नाभिकीय भौतिकी
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अध्ययन नोट्स: नाभिकीय भौतिकी
विषय सूची
- नाभिकीय भौतिकी का परिचय
- नाभिकीय अभिक्रियाएँ
- नाभिकीय विखंडन
- नाभिकीय संलयन
- मुख्य अवधारणाएँ और परिभाषाएँ
- विखंडन और संलयन का तुलनात्मक विश्लेषण
- निष्कर्ष
1. नाभिकीय भौतिकी का परिचय
नाभिकीय भौतिकी भौतिकी की वह शाखा है जो परमाणु के नाभिक का अध्ययन करती है, जिसमें इसकी संरचना, व्यवहार और अन्योन्यक्रियाएँ शामिल हैं। यह उन बलों का अन्वेषण करती है जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ बांधते हैं, साथ ही उन प्रक्रियाओं का भी जो परमाणु नाभिक से ऊर्जा मुक्त करती हैं।
2. नाभिकीय अभिक्रियाएँ
नाभिकीय अभिक्रियाओं में परमाणु के नाभिक में परिवर्तन शामिल होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक तत्व का दूसरे तत्व में रूपांतरण या ऊर्जा का उत्सर्जन होता है।
2.1 नाभिकीय अभिक्रियाओं के प्रकार
| प्रकार | विवरण | उदाहरण |
|---|---|---|
| विखंडन | एक भारी नाभिक का दो हल्के नाभिकों में विभाजन, ऊर्जा मुक्त करते हुए। | नाभिकीय रिएक्टरों में यूरेनियम-235 विखंडन |
| संलयन | हल्के नाभिकों का संयोजन करके एक भारी नाभिक का निर्माण, ऊर्जा मुक्त करते हुए। | सूर्य की ऊर्जा उत्पादन |
| रेडियोधर्मी क्षय | एक अस्थिर नाभिक का स्वतः अधिक स्थिर नाभिक में रूपांतरण। | अल्फा, बीटा और गामा क्षय |
3. नाभिकीय विखंडन
विखंडन वह प्रक्रिया है जिसमें एक भारी नाभिक दो छोटे नाभिकों में विभाजित हो जाता है, जिससे बड़ी मात्रा में ऊर्जा मुक्त होती है।
3.1 मुख्य अवधारणाएँ
- क्रांतिक द्रव्यमान: श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए रखने के लिए आवश्यक विखंडनीय पदार्थ की न्यूनतम मात्रा।
- श्रृंखला अभिक्रिया: पिछले विखंडन अभिक्रियाओं से मुक्त न्यूट्रॉन द्वारा शुरू की गई विखंडन घटनाओं का क्रम।
- न्यूट्रॉन मंदी: ग्रेफाइट या पानी जैसी सामग्रियों का उपयोग करके न्यूट्रॉन को धीमा करना ताकि विखंडन की संभावना बढ़े।
3.2 विखंडन प्रक्रिया उदाहरण
- यूरेनियम-235 एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है, यूरेनियम-236 बनाता है, जो अस्थिर हो जाता है और बेरियम-141 और क्रिप्टन-92 में विभाजित हो जाता है, 3 न्यूट्रॉन और ऊर्जा मुक्त करते हुए।
3.3 अनुप्रयोग
- नाभिकीय ऊर्जा संयंत्र: नियंत्रित विखंडन अभिक्रियाओं का उपयोग करके बिजली उत्पन्न करना।
- नाभिकीय हथियार: अत्यधिक ऊर्जा मुक्त करने के लिए अनियंत्रित विखंडन अभिक्रियाओं का उपयोग करना।
4. नाभिकीय संलयन
संलयन वह प्रक्रिया है जिसमें हल्के परमाणु नाभिक संयुक्त होकर एक भारी नाभिक बनाते हैं, इस प्रक्रिया में ऊर्जा मुक्त होती है।
4.1 मुख्य अवधारणाएँ
- प्लाज्मा: आयनों और मुक्त इलेक्ट्रॉनों से युक्त पदार्थ की एक उच्च-ऊर्जा अवस्था।
