नाभिकीय विखंडन और संलयन | Nuclear Fission and Fusion | Mathwayy
E = mc²
²³⁵U + n → विखंडन
²H + ³H → ⁴He + n
श्रृंखला अभिक्रिया
नाभिकीय विखंडन और संलयन
परमाणु नाभिक की ऊर्जा प्रक्रियाएँ — विखंडन एवं संलयन का विस्तृत विवरण
नाभिकीय ऊर्जा के स्रोत
विखंडन (Fission) और संलयन (Fusion)
नाभिकीय प्रक्रियाओं का परिचय
नाभिकीय विखंडन (Nuclear Fission) वह प्रक्रिया है जिसमें एक भारी नाभिक (जैसे यूरेनियम-235) न्यूट्रॉन की टक्कर से दो छोटे नाभिकों में विभाजित होता है, साथ में विशाल ऊर्जा और न्यूट्रॉन उत्सर्जित होते हैं। नाभिकीय संलयन (Nuclear Fusion) में दो हल्के नाभिक (जैसे हाइड्रोजन) मिलकर एक भारी नाभिक बनाते हैं।
दोनों प्रक्रियाएँ आइंस्टीन के प्रसिद्ध समीकरण E = mc² के अनुसार द्रव्यमान को ऊर्जा में परिवर्तित करती हैं।
महत्वपूर्ण बिंदु
विखंडन भारी नाभिकों को तोड़ता है, संलयन हल्के नाभिकों को जोड़ता है। संलयन से विखंडन की तुलना में 3-4 गुना अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है और यह अधिक स्वच्छ है।
नाभिकीय विखंडन (Nuclear Fission)
नाभिकीय विखंडन की खोज ओटो हान और फ्रिट्ज स्ट्रासमैन (1938) ने की। यह प्रक्रिया नाभिकीय रिएक्टरों और परमाणु बमों का आधार है।
स्वतःस्फूर्त विखंडन
बिना बाहरी प्रभाव के नाभिक का विभाजन। दुर्लभ प्रक्रिया।
उदाहरण: कैलिफोर्नियम-252
Spontaneous Fission
न्यूट्रॉन-प्रेरित विखंडन
न्यूट्रॉन की टक्कर से नाभिक का विभाजन। श्रृंखला अभिक्रिया संभव।
उदाहरण: ²³⁵U + n → विखंडन उत्पाद + 2-3 n + ऊर्जा
Neutron-induced Fission
विखंडन समीकरण
²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n + 200 MeV
यूरेनियम-235 का न्यूट्रॉन-प्रेरित विखंडन
| विखंडनीय पदार्थ | अभिक्रिया | ऊर्जा (MeV) |
|---|---|---|
| यूरेनियम-235 | ²³⁵U + n → विखंडन उत्पाद + 2-3 n | ~200 |
| प्लूटोनियम-239 | ²³⁹Pu + n → विखंडन उत्पाद + 2-3 n | ~200 |
| यूरेनियम-233 | ²³³U + n → विखंडन उत्पाद + 2-3 n | ~200 |
नाभिकीय संलयन (Nuclear Fusion)
नाभिकीय संलयन वह प्रक्रिया है जिसमें दो हल्के नाभिक मिलकर एक भारी नाभिक बनाते हैं। यह सूर्य और तारों में ऊर्जा का स्रोत है।
प्रोटॉन-प्रोटॉन संलयन
सूर्य में होने वाली मुख्य संलयन प्रक्रिया।
समीकरण: ⁴¹H → ⁴He + 2e⁺ + 2ν + ऊर्जा
p-p Chain
ड्यूटेरियम-ट्रिटियम संलयन
प्रयोगशाला में सबसे आसान संलयन प्रक्रिया। ITER इसी पर कार्य करता है।
समीकरण: ²H + ³H → ⁴He + n + 17.6 MeV
D-T Fusion
संलयन समीकरण
²H + ³H → ⁴He + n + 17.6 MeV
ड्यूटेरियम-ट्रिटियम संलयन — सबसे प्रचलित संलयन अभिक्रिया
सूर्य की ऊर्जा
सूर्य प्रति सेकंड लगभग 3.8 × 10²⁶ जूल ऊर्जा संलयन से उत्पन्न करता है। यह प्रति सेकंड लगभग 4.3 मिलियन टन द्रव्यमान को ऊर्जा में बदलता है।
विखंडन और संलयन में तुलना
| पैरामीटर | नाभिकीय विखंडन | नाभिकीय संलयन |
|---|---|---|
| प्रक्रिया | भारी नाभिक का टूटना | हल्के नाभिकों का मिलना |
| ईंधन | यूरेनियम-235, प्लूटोनियम-239 | हाइड्रोजन, ड्यूटेरियम, ट्रिटियम |
| आवश्यक तापमान | सामान्य तापमान (न्यूट्रॉन की आवश्यकता) | ~10⁷ K (अत्यधिक उच्च) |
| अपशिष्ट | रेडियोधर्मी कचरा (लंबी अर्धायु) | न्यूनतम रेडियोधर्मी अपशिष्ट |
