પરમાણુ પ્રતિક્રિયા કેવી રીતે થાય છે? અણુ ન્યુક્લિયસનું ભૌતિકશાસ્ત્ર

રસાયણશાસ્ત્રના પાઠોમાં તમે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ વિશે શીખ્યા જે પરમાણુઓના પરિવર્તન તરફ દોરી જાય છે. જો કે, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન અણુઓ બદલાતા નથી. ચાલો હવે કહેવાતા પર વિચાર કરીએ પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ,જે અણુઓના પરિવર્તન તરફ દોરી જાય છે. ચાલો કેટલાક સંમેલનો રજૂ કરીએ:

અહીં X એ પ્રતીક છે રાસાયણિક તત્વ(જેમ કે સામયિક કોષ્ટકમાં), Z એ આઇસોટોપ ન્યુક્લિયસનો ચાર્જ નંબર છે, A એ આઇસોટોપ ન્યુક્લિયસનો સમૂહ નંબર છે.

ન્યુક્લિયર ચાર્જ નંબરન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા, સામયિક કોષ્ટકમાં તત્વની સંખ્યા જેટલી છે. ન્યુક્લિયસ સમૂહ સંખ્યાન્યુક્લિયસમાં પ્રવેશતા ન્યુક્લિઅન્સ (પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન) ની સંખ્યા છે. ચાર્જ અને માસ નંબરો - ભૌતિક જથ્થો, જે ન્યુક્લિયસના ચાર્જ અને સમૂહ સાથે સુસંગત નથી.

ઉદાહરણ તરીકે, પ્રતીકનો અર્થ એ છે કે આ કાર્બન અણુના ન્યુક્લિયસમાં ચાર્જ નંબર 6 છે અને સમૂહ સંખ્યા 12 છે. અન્ય છે. આઇસોટોપ્સકાર્બન, ઉદાહરણ તરીકે. આવા આઇસોટોપના ન્યુક્લિયસમાં સમાન સંખ્યામાં પ્રોટોન માટે વધુ એક ન્યુટ્રોન હોય છે (આકૃતિઓની તુલના કરો).

રધરફોર્ડની પ્રથમ પ્રયોગશાળા પરમાણુ પ્રતિક્રિયા નીચે પ્રમાણે આગળ વધી:

નાઇટ્રોજન અણુનું ન્યુક્લિયસ એ-પાર્ટીકલ (હિલીયમ અણુનું બીજક) સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. આનાથી ફ્લોરિન ન્યુક્લિયસ ઉત્પન્ન થાય છે, જે પ્રતિક્રિયાનું અસ્થિર મધ્યવર્તી ઉત્પાદન છે. અને પછી તેમાંથી ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજન ન્યુક્લીની રચના થઈ, એટલે કે તે થયું એક રાસાયણિક તત્વનું બીજામાં રૂપાંતર.

આના પરિણામોના આધારે પરમાણુ પ્રતિક્રિયાચાલો નીચેનું કોષ્ટક બનાવીએ.

કોષ્ટકમાં કોષોની સરખામણી પરથી, તે જોઈ શકાય છે કે સમૂહ સંખ્યાઓનો સરવાળો, તેમજ પરમાણુ પ્રતિક્રિયા પહેલા અને પછીના ચાર્જ નંબરોના સરવાળો જોડીમાં સમાન છે. પ્રયોગો દર્શાવે છે કે દરેક માટે પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓદોડવું ચાર્જ અને સમૂહ સંખ્યાઓના સંરક્ષણનો કાયદો:પરમાણુ પ્રતિક્રિયા પહેલા અને પછીના ચાર્જનો સરવાળો અને કણોની સમૂહ સંખ્યા જોડીમાં સમાન હોય છે.

મોટાભાગની પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ નવા ન્યુક્લીની રચના પછી સમાપ્ત થાય છે. જો કે, એવી પ્રતિક્રિયાઓ છે કે જેના ઉત્પાદનો નવી પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓનું કારણ બને છે, જેને કહેવાય છે પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયાઓ.એક ઉદાહરણ યુરેનિયમ-235 ન્યુક્લીની ફિશન પ્રતિક્રિયા છે (આકૃતિ જુઓ). જ્યારે ન્યુટ્રોન યુરેનિયમ ન્યુક્લિયસને અથડાવે છે, ત્યારે તે અન્ય બે ન્યુક્લી અને 2-3 નવા ન્યુટ્રોનમાં ક્ષીણ થઈ જાય છે. આ ન્યુટ્રોન અન્ય યુરેનિયમ ન્યુક્લીને અથડાવે છે, અને સાંકળ પ્રતિક્રિયાચાલુ રહે છે. આ સ્થિતિ આદર્શ છે. હકીકતમાં, ઉત્પાદિત ઘણા ન્યુટ્રોન પદાર્થમાંથી ઉડી જાય છે અને તેથી યુરેનિયમ દ્વારા શોષી શકાતા નથી.

