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परमाणु विखंडन और परमाणु संलयन क्या है | What is Nuclear fission and nuclear fusion in hindi
एक भौतिक प्रतिक्रिया जो परमाणु के नाभिक में परिवर्तन का कारण बनती है उसे परमाणु प्रतिक्रिया कहा जाता है और इस प्रतिक्रिया के दौरान जारी ऊर्जा को परमाणु ऊर्जा कहा जाता है।
नाभिक का द्रव्यमान परमाणु ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करता है जो मुख्य रूप से गर्मी के रूप में जारी किया जाता है। परमाणु प्रतिक्रिया दो प्रकार की होती है। वो हैं:
i) परमाणु विखंडन
ii) परमाणु संलयन
परमाणु विखंडन
यूरेनियम, प्लूटोनियम या थोरियम जैसे रेडियोधर्मी परमाणुओं के भारी नाभिक को कम ऊर्जा के न्यूट्रॉन के साथ बमबारी किया जाता है जो नाभिक को छोटे नाभिक में विभाजित करते हैं। इस प्रक्रिया को परमाणु विखंडन कहा जाता है। उदाहरण के लिए जब यूरेनियम -235 परमाणु न्यूट्रॉन के साथ बमबारी करते हैं तो भारी यूरेनियम नाभिक तीन न्यूट्रॉन के उत्सर्जन के साथ बेरियम-139 और क्रिप्टन -94 का उत्पादन करता है। इस प्रतिक्रिया में बहुत अधिक ऊर्जा भी उत्पन्न होती है क्योंकि द्रव्यमान ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है।
इसके अलावा, एक परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया में न्यूट्रॉन का उपयोग और उत्पादन भी किया जाता है। परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया में उत्पन्न न्यूट्रॉन भारी नाभिक के विखंडन और श्रृंखला प्रतिक्रिया का कारण बनते हैं। यदि यूरेनियम -235 के विखंडन के दौरान उत्पन्न सभी न्यूट्रॉन आगे विखंडन का उत्पादन करते हैं,
तो इतनी ऊर्जा का उत्पादन किया जाएगा कि यह नियंत्रित नहीं होगा और विस्फोट होगा जिसे परमाणु बम कहा जाता है। हालांकि, बोरान की छड़ का उपयोग करके परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया को नियंत्रित किया जा सकता है क्योंकि बोरॉन न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकता है।
परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में बिजली उत्पन्न करने के लिए परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाएं की जाती हैं।
परमाणु ऊर्जा संयंत्र
परमाणु ऊर्जा संयंत्र बिजली उत्पन्न करने के लिए परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया का उपयोग करते हैं और इस उद्देश्य के लिए उपयोग किया जाने वाला ईंधन यूरेनियम -235 है।
परमाणु ऊर्जा संयंत्र में एक स्टील के दबाव पोत में विखंडन प्रतिक्रिया होती है और अंदर एक परमाणु रिएक्टर होता है। परमाणु रिएक्टर में यूरेनियम -235 छड़ें ग्रेफाइट कोर में डाली जाती हैं। ग्रेफाइट को मॉडरेटर कहा जाता है क्योंकि यह न्यूट्रॉन की गति को धीमा करने में मदद करता है ताकि एक उचित विखंडन प्रतिक्रिया हो।
यूरेनियम -235 छड़ों के बीच बोरान की छड़ें लगाई जाती हैं क्योंकि वे अतिरिक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित करने में मदद करते हैं और परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया को नियंत्रण से बाहर करते हैं। बोरान छड़ को नियंत्रण छड़ कहा जाता है। मांग के अनुसार परमाणु छड़ को रिएक्टर के अंदर उठाया या खींचा जा सकता है। परमाणु रिएक्टर एक ठोस कक्ष में संलग्न है जिसमें मोटी दीवार है ताकि यह परमाणु विकिरणों को अवशोषित कर सके।
अब रिएक्टर में विखंडन प्रतिक्रिया के कारण उत्पन्न गर्मी को तरल सोडियम या कार्बन डाइऑक्साइड गैस का उपयोग करके ठंडा किया जाता है जो हीट एक्सचेंजर को स्थानांतरित करने में भी मदद करता है। यहां शीतल जल की मदद से भाप में परिवर्तित किया जाता है। उत्पादित भाप का उपयोग टर्बाइन को चालू करने और जनरेटर चलाने के लिए किया जाता है।
