नाभिकीय विखंडन और संलयन – विद्युत उत्पादन

परमाणु भौतिकी विज्ञान का एक क्षेत्र है जो परमाणु नाभिक के गुणों और व्यवहारों का अन्वेषण करता है। इसे समझकर हम परमाणु प्रतिक्रियाओं को विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयोग करने में सक्षम होते हैं, विशेष रूप से बिजली उत्पादन के लिए। परमाणु भौतिकी में ऊर्जा का उत्पादन करने वाले दो बुनियादी प्रक्रियाएं नाभिकीय विखंडन और संलयन हैं।

नाभिकीय विखंडन

नाभिकीय विखंडन एक प्रतिक्रिया है जिसमें एक भारी नाभिक दो छोटे नाभिकों में विभाजित होता है, जिससे कुछ न्यूट्रॉन और एक बड़ी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न होती है। इस प्रक्रिया का उपयोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में बिजली उत्पादन के लिए किया जाता है।

नाभिकीय विखंडन कैसे काम करता है

कल्पना करें एक भारी परमाणु जैसे कि यूरेनियम-235। जब एक न्यूट्रॉन इस यूरेनियम नाभिक से टकराता है, तो यह अस्थिर हो जाता है और दो छोटे नाभिकों में विभाजित हो जाता है। इस विखंडन से अतिरिक्त न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं और महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा निकलती है। ये मुक्त न्यूट्रॉन फिर अन्य यूरेनियम नाभिकों के साथ टकरा सकते हैं, जिससे और अधिक विखंडन प्रतिक्रियाएं होती हैं। इसे श्रृंखला प्रतिक्रिया कहा जाता है।

मूल विखंडन प्रतिक्रिया को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

        ^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n rightarrow ^{236}_{92}U rightarrow ^{140}_{56}Ba + ^{93}_{36}Kr + 3^{1}_{0}n + text{Energy}
        ^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n rightarrow ^{236}_{92}U rightarrow ^{140}_{56}Ba + ^{93}_{36}Kr + 3^{1}_{0}n + text{Energy}
    

यहाँ, यूरेनियम-235 का नाभिक एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है, बेरियम-140 और क्रिप्टोन-93 में विभाजित होता है, जिससे तीन और न्यूट्रॉन और ऊर्जा निकलते हैं।

श्रृंखला प्रतिक्रिया

नाभिकीय विखंडन में श्रृंखला प्रतिक्रिया तब होती है जब एक विखंडन घटना से मुक्त हुए न्यूट्रॉन आगे और विखंडन घटनाओं का कारण बनते हैं। यदि इसे नियंत्रण में नहीं रखा जाता, तो यह प्रक्रिया बहुत तेज़ और विस्फोटक रूप से ऊर्जा का विशाल मात्रा में उत्पादन कर सकती है, जैसे कि परमाणु हथियारों में होता है। हालाँकि, ऊर्जा संयंत्रों में, प्रतिक्रिया को सुरक्षित रूप से उपयोग करने के लिए नियंत्रित किया जाता है।

कैडमियम या बोरॉन जैसी सामग्री से बने नियंत्रण छड़ों का उपयोग अतिरिक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए किया जाता है, जिससे प्रक्रिया को नियंत्रित किया जाता है। यह न्यूट्रॉन का प्रबंधन विखंडन की वांछित दर को बनाए रखने में मदद करता है।

नाभिकीय विखंडन के अनुप्रयोग

नाभिकीय विखंडन से उत्पन्न ऊर्जा का मुख्य रूप से विद्युत उत्पादन के लिए उपयोग होता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र जीवाश्म ईंधन संयंत्रों की तरह काम करते हैं, लेकिन कोयला जलाने के बजाय विखंडन की गर्मी का उपयोग करते हैं। यह गर्मी पानी को भाप में बदल देती है, जो फिर बिजली जनरेटरों से जुड़े टर्बाइनों को चलाती है।

नाभिकीय संलयन

नाभिकीय संलयन एक प्रक्रिया है जिसमें दो हल्के परमाणु नाभिक जोड़कर एक भारी नाभिक बनाते हैं, जिससे ऊर्जा उत्पन्न होती है। संलयन वह प्रक्रिया है जो सूरज और सितारों को ऊर्जा देती है, और यह पृथ्वी पर ऊर्जा का एक विपुल संभावनाशील स्रोत प्रदान करती है।

नाभिकीय संलयन कैसे काम करता है?

