مثال طور نيوڪليئر رد عمل (فِشن ۽ فيوزن) تي بحث ڪندڙ سوال
سائنس ۽ ٽيڪنالاجي جي ترقي ۾، خاص طور تي توانائي جي شعبي ۾، نيوڪليئر رد عمل هڪ اهم جسماني رجحان آهن. نيوڪليئر رد عمل جا ٻه مکيه قسم آهن: فيشن ۽ فيوزن. هن مضمون ۾، اسان بنيادي تصورن، فرقن، ۽ ڪيترن ئي مثالن جي مسئلن ۽ انهن جي حلن تي بحث ڪنداسين جيڪي نيوڪليئر رد عمل سان لاڳاپيل آهن، فيشن ۽ فيوزن ٻنهي.
فيشن ۽ فيوزن جي رد عمل جو تعارف
فِشن اهو عمل آهي جنهن ذريعي هڪ وڏو، ڳرو ايٽمي مرڪز، جهڙوڪ يورينيم-235 يا پلوٽونيم-239، ننڍن، هلڪي مرڪز ۾ ورهائجي ويندو آهي. البرٽ آئن اسٽائن جي مشهور مساوات، \(E=mc^2\) جي مطابق، هي عمل وڏي مقدار ۾ توانائي خارج ڪري ٿو ڇاڪاڻ ته اصل مرڪز جي ڪجهه ماس کي توانائي ۾ تبديل ڪيو ويندو آهي. فِشن رد عمل ايٽمي پاور پلانٽس ۽ ايٽمي هٿيارن ۾ وڏي پيماني تي استعمال ٿيندا آهن.
ان جي ابتڙ، فيوزن اهو عمل آهي جنهن ذريعي هلڪو نيوڪلئي ڳرو نيوڪلئي ٺاهيندو آهي. فيوزن رد عمل جو سڀ کان عام مثال هائيڊروجن نيوڪلئي جو هيليم ۾ فيوزن آهي، جيئن سج ۽ ٻين تارن ۾ ٿئي ٿو. فيوزن في يونٽ ماس جي ڀيٽ ۾ وڌيڪ توانائي پيدا ڪري ٿو ۽ ڪائنات ۾ توانائي جو بنيادي ذريعو آهي.
نموني سوال ۽ بحث
انهن ٻن قسمن جي ايٽمي رد عملن کي بهتر سمجهڻ لاءِ، اچو ته ڪجهه سوالن جي مثالن تي بحث ڪريون جيڪي اڪثر ايٽمي فزڪس جي سبقن ۾ نظر اچن ٿا.
سوال 1: يورينيم-235 جو فيشن ري ايڪشن
سڀ کان وڌيڪ عام فيشن رد عملن مان هڪ اهو آهي جڏهن يورينيم-235 هڪ نيوٽران کي پڪڙي ٿو ۽ بيريم-141 ۽ ڪرپٽن-92 ۾ ورهائجي ٿو، ٽي اضافي نيوٽران جاري ڪري ٿو. هن رد عمل لاءِ مساوات لکو ۽ خارج ٿيندڙ توانائي جي مقدار جو حساب لڳايو، جيڪڏهن يورينيم-235 جو نيوڪليئر ماس 235,0439 u آهي، بيريم-141 140,9144 u آهي، ۽ ڪرپٽن-92 91,9262 u آهي. هڪ نيوٽران جو ماس 1,0087 u آهي.
بحث:
جيڪو نيوڪليئر رد عمل ٿئي ٿو ان کي هن طرح لکي سگهجي ٿو:
\[
\text{^{235}_{92}U} + \text{n} \rightarrow \text{^{141}_{56}Ba} + \text{^{92}_{36}Kr} + 3\text{n}
\]
جاري ڪيل توانائي جو حساب ڪرڻ لاءِ، اسان کي ماس جي خساري کي ڄاڻڻ جي ضرورت آهي، جيڪو شروعاتي ماس ۽ شين جي ماس جي وچ ۾ فرق آهي:
1. شروعاتي ماس = يورينيم-235 جو ماس + نيوٽران جو ماس = 235,0439 u + 1,0087 u = 236,0526 u
2. پيداوار جو ماس = بيريئم-141 جو ماس + ڪرپٽن-92 جو ماس + 3 نيوٽران جو ماس = 140,9144 u + 91,9262 u + 3(1,0087 u) = 235,8607 u
3. ماس ڊيفيسيٽ (Δm) = شروعاتي ماس - پراڊڪٽ ماس = 236,0526 u - 235,8607 u = 0,1919 u
جاري ڪيل توانائي جو حساب مساوات \(E=mc^2\) استعمال ڪندي ڪري سگهجي ٿو، جتي 1 u 931.5 MeV جي برابر آهي:
\[
\ڊيلٽا اي = \ڊيلٽا م \ٽائيمز 931.5 \، \ٽيڪسٽ{مي وي} = 0.1919 \ٽائيمز 931.5 \، \ٽيڪسٽ{مي وي} \لڳ ڀڳ 178.8 \، \ٽيڪسٽ{مي وي}
\]
تنهن ڪري، هن فيشن رد عمل ۾ جاري ٿيندڙ توانائي تقريباً 178.8 MeV آهي.
