فشن بمقابلہ فیوزن
ایٹم دے مرکزے (atomic nucleus) دا ٹوٹنا فشن (fission) تے جڑنا فیوژن (fusion) کہلاندا اے۔
موازنہ
سودھو[۱] | فشن | فیوزن |
---|---|---|
تعریف | اک وڈے ایٹمی مرکزے دا دو چھوٹے ٹکڑاں وچ ٹوٹنا فشن کہلاندا اے | دو چھوٹے ایٹمی مرکزاں دا جڑ کر اک وڈے مرکزے وچ تبدیل ہونا فیوزن کہلاندا اے |
قدرتی وقوع پذیری | قدرتی طور اُتے فشن انتہائی نایاب اے | سورج سمیت سارے ستارے فیوزن دی وجہ توں روشن نيں |
تابکاری | فشن دے نتیجے وچ انتہائی تابکار مادے وجود وچ آندے نيں جو صدیاں تک خطرہ بنے رہندے نيں | فیوزن توں بہت کم تابکاری جنم لیندی اے |
عوامل | فشن دے لئی کریٹیکل ماس تے نیوٹرون دی ضرورت ہُندی اے | فیوزن دی لئی دس کروڑ ڈگری سنٹی گریڈ تے سخت دباو دی ضرورت ہُندی اے |
ضرورت توانائی | مرکزہ نیوٹرون نوں نئيں دھکیلتا۔ اس لئی بہت کم توانائی دا نیوٹرون مرکزے نوں توڑ سکدا اے | برقی چارج دی وجہ توں دو مرکزے اک دوسرے نوں دھکیلتے نيں۔ انہاں نوں پاس لانے دے لئی بہت زیادہ توانائی دی ضرورت ہُندی اے |
اخراج توانائی | کیمیائی تعاملات دے مقابلے وچ فشن توں بہت زیادہ توانائی نکلتی اے مگر ایہ فیوزن دے مقابلے وچ کم ہُندی اے | فیوزن توں نکلنے والی توانائی فشن دی توانائی توں تن یا چار گنا زیادہ ہُندی اے |
جوہری ہتھیار | ایٹم بم وچ فشن توں توانائی حاصل ہُندی اے | ہائیڈروجن بم وچ فیوزن توں توانائی حاصل ہُندی اے لیکن جس طرح بارود نوں بھڑکانے دے لئی ماچس دی ضرورت ہُندی اے اسی طرح ہائیڈروجن بم نوں بھڑکانے دے لئی اک ایٹم بم دی ضرورت ہُندی اے۔ پہلا ہائیڈروجن بم 1952 وچ آزمایا گیا |
جوہری بجلی گھر | دنیا وچ یورینیئم دی فشن توں وڈے پیمانے اُتے بجلی پیدا دی جا رہی اے | حالے تک فیوزن توں چلنے والا بجلی گھر نئيں بنایا جا سکا اے |
جوہری حادثات | جوہری بجل گھر وچ جے میلٹ ڈاون ہو جائے تو وڈے علاقے وچ تابکاری پھیل جاندی اے | فیوزن والے بجلی گھر وچ جے meltdown ہو وی جائے تو چین ری ایکشن خود بخود رک جاندا اے تے بہت کم تابکاری نکلتی اے |
end product | کسی مخصوص جوہری ایندھن توں صرف اک ری ایکشن ممکن اے لیکن بہت ساری مختلف اشیاء بندی نيں | ہائیڈروجنہاں دی فیوزن دے بہت سارے طریقے ہو سکدے نيں مگر پیداوار صرف ہیلیئم4 ہُندی اے |
فشن (fission)
سودھوجب اک بھاری مرکزہ جداں یورینیئم دو ٹکڑاں وچ ٹوٹتا اے تو فالتو ہو جانے والی بائنڈنگ انرجی خارج ہُندی اے۔ نیوٹرون دے ٹکرانے اُتے مرکزہ دھچدے دی وجہ توں نئيں ٹوٹتا بلکہ نیوٹرون جذب کر دے مرکزہ ارتعاش کرنے لگدا اے تے ایہ ارتعاش (oscillation) مرکزے دے ٹوٹنے دا سبب بندے نيں۔[۲]
