একটি নিউক্লিয়াসের বিভাজন হল একটি ভারী পরমাণুকে প্রায় সমান ভরের দুটি খণ্ডে বিভক্ত করা, যার সাথে প্রচুর পরিমাণে শক্তি নির্গত হয়।
পরমাণু বিভাজনের আবিষ্কার একটি নতুন যুগের সূচনা করে - "পারমাণবিক যুগ"। এর সম্ভাব্য ব্যবহারের সম্ভাবনা এবং এর ব্যবহার থেকে উপকৃত হওয়ার ঝুঁকির অনুপাত শুধুমাত্র অনেক সমাজতাত্ত্বিক, রাজনৈতিক, অর্থনৈতিক এবং বৈজ্ঞানিক সাফল্যই নয়, গুরুতর সমস্যাও তৈরি করেছে। এমনকি বিশুদ্ধ বৈজ্ঞানিক দৃষ্টিকোণ থেকেও, পারমাণবিক বিভাজন প্রক্রিয়াটি প্রচুর সংখ্যক ধাঁধা এবং জটিলতার সৃষ্টি করেছে এবং এর সম্পূর্ণ তাত্ত্বিক ব্যাখ্যা ভবিষ্যতের বিষয়।
শেয়ার করা লাভজনক
বাইন্ডিং এনার্জি (প্রতি নিউক্লিয়ন) বিভিন্ন নিউক্লিয়াসের জন্য আলাদা। পর্যায় সারণীর মাঝখানে অবস্থিতগুলির তুলনায় ভারীগুলির বাঁধাই শক্তি কম থাকে৷
এর মানে হল যে 100-এর বেশি পারমাণবিক সংখ্যা সহ ভারী নিউক্লিয়াস দুটি ছোট খণ্ডে বিভক্ত হওয়ার ফলে উপকৃত হয়, যার ফলে শক্তি নির্গত হয়খণ্ডের গতিশক্তিতে রূপান্তরিত হয়। এই প্রক্রিয়াটিকে পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের বিভাজন বলা হয়।
স্থায়িত্ব বক্ররেখা অনুসারে, যা স্থিতিশীল নিউক্লাইডের জন্য নিউট্রনের সংখ্যার উপর প্রোটনের সংখ্যার নির্ভরতা দেখায়, ভারী নিউক্লিয়াস হালকা নিউক্লাইডের চেয়ে বেশি নিউট্রন পছন্দ করে (প্রোটনের সংখ্যার তুলনায়)। এটি পরামর্শ দেয় যে বিভাজন প্রক্রিয়ার পাশাপাশি কিছু "অতিরিক্ত" নিউট্রন নির্গত হবে। উপরন্তু, তারা কিছু মুক্তি শক্তি গ্রহণ করবে। ইউরেনিয়াম পরমাণুর পারমাণবিক বিভাজনের গবেষণায় দেখা গেছে যে 3-4টি নিউট্রন নির্গত হয়: 238U → 145La + 90Br + 3n.
একটি খণ্ডের পারমাণবিক সংখ্যা (এবং পারমাণবিক ভর) পিতামাতার অর্ধেক পারমাণবিক ভরের সমান নয়। বিভাজনের ফলে গঠিত পরমাণুর ভরের মধ্যে পার্থক্য সাধারণত প্রায় 50 হয়। তবে এর কারণ এখনও পুরোপুরি বোঝা যায়নি।
238U, 145La এবং 90Br এর আবদ্ধ শক্তি হল 1803, যথাক্রমে 1198 এবং 763 MeV। এর মানে হল এই প্রতিক্রিয়ার ফলে, ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসের বিদারণ শক্তি নির্গত হয়, 1198 + 763-1803=158 MeV।
স্বতঃস্ফূর্ত বিদারণ
স্বতঃস্ফূর্ত বিভাজনের প্রক্রিয়াগুলি প্রকৃতিতে পরিচিত, তবে সেগুলি খুব বিরল। এই প্রক্রিয়ার গড় জীবনকাল প্রায় 1017 বছর, এবং, উদাহরণস্বরূপ, একই রেডিওনিউক্লাইডের আলফা ক্ষয়ের গড় জীবনকাল প্রায় 1011বছর।
এর কারণ হল দুটি ভাগে বিভক্ত করতে হলে কার্নেলকে অবশ্যই থাকতে হবেপ্রথমে একটি উপবৃত্তাকার আকারে বিকৃতি (প্রসারিত) করে, এবং তারপরে, দুটি খণ্ডে বিভক্ত হওয়ার আগে, মাঝখানে একটি "ঘাড়" গঠন করে।
সম্ভাব্য বাধা
বিকৃত অবস্থায়, দুটি শক্তি মূলে কাজ করে। তাদের মধ্যে একটি হল বর্ধিত পৃষ্ঠ শক্তি (তরল ড্রপের পৃষ্ঠের টান তার গোলাকার আকৃতিকে ব্যাখ্যা করে), এবং অন্যটি হল বিদারণ খণ্ডের মধ্যে কুলম্ব বিকর্ষণ। একসাথে তারা একটি সম্ভাব্য বাধা তৈরি করে৷
