सापेक्षता का सिद्धांत कहता है कि द्रव्यमान ऊर्जा का एक विशेष रूप है। यह इस प्रकार है कि द्रव्यमान को ऊर्जा में और ऊर्जा को द्रव्यमान में परिवर्तित करना संभव है। अंतर्परमाण्विक स्तर पर ऐसी प्रतिक्रियाएं होती हैं। विशेष रूप से, परमाणु नाभिक का कुछ द्रव्यमान स्वयं ऊर्जा में बदल सकता है। ऐसा कई तरह से होता है। सबसे पहले, नाभिक कई छोटे नाभिकों में क्षय हो सकता है, इस प्रतिक्रिया को "क्षय" कहा जाता है। दूसरे, छोटे नाभिक आसानी से जुड़कर बड़ा बना सकते हैं - यह एक संलयन प्रतिक्रिया है। ब्रह्मांड में, ऐसी प्रतिक्रियाएं बहुत आम हैं। यह कहने के लिए पर्याप्त है कि संलयन प्रतिक्रिया सितारों के लिए ऊर्जा का स्रोत है। लेकिन परमाणु रिएक्टरों में मानव जाति द्वारा क्षय प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है, क्योंकि लोगों ने इन जटिल प्रक्रियाओं को नियंत्रित करना सीख लिया है। लेकिन परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया क्या है? इसे कैसे प्रबंधित करें?
परमाणु के नाभिक में क्या होता है
एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया एक प्रक्रिया है जो तब होती है जब प्राथमिक कण या नाभिक अन्य नाभिक से टकराते हैं। "चेन" क्यों? यह लगातार एकल परमाणु प्रतिक्रियाओं का एक सेट है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, मूल नाभिक की क्वांटम अवस्था और न्यूक्लियॉन संरचना में परिवर्तन होता है, यहां तक कि नए कण भी दिखाई देते हैं - प्रतिक्रिया उत्पाद। परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया, जिसका भौतिकी नाभिक और कणों के साथ नाभिक की बातचीत के तंत्र का अध्ययन करने की अनुमति देता है, नए तत्वों और समस्थानिकों को प्राप्त करने की मुख्य विधि है। एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के प्रवाह को समझने के लिए, पहले व्यक्ति को एकल प्रतिक्रिया से निपटना होगा।
प्रतिक्रिया के लिए क्या आवश्यक है
एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के रूप में इस तरह की प्रक्रिया को अंजाम देने के लिए, कणों (एक नाभिक और एक नाभिक, दो नाभिक) को मजबूत अंतःक्रिया त्रिज्या (लगभग एक फर्मी) की दूरी पर एक साथ लाना आवश्यक है।. यदि दूरियाँ अधिक हैं, तो आवेशित कणों की परस्पर क्रिया विशुद्ध रूप से कूलम्ब होगी। एक परमाणु प्रतिक्रिया में, सभी कानूनों का पालन किया जाता है: ऊर्जा का संरक्षण, संवेग, संवेग, बेरियन चार्ज। एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को प्रतीक सेट ए, बी, सी, डी द्वारा दर्शाया जाता है। प्रतीक a मूल नाभिक को दर्शाता है, b आने वाले कण, c नए जावक कण, और d परिणामी नाभिक को दर्शाता है।
प्रतिक्रिया ऊर्जा
एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया अवशोषण और ऊर्जा की रिहाई के साथ हो सकती है, जो प्रतिक्रिया के बाद और उसके पहले कणों के द्रव्यमान में अंतर के बराबर है। अवशोषित ऊर्जा टक्कर की न्यूनतम गतिज ऊर्जा निर्धारित करती है,परमाणु प्रतिक्रिया की तथाकथित दहलीज, जिस पर यह स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकता है। यह दहलीज बातचीत में शामिल कणों और उनकी विशेषताओं पर निर्भर करती है। प्रारंभिक अवस्था में, सभी कण एक पूर्व निर्धारित क्वांटम अवस्था में होते हैं।
प्रतिक्रिया कार्यान्वयन
