एक परमाणु के भीतर संग्रहीत ऊर्जा का प्रकार

अपने विशेष सापेक्षता सिद्धांत में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने कहा कि द्रव्यमान और ऊर्जा समान हैं और इन्हें एक दूसरे में परिवर्तित किया जा सकता है। यह वह जगह है जहां अभिव्यक्ति ई = एमसी ^ 2 आती है, जिसमें ई ऊर्जा के लिए खड़ा है, एम द्रव्यमान के लिए खड़ा है और सी प्रकाश की गति के लिए खड़ा है। यह परमाणु ऊर्जा का आधार है, जिसमें परमाणु के भीतर के द्रव्यमान को ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। उप-परमाणु कणों द्वारा विद्युत चुम्बकीय बल द्वारा एक साथ रखे जाने से भी ऊर्जा नाभिक के बाहर पाई जाती है।

विद्युत चुम्बकीय बल द्वारा एक परमाणु के इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स में ऊर्जा पाई जा सकती है। ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन एक धनावेशित नाभिक की परिक्रमा करते हैं, और उनके पास कितनी ऊर्जा है, इसके आधार पर वे विभिन्न कक्षीय स्तरों में पाए जाते हैं। जब कुछ परमाणु ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, तो उनके इलेक्ट्रॉनों को "उत्साहित" कहा जाता है और वे उच्च स्तर पर कूद जाते हैं। जब इलेक्ट्रॉन अपनी प्रारंभिक ऊर्जा अवस्था में वापस गिर जाते हैं, तो वे विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में ऊर्जा का उत्सर्जन करेंगे, जो अक्सर दृश्य प्रकाश या गर्मी के रूप में होता है। इसके अतिरिक्त, जब सहसंयोजक बंधन की प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉनों को दूसरे परमाणु के साथ साझा किया जाता है, तो ऊर्जा बांड के भीतर जमा हो जाती है। जब वे बंधन टूट जाते हैं, तो ऊर्जा बाद में निकलती है, जो अक्सर गर्मी के रूप में होती है।

परमाणु में पाई जाने वाली अधिकांश ऊर्जा परमाणु द्रव्यमान के रूप में होती है। परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, जो मजबूत परमाणु बल द्वारा एक साथ बंधे रहते हैं। यदि उस बल को बाधित किया जाता, तो नाभिक फट जाता और अपने द्रव्यमान का एक भाग ऊर्जा के रूप में छोड़ देता। इसे विखंडन के रूप में जाना जाता है। एक अन्य प्रक्रिया, जिसे संलयन के रूप में जाना जाता है, तब होती है जब दो नाभिक एक साथ मिलकर एक अधिक स्थिर नाभिक बनाते हैं, इस प्रक्रिया में ऊर्जा जारी करते हैं।

तो एक परमाणु के नाभिक में कितनी ऊर्जा संचित होती है? कण वास्तव में कितना छोटा है, इसकी तुलना में इसका उत्तर काफी है। आइंस्टीन के सापेक्षता के विशेष सिद्धांत में समीकरण E = mc^2 शामिल है, जिसका अर्थ है कि पदार्थ में ऊर्जा प्रकाश की गति के वर्ग द्वारा गुणा किए गए द्रव्यमान के बराबर है। विशेष रूप से, प्रोटॉन का द्रव्यमान 1.672 x 10^-27 किलोग्राम होता है, लेकिन इसमें 1.505 x 10^-10 जूल होता है। यह अभी भी एक छोटी संख्या है, लेकिन जब इसे वास्तविक दुनिया में व्यक्त किया जाता है, तो यह बहुत बड़ा हो जाता है। उदाहरण के लिए, एक लीटर पानी में हाइड्रोजन की थोड़ी मात्रा लगभग 0.111 किलोग्राम होती है। यह 1 x 10^16 जूल के बराबर है, या एक मिलियन गैलन गैसोलीन को जलाने से उत्पन्न ऊर्जा है।

चूंकि द्रव्यमान का ऊर्जा में रूपांतरण अपेक्षाकृत छोटे द्रव्यमान से इतनी अधिक मात्रा में ऊर्जा प्रदान करता है, यह एक आकर्षक ईंधन स्रोत है। हालांकि, सुरक्षित और नियंत्रित परिस्थितियों में होने वाली प्रतिक्रिया प्राप्त करना एक चुनौती हो सकती है। अधिकांश परमाणु शक्ति यूरेनियम के छोटे कणों में विखंडन से आती है। इससे प्रदूषण तो नहीं होता, लेकिन खतरनाक रेडियोधर्मी कचरा पैदा होता है। फिर भी, परमाणु ऊर्जा संयुक्त राज्य अमेरिका की बिजली की मांग के 20 प्रतिशत से थोड़ा कम है।