পারমাণবিক বিক্রিয়া (বিভাজন ও সংযোজন) সম্পর্কিত নমুনা প্রশ্ন

পারমাণবিক বিক্রিয়া (বিভাজন ও সংযোজন) সম্পর্কিত নমুনা প্রশ্ন

পারমাণবিক বিক্রিয়া বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির বিকাশে, বিশেষ করে শক্তি খাতে, একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভৌত ঘটনা। পারমাণবিক বিক্রিয়া প্রধানত দুই প্রকার: ফিশন এবং ফিউশন। এই প্রবন্ধে আমরা ফিশন ও ফিউশন উভয় প্রকার পারমাণবিক বিক্রিয়া সম্পর্কিত মৌলিক ধারণা, পার্থক্যসমূহ এবং কয়েকটি উদাহরণমূলক সমস্যা ও তার সমাধান নিয়ে আলোচনা করব।

বিভাজন এবং সংযোজন বিক্রিয়ার পরিচিতি

ফিশন হলো এমন একটি প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে ইউরেনিয়াম-২৩৫ বা প্লুটোনিয়াম-২৩৯-এর মতো একটি বড় ও ভারী পারমাণবিক নিউক্লিয়াস বিভক্ত হয়ে ছোট ও হালকা নিউক্লিয়াসে পরিণত হয়। আলবার্ট আইনস্টাইনের বিখ্যাত সমীকরণ, \(E=mc^2\) অনুসারে, এই প্রক্রিয়ায় প্রচুর পরিমাণে শক্তি নির্গত হয়, কারণ মূল নিউক্লিয়াসের ভরের কিছু অংশ শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। ফিশন বিক্রিয়া পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র এবং পারমাণবিক অস্ত্র তৈরিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

অন্যদিকে, ফিউশন হলো এমন একটি প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে হালকা নিউক্লিয়াসগুলো একত্রিত হয়ে ভারী নিউক্লিয়াস গঠন করে। ফিউশন বিক্রিয়ার সবচেয়ে সাধারণ উদাহরণ হলো হাইড্রোজেন নিউক্লিয়াসের হিলিয়ামে রূপান্তর, যা সূর্য এবং অন্যান্য নক্ষত্রে ঘটে থাকে। ফিউশন, ফিশনের তুলনায় প্রতি একক ভরে বেশি শক্তি উৎপন্ন করে এবং এটি মহাবিশ্বের শক্তির প্রধান উৎস।

নমুনা প্রশ্ন ও আলোচনা

এই দুই ধরনের পারমাণবিক বিক্রিয়া আরও ভালোভাবে বোঝার জন্য, আসুন পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানের পাঠে প্রায়শই আসা কিছু প্রশ্নের উদাহরণ নিয়ে আলোচনা করা যাক।

প্রশ্ন ১: ইউরেনিয়াম-২৩৫ এর বিভাজন বিক্রিয়া

সবচেয়ে সাধারণ ফিশন বিক্রিয়াগুলোর মধ্যে একটি হলো যখন ইউরেনিয়াম-২৩৫ একটি নিউট্রন গ্রহণ করে বেরিয়াম-১৪১ এবং ক্রিপ্টন-৯২-এ বিভক্ত হয় এবং তিনটি অতিরিক্ত নিউট্রন নির্গত করে। এই বিক্রিয়ার সমীকরণটি লেখো এবং নির্গত শক্তির পরিমাণ গণনা করো, যদি ইউরেনিয়াম-২৩৫-এর নিউক্লীয় ভর ২৩৫.০৪৩৯ u, বেরিয়াম-১৪১-এর ১৪০.৯১৪৪ u এবং ক্রিপ্টন-৯২-এর ৯১.৯২৬২ u হয়। একটি নিউট্রনের ভর হলো ১.০০৮৭ u।

আলোচনা:

যে পারমাণবিক বিক্রিয়াটি ঘটে তা নিম্নরূপে লেখা যেতে পারে:

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

নির্গত শক্তি গণনা করার জন্য, আমাদের ভর ঘাটতি জানতে হবে, যা হলো প্রাথমিক ভর এবং উৎপাদিত পদার্থের ভরের মধ্যকার পার্থক্য।

১. প্রাথমিক ভর = ইউরেনিয়াম-২৩৫ এর ভর + নিউট্রনের ভর = ২৩৫.০৪৩৯ u + ১.০০৮৭ u = ২৩৬.০৫২৬ u
২. উৎপাদের ভর = বেরিয়াম-১৪১ এর ভর + ক্রিপ্টন-৯২ এর ভর + ৩টি নিউট্রনের ভর = ১৪০.৯১৪৪ u + ৯১.৯২৬২ u + ৩(১.০০৮৭ u) = ২৩৫.৮৬০৭ u
৩. ভরের ঘাটতি (Δm) = প্রাথমিক ভর – উৎপাদিত ভর = ২৩৬.০৫২৬ u – ২৩৫.৮৬০৭ u = ০.১৯১৯ u