परमाणु रिएक्टर में नियंत्रित विखंडन प्रतिक्रिया होने पर ऊष्मा ऊर्जा का अत्यधिक मात्रा में उत्पादन होता है। यही कारण है कि रिएक्टर से जुड़े पाइपों के माध्यम से तरल सोडियम को लगातार पंप किया जाता है। सोडियम रिएक्टर में उत्पादित गर्मी को अवशोषित करने में मदद करता है। फिर पाइप के माध्यम से अत्यंत गर्म सोडियम को हीट एक्सचेंजर में पानी के माध्यम से पारित किया जाता है।
पानी गर्म सोडियम से उबलता है और भाप बनाने के लिए उबलता है। इस भाप को फिर टरबाइन वाले टरबाइन के उच्च दबाव में पास किया जाता है। यह भाप फिर टरबाइन को घुमाती है जो इसके शाफ्ट और जनरेटर से जुड़ी होती है। इसलिए, जब टरबाइन घूमता है, तो इसका शाफ्ट भी जनरेटर को घुमाता है और ड्राइव करता है। यह जनरेटर बिजली पैदा करने में मदद करता है।
टरबाइन चेंबर से निकलने वाली भाप को कंडेंसर से गुजारा जाता है जिसमें पानी होता है और यह पानी भाप को ठंडा करने में मदद करता है। यह भाप फिर पानी में परिवर्तित हो जाती है और पाइप के माध्यम से फिर से हीट एक्सचेंजर में भेज दी जाती है। यूरेनियम -235 की परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया में उत्पादित अपशिष्ट पदार्थ रेडियोधर्मी और पर्यावरण के लिए अत्यंत हानिकारक है।
भारत में परमाणु ऊर्जा संयंत्र
भारत में सात परमाणु ऊर्जा संयंत्र हैं। वो हैं:
i) तारापुर परमाणु ऊर्जा स्टेशन, महाराष्ट्र
ii) राजस्थान परमाणु ऊर्जा स्टेशन, राजस्थान
iii) मद्रास परमाणु ऊर्जा स्टेशन, तमिलनाडु
iv) काइगा परमाणु ऊर्जा स्टेशन, कर्नाटक
v) कुडनकुलम परमाणु ऊर्जा स्टेशन, तमिलनाडु
vi) नरौरा परमाणु ऊर्जा स्टेशन, उत्तर प्रदेश
vii) काकरापार परमाणु ऊर्जा स्टेशन, गुजरात
परमाणु बम
परमाणु बम यूरेनियम -235 और प्लूटोनियम -239 की परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया पर आधारित है। विखंडन प्रतिक्रिया को जानबूझकर नियंत्रण से बाहर जाने की अनुमति दी जाती है ताकि थोड़ी ही देर में बड़ी मात्रा में ऊर्जा का उत्पादन हो सके।
यूरेनियम -235 विज्ञापन प्लूटोनियम -239 के परमाणु विखंडन पर आधारित परमाणु बम 1945 में द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान हिरोशिमा और नागासाकी के जापानी शहरों पर गिराए गए थे। इससे मानव जीवन को जबरदस्त नुकसान हुआ।
आइंस्टीन का मास-एनर्जी रिलेशन
आइंस्टीन के अनुसार द्रव्यमान ऊर्जा के बराबर है।
E MC^2
ई ऊर्जा की मात्रा का उत्पादन होता है
एम बड़े पैमाने पर नष्ट हो गया है
C निर्वात में प्रकाश की गति है
चूँकि प्रकाश की गति बड़ी होती है इसलिए बहुत बड़ी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न होती है, भले ही छोटी मात्रा में द्रव्यमान नष्ट हो जाए। इसके अलावा, यदि प्रति किलोग्राम (किलोग्राम) में द्रव्यमान लिया जाता है और प्रति सेकंड (एम / एस) प्रकाश की गति में वृद्धि होती है, तो ऊर्जा जूल (जे) में आएगी।
इसलिए, अगर किसी भी पदार्थ का एक किलो द्रव्यमान परमाणु ऊर्जा में उत्पादित ऊर्जा की मात्रा की तुलना में नष्ट हो जाता है:
E MC^2
E = 1 * (3 * 108)^ 2
परमाणु ऊर्जा व्यक्त करने के लिए ऊर्जा इकाइयाँ
परमाणु प्रतिक्रियाओं में जारी ऊर्जा की SI इकाई इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) या मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट (MeV) है। तथा,
1 इलेक्ट्रॉन वोल्ट = 1.602 * 10-19 जूल
तथा,
1 मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट = 1.602 * 10-19 * 106 जूल