صرف چار عنصر ایسے نيں جنہاں نوں سست رفتار نیوٹرون (یعنی تھرمل نیوٹرون) توں توڑا جا سکدا اے۔ ایہ fissile کہلاندے نيں۔
- یورینیئم233۔ ایہ قدرتی طور اُتے نئيں پایا جاندا تے تھوریئم232 دے نیوٹرون کیپچر کرنے توں بندا اے۔
- یورینیئم235۔ ایہ قدرتی طور اُتے پائے جانے والے یورینیئم وچ صرف 0.7 فیصد ہُندا اے۔
- پلوٹونیئم239۔ ایہ قدرتی طور اُتے نئيں پایا جاندا تے یورینیئم238 دے نیوٹرون کیپچر کرنے توں بندا اے۔
- پلوٹونیئم241۔ ایہ قدرتی طور اُتے نئيں پایا جاندا تے پلوٹونیئم240 دے نیوٹرون کیپچر کرنے توں بندا اے۔
تھرمل نیوٹرون دی توانائی 0.025 الیکٹرون وولٹ تے رفتار دو کلو میٹر فی سیکنڈ ہُندی اے۔
ان عناصر دے ٹوٹنے توں بہت زیادہ توانائی گرمی دی شکل وچ خارج ہُندی اے۔ اک گرام قدرتی گیس جلانے اُتے 50 کلو جول حرارت حاصل ہُندی اے۔ اک گرام یورینیئم235 توں حاصل ہونے والی حرارت اس توں 16 لکھ گنا زیادہ ہُندی اے۔
235 92U |
+ | Error no symbol defined | → | 139 56Ba |
+ | 94 36Kr |
+ | 3Error no symbol defined |
اک واٹ دی بجلی بنانے دے لئی ہر سیکنڈ 100 ارب فشن دی ضرورت ہُندی اے۔ اک میگا واٹ بجلی روزانہ بنانے وچ اک گرام جوہری ایندھن توں اک گرام انتہائی تابکار جوہری فضلہ روزانہ بندا اے۔ اس فضلہ وچ پلوٹونیئم239 موجود ہُندا اے جسنوں دوبارہ بطور جوہری ایندھن استعمال کیتا جا سکدا اے۔
بھاری عناصر وچ پروٹون دے مقابلے وچ دیڑھ گنا زیادہ نیوٹرون ہُندے نيں جدوں کہ انہاں دے ٹوٹنے اُتے بننے والے درمیانی جسامت دے عناصر نوں صرف 1.2 یا 1.3 گنا نیوٹرون دی ضرورت ہُندی اے۔ اس طرح بوہت سارے نیوٹرون فالتو ہو جاندے نيں جنہاں وچوں دو چار آزاد ہو جاندے نيں۔ انہاں دی مدد توں دوسرے ایٹمی مرکزے توڑے جا سکدے نيں تے chain reaction حاصل کیتا جا سکدا اے۔ یورینیئم دے ٹوٹنے توں جو مرکزے بندے نيں انہاں نوں دختر مرکزے (daughter nuclei) کہندے نيں۔ نیوٹرون دی کثرت دی وجہ توں ایہ ہمیشہ نا پائیدار ہُندے نيں تے بعد وچ عام طور اُتے بیٹا ریز تے گاما ریز خارج کر دے پائیدار بن جاندے نيں۔ یورینیئم235 دے تھرمل نیوٹرون جذب کر دے ٹوٹنے توں 370 طرح دے دختر مرکزے بن سکدے نيں جنہاں دا وزن amu 72 توں لے کے 161 amu تک ہو سکدا اے۔
- جے نیوٹرون دی توانائی 80 لکھ الیکٹرون وولٹ توں وی زیادہ ہو تو اوہ یورینیئم238 دے ایٹمی مرکزاں نوں وی توڑ دیندا اے۔ اِنّی زیادہ توانائی دے نیوٹرون ایٹم بم تے نیوکلیئر ری ایکٹر وچ نئيں بندے مگر ہائیڈروجن بم وچ بندے نيں۔ یورینیئم238 دا مرکزہ fissile نئيں ہُندا مگر fissionable ہُندا اے۔ چند دوسرے ایٹمی مرکزے وی fissionable ہُندے نيں۔ fissile مرکزاں وچ چین ری ایکشن ممکن ہُندا اے، fissionable مرکزاں وچ چین ری ایکشن ممکن نئيں ہُندا۔