જો કે, જ્યારે ઉચ્ચ ડિગ્રીયુરેનિયમની શુદ્ધતા, એટલે કે, જ્યારે તે મોટી હોય છે સમૂહ અપૂર્ણાંક, અને તેના કોમ્પેક્ટ પ્લેસમેન્ટ સાથે, પડોશી ન્યુક્લિયસ દ્વારા ન્યુટ્રોન કેપ્ચરની સંભાવના વધે છે. ન્યૂનતમ વજન કિરણોત્સર્ગી પદાર્થજેમાં સાંકળ પ્રતિક્રિયા થાય છે તેને કહેવાય છે જટિલ સમૂહ. શુદ્ધ યુરેનિયમ -235 માટે, આ ઘણા દસ કિલોગ્રામ છે. એક અનિયંત્રિત સાંકળ પ્રતિક્રિયા ખૂબ જ ઝડપથી થાય છે, જેના પરિણામે વિસ્ફોટ થાય છે. માં તેના ઉપયોગ માટે શાંતિપૂર્ણ હેતુઓ માટેપ્રતિક્રિયાને નિયંત્રણક્ષમ બનાવવી જરૂરી છે, જે વિશિષ્ટ ઉપકરણમાં પ્રાપ્ત થાય છે - પરમાણુ રિએક્ટર(§ 15 જુઓ).

અણુ પ્રતિક્રિયાઓ પ્રકૃતિમાં ખૂબ સામાન્ય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સામયિક કોષ્ટકના અડધા કરતાં વધુ તત્વો ધરાવે છે કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ્સ.

સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત કહે છે કે સમૂહ છે ખાસ આકારઊર્જા તે આનાથી અનુસરે છે કે દળને ઊર્જામાં અને ઊર્જાને સમૂહમાં રૂપાંતરિત કરવું શક્ય છે. ઇન્ટ્રાએટોમિક સ્તરે, આવી પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે. ખાસ કરીને, ચોક્કસ જથ્થો પોતે જ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થઈ શકે છે. આ ઘણી રીતે થાય છે. પ્રથમ, એક ન્યુક્લિયસ સંખ્યાબંધ નાના ન્યુક્લીઓમાં ક્ષીણ થઈ શકે છે, જેને "સડો" કહેવાય છે. બીજું, નાના ન્યુક્લિયસ સરળતાથી ભેગા થઈને એક મોટું બનાવી શકે છે - આ એક ફ્યુઝન પ્રતિક્રિયા છે. બ્રહ્માંડમાં આવી પ્રતિક્રિયાઓ ખૂબ જ સામાન્ય છે. તે કહેવું પૂરતું છે કે ફ્યુઝન પ્રતિક્રિયા એ તારાઓ માટે ઊર્જાનો સ્ત્રોત છે. પરંતુ સડોની પ્રતિક્રિયા માનવતા દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાય છે કારણ કે લોકોએ આને નિયંત્રિત કરવાનું શીખ્યા છે જટિલ પ્રક્રિયાઓ. પરંતુ પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા શું છે? તેનું સંચાલન કેવી રીતે કરવું?

અણુના ન્યુક્લિયસમાં શું થાય છે

પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા એ એક પ્રક્રિયા છે જે ત્યારે થાય છે જ્યારે પ્રાથમિક કણો અથવા ન્યુક્લી અન્ય ન્યુક્લી સાથે અથડાય છે. શા માટે "સાંકળ"? આ ક્રમિક એકલ પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓનો સમૂહ છે. આ પ્રક્રિયાના પરિણામે, મૂળ ન્યુક્લિયસની ક્વોન્ટમ સ્થિતિ અને ન્યુક્લિયોનિક રચનામાં ફેરફાર થાય છે, અને નવા કણો પણ દેખાય છે - પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો. પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા, જેનું ભૌતિકશાસ્ત્ર ન્યુક્લી અને કણો સાથે ન્યુક્લીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ કરવાનું શક્ય બનાવે છે, તે નવા તત્વો અને આઇસોટોપ્સ મેળવવા માટેની મુખ્ય પદ્ધતિ છે. સાંકળ પ્રતિક્રિયાના કોર્સને સમજવા માટે, તમારે પહેલા એકલ પ્રતિક્રિયાઓ સાથે વ્યવહાર કરવો જોઈએ.

પ્રતિક્રિયા માટે શું જરૂરી છે

પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા જેવી પ્રક્રિયા હાથ ધરવા માટે, કણો (એક ન્યુક્લિયસ અને એક ન્યુક્લિઅન, બે ન્યુક્લિયસ) ને ત્રિજ્યાના અંતરની નજીક લાવવા જરૂરી છે. મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા(લગભગ એક ફર્મી). જો અંતર મોટા હોય, તો ચાર્જ થયેલા કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સંપૂર્ણપણે કુલોમ્બ હશે. પરમાણુ પ્રતિક્રિયામાં, તમામ કાયદાઓ અવલોકન કરવામાં આવે છે: ઊર્જાનું સંરક્ષણ, વેગ, વેગ, બેરીયોન ચાર્જ. પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા a, b, c, d ચિહ્નો દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. પ્રતીક a મૂળ ન્યુક્લિયસને સૂચવે છે, b ઇનકમિંગ કણ, c નવા ઉત્સર્જિત કણ, અને d પરિણામી ન્યુક્લિયસ સૂચવે છે.