नाभिक पर बमबारी करने वाले आवेशित कणों का मुख्य स्रोत कण त्वरक है, जो प्रोटॉन, भारी आयनों और हल्के नाभिक के बीम का उत्पादन करता है। धीमी गति से न्यूट्रॉन परमाणु रिएक्टरों के उपयोग के माध्यम से प्राप्त किए जाते हैं। आपतित आवेशित कणों को स्थिर करने के लिए विभिन्न प्रकार की नाभिकीय अभिक्रियाओं, संलयन और क्षय दोनों का उपयोग किया जा सकता है। उनकी संभावना टकराने वाले कणों के मापदंडों पर निर्भर करती है। यह संभावना प्रतिक्रिया क्रॉस सेक्शन जैसी विशेषता से जुड़ी है - प्रभावी क्षेत्र का मूल्य, जो नाभिक को घटना कणों के लक्ष्य के रूप में दर्शाता है और जो संभावना का एक उपाय है कि कण और नाभिक बातचीत में प्रवेश करेंगे। यदि गैर-शून्य स्पिन वाले कण प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं, तो क्रॉस सेक्शन सीधे उनके अभिविन्यास पर निर्भर करता है। चूंकि घटना कणों के स्पिन पूरी तरह से यादृच्छिक रूप से उन्मुख नहीं होते हैं, लेकिन कमोबेश व्यवस्थित होते हैं, सभी कणिकाओं को ध्रुवीकृत किया जाएगा। ओरिएंटेड बीम स्पिन की मात्रात्मक विशेषता ध्रुवीकरण वेक्टर द्वारा वर्णित है।
प्रतिक्रिया तंत्र
एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया क्या है? जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, यह सरल प्रतिक्रियाओं का एक क्रम है। आपतित कण के लक्षण और नाभिक के साथ उसकी अन्योन्यक्रिया द्रव्यमान, आवेश पर निर्भर करती है।गतिज ऊर्जा। बातचीत नाभिक की स्वतंत्रता की डिग्री से निर्धारित होती है, जो टक्कर के दौरान उत्तेजित होती है। इन सभी तंत्रों पर नियंत्रण प्राप्त करने से एक नियंत्रित परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया जैसी प्रक्रिया की अनुमति मिलती है।
प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया
यदि कोई आवेशित कण जो लक्ष्य के केंद्रक से टकराता है, केवल उसे स्पर्श करता है, तो टक्कर की अवधि नाभिक की त्रिज्या की दूरी को दूर करने के लिए आवश्यक दूरी के बराबर होगी। ऐसी परमाणु प्रतिक्रिया को सीधी प्रतिक्रिया कहा जाता है। इस प्रकार की सभी प्रतिक्रियाओं के लिए एक सामान्य विशेषता स्वतंत्रता की डिग्री की एक छोटी संख्या का उत्तेजना है। ऐसी प्रक्रिया में, पहली टक्कर के बाद, कण में अभी भी परमाणु आकर्षण को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन के अकुशल प्रकीर्णन, आवेश विनिमय, और प्रत्यक्ष के संदर्भ में इस तरह की बातचीत। "कुल क्रॉस सेक्शन" नामक विशेषता के लिए ऐसी प्रक्रियाओं का योगदान काफी नगण्य है। हालांकि, प्रत्यक्ष परमाणु प्रतिक्रिया के पारित होने के उत्पादों का वितरण बीम दिशा कोण, क्वांटम संख्या, आबादी वाले राज्यों की चयनात्मकता से बचने की संभावना को निर्धारित करना और उनकी संरचना का निर्धारण करना संभव बनाता है।
पूर्व-संतुलन उत्सर्जन
यदि कण पहली टक्कर के बाद परमाणु संपर्क के क्षेत्र को नहीं छोड़ता है, तो यह लगातार टक्करों के एक पूरे कैस्केड में शामिल होगा। यह वास्तव में वही है जिसे परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया कहा जाता है। इस स्थिति के परिणामस्वरूप, कण की गतिज ऊर्जा को वितरित किया जाता हैनाभिक के घटक भाग। नाभिक की स्थिति धीरे-धीरे बहुत अधिक जटिल हो जाएगी। इस प्रक्रिया के दौरान, एक निश्चित न्यूक्लियॉन या एक संपूर्ण क्लस्टर (न्यूक्लिऑन का एक समूह) नाभिक से इस न्यूक्लियॉन के उत्सर्जन के लिए पर्याप्त ऊर्जा केंद्रित कर सकता है। और अधिक छूट से सांख्यिकीय संतुलन का निर्माण होगा और एक यौगिक नाभिक का निर्माण होगा।
