نیوٹرون کراس سیکشن

نیوٹرون کراس سیکشن ذراندی تے نیوکلئیر طبیعیات وچ نیوٹرون تے ایٹمی مرکزے (nucleus) دے درمیان تعامل ہونے دے امکانات نو‏‏ں ظاہر کردا ا‏‏ے۔ کراس سیکشن جتنا وڈا ہو گا کسی تعامل ہونے دا امکان اِنّا ہی زیادہ ہوئے گا۔ اسنو‏ں barns وچ ناپیتا جاندا ا‏‏ے۔
اک بارن ^24-10 مربع سنٹی میٹر (cm²) دے برابر ہُندا ا‏‏ے۔ جے تصوراندی طور اُتے کسی بھاری ایٹمی مرکزے نو‏‏ں درمیان تو‏ں کاٹا جائے تو کٹی ہوئی سطح دا حقیقی رقبہ اس مقدار دا لگ بھگ دگنا ہُندا اے یعنی بھاری ایٹمی مرکزے دی جسامت دو بارن ہُندی ا‏‏ے۔ لیکن کسی نیوٹرون دے نال کسی ایٹمی مرکزے دے تعامل ہونے دا کروس سیکشن 0.001 تو‏ں لیکر 1000 بارنز تک ہو سکدا اے یعنی تعامل دا کروس سیکشن حقیقی کروس سیکشن تو‏ں بہت چھوٹا یا بہت وڈا ہو سکدا ا‏‏ے۔

بارن (barn) اس وڈے تو‏ں گھر نو‏‏ں کہندے نيں جو پنڈ دیہاتاں وچ فصلاں نو‏‏ں ذخیرہ کرنے دے لئی بنایا جاندا ا‏‏ے۔ مناسب توانائی دے نیوٹرون دے سامنے یورینیئم²³⁵ دا مرکزہ اس طرح برتاو کردا اے جداں اوہدی جسامت 687 بارن ہوئے۔ حالانکہ یورینیئم²³⁵ دی حقیقی جسامت صرف 1.87 بارنز ہُندی ا‏‏ے۔ یعنی ایہ مرکزہ آس پاس تو‏ں گزرنے والے نیوٹرون نو‏‏ں وی اپنی طرف کھچ لیندا اے بشرطیکہ انہاں دی توانائی مناسب ہوئے۔ تے اسی لئی انہاں تعاملات دے لئی بارن دا نام رکھیا گیا۔ لیکن جے نیوٹرون دی توانائی مناسب نہ ہو تو ایہی مرکزہ اپنی اصل جسامت تو‏ں وی چھوٹے ہونے جداں برتاو کردا اے یعنی آنے والے بیشتر نیوٹرون مرکزے دے اندر تو‏ں آرپار گزر جاندے نيں مگر انہاں دا مرکزے تو‏ں کوئی تعامل نئيں ہُندا۔

جب نیوٹرون کسی ایٹمی مرکزے تو‏ں تعامل کردا اے تو تن صورت حال ممکن نيں۔

• نیوٹرون دی حرکت دی سمت بدل جائے۔ اسنو‏ں اسکیٹرنگ (scattering) کہندے نيں۔ اس دے نتیجے وچ نیوٹرون دی رفتار کم ہو جاندی ا‏‏ے۔
• نیوٹرون مرکزے وچ جذب ہو جائے تے مرکزہ نہ ٹوٹے۔ اسنو‏ں کیپچر (capture) کہندے نيں۔ اس دے نتیجے وچ گاما ریز خارج ہُندی نيں۔
• نیوٹرون مرکزے تو‏ں ٹکرا کر اسنو‏ں توڑ دے۔ اسنو‏ں فشن (fission) کہندے نيں۔ اس دے نتیجے وچ نیوٹرون خارج ہُندے نيں۔

		تھرمل نیوٹرون دا کراس سیکشن (barn)			تیز رفتار نیوٹرون دا کراس سیکشن (barn)
		اسکیٹرنگ	کیپچر	فشن	اسکیٹرنگ	کیپچر	فشن
سست کنندہ نیوٹرون (moderator)	ہائیڈروجن1	20	0.2	-	4	0.00004	-
	ڈیوٹیریئم	4	0.0003	-	3	0.000007	-
	کاربن	5	0.002	-	2	0.00001	-
ری ایکٹر دے تعمیرا‏تی اجزا	زرکونیِئم-90	5	0.006	-	5	0.006	-
	لوہا-56	10	2	-	20	0.003	-
	کرومیئم-52	3	0.5	-	3	0.002	-
	نکل-58	20	3	-	3	0.008	-
	آکسیجن-16	4	0.0001	-	3	0.00000003	-
جاذب نیوٹرون	بورون-10	2	2,000	-	2	0.4	-
	کیڈمیئم-113	100	30,000	-	4	0.05	-
	زینون-135	400,000	2,000,000	-	5	0.0008	-
	انڈیئم-115	2	100	-	4	0.2	-
جوہری ایندھن	یورینیئم-235	10	60	300	4	0.09	1
	یورینیئم-238	9	2	0.00002	5	0.07	0.3
	پلوٹونیئم-239	8	0.04	0.07	5	0.05	2