પ્રતિક્રિયા ઊર્જા

પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા ઊર્જાના શોષણ અને પ્રકાશન બંને સાથે થઈ શકે છે, જે પ્રતિક્રિયા પછી અને તેની પહેલાંના કણોના સમૂહમાં તફાવત સમાન છે. શોષિત ઉર્જા અથડામણની લઘુત્તમ ગતિ ઊર્જા નક્કી કરે છે, પરમાણુ પ્રતિક્રિયાના કહેવાતા થ્રેશોલ્ડ, જેના પર તે મુક્તપણે આગળ વધી શકે છે. આ થ્રેશોલ્ડ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભાગ લેતા કણો અને તેમની લાક્ષણિકતાઓ પર આધાર રાખે છે. ચાલુ પ્રારંભિક તબક્કોબધા કણો પૂર્વનિર્ધારિત ક્વોન્ટમ સ્થિતિમાં છે.

પ્રતિક્રિયા હાથ ધરે છે

ચાર્જ થયેલા કણોનો મુખ્ય સ્ત્રોત કે જેની સાથે ન્યુક્લિયસ પર બોમ્બમારો કરવામાં આવે છે તે પ્રોટોન, ભારે આયનો અને પ્રકાશ ન્યુક્લીના બીમ બનાવે છે. પરમાણુ રિએક્ટરના ઉપયોગ દ્વારા ધીમા ન્યુટ્રોન ઉત્પન્ન થાય છે. ઇનકમિંગ ચાર્જ કણો કેપ્ચર કરવા માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે વિવિધ પ્રકારોપરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ - ફ્યુઝન અને સડો બંને. તેમની સંભાવના ટકરાતા કણોના પરિમાણો પર આધારિત છે. આ સંભાવના પ્રતિક્રિયા ક્રોસ સેક્શન જેવી લાક્ષણિકતા સાથે સંકળાયેલી છે - અસરકારક વિસ્તારનું મૂલ્ય, જે ઘટના કણો માટેના લક્ષ્ય તરીકે ન્યુક્લિયસને લાક્ષણિકતા આપે છે અને જે કણ અને ન્યુક્લિયસની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં પ્રવેશવાની સંભાવનાનું માપ છે. જો બિન-શૂન્ય સ્પિન મૂલ્યવાળા કણો પ્રતિક્રિયામાં ભાગ લે છે, તો ક્રોસ વિભાગ સીધો તેમના અભિગમ પર આધાર રાખે છે. ઘટના કણોની સ્પિન સંપૂર્ણપણે અસ્તવ્યસ્ત લક્ષી નથી, પરંતુ વધુ કે ઓછા ક્રમમાં હોવાથી, તમામ કોર્પસલ્સ ધ્રુવીકરણ કરવામાં આવશે. જથ્થાત્મક લાક્ષણિકતાઓઓરિએન્ટેડ બીમ સ્પિન ધ્રુવીકરણ વેક્ટર દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે.

પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ

પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા શું છે? પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, આ ક્રમ વધુ છે સરળ પ્રતિક્રિયાઓ. ઘટના કણની લાક્ષણિકતાઓ અને ન્યુક્લિયસ સાથે તેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સમૂહ, ચાર્જ અને ગતિ ઊર્જા પર આધારિત છે. ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ન્યુક્લીની સ્વતંત્રતાની ડિગ્રી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, જે અથડામણ દરમિયાન ઉત્સાહિત હોય છે. આ તમામ મિકેનિઝમ્સ પર નિયંત્રણ મેળવવાથી નિયંત્રિત પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા જેવી પ્રક્રિયાને મંજૂરી મળે છે.

સીધી પ્રતિક્રિયાઓ

જો કોઈ ચાર્જ થયેલ કણ કે જે લક્ષ્ય ન્યુક્લિયસ પર પ્રહાર કરે છે તે માત્ર તેને સ્પર્શે છે, તો અથડામણનો સમયગાળો ન્યુક્લિયસની ત્રિજ્યાને આવરી લેવા માટે જરૂરી હોય તેટલો જ હશે. આ પરમાણુ પ્રતિક્રિયાને પ્રત્યક્ષ કહેવામાં આવે છે. સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓઆ પ્રકારની તમામ પ્રતિક્રિયાઓ માટે સ્વતંત્રતાની થોડી ડિગ્રીની ઉત્તેજના છે. આવી પ્રક્રિયામાં, પ્રથમ અથડામણ પછી, કણમાં હજી પણ પરમાણુ આકર્ષણને દૂર કરવા માટે પૂરતી ઊર્જા છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેસ્ટિક ન્યુટ્રોન સ્કેટરિંગ અને ચાર્જ એક્સચેન્જ જેવી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને પ્રત્યક્ષ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. "કુલ ક્રોસ સેક્શન" તરીકે ઓળખાતી લાક્ષણિકતામાં આવી પ્રક્રિયાઓનું યોગદાન તદ્દન નજીવું છે. જો કે, પ્રત્યક્ષ પરમાણુ પ્રતિક્રિયાના ઉત્પાદનોનું વિતરણ બીમ દિશાના કોણમાંથી છટકી જવાની સંભાવના, વસ્તીવાળા રાજ્યોની પસંદગી અને તેમની રચના નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવે છે.

