فيشن رد عمل بحث جي سوالن جي مثال
پنڊال
نيوڪليئر فزڪس ۾ نيوڪليئر فزڪس سڀ کان وڌيڪ دلچسپ ۽ اهم واقعن مان هڪ آهي. هن رد عمل ۾ ڳري ايٽمي مرڪزن کي هلڪي مرڪزن ۾ ورهائڻ شامل آهي، جنهن سان وڏي مقدار ۾ توانائي خارج ٿئي ٿي. هي طريقو ايٽمي بجلي پيدا ڪرڻ واري ٽيڪنالاجي ۽ ايٽمي بم جو بنياد آهي. نظرياتي ۽ عملي طور تي، فزڪس جي شاگردن ۽ ايٽمي سائنس ۾ دلچسپي رکندڙ فردن لاءِ فيشن رد عمل کي سمجهڻ ضروري آهي. هي مضمون هن تصور کي بهتر سمجهڻ ۾ اسان جي مدد لاءِ فيشن رد عمل جي ڪيترن ئي مثالن ۽ انهن جي بحثن جو جائزو وٺندو آهي.
فيشن رد عمل جا بنيادي تصور
هڪ فيشن رد عمل کي صرف ان عمل جي طور تي بيان ڪري سگهجي ٿو جنهن ذريعي هڪ ڳرو ايٽمي مرڪز (جهڙوڪ يورينيم-235 يا پلوٽونيم-239) هڪ نيوٽران جذب ڪري ٿو ۽ ٻن يا وڌيڪ هلڪي مرڪز، ڪيترن ئي نيوٽرانن، ۽ وڏي مقدار ۾ توانائي ۾ ورهائجي ٿو. فيشن رد عمل ۾ جاري ٿيندڙ توانائي ماس ۾ فرق مان ايندي آهي، جتي ماس جي هڪ ننڍڙي مقدار ضايع ٿي ويندي آهي ۽ البرٽ آئن اسٽائن جي قانون E=mc² مطابق توانائي ۾ تبديل ٿي ويندي آهي.
نيوڪليئر فِشن جو عمل
هڪ فيشن رد عمل عام طور تي تڏهن شروع ٿئي ٿو جڏهن هڪ ڳرو ايٽمي مرڪز هڪ گمراهه نيوٽران جذب ڪري ٿو. اهو هڪ انتهائي غير مستحڪم آئسوٽوپ ٺاهيندو آهي، ايترو غير مستحڪم جو اهو تقريبن فوري طور تي هلڪي مرڪز ۾ ورهائجي ويندو آهي، ڪيترائي نيوٽران ۽ اهم توانائي جاري ڪندو آهي. هتي يورينيم-235 فيشن رد عمل جو هڪ مثال آهي:
\[
{}^{235}_{92}U + {}^1_0n \rightarrow {}^{141}_{56}Ba + {}^{92}_{36}Kr + 3{}^1_0n + \text{توانائي}
\]
فيشن رد عمل جي سوالن جا مثال
هيٺ ڏنل فيشن رد عمل بابت سوالن جا ڪيترائي مثال آهن جيڪي اڪثر نيوڪليئر فزڪس جي سبقن ۾ انهن جي حلن جي بحثن سان گڏ ملندا آهن.
