பிளவு வினை கலந்துரையாடல் கேள்விகளுக்கான எடுத்துக்காட்டு

பிளவு வினை கலந்துரையாடல் கேள்விகளுக்கான எடுத்துக்காட்டு

பெண்டாஹுலுவான்

அணுக்கருப் பிளவு என்பது அணு இயற்பியலில் மிகவும் கவர்ச்சிகரமான மற்றும் முக்கியமான நிகழ்வுகளில் ஒன்றாகும். இந்த வினையானது, கனமான அணுக்கருக்களை இலேசான அணுக்கருக்களாகப் பிளந்து, பெரும் அளவிலான ஆற்றலை வெளியிடுகிறது. இந்த வினைவழிமுறையே அணுசக்தி உற்பத்தித் தொழில்நுட்பத்திற்கும் அணுகுண்டிற்கும் அடிப்படையாக உள்ளது. இயற்பியல் மாணவர்களுக்கும் அணு அறிவியலில் ஆர்வமுள்ளவர்களுக்கும், பிளவு வினைகளைக் கோட்பாட்டு ரீதியாகவும் நடைமுறை ரீதியாகவும் புரிந்துகொள்வது அவசியமாகும். இந்தக் கருத்தை நாம் நன்கு புரிந்துகொள்ள உதவும் வகையில், இந்தக் கட்டுரை பிளவு வினைகளின் பல எடுத்துக்காட்டுகளையும் அவற்றைப் பற்றிய விவாதங்களையும் ஆராய்கிறது.

பிளவு வினைகளின் அடிப்படைக் கருத்துக்கள்

பிளவு வினை என்பது, யுரேனியம்-235 அல்லது புளூட்டோனியம்-239 போன்ற ஒரு கனமான அணுக்கரு, ஒரு நியூட்ரானை உறிஞ்சி, இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட இலேசான அணுக்கருக்கள், பல நியூட்ரான்கள் மற்றும் பெருமளவு ஆற்றலாகப் பிளவுபடும் ஒரு செயல்முறை என எளிமையாக வரையறுக்கலாம். ஒரு பிளவு வினையில் வெளியிடப்படும் ஆற்றலானது, நிறை வேறுபாட்டிலிருந்து வருகிறது; இதில், ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீனின் E=mc² விதியின்படி, ஒரு சிறிய அளவு நிறை இழக்கப்பட்டு ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது.

அணுக்கரு பிளவு செயல்முறை

ஒரு கனமான அணுக்கரு, வழிதவறிய ஒரு நியூட்ரானை உறிஞ்சும்போது பொதுவாக ஒரு பிளவு வினை தொடங்குகிறது. இது மிகவும் நிலையற்ற ஒரு ஐசோடோப்பை உருவாக்குகிறது; அந்த ஐசோடோப், கிட்டத்தட்ட உடனடியாகவே இலேசான அணுக்கருக்களாகப் பிளவுபட்டு, பல நியூட்ரான்களையும் கணிசமான ஆற்றலையும் வெளியிடுகிறது. யுரேனியம்-235 பிளவு வினைக்கான ஒரு உதாரணம் இதோ:

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

பிளவு வினை கேள்விகளுக்கான எடுத்துக்காட்டு

அணு இயற்பியல் பாடங்களில் அடிக்கடி காணப்படும் பிளவு வினைகள் தொடர்பான கேள்விகளுக்கான சில எடுத்துக்காட்டுகளும், அவற்றின் தீர்வுகள் குறித்த விளக்கங்களும் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 1

கேள்வி: யுரேனியம்-235 அணுக்கரு ஒன்று ஒரு நியூட்ரானைப் பிடித்து, பிளவுபட்டு பேரியம்-141, கிரிப்டான்-92, மூன்று நியூட்ரான்கள் மற்றும் ஆற்றலை உருவாக்குகிறது. துகள்களின் நிறைகள் பின்வருமாறு கொடுக்கப்பட்டுள்ள நிலையில், இந்த வினையில் வெளியிடப்பட்ட ஆற்றலைக் கணக்கிடுக:

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

குறிப்பு: 1 u = 931.5 MeV/c².