- جے نیوٹرون دی توانائی 40 لکھ الیکٹرون وولٹ توں زیادہ ہو تو اوہ لیتھیئم7 دے ایٹمی مرکزاں نوں توڑ دیندا اے۔ اِنّی زیادہ توانائی دے نیوٹرون ایٹم بم تے نیوکلیئر ری ایکٹر وچ بندے نيں مگر اس تعامل (reaction) وچ توانائی خارج ہونے دی بجائے جذب ہُندی اے۔
- لیتھیئم7 جو قدرتی طور اُتے زیادہ وافر تے سستا اے اوہ 125,000eV یا زیادہ دی توانائی دے پروٹون جذب کر دے ٹوٹ جاندا اے تے کثیر توانائی خارج کردا اے مگر اس تعامل نوں فشن نئيں کہیا جاندا بلکہ fusion induced fission کہندے نيں۔ پروٹون نوں اِنّی توانائی پارٹیکل ایکسیلیریٹر یا فیوزر دی مدد توں با آسانی دی جا سکدی اے۔ نیوٹرون نوں پارٹیکل ایکسیلیریٹر دی مدد توں توانا نئيں بنایا جا سکدا۔
نیوٹرون جذب کر دے یورینیئم235 دے ہر مرکزے دے ٹوٹنے اُتے اوسطاً 2.5 نیوٹرون نکلتے نيں۔ جے ایسے 100 ایٹم ٹوٹاں تو
- تن ایٹماں توں کوئی نیوٹرون نئيں نکلتا
- 16 ایٹماں توں صرف اک اک نیوٹرون نکلتا اے
- 34 ایٹماں توں دو دو نیوٹرون نکلتے نيں
- 30 ایٹماں توں تن تین نیوٹرون نکلتے نيں
- 13 ایٹماں توں چار چار نیوٹرون نکلتے نيں
- 4 ایٹماں توں پنج پنج نیوٹرون نکلتے نيں
ان نکلنے والے نیوٹروناں دی اوسط توانائی 2MeV ہُندی اے۔ جے نکلنے والے 100 نیوٹروناں دی توانائی دا جائیزہ لیا جائے تو
- 8 نیوٹروناں دی توانائی اک میلین الیکٹرون وولٹ توں کم ہُندی اے
- 35 نیوٹروناں دی توانائی اک اک میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
- 25 نیوٹروناں دی توانائی دو دو میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
- 13 نیوٹروناں دی توانائی تن تین میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
- 8 نیوٹروناں دی توانائی چار چار میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
- 4 نیوٹروناں دی توانائی پنج پنج میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
- 3 نیوٹروناں دی توانائی چھ چھ میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
- 2 نیوٹروناں دی توانائی ست ست میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
- 1 نیوٹرون دی توانائی 8 میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
نیوٹرون دی مثال | نیوٹرون دی توانائی | نیوٹرون دی رفتار |
---|---|---|
تھرمل نیوٹرون | 0.025eV | 2.2 کلو میٹر فی سیکنڈ |
ایٹم بم دے %35 نیوٹرون | 1,000,000eV | 14,000 کلو میٹر فی سیکنڈ |
ایٹم بم دے %25 نیوٹرون | 2,000,000eV | 20,000 کلو میٹر فی سیکنڈ |
ایٹم بم دے %13 نیوٹرون | 3,000,000eV | 23,000 کلو میٹر فی سیکنڈ |
