বিভাজন বিক্রিয়া আলোচনা প্রশ্নাবলীর উদাহরণ

বিভাজন বিক্রিয়া আলোচনা প্রশ্নাবলীর উদাহরণ

পেন্ডাহুলুয়ান

পারমাণবিক বিভাজন পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানের অন্যতম আকর্ষণীয় ও গুরুত্বপূর্ণ একটি ঘটনা। এই বিক্রিয়ায় ভারী পারমাণবিক নিউক্লিয়াসগুলো বিভক্ত হয়ে হালকা নিউক্লিয়াসে পরিণত হয় এবং এর সাথে বিপুল পরিমাণ শক্তি নির্গত হয়। এই প্রক্রিয়াটিই পারমাণবিক বিদ্যুৎ উৎপাদন প্রযুক্তি এবং পারমাণবিক বোমার ভিত্তি। পদার্থবিজ্ঞানের ছাত্রছাত্রী এবং পারমাণবিক বিজ্ঞানে আগ্রহী ব্যক্তিদের জন্য বিভাজন বিক্রিয়া সম্পর্কে তাত্ত্বিকভাবে ও প্রায়োগিকভাবে বোঝা অপরিহার্য। এই ধারণাটি আরও ভালোভাবে বুঝতে সাহায্য করার জন্য এই প্রবন্ধে বিভাজন বিক্রিয়ার কয়েকটি উদাহরণ ও সেগুলোর আলোচনা তুলে ধরা হয়েছে।

বিভাজন বিক্রিয়ার মৌলিক ধারণা

ফিশন বিক্রিয়াকে সহজভাবে এভাবে সংজ্ঞায়িত করা যায় যে, এটি এমন একটি প্রক্রিয়া যেখানে একটি ভারী পারমাণবিক নিউক্লিয়াস (যেমন ইউরেনিয়াম-২৩৫ বা প্লুটোনিয়াম-২৩৯) একটি নিউট্রন শোষণ করে দুই বা ততোধিক হালকা নিউক্লিয়াস, নির্দিষ্ট সংখ্যক নিউট্রন এবং বিপুল পরিমাণ শক্তিতে বিভক্ত হয়। ফিশন বিক্রিয়ায় নির্গত শক্তি ভরের পার্থক্যের কারণে ঘটে, যেখানে আলবার্ট আইনস্টাইনের সূত্র E=mc² অনুসারে অল্প পরিমাণ ভর হ্রাস পেয়ে শক্তিতে রূপান্তরিত হয়।

পারমাণবিক বিভাজন প্রক্রিয়া

একটি ফিশন বিক্রিয়া সাধারণত তখন শুরু হয় যখন একটি ভারী পারমাণবিক নিউক্লিয়াস একটি পথভ্রষ্ট নিউট্রন শোষণ করে। এর ফলে একটি অত্যন্ত অস্থিতিশীল আইসোটোপ তৈরি হয়, যা এতটাই অস্থিতিশীল যে এটি প্রায় সঙ্গে সঙ্গেই হালকা নিউক্লিয়াসে বিভক্ত হয়ে যায় এবং বেশ কয়েকটি নিউট্রন ও উল্লেখযোগ্য পরিমাণ শক্তি নির্গত করে। এখানে ইউরেনিয়াম-২৩৫ এর একটি ফিশন বিক্রিয়ার উদাহরণ দেওয়া হলো:

\[
{}^{235}_{92}U + {}^1_0n \rightarrow {}^{141}_{56}Ba + {}^{92}_{36}Kr + 3{}^1_0n + \text{শক্তি}
\]

বিভাজন বিক্রিয়া সংক্রান্ত প্রশ্নের উদাহরণ

নিউক্লীয় পদার্থবিজ্ঞানের পাঠে প্রায়শই পাওয়া যায় এমন ফিশন বিক্রিয়া সংক্রান্ত কয়েকটি প্রশ্ন এবং সেগুলোর সমাধান আলোচনা নিচে দেওয়া হলো।

উদাহরণ প্রশ্ন ৩

প্রশ্ন: একটি ইউরেনিয়াম-২৩৫ নিউক্লিয়াস একটি নিউট্রন গ্রহণ করে এবং ফিশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে বেরিয়াম-১৪১, ক্রিপ্টন-৯২, তিনটি নিউট্রন ও শক্তি উৎপন্ন করে। কণাগুলোর ভর নিচে দেওয়া থাকলে, এই বিক্রিয়ায় নির্গত শক্তির পরিমাণ নির্ণয় করুন।

– ভর ${}^{235}_{92}U = 235.0439299 \ \text{u}$
– নিউট্রনের ভর $^1_0n = 1.0086649 \ \text{u}$
– ভর ${}^{141}_{56}Ba = 140.9144060 \ \text{u}$
– ভর ${}^{92}_{36}Kr = 91.9261730 \ \text{u}$