سوال 2: هائيڊروجن فيوزن رد عمل
فيوزن رد عمل جي مثال طور، اچو ته ٻن ڊيوٽريم نيوڪلئي (\( \text{^2_1H} \)) جي وچ ۾ رد عمل تي غور ڪريون ته جيئن هيليم-3 نيوڪلئيس (\( \text{^3_2He} \)) ۽ هڪ نيوٽران ٺهي. جيڪڏهن ڊيوٽريم جو ماس 2,0141 u آهي، هيليم-3 جو ماس 3,0160 u آهي، ۽ نيوٽران جو ماس 1,0087 u آهي ته جاري ٿيندڙ توانائي جو حساب لڳايو.
بحث:
جيڪو نيوڪليئر رد عمل ٿئي ٿو ان کي هن طرح لکي سگهجي ٿو:
\[
\ٽيڪسٽ{^2_1H} + \ٽيڪسٽ{^2_1H} \رائيٽ آرو \ٽيڪسٽ{^3_2H} + \ٽيڪسٽ{ن}
\]
رد عمل ۾ ٿيندڙ ماس خساري جو حساب لڳايو:
1. شروعاتي مايو = 2(2,0141 u) = 4,0282 u
2. پيداوار جو ماس = هيليم-3 ماس + نيوٽران ماس = 3,0160 u + 1,0087 u = 4,0247 u
3. ماس ڊيفيسيٽ (Δm) = شروعاتي ماس - پراڊڪٽ ماس = 4,0282 u - 4,0247 u = 0,0035 u
جاري ڪيل توانائي جو حساب لڳائي سگهجي ٿو:
\[
\ڊيلٽا اي = \ڊيلٽا م \ٽائيمز 931.5 \، \ٽيڪسٽ{مي وي} = 0.0035 \ٽائيمز 931.5 \، \ٽيڪسٽ{مي وي} \لڳ ڀڳ 3.26 \، \ٽيڪسٽ{مي وي}
\]
هن فيوزن رد عمل مان نڪرندڙ توانائي لڳ ڀڳ 3.26 MeV آهي.
مقابلو ۽ استعمال
انهن ٻن مثالن مان، اسان اهو نتيجو ڪڍي سگهون ٿا ته جيتوڻيڪ فيوزن رد عمل في واقعي ۾ فيشن رد عملن ذريعي جاري ٿيندڙ توانائي جي ڀيٽ ۾ ٿوري گهٽ توانائي پيدا ڪن ٿا، فيوزن جو مکيه فائدو ان جي تمام گهڻي توانائي جي صلاحيت آهي جڏهن وڏي مقدار ۾ ڪئي ويندي آهي، جهڙوڪ فيوزن ري ايڪٽر ۾، جيڪو مثالي طور تي دنيا جي توانائي جي مسئلن کي وڌيڪ صاف ۽ محفوظ طريقي سان حل ڪري سگهي ٿو.
فيوژن ري ايڪشن هن وقت ايٽمي پاور پلانٽس ۾ وڏي پيماني تي استعمال ٿين ٿا، پر انهن کي حفاظت ۽ نتيجي ۾ پيدا ٿيندڙ ريڊيو ايڪٽو فضلي سان لاڳاپيل چئلينجن کي منهن ڏيڻو پوي ٿو. ساڳئي وقت، فيوزن ري ايڪشن، شمسي ۽ تاريڪي توانائي جو بنياد، ترقي هيٺ آهن، فرانس ۾ ITER جهڙا منصوبا مستقبل جي صاف توانائي جي ذريعن جي طور تي ايٽمي فيوزن جي عملداري کي ظاهر ڪرڻ جو مقصد رکن ٿا.
نتيجو
ٽيڪنالاجي ۽ سائنسي ترقي جي تناظر ۾، ايٽمي رد عمل، ٻنهي جي فِشن ۽ فيوزن کي سمجهڻ تمام ضروري آهي. ان کان علاوه، هي علم ڪائنات جي ڪم ڪرڻ ۽ پائيدار توانائي جي ذريعن کي فراهم ڪرڻ ۾ ان جي امڪاني استعمالن جي باري ۾ گهري بصيرت فراهم ڪري ٿو. ايٽمي رد عمل جي مطالعي ۾، مٿي بحث ڪيل مشق جا مسئلا، ايٽمي توانائي جي تصورن ۽ استعمالن جي اسان جي سمجھ کي وڌيڪ مضبوط ڪرڻ ۾ مدد ڪن ٿا.
