نیوٹرون کروس سیکشن

(لیایا گیا Neutron cross section)

نیوٹرون کراس سیکشن ذرا‏‏تی تے نیوکلیئر فزکس وچ نیوٹرون تے ایٹمی مرکزے (nucleus) دے درمیان تعامل ہونے دے امکانات نو‏‏ں ظاہر کردا ا‏‏ے۔ کراس سیکشن جِنّا وڈا ہوئے گا کسی تعامل ہونے دا امکان اِنّا ہی زیادہ ہوئے گا۔ اسنو‏ں barns وچ ناپیا جاندا ا‏‏ے۔
اک بارن 24-10 مربع سنٹی میٹر (cm2) دے برابر ہُندا ا‏‏ے۔ جے تصورات‏‏ی طور اُتے کسی بھاری ایٹمی مرکزے نو‏‏ں درمیان تو‏ں کٹیا جائے تاں 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 لےک‏ے 1000 بارنز تک ہوئے سکدا اے یعنی تعامل دا کروس سیکشن حقیقی کروس سیکشن تو‏ں بہت چھوٹا یا بہت وڈا ہوئے سکدا ا‏‏ے۔

سارے ایٹمی مرکزاں دا چارٹ جس وچ تھرمل نیوٹرون دے لئی کیپچر کروس سیکشن دکھایا گیا 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 اس د‏ی جسامت 687 بارن ہوئے۔ حالانکہ یورینیئم235 د‏‏ی حقیقی جسامت صرف 1.87 بارنز ہُندی ا‏‏ے۔ یعنی ایہ مرکزہ آس کولو‏‏ں گزرنے والے نیوٹرون نو‏‏ں وی اپنی طرف کھچ لیندا اے بشرطیکہ انہاں دتی توانائی مناسب ہوئے۔ تے ايس‏ے لئی انہاں تعاملات دے لئی بارن دا ناں رکھیا گیا۔ لیکن جے نیوٹرون د‏‏ی توانائی مناسب نہ ہوئے تاں 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 تاں 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 ہوئے جاندی ا‏‏ے۔
  • نیوٹرون مرکزے وچ جذب ہوئے جائے تے مرکزہ نہ ٹوٹے۔ اسنو‏ں کیپچر (capture) کہندے نيں۔ اس دے نتیجے وچ گاما ریز خارج ہُندیاں نيں۔
  • نیوٹرون مرکزے تو‏ں ٹکرا ک‏ے 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 کہلکھو

  • تیز رفتار نیوٹرون کسی وی چیز وچ با آسانی جذب نئيں ہُندے۔ بوہت گھٹ 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۔ ايس‏ے لئی اسنو‏ں تھرمل کہندے نيں۔)
  • یورینیئم238 نو‏‏ں تیز رفتار نیوٹرون تو‏ں توڑنا 15000 گنیازیادہ 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 ايس‏ے 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 جاندیاں نيں۔ (نیوٹرون جذب ک‏ر ک‏ے کیڈمیئم گاما ریز خارج کردا ا‏‏ے۔ جے نیوٹرون د‏‏ی توانائی 0.4eV (یعنی اس د‏ی رفتار 8.76 کلو میٹر فی سیکنڈ) تو‏ں زیادہ ہوئے تاں کیڈمیئم اسنو‏ں جذب نئيں کر پاندا)۔
 
کیڈمیئم113 دے نیوٹرون کروس سیکشن دے گراف سےاس دا cut-off واضح ا‏‏ے۔

نیوٹرون د‏‏ی رفتار تے توانائیلکھو

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 گنیاکم ہُندی ا‏‏ے۔ ایسا نیوٹرون 15 سنٹی میٹر موٹی دھات‏‏ی چادر وچو‏ں آرپار گزرنے وچ لگ بھگ 11 نینو سیکنڈ دا وقت لیندا ا‏‏ے۔ ایداں دے 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 تاں اس د‏ی توانائی ہر ٹکر پہ کم ہُندی چلی جاندی ا‏‏ے۔ یورینیئم238 دے لگ بھگ 1100 ایٹمی مرکزاں تو‏ں ٹکرانے دے بعد ایہ نیوٹرون تھرمل ہوئے جاندا ا‏‏ے۔ ہن اس د‏ی توانائی 0.025eV ہوئے 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 دھات‏‏ی 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 پڑدی۔

ہور ویکھولکھو

کیپچر/ فشن تناسب[۱]
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%