විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා සාකච්ඡා ප්රශ්න සඳහා උදාහරණය
පෙන්ඩහුලුවන්
න්යෂ්ටික විඛණ්ඩනය න්යෂ්ටික භෞතික විද්යාවේ වඩාත්ම ආකර්ෂණීය හා වැදගත් සංසිද්ධියකි. මෙම ප්රතික්රියාවට බර පරමාණුක න්යෂ්ටීන් සැහැල්ලු ඒවා බවට බෙදීම ඇතුළත් වන අතර එමඟින් අතිවිශාල ශක්තියක් මුදා හරිනු ලැබේ. මෙම යාන්ත්රණය න්යෂ්ටික බල උත්පාදන තාක්ෂණයේ සහ පරමාණු බෝම්බයේ පදනම වේ. න්යායාත්මකව සහ ප්රායෝගිකව විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා තේරුම් ගැනීම භෞතික විද්යා සිසුන්ට සහ න්යෂ්ටික විද්යාව ගැන උනන්දුවක් දක්වන පුද්ගලයින්ට අත්යවශ්ය වේ. මෙම සංකල්පය වඩා හොඳින් තේරුම් ගැනීමට උපකාර කිරීම සඳහා විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා පිළිබඳ උදාහරණ කිහිපයක් සහ ඒවායේ සාකච්ඡා මෙම ලිපියෙන් විමසා බලයි.
විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා පිළිබඳ මූලික සංකල්ප
විඛණ්ඩන ප්රතික්රියාවක් යනු බර පරමාණුක න්යෂ්ටියක් (යුරේනියම්-235 හෝ ප්ලූටෝනියම්-239 වැනි) නියුට්රෝනයක් අවශෝෂණය කර සැහැල්ලු න්යෂ්ටි දෙකකට හෝ වැඩි ගණනකට, නියුට්රෝන ගණනාවකට සහ විශාල ශක්ති ප්රමාණයකට බෙදීමේ ක්රියාවලිය ලෙස සරලව අර්ථ දැක්විය හැකිය. විඛණ්ඩන ප්රතික්රියාවකදී මුදා හරින ශක්තිය ස්කන්ධයේ වෙනසෙන් ලැබෙන අතර එහිදී ඇල්බට් අයින්ස්ටයින්ගේ E=mc² නියමයට අනුව කුඩා ස්කන්ධ ප්රමාණයක් අහිමි වී ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වේ.
න්යෂ්ටික විඛණ්ඩන ක්රියාවලිය
විඛණ්ඩන ප්රතික්රියාවක් සාමාන්යයෙන් ආරම්භ වන්නේ බර පරමාණුක න්යෂ්ටියක් අයාලේ යන නියුට්රෝනයක් අවශෝෂණය කරන විටය. මෙය ඉතා අස්ථායී සමස්ථානිකයක් නිර්මාණය කරයි, එය ඉතා අස්ථායී වන අතර එය ක්ෂණිකව පාහේ සැහැල්ලු න්යෂ්ටි බවට බෙදී නියුට්රෝන කිහිපයක් සහ සැලකිය යුතු ශක්තියක් නිකුත් කරයි. යුරේනියම්-235 විඛණ්ඩන ප්රතික්රියාවක උදාහරණයක් මෙන්න:
\[
{}^{235}_{92}U + {}^1_0n \දකුණු ඊතලය {}^{141}_{56}Ba + {}^{92}_{36}Kr + 3{}^1_0n + \පෙළ{ශක්තිය}
\]
විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා ප්රශ්න සඳහා උදාහරණ
න්යෂ්ටික භෞතික විද්යා පාඩම් වල බොහෝ විට දක්නට ලැබෙන විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා පිළිබඳ ප්රශ්න කිහිපයක් සහ ඒවායේ විසඳුම් පිළිබඳ සාකච්ඡා පහත දැක්වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 1
ප්රශ්නය: යුරේනියම්-235 න්යෂ්ටියක් නියුට්රෝනයක් ග්රහණය කරගෙන බේරියම්-141, ක්රිප්ටෝන්-92, නියුට්රෝන තුනක් සහ ශක්තිය සෑදීමට විඛණ්ඩනයට භාජනය වේ. අංශුවල ස්කන්ධ පහත පරිදි ලබා දී මෙම ප්රතික්රියාවේ දී මුදා හරින ශක්තිය ගණනය කරන්න:
– ස්කන්ධය ${}^{235}_{92}U = 235.0439299 \ \text{u}$
– නියුට්රෝන ස්කන්ධය $^1_0n = 1.0086649 \ \text{u}$
– ස්කන්ධය ${}^{141}_{56}Ba = 140.9144060 \ \text{u}$
– ස්කන්ධය ${}^{92}_{36}Kr = 91.9261730 \ \text{u}$
_සටහන: 1 u = 931.5 MeV/c²._
සාකච්ඡාව :
1. ප්රතික්රියාවට පෙර ස්කන්ධ ප්රමාණය:
– ප්රතික්රියාවට පෙර ස්කන්ධය යුරේනියම්-235 සහ එක් නියුට්රෝනයක ස්කන්ධය වේ:
\[
M_{\පෙළ{පෙර}} = 235.0439299 \, \පෙළ{u} + 1.0086649 \, \පෙළ{u} = 236.0525948 \, \පෙළ{u}
\]
2. ප්රතික්රියාවෙන් පසු මුළු ස්කන්ධය:
– ප්රතික්රියාවෙන් පසු ස්කන්ධය බේරියම්, ක්රිප්ටෝන් සහ නියුට්රෝන තුනක ස්කන්ධය වේ:
\[
M_{\පෙළ{පසු}} = 140.9144060 \, \පෙළ{u} + 91.9261730 \, \පෙළ{u} + 3 \times 1.0086649 \, \පෙළ{u} = 235.8476727 \, \පෙළ{u}
\]
3. ස්කන්ධයේ වෙනස:
– ස්කන්ධයේ වෙනස හෙවත් ස්කන්ධය නැතිවීම යනු ප්රතික්රියාවට පෙර සහ පසු ස්කන්ධය අතර වෙනසයි:
\[
\ඩෙල්ටා m = M_{\පෙළ{පෙර}} – M_{\පෙළ{පසුව}} = 236.0525948 \, \පෙළ{u} – 235.8476727 \, \පෙළ{u} = 0.2049221 \, \පෙළ{u}
\]
4. මුදා හරින ලද ශක්තිය:
– අයින්ස්ටයින්ගේ සමීකරණයට අනුව මුදා හරින ශක්තිය \(E=mc^2\) ස්කන්ධයේ වෙනසෙන් ගණනය කළ හැක:
\[
E = \Delta m \times 931.5 \, \text{MeV/u} = 0.2049221 \, \text{u} \times 931.5 \, \text{MeV/u} \ආසන්න වශයෙන් 190.804 \, \text{MeV}
\]
යුරේනියම්-235 විඛණ්ඩන ප්රතික්රියාවෙන් මුදා හරින ශක්තිය ආසන්න වශයෙන් 190.804 MeV වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 2
ප්රශ්නය: න්යෂ්ටික ප්රතික්රියාකාරකයක් එක් විඛණ්ඩන ප්රතික්රියාවකට සාමාන්යයෙන් MeV 200 ක ශක්තියක් නිකුත් කරයි. ප්රතික්රියාකාරකය 1 GW බලයක් (1 ගිගාවොට් = $10^9$ W) නිපදවන්නේ නම්, තත්පරයකට කොපමණ විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා සිදුවේද?
සාකච්ඡාව :
1. ප්රතික්රියාවකට මුදා හරින ශක්තිය:
– සෑම ප්රතික්රියාවක්ම 200 MeV නිපදවන අතර එය සමාන වේ:
\[
1 \, \text{MeV} = 1.60218 \times 10^{-13} \, \text{J}, \quad \text{so, } 200 \, \text{MeV} = 200 \times 1.60218 \times 10^{-13} \, \text{J} = 3.20436 \times 10^{-11} \, \text{J}
\]
2. ප්රතික්රියාකාරක බලය:
– නිපදවන බලය 1 GW, නැතහොත් $10^9$ W, එය $10^9$ J/s ට සමාන වේ.
3. ප්රතික්රියා ගණන ගණනය කිරීම:
– තත්පරයකට ප්රතික්රියා ගණන ගණනය කළ හැක්කේ මුළු බලය ප්රතික්රියාවකට ඇති ශක්තියෙන් බෙදීමෙනි:
\[
\text{තත්පරයට ප්රතික්රියා ගණන} = \frac{10^9 \, \text{J/s}}{3.20436 \times 10^{-11} \, \text{J/reaction}} = 3.12 \times 10^{19} \, \text{ප්රතික්රියා/තත්පර}
\]
එමනිසා, සෑම තත්පරයකම 1 GW බලයක් නිපදවීම සඳහා \(3.12 \times 10^{19}\) පමණ විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා සිදු වේ.
වසා දැමීම
අවබෝධය සහ ගණනය කිරීම තුළින්, විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා භෞතික විද්යාව ඉගෙනීමේ තීරණාත්මක අංගයක් පමණක් නොව සැලකිය යුතු සැබෑ ලෝක යෙදීම් ද ඇත. න්යෂ්ටික බලශක්ති තාක්ෂණය විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා මත රඳා පවතින අතර, මෙම තාක්ෂණයේ සෑම දියුණුවක්ම සැලකිය යුතු ප්රතිලාභ සහ අවදානම් යන දෙකම ගෙන දිය හැකිය. ඉහත ගැටළු හරහා මූලික සංකල්ප සහ ඒවායේ යෙදුම තේරුම් ගැනීමෙන්, එදිනෙදා ජීවිතයට විඛණ්ඩන ප්රතික්රියා වල බලපෑම සහ තවදුරටත් ගවේෂණය කළ හැකි විභවය අපට වඩා හොඳින් තේරුම් ගත හැකිය.