- तापमान आवश्यकताएँ: नाभिकों के बीच स्थिरवैद्युत प्रतिकर्षण पर काबू पाने के लिए संलयन को लगभग 10⁸ K के तापमान की आवश्यकता होती है।
- कूलॉम अवरोध: धनावेशित नाभिकों के बीच स्थिरवैद्युत प्रतिकर्षण जिसे संलयन के लिए दूर करना होता है।
4.2 संलयन प्रक्रिया उदाहरण
- सूर्य में हाइड्रोजन संलयन: चार हाइड्रोजन नाभिक (प्रोटॉन) संयुक्त होकर एक हीलियम नाभिक बनाते हैं, प्रकाश और ऊष्मा के रूप में ऊर्जा मुक्त करते हुए। $$ 4\ ^1_1\text{H} + 2e^- \rightarrow \ ^4_2\text{He} + 2\nu + 6\gamma + 26.7\ \text{MeV} $$
4.3 अनुप्रयोग
- तारकीय ऊर्जा उत्पादन: सूर्य और अन्य तारे नाभिकीय संलयन के माध्यम से ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।
- भविष्य के ऊर्जा स्रोत: संलयन रिएक्टरों (जैसे, ITER) में शोध का उद्देश्य संलयन को एक स्वच्छ और स्थायी ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करना है।
5. मुख्य अवधारणाएँ और परिभाषाएँ
5.1 ब्लॉककोट्स में परिभाषाएँ
नाभिकीय विखंडन: वह प्रक्रिया जिसमें एक भारी नाभिक दो हल्के नाभिकों में विभाजित होता है, ऊर्जा मुक्त करते हुए।
नाभिकीय संलयन: वह प्रक्रिया जिसमें दो हल्के नाभिक संयुक्त होकर एक भारी नाभिक बनाते हैं, ऊर्जा मुक्त करते हुए।
क्रांतिक द्रव्यमान: श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए रखने के लिए आवश्यक विखंडनीय पदार्थ की न्यूनतम मात्रा।
प्लाज्मा: आयनों और मुक्त इलेक्ट्रॉनों से युक्त पदार्थ की एक उच्च-ऊर्जा अवस्था।
6. विखंडन और संलयन का तुलनात्मक विश्लेषण
| विशेषता | नाभिकीय विखंडन | नाभिकीय संलयन |
|---|---|---|
| अभिकारक | भारी नाभिक (जैसे, यूरेनियम-235) | हल्के नाभिक (जैसे, हाइड्रोजन समस्थानिक) |
| उत्पाद | दो हल्के नाभिक, न्यूट्रॉन और ऊर्जा | एक भारी नाभिक, न्युट्रिनो और ऊर्जा |
| मुक्त ऊर्जा | उच्च, परंतु संलयन से कम | अत्यधिक उच्च, परंतु बहुत उच्च तापमान चाहिए |
| नियंत्रित उपयोग | हाँ (नाभिकीय रिएक्टर) | प्रायोगिक (संलयन रिएक्टर) |
| उपोत्पाद | रेडियोधर्मी अपशिष्ट, न्यूट्रॉन | न्युट्रिनो, हीलियम और अन्य स्थिर समस्थानिक |
| चुनौतियाँ | रेडियोधर्मी अपशिष्ट, सुरक्षा, प्रसार | उच्च तापमान, प्लाज्मा परिरोध, ईंधन उपलब्धता |
7. निष्कर्ष
नाभिकीय भौतिकी में विखंडन और संलयन दोनों प्रक्रियाएँ शामिल हैं, जिनकी अपनी विशिष्ट विशेषताएँ और अनुप्रयोग हैं। विखंडन का उपयोग वर्तमान में नाभिकीय शक्ति और हथियारों में किया जाता है, जबकि संलयन, भविष्य की ऊर्जा के लिए आशाजनक होने के बावजूद, बड़े पैमाने पर प्राप्त करने के लिए एक चुनौती बना हुआ है। इन प्रक्रियाओं को समझना स्थायी और सुरक्षित ऊर्जा समाधान विकसित करने के लिए आवश्यक है।
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