নির্গত শক্তি \(E=mc^2\) সমীকরণটি ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে, যেখানে 1 u এর মান 931.5 MeV এর সমান:

\[
ΔE = Δm × 931.5 MeV = 0.1919 × 931.5 MeV ≈ 178.8 MeV
\]

সুতরাং, এই ফিশন বিক্রিয়ায় নির্গত শক্তির পরিমাণ প্রায় ১৭৮.৮ MeV।

প্রশ্ন ২: হাইড্রোজেন ফিউশন বিক্রিয়া

ফিউশন বিক্রিয়ার উদাহরণ হিসেবে, দুটি ডিউটেরিয়াম নিউক্লিয়াস (\( \text{^2_1H} \)) থেকে একটি হিলিয়াম-৩ নিউক্লিয়াস (\( \text{^3_2He} \)) এবং একটি নিউট্রন গঠনের বিক্রিয়াটি বিবেচনা করা যাক। যদি ডিউটেরিয়ামের ভর ২.০১৪১ u, হিলিয়াম-৩ এর ভর ৩.০১৬০ u এবং নিউট্রনের ভর ১.০০৮৭ u হয়, তবে নির্গত শক্তির পরিমাণ গণনা করুন।

আলোচনা:

যে পারমাণবিক বিক্রিয়াটি ঘটে তা নিম্নরূপে লেখা যেতে পারে:

\[
\text{^2_1H} + \text{^2_1H} \rightarrow \text{^3_2He} + \text{n}
\]

বিক্রিয়াটিতে যে ভরের ঘাটতি ঘটে তা গণনা করুন:

১. প্রাথমিক ভর = ২(২.০১৪১ u) = ৪.০২৮২ u
২. উৎপাদের ভর = হিলিয়াম-৩ এর ভর + নিউট্রনের ভর = ৩.০১৬০ u + ১.০০৮৭ u = ৪.০২৪৭ u
৩. ভরের ঘাটতি (Δm) = প্রাথমিক ভর – উৎপাদিত ভর = ২৩৬.০৫২৬ u – ২৩৫.৮৬০৭ u = ০.১৯১৯ u

নির্গত শক্তি গণনা করা যেতে পারে:

\[
ΔE = Δm × 931.5 MeV = 0.0035 × 931.5 MeV ≈ 3.26 MeV
\]

এই ফিউশন বিক্রিয়া থেকে নির্গত শক্তির পরিমাণ প্রায় ৩.২৬ MeV।

তুলনা এবং প্রয়োগ

এই দুটি উদাহরণ থেকে আমরা এই সিদ্ধান্তে আসতে পারি যে, যদিও ফিশন বিক্রিয়ার তুলনায় ফিউশন বিক্রিয়ায় প্রতি পর্বে সামান্য কম শক্তি উৎপন্ন হয়, তবুও ফিউশনের প্রধান সুবিধা হলো এর অনেক বেশি শক্তি উৎপাদন ক্ষমতা, বিশেষ করে যখন এটিকে ফিউশন রিঅ্যাক্টরের মতো বৃহৎ পরিসরে সম্পন্ন করা হয়, যা আদর্শগতভাবে বিশ্বের জ্বালানি সমস্যার আরও পরিচ্ছন্ন ও নিরাপদ সমাধান করতে পারে।

বর্তমানে পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলিতে ফিশন বিক্রিয়া ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, কিন্তু এগুলি নিরাপত্তা এবং এর ফলে সৃষ্ট তেজস্ক্রিয় বর্জ্য সম্পর্কিত চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন। অন্যদিকে, সৌর ও নাক্ষত্রিক শক্তির ভিত্তি ফিউশন বিক্রিয়ার উন্নয়ন চলছে এবং ফ্রান্সের ITER-এর মতো প্রকল্পগুলির লক্ষ্য হলো ভবিষ্যতের একটি পরিবেশবান্ধব শক্তির উৎস হিসেবে পারমাণবিক ফিউশনের সম্ভাব্যতা প্রদর্শন করা।

উপসংহার

প্রযুক্তিগত ও বৈজ্ঞানিক উন্নয়নের প্রেক্ষাপটে ফিশন ও ফিউশন উভয় প্রকার পারমাণবিক বিক্রিয়া বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। অধিকন্তু, এই জ্ঞান মহাবিশ্ব কীভাবে কাজ করে এবং টেকসই শক্তির উৎস প্রদানে এর সম্ভাব্য প্রয়োগ সম্পর্কে গভীরতর অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে। পারমাণবিক বিক্রিয়া অধ্যয়নের ক্ষেত্রে, উপরে আলোচিত অনুশীলনী সমস্যাগুলো পারমাণবিক শক্তির ধারণা ও প্রয়োগ সম্পর্কে আমাদের বোঝাপড়াকে আরও গভীর করতে সাহায্য করে।