اس جدول تو‏ں واضح اے کہ

• تیز رفتار نیوٹرون کسی وی چیز وچ با آسانی جذب نئيں ہُندے۔ بہت کم مقدار وچ ایہ بورون تے انڈیئم وچ جذب ہُندے نيں۔
• تھرمل نیوٹرون (یعنی سست رفتار نیوٹرون) تو‏ں توڑنے دے لئی یورینیئم235 سب تو‏ں بہتر ا‏‏ے۔ (نیوکلیئر ری ایکٹر وچ یورینیئم235 نو‏‏ں توڑنے دے لئی 0.025 الیکٹرون وولٹ دی توانائی دا نیوٹرون سب تو‏ں زیادہ کارآمد ہُندا ا‏‏ے۔ اس توانائی اُتے نیوٹرون دا ٹمپریچر صرف 20 ڈگری سنٹی گریڈ ہُندا اے یعنی کمرے دے درجہ حرارت دے برابر۔ اسی لئی اسنو‏ں تھرمل کہندے نيں۔)
• یورینیئم238 نو‏‏ں تیز رفتار نیوٹرون تو‏ں توڑنا 15000 گنا زیادہ آسان اے، بہ نسبت سست رفتار نیوٹرون تو‏ں توڑنے دے ۔
• زینون تھرمل نیوٹرون دے لئی سب تو‏ں بہتر جاذب اے لیکن تیز رفتار نیوٹرون دے لئی نئيں۔ (زینون تھرمل نیوکلیئر ری ایکٹر دے لئی زہر قاتل ا‏‏ے۔)
• آکسیجن تے ڈیوٹیریئم تیز رفتار نیوٹرون جذب نئيں کر سکدے۔
• دھاتاں وچ زرکونیئم سب تو‏ں کم نیوٹرون جذب کردا اے اس لئی جوہری بجلی گھر دے ری ایکٹر چینل اسی دھات تو‏ں بنائے جاندے نيں۔
• دھاتاں وچ کیڈمیئم سب تو‏ں زیادہ تھرمل نیوٹرون جذب کردا اے اس لئی ایٹمی ری ایکٹر دی کنٹرول روڈز (control rods) اس تو‏ں بنائی جاندی نيں۔ (نیوٹرون جذب کر دے کیڈمیئم گاما ریز خارج کردا ا‏‏ے۔ جے نیوٹرون دی توانائی 0.4eV (یعنی اوہدی رفتار 8.76 کلو میٹر فی سیکنڈ) تو‏ں زیادہ ہو تو کیڈمیئم اسنو‏ں جذب نئيں کر پاندا)۔

کیڈمیئم¹¹³ دے نیوٹرون کروس سیکشن دے گراف تو‏ں اسکا cut-off واضح ا‏‏ے۔

نیوٹرون دی رفتار تے توانائی

دس لکھ الیکٹرون وولٹ (یعنی اک میلین eV) دی حرکی توانائی رکھنے والے نیوٹرون دی رفتار 14,000 کلو میٹر فی سیکنڈ ہُندی اے یعنی روشنی دی رفتار تو‏ں 20 گنا کم ہُندی ا‏‏ے۔ ایسا نیوٹرون 15 سنٹی میٹر موٹی دھاندی چادر وچو‏ں آرپار گزرنے وچ لگ بھگ 11 نینو سیکنڈ دا وقت لیندا ا‏‏ے۔ ایسے نیوٹرون یورینیئم235 نو‏‏ں نئيں توڑ سکدے۔ 40 لکھ الیکٹرون وولٹ تو‏ں زیادہ توانائی والے نیوٹرون لیتھیئم⁷ نو‏‏ں توڑ سکدے نيں۔
ایسا نیوٹرون جدو‏ں دوسرے ایٹمی مرکزاں تو‏ں ٹکراندا اے تو اوہدی توانائی ہر ٹکر پہ کم ہُندی چلی جاندی ا‏‏ے۔ یورینیئم238 دے لگ بھگ 1100 ایٹمی مرکزاں تو‏ں ٹکرانے دے بعد ایہ نیوٹرون تھرمل ہو جاندا ا‏‏ے۔ ہن اوہدی توانائی 0.025eV ہو جاندی اے تے ہن ایہ یورینیئم235 نو‏‏ں باآسانی توڑ سکدا ا‏‏ے۔

0.025 الیکٹرون وولٹ دی حرکی توانائی والا نیوٹرون 2 کلو میٹر فی سیکنڈ دی رفتار تو‏ں حرکت کردا اے تے 15 سنٹی میٹر موٹی دھاندی چادر وچو‏ں 70 مائیکرو سیکنڈ وچ گزر جاندا ا‏‏ے۔

ان توانائیاں اُتے کلاسیکل فارمولے درست کم کردے نيں تے اضافیندی (relativistic) فارمولاں دی ضرورت نئيں پڑتی۔

ہور ویکھو

کیپچر/ فشن تناسب

تھرمل نیوٹرون				اپی تھرمل نیوٹرون
σF فشن کروس سیکشن	σγ کیپچر کروس سیکشن	%	عنصر	σF فشن کروس سیکشن	σγ کیپچر کروس سیکشن	%
531	46	8.0%	233U	760	140	16%
585	99	14.5%	235U	275	140	34%
750	271	26.5%	239Pu	300	200	40%
1010	361	26.3%	241Pu	570	160	22%

• بریڈر ری ایکٹر
• ٹرائیٹیئم
• ڈیوٹیریئم
• لیتھیئم
• یورینیئم
• پلوٹونیئم
• فیوزر
• زینون
• فشن بمقابلہ فیوزن
• ایٹمی ماڈل دا ارتقا
• Binding energy
• Giant resonance