પૂર્વ-સંતુલન ઉત્સર્જન

જો કણ વિસ્તાર છોડતો નથી પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાપ્રથમ અથડામણ પછી, તે ક્રમિક અથડામણના સમગ્ર કાસ્કેડમાં સામેલ થશે. વાસ્તવમાં આને પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા કહેવાય છે. આ પરિસ્થિતિના પરિણામે, કણની ગતિ ઊર્જા ન્યુક્લિયસના ઘટક ભાગોમાં વહેંચવામાં આવે છે. ન્યુક્લિયસની સ્થિતિ ધીમે ધીમે વધુ જટિલ બની જશે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ન્યુક્લિયસમાંથી આ ન્યુક્લિયનના ઉત્સર્જન માટે પૂરતી ઉર્જા ચોક્કસ ન્યુક્લિયન અથવા સંપૂર્ણ ક્લસ્ટર (ન્યુક્લિયન્સનું જૂથ) પર કેન્દ્રિત કરી શકાય છે. વધુ છૂટછાટ આંકડાકીય સમતુલાની રચના અને સંયોજન ન્યુક્લિયસની રચના તરફ દોરી જશે.

સાંકળ પ્રતિક્રિયાઓ

પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા શું છે? આ તેણીનો ક્રમ છે ઘટકો. એટલે કે, ચાર્જ થયેલા કણોને કારણે થતી બહુવિધ ક્રમિક એકલ પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ અગાઉના પગલાઓમાં પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો તરીકે દેખાય છે. પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા શું છે? ઉદાહરણ તરીકે, ભારે ન્યુક્લીનું વિભાજન, જ્યારે અગાઉના ક્ષયમાંથી મેળવેલા ન્યુટ્રોન દ્વારા બહુવિધ વિઘટનની ઘટનાઓ શરૂ થાય છે.

પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયાના લક્ષણો

બધા વચ્ચે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ વ્યાપકઅમને સાંકળ મળી. બિનઉપયોગી બોન્ડ સાથેના કણો મુક્ત પરમાણુ અથવા રેડિકલ તરીકે કાર્ય કરે છે. પરમાણુ શૃંખલા પ્રતિક્રિયા જેવી પ્રક્રિયામાં, તેની ઘટનાની પદ્ધતિ ન્યુટ્રોન દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવે છે, જેમાં કુલોમ્બ અવરોધ નથી અને શોષણ પર ન્યુક્લિયસને ઉત્તેજિત કરે છે. જો જરૂરી કણ માધ્યમમાં દેખાય છે, તો તે અનુગામી પરિવર્તનની સાંકળનું કારણ બને છે જે વાહક કણના નુકસાનને કારણે સાંકળ તૂટી ન જાય ત્યાં સુધી ચાલુ રહેશે.

મીડિયા કેમ ખોવાઈ ગયું?

પ્રતિક્રિયાઓની સતત શૃંખલામાં વાહક કણના નુકશાન માટે માત્ર બે કારણો છે. પ્રથમ ગૌણ ઉત્સર્જનની પ્રક્રિયા વિના કણનું શોષણ છે. બીજું એ પદાર્થની વોલ્યુમ મર્યાદાની બહારના કણનું પ્રસ્થાન છે જે સાંકળ પ્રક્રિયાને સમર્થન આપે છે.

બે પ્રકારની પ્રક્રિયા

જો સાંકળ પ્રતિક્રિયાના દરેક સમયગાળામાં ફક્ત એક જ વાહક કણ જન્મે છે, તો આ પ્રક્રિયાને અનબ્રાંચેડ કહી શકાય. તે માં ઊર્જાના પ્રકાશન તરફ દોરી શકતું નથી મોટા પાયે. જો ઘણા વાહક કણો દેખાય છે, તો તેને ડાળીઓવાળું પ્રતિક્રિયા કહેવામાં આવે છે. બ્રાન્ચિંગ ન્યુક્લિયર ચેઇન રિએક્શન શું છે? અગાઉના અધિનિયમમાં મેળવેલ ગૌણ કણોમાંથી એક અગાઉ શરૂ થયેલી સાંકળ ચાલુ રાખશે, પરંતુ અન્ય નવી પ્રતિક્રિયાઓ બનાવશે જે શાખા પણ કરશે. વિરામ તરફ દોરી જતી પ્રક્રિયાઓ આ પ્રક્રિયા સાથે સ્પર્ધા કરશે. પરિણામી પરિસ્થિતિ ચોક્કસ જટિલ અને મર્યાદિત ઘટનાઓને જન્મ આપશે. ઉદાહરણ તરીકે, જો ત્યાં સંપૂર્ણપણે નવી સાંકળો કરતાં વધુ વિરામ છે, તો પછી પ્રતિક્રિયાનું સ્વ-ટકાવ અશક્ય હશે. જો તમે પરિચય આપીને કૃત્રિમ રીતે ઉત્તેજિત કરો છો આપેલ વાતાવરણકણોની આવશ્યક સંખ્યા, પ્રક્રિયા હજી પણ સમય જતાં ક્ષીણ થઈ જશે (સામાન્ય રીતે ખૂબ ઝડપથી). જો નવી સાંકળોની સંખ્યા વિરામની સંખ્યા કરતાં વધી જાય, તો પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા સમગ્ર પદાર્થમાં ફેલાવાનું શરૂ થશે.