দ্রষ্টব্য: 1 u = 931.5 MeV/c²।

আলোচনা :

১. বিক্রিয়ার পূর্বে ভরের পরিমাণ:
– বিক্রিয়ার পূর্বের ভর হলো ইউরেনিয়াম-২৩৫ এবং একটি নিউট্রনের ভরের সমান:
\[
M_{\text{before}} = 235.0439299 \, \text{u} + 1.0086649 \, \text{u} = 236.0525948 \, \text{u}
\]

২. বিক্রিয়ার পর মোট ভর:
– বিক্রিয়ার পরের ভর হলো বেরিয়াম, ক্রিপ্টন এবং তিনটি নিউট্রনের ভরের সমান:
\[
M_{\text{after}} = 140.9144060 \, \text{u} + 91.9261730 \, \text{u} + 3 \times 1.0086649 \, \text{u} = 235.8476727 \, \text{u}
\]

৩. ভরের পরিবর্তন:
– ভরের পরিবর্তন বা ভরের হ্রাস হলো বিক্রিয়ার আগে ও পরের ভরের পার্থক্য:
\[
Δm = M_{\text{before}} – M_{\text{after}} = 236.0525948 u – 235.8476727 u = 0.2049221 u
\]

৪. নির্গত শক্তি:
– আইনস্টাইনের সমীকরণ \(E=mc^2\) অনুসারে, ভরের পরিবর্তন থেকে নির্গত শক্তি গণনা করা যেতে পারে:
\[
E = Δm × 931.5 MeV/u = 0.2049221 u × 931.5 MeV/u ≈ 190.804 MeV
\]

ইউরেনিয়াম-২৩৫-এর ফিশন বিক্রিয়ায় নির্গত শক্তির পরিমাণ প্রায় ১৯০,৮০৪ MeV।

উদাহরণ প্রশ্ন ৩

প্রশ্ন: একটি পারমাণবিক চুল্লি প্রতিটি ফিশন বিক্রিয়ায় গড়ে 200 MeV শক্তি নির্গত করে। যদি চুল্লিটি 1 GW শক্তি (1 গিগাওয়াট = $10^9$ ওয়াট) উৎপাদন করে, তবে প্রতি সেকেন্ডে কয়টি ফিশন বিক্রিয়া ঘটে?

আলোচনা :

১. প্রতি বিক্রিয়ায় নির্গত শক্তি:
– প্রতিটি বিক্রিয়ায় ২০০ MeV শক্তি উৎপন্ন হয় যা নিম্নরূপের সমতুল্য:
\[
1 MeV = 1.60218 × 10⁻¹³ J, সুতরাং, 200 MeV = 200 × 1.60218 × 10⁻¹³ J = 3.20436 × 10⁻¹¹ J
\]

২. রিয়্যাক্টর শক্তি:
– উৎপাদিত ক্ষমতার পরিমাণ হলো ১ গিগাওয়াট, বা $10^9$ ওয়াট, যা $10^9$ জুল/সেকেন্ড-এর সমান।

৩. বিক্রিয়ার সংখ্যা গণনা:
– মোট শক্তিকে প্রতি বিক্রিয়ার শক্তি দিয়ে ভাগ করে প্রতি সেকেন্ডে বিক্রিয়ার সংখ্যা গণনা করা যায়:
\[
প্রতি সেকেন্ডে বিক্রিয়ার সংখ্যা = (10^9 জুল/সেকেন্ড) / (3.20436 × 10⁻¹¹ জুল/বিক্রিয়া) = 3.12 × 10¹⁹ বিক্রিয়া/সেকেন্ড
\]

সুতরাং, ১ গিগাওয়াট শক্তি উৎপাদন করতে প্রতি সেকেন্ডে প্রায় \(3.12 \times 10^{19}\) ফিশন বিক্রিয়া ঘটে।

বন্ধ

বোঝা ও গণনার মাধ্যমে, ফিশন বিক্রিয়া শুধু পদার্থবিজ্ঞান শেখার একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদানই নয়, বরং এর বাস্তব জগতেও উল্লেখযোগ্য প্রয়োগ রয়েছে। পারমাণবিক শক্তি প্রযুক্তি ফিশন বিক্রিয়ার উপর নির্ভরশীল, এবং এই প্রযুক্তির প্রতিটি অগ্রগতিই উল্লেখযোগ্য সুবিধা ও ঝুঁকি উভয়ই বয়ে আনতে পারে। উপরের সমস্যাগুলোর মাধ্যমে মৌলিক ধারণা এবং তার প্রয়োগ বোঝার মাধ্যমে, আমরা দৈনন্দিন জীবনে ফিশন বিক্রিয়ার প্রভাব এবং এর যে সম্ভাবনাগুলো আরও অন্বেষণ করা যেতে পারে, তা আরও ভালোভাবে বুঝতে পারব।