विखंडन क्या है? — भौतिकी

परिभाषा 33.11 माध्यमिक भौतिकी · अध्याय 33 — नाभिकीय ऊर्जा: विखंडन, संलयन, E=mc2

विखंडन किसी भारी नाभिक का दो मँझोले टुकड़ों में टूट जाना है। यूरेनियम-235 विखंडनीय है: कोई धीमा न्यूट्रॉन सोख लेने पर नाभिक इतना उत्तेजित हो जाता है कि दो टुकड़ों में फट पड़ता है और दो या तीन ताज़े न्यूट्रॉन उगल देता है — ${}^{1}_{0}\mathrm{n} + {}^{235}_{92}\mathrm{U} \to \text{दो टुकड़े} + 2\text{--}3\;{}^{1}_{0}\mathrm{n}$ , जहाँ हर विखंडन में जोड़ा बदलता रहता है।

उदाहरण

उदाहरण 33.12 (एक विखंडन, तौला हुआ)

विधि 33.7 वाला एक बहुधा होने वाला रास्ता:

{}^{1}_{0}\mathrm{n} + {}^{235}_{92}\mathrm{U} \longrightarrow {}^{94}_{38}\mathrm{Sr} + {}^{140}_{54}\mathrm{Xe} + 2\,{}^{1}_{0}\mathrm{n}.

पहले: $1.00866 + 234.99350 = 236.002\,16\,\mathrm{u}$ । बाद में: $93.89450 + 139.89200 + 2 \times 1.00866 = 235.803\,82\,\mathrm{u}$ । इसलिए $\Delta m = 0.198\,34\,\mathrm{u}$ और $E \approx 185\,\mathrm{MeV}$ ; और रेडियोसक्रिय टुकड़ों के बाद के क्षय भी गिन लें (अध्याय 32) तो हर विखंडन लगभग $200\,\mathrm{MeV}$ का पड़ता है — जबकि कोयले का एक परमाणु कुछ $\mathrm{eV}$ में मिल जाता है।

उदाहरण 33.17 (D–T, तौला हुआ)

पहले: $2.01355 + 3.01550 = 5.029\,05\,\mathrm{u}$ ; बाद में: $4.00151 + 1.00866 = 5.010\,17\,\mathrm{u}$ ; इसलिए $\Delta m = 0.018\,88\,\mathrm{u}$ और $E \approx 17.6\,\mathrm{MeV}$ , जिसका चार-पाँचवाँ हिस्सा न्यूट्रॉन पर जाता है — विखंडन से कम, पर $236$ के बजाय पाँच न्यूक्लियॉनों से: यानी प्रति किलोग्राम ईंधन लगभग $3.4 \times 10^{14}\,\mathrm{J}$ , जो विखंडन का चार गुना है। और राख फिर वही हीलियम-4 (उदाहरण 33.6) है।

उदाहरण 33.21 (ऊर्जा की सीढ़ी, प्रति किलोग्राम)

प्रति किलोग्राम ईंधन ऊर्जा: कोयला, $3.0 \times 10^{7}\,\mathrm{J}$ ; विखंडन से यूरेनियम-235, $8.2 \times 10^{13}\,\mathrm{J}$ ; संलयन से ड्यूटीरियम–ट्रिटियम, $3.4 \times 10^{14}\,\mathrm{J}$ ; और पूरा रूपांतरण ( $E = mc^2$ ), $9.0 \times 10^{16}\,\mathrm{J}$ । रसायन और नाभिक के बीच छह कोटियाँ हैं — और इसीलिए रिएक्टर में ईंधन ट्रक से भरा जाता है और कोयला-संयंत्र में रेलगाड़ियों से।

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