ગંભીર સ્થિતિ

નિર્ણાયક સ્થિતિ એક વિકસિત સ્વ-ટકાઉ સાંકળ પ્રતિક્રિયા સાથે પદાર્થની સ્થિતિના પ્રદેશને અને તે પ્રદેશને અલગ કરે છે જ્યાં આ પ્રતિક્રિયા બિલકુલ અશક્ય છે. આ પરિમાણ નવા સર્કિટની સંખ્યા અને સંભવિત વિરામની સંખ્યા વચ્ચે સમાનતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. મુક્ત વાહક કણની હાજરીની જેમ, જટિલ સ્થિતિ એ "પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા માટેની શરતો" જેવી સૂચિમાં મુખ્ય વસ્તુ છે. આ સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરવી એ સંખ્યાબંધ સંભવિત પરિબળો દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. ભારે તત્વ માત્ર એક ન્યુટ્રોન દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે. પરમાણુ વિભાજન સાંકળ પ્રતિક્રિયા જેવી પ્રક્રિયાના પરિણામે, વધુ ન્યુટ્રોન. પરિણામે, આ પ્રક્રિયા ડાળીઓવાળું પ્રતિક્રિયા પેદા કરી શકે છે, જ્યાં ન્યુટ્રોન વાહક તરીકે કાર્ય કરે છે. એવા કિસ્સામાં જ્યારે વિખંડન અથવા ઉત્સર્જન (નુકસાન દર) વિના ન્યુટ્રોન કેપ્ચરનો દર વાહક કણોના ગુણાકારના દર દ્વારા વળતર આપવામાં આવે છે, ત્યારે સાંકળ પ્રતિક્રિયા સ્થિર સ્થિતિમાં આગળ વધશે. આ સમાનતા પ્રજનન ગુણાંકને દર્શાવે છે. ઉપરોક્ત કિસ્સામાં તેમણે એક સમાન. ઊર્જા પ્રકાશનના દર અને ગુણાકાર પરિબળ વચ્ચેના પરિચય માટે આભાર, પરમાણુ પ્રતિક્રિયાના કોર્સને નિયંત્રિત કરવું શક્ય છે. જો આ ગુણાંક એક કરતા વધારે હોય, તો પ્રતિક્રિયા ઝડપથી વિકસિત થશે. અણુશસ્ત્રોમાં અનિયંત્રિત સાંકળ પ્રતિક્રિયાઓનો ઉપયોગ થાય છે.

ઊર્જામાં પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા

રિએક્ટરની પ્રતિક્રિયા નક્કી કરવામાં આવે છે મોટી સંખ્યામાંપ્રક્રિયાઓ જે તેના સક્રિય ક્ષેત્રમાં થાય છે. આ તમામ પ્રભાવો કહેવાતા પ્રતિક્રિયાત્મકતા ગુણાંક દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. રિએક્ટરની પ્રતિક્રિયાશીલતા પર ગ્રેફાઇટ સળિયા, શીતક અથવા યુરેનિયમના તાપમાનમાં ફેરફારની અસર અને પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા જેવી પ્રક્રિયાની તીવ્રતા દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. તાપમાન ગુણાંક(કૂલન્ટ માટે, યુરેનિયમ માટે, ગ્રેફાઇટ માટે). પાવર, બેરોમેટ્રિક સૂચકાંકો અને વરાળ સૂચકાંકો માટે આશ્રિત લાક્ષણિકતાઓ પણ છે. રિએક્ટરમાં પરમાણુ પ્રતિક્રિયા જાળવવા માટે, કેટલાક તત્વોને અન્યમાં રૂપાંતરિત કરવું જરૂરી છે. આ કરવા માટે, પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયાની ઘટના માટેની શરતોને ધ્યાનમાં લેવી જરૂરી છે - એવા પદાર્થની હાજરી જે સડો દરમિયાન ચોક્કસ સંખ્યામાં પ્રાથમિક કણોને વિભાજિત અને મુક્ત કરવામાં સક્ષમ હોય છે, જેના પરિણામે , અન્ય ન્યુક્લીના વિભાજનનું કારણ બનશે. યુરેનિયમ-238, યુરેનિયમ-235 અને પ્લુટોનિયમ-239નો ઉપયોગ વારંવાર આવા પદાર્થો તરીકે થાય છે. પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા દરમિયાન, આ તત્વોના આઇસોટોપ્સ ક્ષીણ થઈ જશે અને બે અથવા વધુ અન્ય રચના કરશે રસાયણો. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન, કહેવાતા "ગામા" કિરણો ઉત્સર્જિત થાય છે, ઊર્જાનું તીવ્ર પ્રકાશન થાય છે, અને બે અથવા ત્રણ ન્યુટ્રોન રચાય છે જે પ્રતિક્રિયા ક્રિયાઓ ચાલુ રાખવામાં સક્ષમ હોય છે. ત્યાં ધીમા અને ઝડપી ન્યુટ્રોન છે, કારણ કે અણુના ન્યુક્લિયસને ક્ષીણ થવા માટે, આ કણો ચોક્કસ ઝડપે ઉડવા જોઈએ.