கலந்துரையாடல் :

1. வினைக்கு முந்தைய நிறை அளவு:
வினைக்கு முன்னரான நிறை என்பது யுரேனியம்-235 மற்றும் ஒரு நியூட்ரானின் நிறையாகும்:
\[
M_{\text{before}} = 235.0439299 \, \text{u} + 1.0086649 \, \text{u} = 236.0525948 \, \text{u}
\]

2. வினைக்குப் பிறகான மொத்த நிறை:
வினைக்குப் பிறகான நிறை என்பது பேரியம், கிரிப்டான் மற்றும் மூன்று நியூட்ரான்களின் நிறைக்குச் சமம்:
\[
M_{\text{after}} = 140.9144060 \, \text{u} + 91.9261730 \, \text{u} + 3 \times 1.0086649 \, \text{u} = 235.8476727 \, \text{u}
\]

3. நிறையில் ஏற்படும் மாற்றம்:
– நிறையில் ஏற்படும் மாற்றம் அல்லது நிறை இழப்பு என்பது, வினைக்கு முன்னும் பின்னும் உள்ள நிறைகளுக்கு இடையிலான வேறுபாடு ஆகும்.
\[
Δm = M_{\text{முன்}} – M_{\text{பின்}} = 236.0525948 \, \text{u} – 235.8476727 \, \text{u} = 0.2049221 \, \text{u}
\]

4. வெளியிடப்பட்ட ஆற்றல்:
– ஐன்ஸ்டீனின் சமன்பாடு \(E=mc^2\)-இன் படி, வெளியிடப்படும் ஆற்றலை நிறையில் ஏற்படும் மாற்றத்திலிருந்து கணக்கிடலாம்:
\[
E = Δm × 931.5 MeV/u = 0.2049221 u × 931.5 MeV/u ≈ 190.804 MeV
\]

யுரேனியம்-235 இன் பிளவு வினையில் வெளியிடப்படும் ஆற்றல் தோராயமாக 190.804 MeV ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 2

கேள்வி: ஒரு அணு உலை ஒவ்வொரு பிளவு வினைக்கும் சராசரியாக 200 MeV ஆற்றலை வெளியிடுகிறது. அந்த உலை 1 GW திறனை (1 ஜிகாவாட் = $10^9$ W) உற்பத்தி செய்தால், ஒரு வினாடிக்கு எத்தனை பிளவு வினைகள் நிகழ்கின்றன?

கலந்துரையாடல் :

1. ஒரு வினைக்கு வெளியிடப்படும் ஆற்றல்:
– ஒவ்வொரு வினையும் 200 MeV ஆற்றலை உருவாக்குகிறது, இது பின்வருவனவற்றிற்குச் சமமாகும்:
\[
1 MeV = 1.60218 × 10⁻¹³ J, எனவே, 200 MeV = 200 × 1.60218 × 10⁻¹³ J = 3.20436 × 10⁻¹¹ J
\]

2. அணு உலையின் திறன்:
– உற்பத்தி செய்யப்படும் திறன் 1 GW, அல்லது $10^9$ W ஆகும், இது $10^9$ J/s க்குச் சமம்.

3. வினைகளின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுதல்:
மொத்தத் திறனை ஒரு வினைக்கான ஆற்றலால் வகுப்பதன் மூலம், ஒரு வினாடிக்கு நிகழும் வினைகளின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடலாம்:
\[
ஒரு வினாடிக்கான வினைகளின் எண்ணிக்கை = 10⁹ J/s / (3.20436 × 10⁻¹¹ J/வினை) = 3.12 × 10¹⁹ வினைகள்/வினாடி
\]

எனவே, 1 GW ஆற்றலை உற்பத்தி செய்ய ஒவ்வொரு நொடியும் சுமார் \(3.12 \times 10^{19}\) பிளவு வினைகள் நிகழ்கின்றன.

மூடுகிறது

புரிதல் மற்றும் கணக்கீட்டின் மூலம், பிளவு வினைகள் இயற்பியல் கற்றலில் ஒரு முக்கிய அங்கமாக இருப்பது மட்டுமல்லாமல், குறிப்பிடத்தக்க நிஜ உலகப் பயன்பாடுகளையும் கொண்டுள்ளன. அணுசக்தித் தொழில்நுட்பம் பிளவு வினைகளைச் சார்ந்துள்ளது, மேலும் இந்தத் தொழில்நுட்பத்தில் ஏற்படும் ஒவ்வொரு முன்னேற்றமும் குறிப்பிடத்தக்க நன்மைகளையும் அபாயங்களையும் ஒருங்கே கொண்டு வரக்கூடும். மேலே உள்ள கணக்குகளின் மூலம் அடிப்படைக் கருத்துக்களையும் அவற்றின் பயன்பாட்டையும் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், அன்றாட வாழ்வில் பிளவு வினைகளின் தாக்கத்தையும் மேலும் ஆராயப்படக்கூடிய சாத்தியக்கூறுகளையும் நாம் நன்கு புரிந்துகொள்ள முடியும்.