আলফা ক্ষয়ের ক্ষেত্রে যেমন ইউরেনিয়াম পরমাণুর নিউক্লিয়াসের স্বতঃস্ফূর্ত বিদারণ ঘটতে পারে, টুকরোগুলোকে অবশ্যই কোয়ান্টাম টানেলিং ব্যবহার করে এই বাধা অতিক্রম করতে হবে। প্রতিবন্ধকতা প্রায় 6 MeV, যেমন আলফা ক্ষয়ের ক্ষেত্রে, তবে একটি α কণার টানেলিংয়ের সম্ভাবনা অনেক বেশি ভারী পরমাণু বিদারণ পণ্যের চেয়ে অনেক বেশি।
জোর করে বিভক্ত করা
ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসের প্ররোচিত বিদারণ হওয়ার সম্ভাবনা অনেক বেশি। এই ক্ষেত্রে, প্যারেন্ট নিউক্লিয়াস নিউট্রন দিয়ে বিকিরণ করা হয়। যদি পিতামাতা এটি শোষণ করে, তারা আবদ্ধ করে, কম্পন শক্তির আকারে বাঁধাই শক্তি মুক্তি দেয় যা সম্ভাব্য বাধা অতিক্রম করতে প্রয়োজনীয় 6 MeV অতিক্রম করতে পারে।
যেখানে একটি অতিরিক্ত নিউট্রনের শক্তি সম্ভাব্য বাধা অতিক্রম করার জন্য অপর্যাপ্ত, ঘটনা নিউট্রনের একটি ন্যূনতম গতিশক্তি থাকতে হবে যাতে একটি পরমাণুর বিভাজন প্ররোচিত করতে সক্ষম হয়। 238U বন্ড শক্তির ক্ষেত্রে অতিরিক্তনিউট্রন প্রায় 1 MeV অনুপস্থিত। এর মানে হল যে ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসের বিদারণ শুধুমাত্র 1 MeV এর চেয়ে বেশি গতিশক্তি সহ একটি নিউট্রন দ্বারা প্ররোচিত হয়। অন্যদিকে, আইসোটোপ 235U এর একটি জোড়াবিহীন নিউট্রন রয়েছে। যখন নিউক্লিয়াস একটি অতিরিক্ত শোষণ করে, তখন এটি তার সাথে একটি জোড়া তৈরি করে এবং এই জোড়ার ফলে, অতিরিক্ত বাঁধাই শক্তি প্রদর্শিত হয়। নিউক্লিয়াসের সম্ভাব্য বাধা অতিক্রম করার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তির পরিমাণ নির্গত করার জন্য এটি যথেষ্ট এবং যেকোনো নিউট্রনের সাথে সংঘর্ষে আইসোটোপ বিদারণ ঘটে।
বিটা ক্ষয়
যদিও বিদারণ বিক্রিয়ায় তিন বা চারটি নিউট্রন নির্গত হয়, তবুও টুকরোগুলো তাদের স্থিতিশীল আইসোবারের চেয়ে বেশি নিউট্রন ধারণ করে। এর মানে হল যে ফিশন টুকরা সাধারণত বিটা ক্ষয়ের বিরুদ্ধে অস্থির।
উদাহরণস্বরূপ, যখন ইউরেনিয়াম বিদারণ ঘটে 238U, তখন A=145 সহ স্থিতিশীল আইসোবার হল নিওডিয়ামিয়াম 145Nd, যার মানে হল ল্যান্থানাম খণ্ডটি 145La তিনটি পর্যায়ে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, প্রতিবার একটি ইলেক্ট্রন এবং একটি অ্যান্টিনিউট্রিনো নির্গত হয়, যতক্ষণ না একটি স্থিতিশীল নিউক্লাইড তৈরি হয়। A=90 সহ স্থিতিশীল আইসোবার হল জিরকোনিয়াম 90Zr, তাই বিভাজিত টুকরো ব্রোমিন 90Br β-ক্ষয় শৃঙ্খলের পাঁচটি পর্যায়ে ক্ষয় হয়।
এই β-ক্ষয় শৃঙ্খলগুলি অতিরিক্ত শক্তি নির্গত করে, যার প্রায় পুরোটাই ইলেকট্রন এবং অ্যান্টিনিউট্রিনো দ্বারা বাহিত হয়৷
পরমাণু বিক্রিয়া: ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়ার বিদারণ