संलयन में, बहुत उच्च तापमान और दबाव की स्थितियों की आवश्यकता होती है ताकि दो परमाणु नाभिकों को निकट लाया जा सके और उनको आपसी विकर्षण बलों को पार कर सके। इन उच्च तापमानों पर, इलेक्ट्रॉन अलग होते हैं, जिससे सकारात्मक चार्ज वाले नाभिक—आयन—मुक्त होते हैं। जब नाभिक बहुत पास आते हैं, तो नाभिकीय बल उन्हें जोड़ लेता है, जिससे संलयन होता है।

एक साधारण संलयन प्रतिक्रिया में हाइड्रोजन के समस्थानिक शामिल होते हैं - ड्यूटेरियम और ट्राइटियम। ड्यूटेरियम और ट्राइटियम के संलयन से एक हीलियम नाभिक, एक न्यूट्रॉन, और ऊर्जा उत्पन्न होती है, जैसा कि प्रतिक्रिया में दिखाया गया है:

        ^{2}_{1}H + ^{3}_{1}H rightarrow ^{4}_{2}He + ^{1}_{0}n + text{Energy}
        ^{2}_{1}H + ^{3}_{1}H rightarrow ^{4}_{2}He + ^{1}_{0}n + text{Energy}
    

संलयन ऊर्जा की संभावना

संलयन ऊर्जा में विखंडन की तुलना में कई फायदे होते हैं। पहला, संलयन में उपयोग किए जाने वाले ईंधन (ड्यूटेरियम और ट्राइटियम) यूरेनियम या प्लूटोनियम की तुलना में अधिक प्रचुरता से उपलब्ध हैं। पानी में प्रचुर मात्रा में ड्यूटेरियम होता है, और लिथियम, जिससे ट्राइटियम बनाया जा सकता है, पृथ्वी की पपड़ी में प्रचुर मात्रा में होती है।

दूसरा, संलयन विखंडन की तुलना में न्यूनतम दीर्घकालिक रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पन्न करता है। इसके अलावा, संलयन रिएक्टरों में एक असंयमित प्रतिक्रिया की संभावना नहीं होती क्योंकि संलयन के लिए आवश्यक उच्च तापमान और दबाव को बनाए रखना स्वाभाविक रूप से चुनौतीपूर्ण होता है।

संलयन की चुनौतियाँ

संलयन ऊर्जा का उपयोग करने में मुख्य चुनौती उन स्थितियों को बनाए रखना होती है जो संलयन के लिए आवश्यक होती हैं - चरम तापमान और दबाव - ताकि ऊर्जा का निष्कर्षण लंबे समय तक किया जा सके। वैज्ञानिक विविध विधियों पर काम कर रहे हैं, जैसे कि चुंबकीय सीमा (टोका मक) और जड़त्वीय सीमा, संलयन क्रियाओं को प्राप्त करने के लिए।

विखंडन और संलयन के बीच तुलना

विखंडन और संलयन दोनों की समझ उनके बलों और सीमाओं को प्रकट करती है। यहाँ एक सरल तुलना दी गई है:

पहलू	विखंडन	संलयन
ईंधन	यूरेनियम-235, प्लूटोनियम-239	ड्यूटेरियम, ट्राइटियम
ऊर्जा उत्प्रेरण	उच्च	संभावित अधिक
रेडियोधर्मी अपशिष्ट	महत्वपूर्ण	न्यूनतम
जिस प्रतिक्रिया को क्या नियंत्रित किया जा सकता है	नियंत्रण छड़ों से संभव	वर्तमान में बनाए रखना कठिन

निष्कर्ष

दोनों नाभिकीय विखंडन और संलयन बड़े पैमाने पर ऊर्जा उत्पादन के मार्ग प्रदान करते हैं। विखंडन को वर्तमान में दुनिया भर में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग किया जाता है, जबकि संलयन भविष्य के लिए आशाजनक है। इन प्रक्रियाओं को लगातार अनुसंधान और सुधारने से, हम अपनी ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने के लिए स्थायी समाधान प्राप्त करने का प्रयास कर रहे हैं।

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