مثال سوال 1
سوال: هڪ يورينيم-235 نيوڪليس هڪ نيوٽران کي قبضو ڪري ٿو ۽ بيريم-141، ڪرپٽن-92، ٽي نيوٽران، ۽ توانائي ٺاهڻ لاءِ فيشن مان گذري ٿو. هن رد عمل ۾ جاري ٿيندڙ توانائي جو حساب هيٺ ڏنل طريقي سان ڪريو، ذرڙن جي ماس کي ڏنو وڃي:
- ماس ${}^{235}_{92}U = 235.0439299 \ \ٽيڪسٽ{u}$
- نيوٽران ماس $^1_0n = 1.0086649 \ \text{u}$
- ماس ${}^{141}_{56}Ba = 140.9144060 \ \text{u}$
- ماس ${}^{92}_{36}ڪر = 91.9261730 \ \ٽيڪسٽ{u}$
_نوٽ: 1 u = 931.5 MeV/c²._
بحث:
1. رد عمل کان اڳ ماس جي مقدار:
- رد عمل کان اڳ جو ماس يورينيم-235 ۽ هڪ نيوٽران جو ماس آهي:
\[
ايم_{\ٽيڪسٽ{اڳواٽ}} = 235.0439299 \, \ٽيڪسٽ{u} + 1.0086649 \, \ٽيڪسٽ{u} = 236.0525948 \, \ٽيڪسٽ{u}
\]
2. رد عمل کان پوءِ ڪُل ماس:
- رد عمل کان پوءِ ماس بيريم، ڪرپٽن، ۽ ٽن نيوٽرانن جو ماس آهي:
\[
م_{\ٽيڪسٽ{بعد}} = 140.9144060 \, \ٽيڪسٽ{u} + 91.9261730 \, \ٽيڪسٽ{u} + 3 \وقت 1.0086649 \, \ٽيڪسٽ{u} = 235.8476727 \, \ٽيڪسٽ{u}
\]
3. ماس ۾ تبديلي:
- ماس ۾ تبديلي، يا ماس جو نقصان، رد عمل کان اڳ ۽ بعد ۾ ماس جي وچ ۾ فرق آهي:
\[
\ڊيلٽا m = M_{\ٽيڪسٽ{اڳيان}} – M_{\ٽيڪسٽ{بعد}} = 236.0525948 \, \ٽيڪسٽ{u} – 235.8476727 \, \ٽيڪسٽ{u} = 0.2049221 \, \ٽيڪسٽ{u}
\]
4. توانائي جاري ڪئي وئي:
- آئن اسٽائن جي مساوات \(E=mc^2\) جي مطابق، جاري ڪيل توانائي کي ماس ۾ تبديلي مان ڳڻيو وڃي ٿو:
\[
اي = \ڊيلٽا ايم \ٽائيمز 931.5 \، \ٽيڪسٽ{مي وي/يو} = 0.2049221 \، \ٽيڪسٽ{يو} \ٽائيمز 931.5 \، \ٽيڪسٽ{مي وي/يو} \تقريبن 190.804 \، \ٽيڪسٽ{مي وي}
\]
يورينيم-235 جي فيشن رد عمل ۾ خارج ٿيندڙ توانائي تقريبن 190.804 MeV آهي.
مثال سوال 2
سوال: هڪ نيوڪليئر ري ايڪٽر في فيشن ري ايڪشن سراسري طور تي 200 MeV توانائي خارج ڪري ٿو. جيڪڏهن ري ايڪٽر 1 GW بجلي پيدا ڪري ٿو (1 گيگا واٽ = $10^9$ W)، ته هر سيڪنڊ ۾ ڪيترا فيشن ري ايڪشن ٿين ٿا؟
بحث:
1. هر رد عمل تي خارج ٿيندڙ توانائي:
- هر رد عمل 200 MeV پيدا ڪري ٿو جيڪو برابر آهي:
\[
1 \, \text{MeV} = 1.60218 \times 10^{-13} \, \text{J}, \quad \text{so, } 200 \, \text{MeV} = 200 \times 1.60218 \times 10^{-13} \, \text{J} = 3.20436 \times 10^{-11} \, \text{J}
\]
2. ري ايڪٽر پاور:
- پيدا ٿيندڙ بجلي 1 گيگاواٽ، يا $10^9$ ڊبليو آهي، جيڪا $10^9$ ج/سڪ جي برابر آهي.
3. رد عملن جي تعداد جو حساب:
- في سيڪنڊ رد عملن جو تعداد ڪل طاقت کي هر رد عمل جي توانائي سان ورهائي حساب ڪري سگهجي ٿو:
\[
\text{في سيڪنڊ رد عملن جو تعداد} = \frac{10^9 \, \text{J/s}}{3.20436 \times 10^{-11} \, \text{J/reaction}} = 3.12 \times 10^{19} \, \text{reactions/second}
\]
تنهن ڪري، 1 GW بجلي پيدا ڪرڻ لاءِ هر سيڪنڊ ۾ تقريباً \(3.12 \times 10^{19}\) فيشن رد عمل ٿين ٿا.
پينوٽ اپ
سمجھ ۽ حساب ڪتاب ذريعي، فيشن رد عمل نه رڳو فزڪس جي سکيا ۾ هڪ اهم عنصر آهن پر ان جا اهم حقيقي دنيا جا استعمال پڻ آهن. نيوڪليئر توانائي ٽيڪنالاجي فيشن رد عمل تي ڀاڙي ٿي، ۽ هن ٽيڪنالاجي ۾ هر ترقي اهم فائدا ۽ خطرا ٻئي آڻي سگهي ٿي. مٿين مسئلن ذريعي بنيادي تصورن ۽ انهن جي استعمال کي سمجهڻ سان، اسان روزمره جي زندگي تي فيشن رد عمل جي اثر ۽ ان صلاحيت کي بهتر طور تي سمجهي سگهون ٿا جيڪو وڌيڪ ڳولهي سگهجي ٿو.