| ऊर्जा प्रति अभिक्रिया | ~200 MeV | ~17.6 MeV (D-T), परंतु प्रति द्रव्यमान अधिक |
| नियंत्रण | नियंत्रित (रिएक्टर) और अनियंत्रित (बम) | अभी तक नियंत्रित संलयन प्रयोगशाला स्तर पर |
अनुप्रयोग एवं उदाहरण
विखंडन के अनुप्रयोग
नाभिकीय ऊर्जा संयंत्र
विश्व में लगभग 10% विद्युत उत्पादन नाभिकीय विखंडन से होता है। भारत में कलपक्कम, तारापुर आदि रिएक्टर।
चिकित्सा में उपयोग
विखंडन से प्राप्त रेडियोधर्मी समस्थानिक (जैसे Mo-99, I-131) कैंसर उपचार और डायग्नोस्टिक में उपयोगी।
संलयन के अनुप्रयोग
सूर्य एवं तारों की ऊर्जा
संलयन ही वह प्रक्रिया है जो सूर्य को अरबों वर्षों से ऊर्जा प्रदान कर रही है।
1
हाइड्रोजन बम: अनियंत्रित संलयन पर आधारित सबसे शक्तिशाली हथियार।
2
ITER परियोजना: अंतर्राष्ट्रीय प्रयास — नियंत्रित संलयन से असीमित स्वच्छ ऊर्जा का लक्ष्य।
3
भविष्य की ऊर्जा: संलयन ऊर्जा से कोई ग्रीनहाउस गैस नहीं, कोई दीर्घकालिक रेडियोधर्मी कचरा नहीं।
ऐतिहासिक पृष्ठभूमि
1938: ओटो हान और फ्रिट्ज स्ट्रासमैन ने विखंडन की खोज की। 1942: एनरिको फर्मी ने पहला नियंत्रित नाभिकीय रिएक्टर (शिकागो पाइल-1) बनाया। 1952: पहला हाइड्रोजन बम (संलयन) परीक्षण। 1974: भारत का पहला परमाणु परीक्षण (विखंडन)। 1985: ITER परियोजना की शुरुआत।
विकास क्रम
▶ 1938: हान एवं स्ट्रासमैन — विखंडन की खोज
▶ 1942: फर्मी — प्रथम नाभिकीय रिएक्टर (CP-1)
▶ 1952: संयुक्त राज्य अमेरिका — पहला हाइड्रोजन बम (संलयन)
▶ 1974: भारत (होमी भाभा, राजा रामन्ना) — स्माइलिंग बुद्धा परीक्षण
▶ 2025: ITER — प्रथम प्लाज्मा लक्ष्य (नियंत्रित संलयन)
भारत का योगदान
डॉ. होमी जहांगीर भाभा ने भारत में नाभिकीय अनुसंधान की नींव रखी। भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र (BARC) विखंडन और संलयन अनुसंधान में अग्रणी है।
महत्वपूर्ण अवधारणाएँ एवं तथ्य
श्रृंखला अभिक्रिया
विखंडन में उत्सर्जित न्यूट्रॉन अन्य नाभिकों से टकराकर श्रृंखला बनाते हैं। क्रांतिक द्रव्यमान आवश्यक।
संलयन के लिए तापमान
संलयन के लिए ~10 करोड़ डिग्री सेल्सियस तापमान आवश्यक — प्लाज्मा अवस्था।
रेडियोधर्मी कचरा
विखंडन से दीर्घकालिक रेडियोधर्मी कचरा उत्पन्न होता है; संलयन से केवल न्यूनतम अल्पकालिक अपशिष्ट।
असीमित ऊर्जा
समुद्री जल में ड्यूटेरियम की लगभग असीमित मात्रा — संलयन भविष्य का स्वच्छ ऊर्जा स्रोत।
रोचक तथ्य
एक ग्राम यूरेनियम-235 के पूर्ण विखंडन से उतनी ऊर्जा प्राप्त होती है जितनी लगभग 3 टन कोयला जलाने से। संलयन तो इससे भी 4 गुना अधिक ऊर्जा देता है।
नाभिकीय ऊर्जा मानवता को अप्रतिम शक्ति दे सकती है, लेकिन हमें इसे ज्ञान और विवेक के साथ उपयोग करना होगा।
पोस्ट का सारांश
इस लेख में हमने नाभिकीय विखंडन और संलयन की मूल अवधारणाएँ, प्रकार, समीकरण, अनुप्रयोग, ऐतिहासिक विकास और दोनों प्रक्रियाओं की तुलना का विस्तार से अध्ययन किया।
विखंडन
भारी नाभिक का टूटना
संलयन
हल्के नाभिकों का मिलन
श्रृंखला अभिक्रिया
विखंडन में न्यूट्रॉन श्रृंखला
अनुप्रयोग
ऊर्जा, चिकित्सा, अनुसंधान
अगला अध्ययन
अगली पोस्ट में रेडियोधर्मिता और नाभिकीय रिएक्टर के कार्य सिद्धांत का विस्तृत विवरण पढ़ें।