श्रृंखला प्रतिक्रियाएं
एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया क्या है? यह इसके घटक भागों का क्रम है। अर्थात्, आवेशित कणों के कारण होने वाली कई क्रमिक एकल परमाणु प्रतिक्रियाएं पिछले चरणों में प्रतिक्रिया उत्पादों के रूप में दिखाई देती हैं। परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया क्या है? उदाहरण के लिए, भारी नाभिक का विखंडन, जब पिछले क्षय के दौरान प्राप्त न्यूट्रॉन द्वारा कई विखंडन घटनाएं शुरू की जाती हैं।
एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की विशेषताएं
सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं के बीच, श्रृंखला प्रतिक्रियाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अप्रयुक्त बांड वाले कण मुक्त परमाणुओं या रेडिकल्स की भूमिका निभाते हैं। एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया जैसी प्रक्रिया में, इसकी घटना का तंत्र न्यूट्रॉन द्वारा प्रदान किया जाता है, जिसमें कूलम्ब बाधा नहीं होती है और अवशोषण पर नाभिक को उत्तेजित करता है। यदि आवश्यक कण माध्यम में दिखाई देता है, तो यह बाद के परिवर्तनों की एक श्रृंखला का कारण बनता है जो तब तक जारी रहेगा जब तक कि वाहक कण के नुकसान के कारण श्रृंखला टूट न जाए।
वाहक क्यों खो गया
प्रतिक्रियाओं की एक सतत श्रृंखला के वाहक कण के खोने के केवल दो कारण हैं। पहला उत्सर्जन की प्रक्रिया के बिना कण का अवशोषण हैमाध्यमिक। दूसरा है कण का उस पदार्थ के आयतन की सीमा से परे जाना जो श्रृंखला प्रक्रिया का समर्थन करता है।
प्रक्रिया के दो प्रकार
श्रृंखला अभिक्रिया के प्रत्येक आवर्त में यदि केवल एक वाहक कण का जन्म होता है, तो इस प्रक्रिया को अशाखित कहा जा सकता है। इससे बड़े पैमाने पर ऊर्जा का उत्सर्जन नहीं हो सकता। यदि कई वाहक कण हों, तो इसे शाखित अभिक्रिया कहते हैं। ब्रांचिंग के साथ परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया क्या है? पिछले अधिनियम में प्राप्त माध्यमिक कणों में से एक पहले शुरू की गई श्रृंखला को जारी रखेगा, जबकि अन्य नई प्रतिक्रियाएं पैदा करेंगे जो शाखा भी करेंगे। यह प्रक्रिया ब्रेक की ओर ले जाने वाली प्रक्रियाओं के साथ प्रतिस्पर्धा करेगी। परिणामी स्थिति विशिष्ट महत्वपूर्ण और सीमित घटनाओं को जन्म देगी। उदाहरण के लिए, यदि विशुद्ध रूप से नई श्रृंखलाओं की तुलना में अधिक विराम हैं, तो प्रतिक्रिया का आत्मनिर्भर होना असंभव होगा। भले ही यह किसी दिए गए माध्यम में आवश्यक संख्या में कणों को पेश करके कृत्रिम रूप से उत्तेजित हो, फिर भी प्रक्रिया समय के साथ क्षय हो जाएगी (आमतौर पर जल्दी)। यदि नई श्रृंखलाओं की संख्या टूटने की संख्या से अधिक हो जाती है, तो एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया पूरे पदार्थ में फैलने लगेगी।
गंभीर स्थिति