લાંબા સમયથી, લોકો તત્વોના આંતર રૂપાંતરણના સપનાથી ત્રાસી રહ્યા છે - વધુ સ્પષ્ટ રીતે, વિવિધ ધાતુઓના એકમાં રૂપાંતર. આ પ્રયાસોની નિરર્થકતા સમજ્યા પછી, રાસાયણિક તત્વોની અદમ્યતા વિશેનો દૃષ્ટિકોણ સ્થાપિત થયો. અને માત્ર 20મી સદીની શરૂઆતમાં ન્યુક્લિયસની રચનાની શોધ દર્શાવે છે કે તત્વોનું એકબીજામાં રૂપાંતર શક્ય છે - પરંતુ નહીં રાસાયણિક પદ્ધતિઓ, એટલે કે, બાહ્ય પર અસર ઇલેક્ટ્રોનિક શેલોઅણુઓ, પરંતુ બંધારણમાં દખલ કરીને અણુ ન્યુક્લિયસ. આ પ્રકારની ઘટના (અને કેટલાક અન્ય) પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ સાથે સંબંધિત છે, જેના ઉદાહરણો નીચે ચર્ચા કરવામાં આવશે. પરંતુ પ્રથમ આપણે કેટલાક મૂળભૂત ખ્યાલો યાદ રાખવાની જરૂર છે જે આ ચર્ચા દરમિયાન જરૂરી રહેશે.

પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓનો સામાન્ય ખ્યાલ

એવી ઘટનાઓ છે કે જેમાં એક અથવા બીજા તત્વના અણુનું ન્યુક્લિયસ બીજા ન્યુક્લિયસ અથવા કેટલાક પ્રાથમિક કણ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, એટલે કે, તે તેમની સાથે ઊર્જા અને ગતિનું વિનિમય કરે છે. આવી પ્રક્રિયાઓને પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ કહેવામાં આવે છે. તેમનું પરિણામ ન્યુક્લિયસની રચનામાં ફેરફાર અથવા ચોક્કસ કણોના ઉત્સર્જન સાથે નવા ન્યુક્લીની રચના હોઈ શકે છે. આ કિસ્સામાં, નીચેના વિકલ્પો શક્ય છે:

• એક રાસાયણિક તત્વનું બીજામાં રૂપાંતર;
• સંશ્લેષણ, એટલે કે, ન્યુક્લીનું ફ્યુઝન જેમાં ભારે તત્વનું ન્યુક્લિયસ રચાય છે.

પ્રતિક્રિયાના પ્રારંભિક તબક્કા, તેમાં પ્રવેશતા કણોના પ્રકાર અને સ્થિતિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, તેને પ્રવેશ ચેનલ કહેવામાં આવે છે. આઉટપુટ ચેનલો છે શક્ય માર્ગોજેની સાથે પ્રતિક્રિયા આગળ વધશે.

પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ રેકોર્ડ કરવા માટેના નિયમો

નીચે આપેલા ઉદાહરણો એ પદ્ધતિઓ દર્શાવે છે કે જેના દ્વારા મધ્યવર્તી કેન્દ્ર અને પ્રાથમિક કણોને સંડોવતા પ્રતિક્રિયાઓનું વર્ણન કરવાનો રિવાજ છે.

પ્રથમ પદ્ધતિ રસાયણશાસ્ત્રમાં ઉપયોગમાં લેવાતી સમાન છે: પ્રારંભિક કણો ડાબી બાજુએ મૂકવામાં આવે છે, અને પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો જમણી બાજુએ મૂકવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આલ્ફા કણ (કહેવાતા ન્યુટ્રોન શોધ પ્રતિક્રિયા) સાથે બેરિલિયમ-9 ન્યુક્લિયસની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા નીચે પ્રમાણે લખાયેલ છે:

9 4 Be + 4 2 He → 12 6 C + 1 0 n.

ઉપલા સૂચકાંકો ન્યુક્લિઅન્સની સંખ્યા સૂચવે છે, એટલે કે, ન્યુક્લીની સામૂહિક સંખ્યા, નીચલા સૂચકાંકો પ્રોટોનની સંખ્યા સૂચવે છે, એટલે કે, અણુ સંખ્યાઓ. ડાબી અને જમણી બાજુ બંનેનો સરવાળો એકસરખો હોવો જોઈએ.

પરમાણુ પ્રતિક્રિયા સમીકરણો લખવાની ટૂંકી રીત, જે ઘણી વખત ભૌતિકશાસ્ત્રમાં વપરાય છે, તે આના જેવો દેખાય છે:

9 4 Be (α, n) 12 6 C.

આ સંકેતનું સામાન્ય સ્વરૂપ છે: A (a, b 1 b 2 ...) B. અહીં A એ લક્ષ્ય ન્યુક્લિયસ છે; a - ઘટના કણ અથવા ન્યુક્લિયસ; b 1, b 2 અને તેથી વધુ પ્રકાશ પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો છે; B અંતિમ કોર છે.

પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓની ઊર્જા

પરમાણુ પરિવર્તનમાં, ઊર્જાના સંરક્ષણનો કાયદો પૂર્ણ થાય છે (અન્ય સંરક્ષણ કાયદાઓ સાથે). આ કિસ્સામાં, પ્રતિક્રિયાના ઇનપુટ અને આઉટપુટ ચેનલોમાં કણોની ગતિ ઊર્જા બાકીની ઊર્જામાં ફેરફારને કારણે અલગ પડી શકે છે. બાદમાં કણોના દળની સમકક્ષ હોવાથી, પ્રતિક્રિયા પહેલા અને પછીના દળ પણ અલગ હશે. પણ કુલ ઊર્જાસિસ્ટમ હંમેશા સાચવવામાં આવે છે.

