नाभिकीय विखंडन और संलयन

नाभिकीय विखंडन और संलयन भारी नाभिकों को विभाजित करके या हल्के नाभिकों को विलय करके, अधिक कसकर बंधे हुए विन्यास की ओर न्यूक्लियनों को पुनर्व्यवस्थित करके बड़ी मात्रा में ऊर्जा छोड़ते हैं।

Definition

नाभिकीय विखंडन एक भारी नाभिक का हल्के खंडों में विभाजन है, जिसके साथ आमतौर पर न्यूट्रॉन और ऊर्जा का उत्सर्जन होता है, जबकि नाभिकीय संलयन हल्के नाभिकों का ऊर्जा के उत्सर्जन के साथ एक भारी नाभिक में संयोजन है; दोनों नाभिकीय बंधन-ऊर्जा के अंतर को उपयोगी ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।

Scope

यह विषय यूरेनियम और प्लूटोनियम जैसे भारी नाभिकों के हल्के खंडों में विभाजन को शामिल करता है, जिसमें न्यूट्रॉन और ऊर्जा का उत्सर्जन होता है, और हाइड्रोजन समस्थानिकों जैसे हल्के नाभिकों का भारी नाभिकों में संलयन होता है। यह विखंडन के तरल-बूंद मॉडल, श्रृंखला अभिक्रियाओं और क्रांतिकता, कूलम्ब अवरोध जिसे संलयन को पार करना होगा, और नाभिकीय ऊर्जा के नियंत्रित और विस्फोटक उत्सर्जन की स्थितियों पर चर्चा करता है।

Core questions

• एक भारी नाभिक कैसे विभाजित होता है, और उत्सर्जित ऊर्जा तथा न्यूट्रॉन की संख्या कैसे निर्धारित की जाती है?
• एक नियंत्रित श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए रखने के लिए किन शर्तों की आवश्यकता होती है?
• हल्के नाभिक संलयन के लिए अपने आपसी इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को कैसे दूर कर सकते हैं?
• संलयन तारों को शक्ति क्यों देता है जबकि पृथ्वी पर इसे प्राप्त करना मुश्किल क्यों रहता है?

Key concepts

• विखंडन खंड और न्यूट्रॉन उत्सर्जन
• श्रृंखला अभिक्रिया और क्रांतिकता
• विखंडन अवरोध
• संलयन में कूलम्ब अवरोध
• प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला और CNO चक्र
• ऊर्जा उत्सर्जन और बंधन-ऊर्जा वक्र

Key theories

विखंडन का तरल-बूंद सिद्धांत

बोर और व्हीलर ने विखंडन को एक आवेशित तरल बूंद के विरूपण और विभाजन के रूप में प्रतिरूपित किया, जिसमें सतह तनाव और कूलम्ब प्रतिकर्षण के बीच प्रतिस्पर्धा की व्याख्या की गई जो विखंडन अवरोध को निर्धारित करती है।

तारकीय संलयन चक्र

बेथे ने प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला और कार्बन-नाइट्रोजन-ऑक्सीजन चक्र को तारों को शक्ति प्रदान करने वाली संलयन अभिक्रियाओं के रूप में पहचाना, जो हाइड्रोजन को हीलियम में परिवर्तित करके ऊर्जा छोड़ती हैं।

Clinical relevance

विखंडन नाभिकीय रिएक्टरों और हथियारों को शक्ति प्रदान करता है और चिकित्सा तथा औद्योगिक समस्थानिकों का उत्पादन करता है, जबकि संलयन सूर्य और तारों को संचालित करता है और इसे चुंबकीय और जड़त्वीय परिरोध प्रयोगों में एक संभावित बड़े पैमाने पर स्वच्छ ऊर्जा स्रोत के रूप में खोजा जा रहा है।

History

नाभिकीय विखंडन की रासायनिक खोज Hahn और Strassmann ने 1938 में की थी और इसकी व्याख्या Meitner और Frisch ने 1939 में की थी, जिसमें Bohr और Wheeler ने उसी वर्ष सैद्धांतिक तंत्र प्रदान किया, जिससे तेजी से रिएक्टरों और हथियारों का विकास हुआ। इसके समानांतर, Bethe ने 1939 में समझाया कि संलयन तारों को शक्ति प्रदान करता है, और नियंत्रित स्थलीय संलयन की खोज तब से एक बड़ी वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग चुनौती के रूप में जारी है।

Key figures

• Lise Meitner
• Otto Frisch
• Niels Bohr
• Hans Bethe

Seminal works

• meitner1939
• bohrwheeler1939
• bethe1939

Frequently asked questions

श्रृंखला अभिक्रिया क्या है?

विखंडन में, प्रत्येक विभाजित नाभिक न्यूट्रॉन छोड़ता है जो आगे के विखंडन को प्रेरित कर सकता है। यदि औसतन कम से कम एक उत्सर्जित न्यूट्रॉन एक और विखंडन को ट्रिगर करता है, तो अभिक्रिया एक श्रृंखला अभिक्रिया के रूप में स्वयं को बनाए रखती है, जो रिएक्टरों और हथियारों का आधार है।

संलयन प्राप्त करना विखंडन की तुलना में कठिन क्यों है?

संलयन के लिए धनावेशित नाभिकों को संलयन के लिए पर्याप्त करीब लाने की आवश्यकता होती है, जिसके लिए उनके इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को दूर करने के लिए बहुत उच्च तापमान और दबाव की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, विखंडन को बिना किसी ऐसे अवरोध के एक धीमे न्यूट्रॉन द्वारा शुरू किया जा सकता है।