): বায়ুশূন্য বা নিষ্ক্রিয় গ্যাসপূর্ণ কাচের বাল্বের মধ্যে অর্ধ-চোঙাকার ক্ষারীয় ধাতুপাতের ক্যাথোড এবং সরু ধাতব তারের অ্যানোড থাকে। আলো পড়লে ক্যাথোড থেকে তাৎক্ষণিক ইলেকট্রন নিঃসৃত হয়ে তড়িৎপ্রবাহ তৈরি করে।
• আলোক-পরিবাহী কোষ (Photo-Conductive Cell): অর্ধপরিবাহী পদার্থের (যেমন ক্যাডমিয়াম সালফাইড, CdS) ওপর আলো পড়লে তার বৈদ্যুতিক রোধ নাটকীয়ভাবে হ্রাস পায় এবং পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়।
• আলোক-ভোল্টীয় কোষ (Photovoltaic Cell): সেমিকন্ডাক্টর p-n সংযোগ বিশিষ্ট সৌরকোষ, যেখানে আলো আপতিত হলে কোনো বাহ্যিক ব্যাটারি ছাড়াই স্বতঃস্ফূর্তভাবে অভ্যন্তরীণ তড়িচ্চালক বল (EMF) উৎপন্ন হয়।

• সিনেমায় শব্দ পুনরুৎপাদন (Sound Reproduction in Films): সিনেমার ফিল্মের কিনারে মুদ্রিত পরিবর্তনশীল ঘনত্বের অপটিক্যাল সাউন্ডট্র্যাকের মধ্য দিয়ে আলো ফেলে আলোককোষের সাহায্যে শব্দের বৈদ্যুতিক সংকেত পুনরুদ্ধার করা হয়।
• স্বয়ংক্রিয় নিরাপত্তা ব্যবস্থা ও চোর ধরার অ্যালার্ম: দরজার প্রবেশমুখে অদৃশ্য অবলোহিত (IR) আলোক রশ্মি থাকে; কোনো অনাহুত ব্যক্তি রশ্মিটিকে বাধা দিলে আলোককোষের সার্কিট সক্রিয় হয়ে সাইরেন বাজিয়ে তোলে।
• স্বয়ংক্রিয় গণনা যন্ত্র: কারখানার কনভেয়ার বেল্টে চলন্ত পণ্যের সংখ্যা স্বয়ংক্রিয়ভাবে গণনা করার জন্য ফোটোসেল ব্যবহৃত হয়।
• স্বয়ংক্রিয় পথবাতি ব্যবস্থা: সন্ধ্যাকালে সূর্যালোক কমে গেলে আলোককোষযুক্ত রিলে সুইচ নিজে থেকেই পথবাতি জ্বালিয়ে দেয় এবং ভোরে সূর্যালোকের উপস্থিতিতে তা বন্ধ করে দেয়।