પ્રતિક્રિયામાં પ્રવેશતા કણો અને તેને છોડનારા કણો વચ્ચેની બાકીની ઉર્જાનો તફાવત ઊર્જા આઉટપુટ કહેવાય છે અને તે તેમની ગતિ ઊર્જામાં ફેરફાર દ્વારા વ્યક્ત થાય છે.

ન્યુક્લીને સંડોવતા પ્રક્રિયાઓમાં, ત્રણ પ્રકારો સામેલ છે મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ- ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક, નબળા અને મજબૂત. બાદમાં માટે આભાર, ન્યુક્લિયસ તેના ઘટક કણો વચ્ચે ઉચ્ચ બંધનકર્તા ઊર્જા જેવી મહત્વપૂર્ણ વિશેષતા ધરાવે છે. તે કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે, ઉદાહરણ તરીકે, કોર અને વચ્ચે અણુ ઇલેક્ટ્રોનઅથવા પરમાણુઓમાં અણુઓ વચ્ચે. આ એક નોંધપાત્ર સામૂહિક ખામી દ્વારા પુરાવા મળે છે - ન્યુક્લિયન માસ અને ન્યુક્લિયર માસના સરવાળા વચ્ચેનો તફાવત, જે હંમેશા રકમ દ્વારા ઓછો હોય છે. ઊર્જાના પ્રમાણમાંજોડાણો: Δm = E St / c 2. સામૂહિક ખામીની ગણતરી સરળ સૂત્ર Δm = Zm p + Am n - M i નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે, જ્યાં Z એ પરમાણુ ચાર્જ છે, A એ સમૂહ સંખ્યા છે, m p એ પ્રોટોન માસ (1.00728 amu), m n એ ન્યુટ્રોન માસ (1.00866) છે. amu), M i - કોર માસ.

પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓનું વર્ણન કરતી વખતે, ચોક્કસ બંધનકર્તા ઊર્જાની વિભાવનાનો ઉપયોગ થાય છે (એટલે ​​​​કે, ન્યુક્લિયન દીઠ: Δmc 2 /A).

બંધનકર્તા ઊર્જા અને પરમાણુ સ્થિરતા

સૌથી મોટી સ્થિરતા, એટલે કે સર્વોચ્ચ ચોક્કસ ઊર્જાબોન્ડ્સ, 50 થી 90 ની સામૂહિક સંખ્યા સાથે ન્યુક્લી, ઉદાહરણ તરીકે, આયર્ન, અલગ. આ "શિખર સ્થિરતા" પરમાણુ દળોની બિન-કેન્દ્રીય પ્રકૃતિને કારણે છે. દરેક ન્યુક્લિયોન ફક્ત તેના પડોશીઓ સાથે જ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તેથી તે ન્યુક્લિયસની સપાટી પર અંદરની તુલનામાં નબળા બંધાયેલ છે. ન્યુક્લિયસમાં ઓછા ઇન્ટરેક્ટીંગ ન્યુક્લિયન્સ, બંધનકર્તા ઊર્જા ઓછી છે, તેથી પ્રકાશ ન્યુક્લીઓ ઓછા સ્થિર છે. બદલામાં, જેમ જેમ ન્યુક્લિયસમાં કણોની સંખ્યામાં વધારો થાય છે તેમ, પ્રોટોન વચ્ચેના કુલોમ્બની પ્રતિકૂળ શક્તિઓ વધે છે, જેથી ભારે ન્યુક્લીની બંધનકર્તા ઊર્જા પણ ઘટે છે.

આમ, પ્રકાશ ન્યુક્લિયસ માટે સૌથી વધુ સંભવિત, એટલે કે, ઉર્જાથી અનુકૂળ, સ્થિર ન્યુક્લિયસની રચના સાથે ફ્યુઝન પ્રતિક્રિયાઓ છે. સરેરાશ વજન, ભારે લોકો માટે, તેનાથી વિપરીત, સડો અને વિભાજનની પ્રક્રિયાઓ (ઘણીવાર બહુ-તબક્કા), જેના પરિણામે વધુ સ્થિર ઉત્પાદનો પણ રચાય છે. આ પ્રતિક્રિયાઓ સકારાત્મક અને ઘણી વખત ખૂબ ઊંચી લાક્ષણિકતા ધરાવે છે ઊર્જા ઉત્પાદન, જે બંધનકર્તા ઊર્જામાં વધારો સાથે છે.

નીચે આપણે પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓના કેટલાક ઉદાહરણો જોઈશું.

સડો પ્રતિક્રિયાઓ

ન્યુક્લિયસ રચના અને બંધારણમાં સ્વયંસ્ફુરિત ફેરફારોમાંથી પસાર થઈ શકે છે, જે દરમિયાન કેટલાક પ્રાથમિક કણો અથવા ન્યુક્લિયસના ટુકડાઓ ઉત્સર્જિત થાય છે, જેમ કે આલ્ફા કણો અથવા ભારે ક્લસ્ટરો.