ایٹم بم دے %8 نیوٹرون | 4,000,000eV | 28,000 کلو میٹر فی سیکنڈ |
ایٹم بم دے %1 نیوٹرون | 8,000,000eV | 40,000 کلو میٹر فی سیکنڈ |
ہائیڈروجن بم دے نیوٹرون | 12,000,000eV | 48,000 کلو میٹر فی سیکنڈ |
16,000,000eV | 55,000 کلو میٹر فی سیکنڈ | |
20,000,000eV | 62,000 کلو میٹر فی سیکنڈ |
فیوژن
سودھوجب دو ہلدے ایٹمی مرکزے باہم جڑ کر اک مرکزہ بناندے نيں تو فالتو ہو جانے والی بائنڈنگ انرجی خارج ہو جاندی اے۔
سورج سمیت کائنات دے سارے ستارے فیوزن توں حاصل ہونے والی حرارت دی وجہ توں روشن نيں تے ارباں سال تک روشن رہندے نيں۔ فیوزن دا اصل فائیدہ ایہ اے کہ اس دا ایندھن یعنی ہائیڈروجن بہت وافر مقدار وچ دستیاب اے تے سستا وی اے۔ جے وزن دے لحاظ توں دیکھیا جائے تو کائنات دا 74 فیصد حصہ ہائیڈروجن اُتے مشتمل اے۔
ہائیڈروجن دے ایٹمی مرکزے یعنی پروٹون نوں دوسرے پروٹون توں جوڑنے دے لئی دس کروڑ ڈگری ٹمپریچر دی ضرورت ہُندی اے۔ اس دے مقابلے وچ ڈیوٹیریئم نوں ٹرائیٹیئم توں جوڑنے (یعنی فیوز کرنے) دے لئی چار کروڑ ڈگری سنٹی گریڈ دی ضرورت ہُندی اے۔[۳]
اک ہزار میگا واٹ بجلی بنانے والے کارخانے نوں سال بھر وچ صرف 250 کلوگرام ڈیوٹیریئم تے ٹرائیٹیئم دے آمیزے دی ضرورت پڑے گی۔ ڈیوٹیریئم ہائیڈروجن دا غیر تابکار ہمجاء اے تے قدرتی ہائیڈروجنہاں وچ 0.015 فیصد ڈیوٹیریئم ہُندی اے۔ ہر اک لٹر پانی وچ 33 ملی گرام ڈیوٹیریئم موجود ہُندی اے۔ جدوں پانی دی برق پاشی (electrolysis) کيتی جاندی اے تو بچ جانے والے پانی وچ بھاری پانی دا تناسب کافی زیادہ ہُندا اے تے بھاری پانی ڈیوٹیریئم توں ہی بنا ہُندا اے۔ اندازہ لگایا گیا اے کہ دنیا بھر دے سمندراں وچ کل ملیا دے 460 کھرب ٹن ڈیوٹیریئم موجود اے۔ جے اک ٹن ڈیوٹیریئم نوں مکمل طور اُتے فیوز کیتا جائے تو حاصل ہونے والی توانائی 250x 1015 جول ہوئے گی۔ سن 2002 وچ پوری دنیا وچ استعمال ہونے والی بجلی دی مقدار 13.7 TW-year سی۔ اس توں پتہ چلدا اے کہ سمندر وچ اِنّی ڈیوٹیریئم موجود اے کہ 40 ارب سال تک دنیا دی بجلی دی ضرورت پوری ہو سدے۔ خیال رہے کہ پنج ارب سال بعد سورج بُجھ جائے گا۔ لیکن حالے تک انسان ڈیوٹیریئم دی فیوزن توں بجلی بنانے وچ کامیابی حاصل نئيں کر سکا اے۔ ڈیوٹیریئم دی فیوزن دا سب توں آسان طریقہ ایہ اے کہ اسنوں ٹرائیٹیئم توں ملیا دے بہت گرم کراں۔ ٹرائیٹیئم تابکار ہُندی اے تے قدرتی طور اُتے نئيں پائی جاندی اس لئی لیتھیئم6 اُتے نیوٹرون دی بمباری کر دے بنائی جاندی اے۔[۴]
ہور ویکھو
سودھو- بائنڈنگ انرجی
- خودانگیز انشقاق spontaneous fission
- کریٹیکل ماس
- ایٹمی بجلی گھر
- کروس سیکشن
- بریڈر ری ایکٹر
- شکاگو پائیل
- ایٹمی ماڈل دا ارتقا