क्रिटिकल अवस्था पदार्थ की स्थिति के क्षेत्र को एक विकसित आत्मनिर्भर श्रृंखला प्रतिक्रिया से अलग करती है, और वह क्षेत्र जहां यह प्रतिक्रिया बिल्कुल भी असंभव है। यह पैरामीटर नए सर्किट की संख्या और संभावित ब्रेक की संख्या के बीच समानता की विशेषता है। एक मुक्त वाहक कण की उपस्थिति की तरह, महत्वपूर्णराज्य "परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के कार्यान्वयन के लिए शर्तें" जैसी सूची में मुख्य वस्तु है। इस राज्य की उपलब्धि कई संभावित कारकों द्वारा निर्धारित की जा सकती है। किसी भारी तत्व के नाभिक का विखंडन केवल एक न्यूट्रॉन द्वारा उत्तेजित होता है। परमाणु विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया जैसी प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, अधिक न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं। इसलिए, यह प्रक्रिया एक शाखित प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सकती है, जहां न्यूट्रॉन वाहक के रूप में कार्य करेंगे। मामले में जब न्यूट्रॉन की दर बिना विखंडन या पलायन (हानि दर) को वाहक कणों के गुणन की दर से मुआवजा दिया जाता है, तो श्रृंखला प्रतिक्रिया एक स्थिर मोड में आगे बढ़ेगी। यह समानता गुणन कारक की विशेषता है। उपरोक्त मामले में, यह एक के बराबर है। परमाणु ऊर्जा में, ऊर्जा रिलीज की दर और गुणन कारक के बीच एक नकारात्मक प्रतिक्रिया की शुरूआत के कारण, परमाणु प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम को नियंत्रित करना संभव है। यदि यह गुणांक एक से अधिक है, तो प्रतिक्रिया तेजी से विकसित होगी। परमाणु हथियारों में अनियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है।
ऊर्जा में परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया
रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता बड़ी संख्या में प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित की जाती है जो इसके मूल में होती हैं। ये सभी प्रभाव तथाकथित प्रतिक्रियाशीलता गुणांक द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता पर ग्रेफाइट की छड़, शीतलक या यूरेनियम के तापमान में परिवर्तन का प्रभाव और परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के रूप में इस तरह की प्रक्रिया की तीव्रता एक तापमान गुणांक (शीतलक के लिए, यूरेनियम के लिए, ग्रेफाइट के लिए) की विशेषता है।शक्ति के संदर्भ में, बैरोमीटर के संकेतकों के संदर्भ में, भाप संकेतकों के संदर्भ में भी आश्रित विशेषताएं हैं। एक रिएक्टर में परमाणु प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए, कुछ तत्वों को दूसरों में परिवर्तित करना आवश्यक है। ऐसा करने के लिए, परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के प्रवाह के लिए शर्तों को ध्यान में रखना आवश्यक है - एक पदार्थ की उपस्थिति जो क्षय के दौरान एक निश्चित संख्या में प्राथमिक कणों को विभाजित और मुक्त करने में सक्षम है, जिसके परिणामस्वरूप, शेष नाभिकों के विखंडन का कारण बनेगा। ऐसे पदार्थ के रूप में अक्सर यूरेनियम-238, यूरेनियम-235, प्लूटोनियम-239 का उपयोग किया जाता है। एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के पारित होने के दौरान, इन तत्वों के समस्थानिक क्षय हो जाएंगे और दो या दो से अधिक अन्य रसायनों का निर्माण करेंगे। इस प्रक्रिया में, तथाकथित "गामा" किरणें उत्सर्जित होती हैं, ऊर्जा की एक तीव्र रिहाई होती है, दो या तीन न्यूट्रॉन बनते हैं, जो प्रतिक्रिया कार्यों को जारी रखने में सक्षम होते हैं। धीमे और तेज़ न्यूट्रॉन होते हैं, क्योंकि परमाणु के नाभिक को विघटित करने के लिए इन कणों को एक निश्चित गति से उड़ना चाहिए।
