नाभिकीय विखंडन और संलयन

परिचय

नाभिकीय प्रतिक्रियाएँ ऊर्जा उत्पादन के केंद्र में हैं और सूर्य और तारों को ऊर्जा देने वाली मौलिक प्रक्रियाएँ हैं। नाभिकीय भौतिकी में, दो मुख्य प्रकार की नाभिकीय प्रतिक्रियाएँ हैं जो ऊर्जा छोड़ सकती हैं: विखंडन और संलयन। यह दस्तावेज़ इन प्रक्रियाओं, उनके तंत्रों और अनुप्रयोगों की सरल और समझने योग्य तरीके से चर्चा करेगा।

परमाणु को समझना

परमाणु पदार्थ की सबसे छोटी इकाई हैं जो तत्व की विशेषताओं को बनाए रखते हैं। एक परमाणु प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है, जिसे सामूहिक रूप से न्यूक्लियॉन कहा जाता है, जो इलेक्ट्रॉनों के बादल से घिरा होता है। नाभिक पूरे परमाणु की तुलना में बहुत छोटा होता है लेकिन उसमें लगभग पूरे परमाणु का द्रव्यमान होता है।

नाभिकीय विखंडन

नाभिकीय विखंडन एक प्रक्रिया है जिसमें एक भारी नाभिक दो या अधिक छोटे नाभिकों में टूट जाता है, कुछ न्यूट्रॉन और बड़ी मात्रा में ऊर्जा छोड़ता है। विखंडन स्वाभाविक रूप से हो सकता है या न्यूट्रॉन जैसी कणों द्वारा प्रेरित हो सकता है।

विखंडन की प्रक्रिया

जब एक न्यूट्रॉन जैसे भारी नाभिक जैसे यूरेनियम-235 से टकराता है, तो यह अस्थिर हो जाता है। यह अस्थिरता नाभिक को दो छोटे नाभिकों में विभाजित कर देती है, जिन्हें विखंडन खंड कहा जाता है। इस प्रक्रिया से अतिरिक्त न्यूट्रॉन और बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है:

        ^{235}U + n → ^{92}Kr + ^{141}Ba + 3n + ऊर्जा
    

विखंडन में मुक्त की गई ऊर्जा मुख्य रूप से नाभिक के कुछ द्रव्यमान को ऊर्जा में बदलने के कारण होती है, जैसा कि आइंस्टीन के प्रसिद्ध समीकरण में वर्णित है:

        E = mc²
    

श्रृंखला प्रतिक्रिया

एक नाभिकीय रिएक्टर में, विखंडन प्रक्रिया श्रृंखला प्रतिक्रिया के माध्यम से आत्म-स्थायी हो सकती है। जब प्रत्येक विखंडन घटना में अधिक न्यूट्रॉन पैदा होते हैं, तो ये आसपास के नाभिकों में और अधिक विखंडन प्रेरित कर सकते हैं। रिएक्टरों में इस प्रक्रिया को स्थिर ऊर्जा उत्पादन बनाए रखने के लिए नियंत्रित किया जाता है:

• नियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया में, आगे विखंडन को प्रेरित कर सकने वाले न्यूट्रॉन की संख्या सीमित होती है।
• अनियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया में, जैसे कि परमाणु बम में, प्रतिक्रिया तेजी से बढ़ती है, जिससे भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है।

नाभिकीय संलयन

संलयन वह प्रक्रिया है जिसमें दो हल्के परमाणु नाभिक एक भारी नाभिक बनाने के लिए संयोजित होते हैं, जिससे ऊर्जा उत्पन्न होती है। यह प्रतिक्रिया सूर्य और अन्य तारों को ऊर्जा देती है और विखंडन की तुलना में कहीं अधिक प्रचुर मात्रा और संभावित रूप से स्वच्छ तरीके से ऊर्जा प्रदान करती है।

संलयन की प्रक्रिया

संलयन होने के लिए, नाभिक को उनकी प्रेरक प्रतिकर्षण, जिसे कूलंब बाधा कहा जाता है, को पार करना पड़ता है। इसके लिए बहुत उच्च तापमान और दबाव की आवश्यकता होती है, जैसा कि तारों के केंद्र में पाया जाता है। उदाहरण के लिए, सूर्य में:

        4^{1}H → ^{4}He + 2e^+ + 2ν + ऊर्जा
    

संलयन प्रतिक्रियाएँ ऊर्जा छोड़ती हैं क्योंकि परिणामी नाभिक का द्रव्यमान उसके हिस्सों के योग से कम होता है, और द्रव्यमान का अंतर ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है।

संलयन की चुनौतियाँ

संलयन लगभग असीमित ऊर्जा का स्रोत प्रदान करता है, लेकिन यह महत्वपूर्ण तकनीकी चुनौतियाँ भी प्रस्तुत करता है। पृथ्वी पर संलयन के लिए आवश्यक स्थितियाँ बनाने में विशाल ऊर्जा लगती है, प्लाज्मा को नियंत्रित करने के लिए उन्नत तकनीक और चरम स्थितियों का सामना करने के लिए सक्षम सामग्री की आवश्यकता होती है।

संलयन के अनुप्रयोग

• ऊर्जा उत्पादन: संलयन के पास एक स्थिर ऊर्जा स्रोत प्रदान करने की क्षमता है बिना उस रेडियोधर्मी कचरे के जो विखंडन द्वारा उत्पन्न होता है।
• चिकित्सीय उपयोग: संलयन शोध प्लाज्मा भौतिकी और प्रौद्योगिकी में प्रगति में योगदान देता है, जिनका चिकित्सीय इमेजिंग और कैंसर के इलाज के लिए प्रभाव होता है।

विखंडन और संलयन की तुलना

पहलू	विखंडन	संलयन
ईंधन	भारी तत्व जैसे यूरेनियम, प्लूटोनियम	हल्के तत्व जैसे हाइड्रोजन (ड्यूटेरियम, ट्राइटियम)
ऊर्जा रिलीज़	मध्यम	उच्च (प्रति प्रतिक्रिया)
कचरा	लंबे समय का रेडियोधर्मी कचरा	कम स्तर का अल्पकालिक कचरा
वर्तमान उपयोग	व्यापक रूप से नाभिकीय रिएक्टरों में उपयोग किया जाता है	प्रायोगिक (जैसे, आईटीईआर परियोजना)

निष्कर्ष

नाभिकीय विखंडन और संलयन रोमांचक प्रक्रियाएँ हैं जो मौके और चुनौतियाँ दोनों प्रस्तुत करती हैं। जबकि विखंडन वर्तमान में ऊर्जा उत्पादन के लिए एक स्थापित प्रौद्योगिकी है, संलयन स्वच्छ और प्रचुर ऊर्जा के लिए एक आशाजनक भविष्य प्रस्तुत करता है। इन प्रक्रियाओं को समझना नाभिकीय प्रौद्योगिकी में प्रगति और सतत ऊर्जा समाधान की खोज के लिए महत्वपूर्ण है।

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