একটি নিউক্লাইড থেকে নিউট্রনের সরাসরি বিকিরণওকার্নেলের স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করার জন্য তাদের একটি বড় সংখ্যা অসম্ভাব্য। এখানে বিন্দু হল যে কোন কুলম্ব বিকর্ষণ নেই, এবং তাই পৃষ্ঠের শক্তি নিউট্রনকে প্যারেন্টের সাথে বন্ধনে রাখার প্রবণতা রাখে। যাইহোক, এটি কখনও কখনও ঘটে। উদাহরণস্বরূপ, বিটা ক্ষয়ের প্রথম পর্যায়ে বিদারণ খণ্ড 90Br ক্রিপ্টন-90 উৎপন্ন করে, যা পৃষ্ঠের শক্তিকে অতিক্রম করার জন্য যথেষ্ট শক্তি সহ উত্তেজিত অবস্থায় থাকতে পারে। এই ক্ষেত্রে, ক্রিপ্টন-89 গঠনের সাথে সরাসরি নিউট্রনের নির্গমন ঘটতে পারে। এই আইসোবারটি স্থিতিশীল yttrium-89 এ পরিবর্তিত না হওয়া পর্যন্ত β ক্ষয়ের জন্য অস্থির, তাই ক্রিপ্টন-89 তিনটি ধাপে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়।
ইউরেনিয়াম ফিশন: চেইন বিক্রিয়া
একটি বিদারণ বিক্রিয়ায় নির্গত নিউট্রন অন্য মূল নিউক্লিয়াস দ্বারা শোষিত হতে পারে, যা পরে নিজেই প্ররোচিত ফিশনের মধ্য দিয়ে যায়। ইউরেনিয়াম-238-এর ক্ষেত্রে, যে তিনটি নিউট্রন উৎপন্ন হয় তা 1 MeV-এর কম শক্তি নিয়ে বেরিয়ে আসে (ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসের বিভাজনের সময় নির্গত শক্তি - 158 MeV - প্রধানত ফিশন টুকরোগুলির গতিশক্তিতে রূপান্তরিত হয়।), তাই তারা এই নিউক্লাইডের আরও বিদারণ ঘটাতে পারে না। যাইহোক, বিরল আইসোটোপের উল্লেখযোগ্য ঘনত্ব 235U, এই মুক্ত নিউট্রনগুলি নিউক্লিয়াস দ্বারা বন্দী করা যেতে পারে 235U, যা প্রকৃতপক্ষে বিদারণ ঘটাতে পারে, যেহেতু এই ক্ষেত্রে, এমন কোন শক্তি থ্রেশহোল্ড নেই যার নিচে বিদারণ প্ররোচিত হয় না।
এটি চেইন প্রতিক্রিয়া নীতি।
পরমাণু বিক্রিয়ার প্রকার
ধরা যাক, এই শৃঙ্খলের n পর্যায়ে বিচ্ছিন্ন পদার্থের একটি নমুনায় উত্পাদিত নিউট্রনের সংখ্যা n - 1 পর্যায়ে উত্পাদিত নিউট্রনের সংখ্যা দ্বারা ভাগ করা হয়। এই সংখ্যাটি কতগুলি নিউট্রন উৎপন্ন হয় তার উপর নির্ভর করবে পর্যায় n - 1, নিউক্লিয়াস দ্বারা শোষিত হয়, যা জোরপূর্বক বিদারণ হতে পারে।
• k < যদি 1 হয়, তাহলে চেইন বিক্রিয়াটি সহজভাবে বন্ধ হয়ে যাবে এবং প্রক্রিয়াটি খুব দ্রুত বন্ধ হয়ে যাবে। প্রাকৃতিক ইউরেনিয়াম আকরিকের ক্ষেত্রে ঠিক এটিই ঘটে, যেখানে 235U এর ঘনত্ব এত কম যে এই আইসোটোপ দ্বারা নিউট্রনগুলির একটির শোষণের সম্ভাবনা অত্যন্ত নগণ্য৷
• k > 1 হলে, সমস্ত বিচ্ছিন্ন পদার্থ (পারমাণবিক বোমা) ব্যবহার না করা পর্যন্ত চেইন বিক্রিয়া বৃদ্ধি পাবে। এটি ইউরেনিয়াম-235 এর পর্যাপ্ত উচ্চ ঘনত্ব পেতে প্রাকৃতিক আকরিক সমৃদ্ধ করে অর্জন করা হয়। একটি গোলাকার নমুনার জন্য, k-এর মান নিউট্রন শোষণ সম্ভাবনা বৃদ্ধির সাথে বৃদ্ধি পায়, যা গোলকের ব্যাসার্ধের উপর নির্ভর করে। সুতরাং, ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসের বিদারণ (একটি চেইন বিক্রিয়া) ঘটতে হলে U এর ভর অবশ্যই কিছু গুরুত্বপূর্ণ ভরকে অতিক্রম করতে হবে।
• k=1 হলে একটি নিয়ন্ত্রিত বিক্রিয়া ঘটে। এটি পারমাণবিক চুল্লিতে ব্যবহৃত হয়। প্রক্রিয়াটি ইউরেনিয়ামের মধ্যে ক্যাডমিয়াম বা বোরন রড বিতরণ করে নিয়ন্ত্রিত হয়, যা বেশিরভাগ নিউট্রন শোষণ করে (এই উপাদানগুলির নিউট্রন ক্যাপচার করার ক্ষমতা রয়েছে)। ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসের বিদারণ স্বয়ংক্রিয়ভাবে রডগুলি সরানোর মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত হয় যাতে k এর মান একের সমান থাকে।