1 MeV = 1.602 * 10-13 जे
ऊर्जा के संदर्भ में परमाणु द्रव्यमान इकाई का मूल्य
चूँकि परमाणु द्रव्यमान इकाई का पूर्ण द्रव्यमान 1.66 * 10-27 किग्रा है और प्रकाश की गति का सटीक मान 2.998 * 108m / s है। जब हम इन मूल्यों को आइंस्टीन के समीकरण में डालते हैं, तो हम प्राप्त करते हैं।
1 परमाणु द्रव्यमान इकाई (यू) = 1.492 * 10-10 जे
इसके अलावा,
1 परमाणु द्रव्यमान इकाई (यू) = 931 मेव
परमाणु संलयन
संलयन का अर्थ जुड़ना या जुड़ना है। इसलिए, एक भारी नाभिक बनाने के लिए प्रकाश इलेक्ट्रॉनों के दो नाभिकों को मिलाकर जो प्रक्रिया होती है वह परमाणु संलयन है। परमाणु संलयन की प्रक्रिया में भी भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है।
परमाणुओं के नाभिक को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है और इस प्रकार वे एक दूसरे को पीछे हटाते हैं। तो इन दो नाभिकों को संयोजित करने या एक भारी नाभिक बनाने के लिए बहुत अधिक ऊष्मीय ऊर्जा और उच्च दबाव की आवश्यकता होती है। इससे पता चलता है कि हल्के परमाणुओं को उच्च दबाव पर अत्यधिक उच्च तापमान पर गर्म करके परमाणु संलयन किया जाता है। इस प्रक्रिया में कुछ द्रव्यमान भी खो जाते हैं जो ऊर्जा की जबरदस्त मात्रा देते हैं।
उदाहरण के लिए, जब ड्यूटेरियम के परमाणुओं को उच्च दबाव के तहत एक उच्च उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, तो दो ड्यूटेरियम नाभिक मिलकर हीलियम बनाते हैं जिसमें एक भारी नाभिक होता है, एक न्यूट्रॉन उत्सर्जित होता है और बहुत सारी ऊर्जा मुक्त होती है।
परमाणु संलयन प्रतिक्रिया परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया के विपरीत है। परमाणु संलयन प्रतिक्रिया में उत्पादित ऊर्जा को अभी तक नियंत्रित नहीं किया गया है और यह परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया से बहुत अधिक है।
हाइड्रोजन बम
अत्यधिक उच्च तापमान पर होने वाली परमाणु प्रतिक्रियाओं को थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया कहा जाता है। इस प्रतिक्रिया का उपयोग हाइड्रोजन बम बनाने में किया जाता है जो बड़े पैमाने पर विनाश का कारण बनता है। हाइड्रोजन, ड्यूटेरियम (2H) और ट्रिटियम (3H) के आइसोटोप के साथ-साथ एक तत्व लिथियम -6 का उपयोग हाइड्रोजन बम बनाने में किया जाता है।
हाइड्रोजन बम का विस्फोट परमाणु बम का उपयोग करके किया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब परमाणु बम का विस्फोट होता है तो उसकी विखंडन प्रतिक्रिया से बहुत अधिक गर्मी पैदा होती है जो कुछ माइक्रोसेकंड में ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के तापमान को बढ़ाती है। इस प्रकार संलयन प्रतिक्रिया होती है और हाइड्रोजन बम विस्फोट होता है जिससे भारी ऊर्जा पैदा होती है। हाइड्रोजन बम से जीवन का विनाश होता है।
परमाणु ऊर्जा के लाभ
इसने थोड़ी मात्रा में ईंधन (यूरेनियम -235) से जबरदस्त ऊर्जा का उत्पादन किया।
परमाणु रिएक्टर में बार-बार ईंधन डालने की आवश्यकता नहीं है। एक ईंधन (यूरेनियम -235) को रिएक्टर में डाला जाता है, यह एक खिंचाव पर दो से तीन साल तक कार्य कर सकता है।
यह कार्बन डाइऑक्साइड या सल्फर डाइऑक्साइड जैसी गैसों का उत्पादन नहीं करता है।
परमाणु ऊर्जा का नुकसान
परमाणु रिएक्टरों के अपशिष्ट उत्पाद रेडियोधर्मी होते हैं और हानिकारक विकिरणों का उत्सर्जन करते रहते हैं।
परमाणु रिएक्टरों में दुर्घटना का खतरा जो रेडियोधर्मी सामग्री के रिसाव का कारण हो सकता है।
ईंधन यूरेनियम की उपलब्धता सीमित है।
परमाणु ऊर्जा संयंत्र की उच्च स्थापना लागत।
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