Saha ionization equation
পদার্থবিজ্ঞানে, সাহা আয়নীকরণ সমীকরণ হল একটি অভিব্যক্তি যা তাপীয় ভারসাম্যে একটি গ্যাসের আয়নীকরণ অবস্থাকে তাপমাত্রা এবং চাপের সাথে সম্পর্কিত করে। সমীকরণটি কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞান এবং পরিসংখ্যানগত বলবিজ্ঞানের ধারণাগুলির সংমিশ্রণের ফলাফল এবং এটি তারার বর্ণালী শ্রেণিবিন্যাস ব্যাখ্যা করতে ব্যবহৃত হয়। 1920 সালে পদার্থবিজ্ঞানী মেঘনাদ সাহা এই অভিব্যক্তিটি উদ্ভাবন করেন। পর্যাপ্ত উচ্চ তাপমাত্রায় একটি গ্যাসের জন্য বিবরণ (এখানে শক্তি এককে পরিমাপ করা হয়েছে, অর্থাৎ। কে. ই. ভি বা জে) এবং/অথবা ঘনত্ব, পরমাণুর তাপীয় সংঘর্ষ কিছু পরমাণু আয়নিত করবে, একটি আয়নিত গ্যাস তৈরি করবে। যখন পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের চারপাশে কক্ষপথে সাধারণত পরমাণুর সাথে আবদ্ধ বেশ কয়েকটি বা তার বেশি ইলেকট্রন মুক্ত হয়, তখন তারা পারমাণবিক আয়ন এবং নিরপেক্ষ পরমাণুর আশেপাশের গ্যাসের সাথে সহ-বিদ্যমান একটি স্বাধীন ইলেক্ট্রন গ্যাস মেঘ তৈরি করে। পর্যাপ্ত আয়নীকরণের সঙ্গে, গ্যাসটি বস্তুর অবস্থায় পরিণত হতে পারে যাকে প্লাজমা বলা হয়। সাহা সমীকরণটি তাপীয় ভারসাম্যে যে কোনও গ্যাসের আয়নীকরণের মাত্রাকে পরমাণুর তাপমাত্রা, ঘনত্ব এবং আয়নীকরণ শক্তির একটি ফাংশন হিসাবে বর্ণনা করে। সাহা সমীকরণটি শুধুমাত্র দুর্বল আয়নিত প্লাজমার ক্ষেত্রে প্রযোজ্য, যার জন্য ডেবির দৈর্ঘ্য কম। এর মানে হল যে অন্যান্য আয়ন এবং ইলেকট্রন দ্বারা আয়ন এবং ইলেকট্রনের কুলম্ব মিথস্ক্রিয়ার স্ক্রিনিং নগণ্য। আয়নীকরণ সম্ভাবনার পরবর্তী হ্রাস এবং পার্টিশন ফাংশনের "কাটঅফ" তাই নগণ্য। একটি একক পারমাণবিক প্রজাতির সমন্বয়ে গঠিত গ্যাসের জন্য, সাহা সমীকরণটি লেখা হয়ঃ যেখানেঃ আয়নীকরণের i-তম অবস্থায় পরমাণুর ঘনত্ব, অর্থাৎ i ইলেকট্রন অপসারণ সহ। আই-আয়নগুলির অবস্থার অবক্ষয় হল একটি নিরপেক্ষ পরমাণু থেকে আই-ইলেকট্রন অপসারণের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি, যা একটি আই-স্তর আয়ন তৈরি করে। ইলেকট্রনের ঘনত্ব হল একটি ইলেক্ট্রনের তাপীয় ডি ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য হল একটি ইলেক্ট্রনের ভর হল গ্যাসের তাপমাত্রা হল প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক অভিব্যক্তি হল ইলেক্ট্রন অপসারণের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি। যে ক্ষেত্রে আয়নীকরণের শুধুমাত্র একটি স্তর গুরুত্বপূর্ণ, সেখানে আমাদের মোট ঘনত্ব n-কে সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে এবং সাহা সমীকরণটি সরল করেঃ আয়নীকরণের শক্তি কোথায়। কণার ঘনত্ব দুটি ভিন্ন আয়নীকরণ স্তরের জন্য কণার ঘনত্বের