परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया क्या है?

एक परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया तब होती है जब एक अस्थिर तत्व के परमाणुओं पर न्यूट्रॉन की बमबारी की जाती है, प्रत्येक परमाणु के नाभिक को छोटे भागों में विभाजित किया जाता है। यदि प्रत्येक नाभिक के विभाजन से कई उच्च गति वाले न्यूट्रॉन निकलते हैं जो तब तत्व के अधिक नाभिक को विभाजित कर सकते हैं, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। जैसे-जैसे अतिरिक्त न्यूट्रॉन अधिक नाभिकों को विभाजित करते हैं, अधिक ऊर्जा निकलती है और श्रृंखला प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप परमाणु बम जैसे विस्फोट हो सकते हैं। यदि कुछ अतिरिक्त न्यूट्रॉन को हटाकर श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित किया जाता है, तो ऊर्जा अभी भी गर्मी के रूप में जारी होती है, लेकिन एक विस्फोट से बचा जा सकता है। परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया तीन प्रकार की परमाणु प्रतिक्रियाओं में से एक है जिसमें विभिन्न विशेषताएं होती हैं और विभिन्न तरीकों से इसका उपयोग किया जा सकता है।

टीएल; डीआर (बहुत लंबा; पढ़ा नहीं)

एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया एक विखंडन प्रतिक्रिया है जो अतिरिक्त न्यूट्रॉन जारी करती है। न्यूट्रॉन अतिरिक्त परमाणुओं को विभाजित करके और भी अधिक न्यूट्रॉन छोड़ते हैं। जैसे-जैसे उत्सर्जित न्यूट्रॉन की संख्या और परमाणुओं के विभाजन की संख्या तेजी से बढ़ती है, एक परमाणु विस्फोट हो सकता है।

एक परमाणु का नाभिक बहुत सारी ऊर्जा संग्रहीत करता है जो उपयोगी उद्देश्यों की पूर्ति कर सकता है। परमाणु ऊर्जा का उपयोग करने वाली तीन प्रकार की परमाणु प्रतिक्रियाएं विकिरण, विखंडन और संलयन हैं। चिकित्सा और औद्योगिक एक्स-रे मशीनें शरीर की छवियों या परीक्षण सामग्री बनाने के लिए रेडियोधर्मी तत्वों से विकिरण का उपयोग करती हैं। बिजली संयंत्र और परमाणु हथियार ऊर्जा उत्पादन के लिए परमाणु विखंडन का उपयोग करते हैं। परमाणु संलयन सूर्य को शक्ति देता है, लेकिन वैज्ञानिक पृथ्वी पर दीर्घकालिक परमाणु संलयन प्रतिक्रिया नहीं बना पाए हैं, हालांकि प्रयास जारी हैं। इन तीन प्रकार की परमाणु प्रतिक्रियाओं में से केवल विखंडन ही एक श्रृंखला प्रतिक्रिया बना सकता है।

परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की कुंजी यह सुनिश्चित करना है कि प्रतिक्रिया अतिरिक्त न्यूट्रॉन उत्पन्न करती है और न्यूट्रॉन अधिक परमाणुओं को विभाजित करते हैं। क्योंकि यूरेनियम-235 तत्व प्रत्येक विभाजित परमाणु के लिए कई न्यूट्रॉन उत्पन्न करता है, यूरेनियम के इस समस्थानिक का उपयोग परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों और परमाणु हथियारों में किया जाता है।

यूरेनियम का आकार और द्रव्यमान प्रभावित करता है कि क्या एक श्रृंखला प्रतिक्रिया हो सकती है। यदि यूरेनियम का द्रव्यमान बहुत छोटा है, तो बहुत से न्यूट्रॉन यूरेनियम के बाहर उत्सर्जित होते हैं और प्रतिक्रिया में खो जाते हैं। यदि यूरेनियम का आकार गलत है, उदाहरण के लिए एक सपाट शीट, तो बहुत सारे न्यूट्रॉन भी नष्ट हो जाते हैं। आदर्श आकार एक ठोस द्रव्यमान है जो श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए पर्याप्त है। इस मामले में, अतिरिक्त न्यूट्रॉन अन्य परमाणुओं से टकराते हैं, और गुणन प्रभाव श्रृंखला प्रतिक्रिया की ओर जाता है।

परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने या रोकने का एकमात्र तरीका न्यूट्रॉन को अधिक परमाणुओं को विभाजित करने से रोकना है। बोरॉन जैसे न्यूट्रॉन-अवशोषित तत्व से बनी नियंत्रण छड़ें मुक्त न्यूट्रॉन की संख्या को कम करती हैं और उन्हें प्रतिक्रिया से बाहर निकालती हैं। इस विधि का उपयोग रिएक्टर द्वारा उत्पादित ऊर्जा की मात्रा को नियंत्रित करने और यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि परमाणु प्रतिक्रिया नियंत्रण में रहे।

एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र में, नियंत्रण छड़ें उठाई जाती हैं और यूरेनियम ईंधन में उतारी जाती हैं। जब पूरी तरह से नीचे किया जाता है, तो सभी छड़ें ईंधन से घिरी होती हैं और अधिकांश न्यूट्रॉन को अवशोषित करती हैं। उस स्थिति में, श्रृंखला प्रतिक्रिया बंद हो जाती है। जैसे-जैसे छड़ें उठाई जाती हैं, प्रत्येक छड़ का कम हिस्सा न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है, और श्रृंखला प्रतिक्रिया तेज हो जाती है। इस तरह परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित और रोक सकते हैं।

हालांकि दुनिया भर के बिजली संयंत्रों में परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रियाएं पर्याप्त मात्रा में विद्युत शक्ति प्रदान करती हैं, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की दो मुख्य समस्याएं हैं। सबसे पहले, हमेशा एक जोखिम होता है कि तकनीकी विफलताओं, मानवीय त्रुटि या तोड़फोड़ के कारण नियंत्रण छड़ पर आधारित नियंत्रण प्रणाली काम नहीं करेगी। उस स्थिति में विस्फोट या विकिरण का विमोचन हो सकता है। दूसरे, प्रयुक्त ईंधन अत्यधिक रेडियोधर्मी है और इसे हजारों वर्षों में सुरक्षित रूप से संग्रहीत किया जाना है। यह समस्या अभी भी हल नहीं हुई है, और ज्यादातर मामलों में विभिन्न परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में प्रयुक्त ईंधन रहता है। नतीजतन, संयुक्त राज्य अमेरिका सहित कई देशों में परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के व्यावहारिक उपयोग में कमी आई है।