অনুপাত নির্ধারণের জন্য সাহা সমীকরণ কার্যকর। এই উদ্দেশ্যে সাহা সমীকরণের সবচেয়ে দরকারী রূপ হল, যেখানে Z পার্টিশন ফাংশনকে বোঝায়। সাহা সমীকরণকে রাসায়নিক সম্ভাবনার জন্য ভারসাম্য অবস্থার পুনর্বিবেচনা হিসাবে দেখা যেতে পারেঃ এই সমীকরণটি সহজভাবে বলে যে আয়নকরণ অবস্থার একটি পরমাণুর আয়নকরণের সম্ভাবনা একটি ইলেক্ট্রন এবং আয়নকরণ অবস্থার একটি পরমাণুর সম্ভাবনার সমান i + 1; সম্ভাব্যতা সমান, তাই সিস্টেমটি ভারসাম্যে রয়েছে এবং আয়নকরণের কোনও নিট পরিবর্তন ঘটবে না। বিশের দশকের গোড়ার দিকে রাল্ফ এইচ ফাউলার (চার্লস গ্যাল্টন ডারউইনের সহযোগিতায়) পরিসংখ্যানগত বলবিজ্ঞানে একটি নতুন পদ্ধতি তৈরি করেছিলেন যা পদার্থের ভারসাম্য বৈশিষ্ট্যগুলির একটি পদ্ধতিগত গণনার অনুমতি দেয়। তিনি এটি ব্যবহার করেছিলেন আয়নীকরণ সূত্রের একটি কঠোর ব্যুৎপত্তি প্রদান করতে যা সাহা প্রাপ্ত করেছিলেন, পরমাণুর আয়নীকরণ পর্যন্ত জ্যাকোবাস হেনরিকাস ভ্যান 'ট হফের উপপাদ্যটি প্রসারিত করে, যা আণবিক বিচ্ছিন্নতায় প্রয়োগের জন্য ভৌত রসায়নে ব্যবহৃত হয়। এছাড়াও, ফাউলার দ্বারা প্রবর্তিত সাহা সমীকরণে একটি উল্লেখযোগ্য উন্নতি ছিল পরমাণু এবং আয়নগুলির উত্তেজিত অবস্থার প্রভাবকে অন্তর্ভুক্ত করা। 1923 সালে আরও একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ আসে, যখন এডওয়ার্ড আর্থার মিল্নে এবং আর. এইচ. ফাউলার রয়্যাল অ্যাস্ট্রোনমিক্যাল সোসাইটির মাসিক নোটিশে একটি গবেষণাপত্র প্রকাশ করেন, যা দেখায় যে শোষণ রেখার সর্বাধিক তীব্রতার মানদণ্ড (একটি নিরপেক্ষ পরমাণুর অধস্তন সিরিজের অন্তর্গত) সাহা দ্বারা নিযুক্ত মানদণ্ডের তুলনায় নাক্ষত্রিক বায়ুমণ্ডলের শারীরিক পরামিতি সম্পর্কে তথ্য দেওয়ার ক্ষেত্রে অনেক বেশি ফলপ্রসূ ছিল যা শোষণ রেখার প্রান্তিক চেহারা বা অন্তর্ধান নিয়ে গঠিত ছিল। পরবর্তী মানদণ্ডের জন্য নাক্ষত্রিক বায়ুমণ্ডলের প্রাসঙ্গিক চাপ সম্পর্কে কিছু জ্ঞানের প্রয়োজন হয় এবং সাহা সেই সময়ে সাধারণভাবে গৃহীত দৃষ্টিভঙ্গি অনুসরণ করে 1 থেকে 0.1 বায়ুমণ্ডলের ক্রমের মান ধরে নিয়েছিলেন। মিল্নে লিখেছেনঃ একটি নাক্ষত্রিক বায়ুমণ্ডলে চাপের জন্য মাত্রার ক্রম ধরে নিয়ে এবং তাপমাত্রা গণনা করে, যেখানে ক্রমবর্ধমান আয়নীকরণ, উদাহরণস্বরূপ, সিরিজ ইলেক্ট্রনের ক্ষতির কারণে প্রশ্নযুক্ত রেখার আরও শোষণকে বাধা দেয়, সাহা নাক্ষত্রিক ক্রমে শোষণ রেখার প্রান্তিক উপস্থিতি এবং অদৃশ্য হওয়ার দিকে মনোনিবেশ করেছিলেন। একদিন ফওলার এবং আমি যখন ট্রিনিটিতে আমার কক্ষগুলির চারপাশে স্ট্যাম্পিং করছিলাম এবং এই বিষয়ে আলোচনা করছিলাম, তখন হঠাৎ আমার মনে হয়েছিল যে হাইড্রোজেনের বালমার লাইনের সর্বাধিক তীব্রতা, উদাহরণস্বরূপ, সহজেই এই বিবেচনার দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়েছিল যে নিম্ন তাপমাত্রায় প্রশংসনীয় শোষণ দেওয়ার জন্য খুব কম উত্তেজিত পরমাণু রয়েছে, যদিও উচ্চ তাপমাত্রায় কোনও শোষণ দেওয়ার জন্য খুব কম নিরপেক্ষ পরমাণু অবশিষ্ট রয়েছে। সেই সন্ধ্যায় আমি তড়িঘড়ি করে প্রভাবের মাত্রা গণনা করি এবং দেখতে পাই যে, এ0 প্রকারের নক্ষত্রগুলির জন্য 10000° [কে] তাপমাত্রার সাথে একমত হওয়ার জন্য, যেখানে বালমার রেখার সর্বাধিক চাপ রয়েছে, সেখানে 10−4 বায়ুমণ্ডলের ক্রমের চাপ প্রয়োজন ছিল। এটি খুব উত্তেজনাপূর্ণ ছিল, কারণ রেখা স্থানান্তর এবং রেখার প্রস্থ থেকে নাক্ষত্রিক বায়ুমণ্ডলে চাপের মানক নির্ধারণগুলি এক বায়ুমণ্ডল বা তার বেশি ক্রমের চাপ নির্দেশ করার কথা ছিল এবং আমি অন্য ভিত্তিতে এটি অবিশ্বাস করতে শুরু করেছিলাম। সেই সময়ে সাধারণভাবে গৃহীত দৃষ্টিভঙ্গি ধরে নিয়েছিল যে তারার গঠন পৃথিবীর অনুরূপ। যাইহোক, 1925 সালে সিসিলিয়া পেইন সাহার আয়নীকরণ তত্ত্ব ব্যবহার করে গণনা করেন যে নাক্ষত্রিক বায়ুমণ্ডলের গঠন যেমন আমরা এখন জানি; বেশিরভাগ হাইড্রোজেন এবং হিলিয়াম, যা তারার জ্ঞানকে প্রসারিত করে। নাক্ষত্রিক করোন সাহা ভারসাম্য বিরাজ করে যখন প্লাজমা স্থানীয় তাপগতিবিদ্যার ভারসাম্যে থাকে, যা অপটিক্যালি-থিন করোনায় হয় না। এখানে ভারসাম্য আয়নীকরণের অবস্থা অবশ্যই সংঘর্ষ এবং পুনর্মিলনের হারের বিশদ পরিসংখ্যানগত গণনা দ্বারা অনুমান করতে হবে। প্রারম্ভিক মহাবিশ্বের ভারসাম্য আয়নায়ন, সাহা সমীকরণ দ্বারা বর্ণিত, প্রাথমিক মহাবিশ্বের বিবর্তন ব্যাখ্যা করে। বিগ ব্যাং-এর পরে, সমস্ত পরমাণু আয়নিত হয়েছিল, বেশিরভাগ প্রোটন এবং ইলেকট্রন রেখেছিল। সাহার দৃষ্টিভঙ্গি অনুসারে, যখন মহাবিশ্বটি এমনভাবে প্রসারিত ও শীতল হয়েছিল যে তাপমাত্রা প্রায় 3,000 কেলভিন পৌঁছেছিল, তখন ইলেকট্রনগুলি হাইড্রোজেন পরমাণু গঠনকারী প্রোটনের সাথে পুনরায় মিলিত হয়েছিল। এই মুহুর্তে, মহাবিশ্ব বেশিরভাগ বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় বিকিরণের প্রতি স্বচ্ছ হয়ে ওঠে। সেই 3,000 কেলভিন পৃষ্ঠ, প্রায় 1,000 গুণক দ্বারা লাল-স্থানান্তরিত, 3 কেলভিন মহাজাগতিক মাইক্রোওয়েভ পটভূমি বিকিরণ তৈরি করে, যা আজ মহাবিশ্বে ছড়িয়ে পড়েছে। আরও দেখুন প্লাজমা (পদার্থবিজ্ঞান) নিবন্ধের তালিকা রেফারেন্স হেল ব্র্যাড্টের বাহ্যিক সংযোগ উৎপত্তি ও আলোচনা ইউটা বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিজ্ঞান বিভাগ থেকে একটি বিস্তারিত উৎপত্তি মেরিল্যান্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের জ্যোতির্বিজ্ঞান পরমাণু পদার্থবিজ্ঞান বিভাগের প্রভাষক নোট পদার্থবিজ্ঞানের প্লাজমা পদার্থবিজ্ঞান সমীকরণের সমনাম সমীকরণ