આમ, આલ્ફા સડો દરમિયાન, કારણે શક્ય ક્વોન્ટમ ટનલીંગ, આલ્ફા કણ પરમાણુ દળોના સંભવિત અવરોધને દૂર કરે છે અને મધર ન્યુક્લિયસને છોડી દે છે, જે તે મુજબ, ઘટાડે છે અણુ સંખ્યા 2 દ્વારા, અને સમૂહ સંખ્યા 4 દ્વારા. ઉદાહરણ તરીકે, રેડિયમ-226નું ન્યુક્લિયસ, આલ્ફા કણોનું ઉત્સર્જન કરીને, રેડોન-222 માં ફેરવાય છે:

226 88 રા → 222 86 Rn + α (4 2 He).

રેડિયમ-226 ન્યુક્લિયસની સડો ઊર્જા લગભગ 4.87 MeV છે.

બીટા સડો ન્યુક્લિઅન્સની સંખ્યામાં ફેરફાર કર્યા વિના થાય છે (સામૂહિક સંખ્યા), પરંતુ ન્યુક્લિયસના ચાર્જમાં 1 દ્વારા વધારો અથવા ઘટાડો, એન્ટિન્યુટ્રિનો અથવા ન્યુટ્રિનો, તેમજ ઇલેક્ટ્રોન અથવા પોઝિટ્રોન ઉત્સર્જન સાથે. પરમાણુ પ્રતિક્રિયાનું ઉદાહરણ આ પ્રકારનાફ્લોરિન-18નો બીટા-પ્લસ સડો છે. અહીં, ન્યુક્લિયસના પ્રોટોનમાંથી એક ન્યુટ્રોનમાં ફેરવાય છે, પોઝીટ્રોન અને ન્યુટ્રીનો ઉત્સર્જિત થાય છે, અને ફ્લોરિન ઓક્સિજન -18 માં ફેરવાય છે:

18 9 K → 18 8 Ar + e + + ν e .

ફ્લોરિન-18 ની બીટા સડો ઊર્જા લગભગ 0.63 MeV છે.

અણુ વિભાજન

વિભાજન પ્રતિક્રિયાઓ ઘણી વધારે ઊર્જા ઉત્પાદન ધરાવે છે. આ તે પ્રક્રિયાનું નામ છે જેમાં ન્યુક્લિયસ સ્વયંભૂ અથવા બળજબરીથી સમાન સમૂહ (સામાન્ય રીતે બે, ભાગ્યે જ ત્રણ) અને કેટલાક હળવા ઉત્પાદનોના ટુકડાઓમાં વિઘટન કરે છે. ન્યુક્લિયસ વિભાજન કરે છે જો તેની સંભવિત ઉર્જા ચોક્કસ રકમ દ્વારા પ્રારંભિક મૂલ્ય કરતાં વધી જાય, જેને વિભાજન અવરોધ કહેવાય છે. જો કે, ભારે ન્યુક્લી માટે પણ સ્વયંસ્ફુરિત પ્રક્રિયાની સંભાવના ઓછી છે.

જ્યારે ન્યુક્લિયસ બહારથી અનુરૂપ ઊર્જા મેળવે છે ત્યારે તે નોંધપાત્ર રીતે વધે છે (જ્યારે કોઈ કણ તેને અથડાવે છે). ન્યુટ્રોન ન્યુક્લિયસમાં સૌથી સહેલાઈથી પ્રવેશ કરે છે, કારણ કે તે ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક રિસ્પ્લેશન ફોર્સને આધીન નથી. ન્યુટ્રોનની અસરમાં વધારો થાય છે આંતરિક ઊર્જાન્યુક્લિયસ, તે સંકોચન અને વિભાજનની રચના સાથે વિકૃત છે. પ્રભાવ હેઠળ ટુકડાઓ અલગ ઉડી જાય છે કુલોમ્બ દળો. ન્યુટ્રોનને શોષી લેતા યુરેનિયમ-235 દ્વારા ન્યુક્લિયર ફિશન પ્રતિક્રિયાનું ઉદાહરણ દર્શાવવામાં આવ્યું છે:

235 92 U + 1 0 n → 144 56 Ba + 89 36 Kr + 3 1 0 n.

બેરિયમ-144 અને ક્રિપ્ટોન-89 માં વિભાજન એ માત્ર એક છે શક્ય વિકલ્પોયુરેનિયમ-235નું વિભાજન. આ પ્રતિક્રિયાને 235 92 U + 1 0 n → 236 92 U* → 144 56 Ba + 89 36 Kr + 3 1 0 n તરીકે લખી શકાય છે, જ્યાં 236 92 U* એ ઉચ્ચ સંભવિત ઊર્જા સાથેનું અત્યંત ઉત્તેજિત સંયોજન ન્યુક્લિયસ છે. તેની અધિકતા, માતા અને પુત્રીના મધ્યવર્તી કેન્દ્રોની બંધનકર્તા ઊર્જામાં તફાવત સાથે, મુખ્યત્વે (આશરે 80%) પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોની ગતિ ઊર્જાના સ્વરૂપમાં અને આંશિક સ્વરૂપમાં પણ મુક્ત થાય છે. સંભવિત ઊર્જાવિભાજન ટુકડાઓ. કુલ ઊર્જાવિશાળ ન્યુક્લિયસનું વિભાજન - આશરે 200 MeV. 1 ગ્રામ યુરેનિયમ-235 (ધારી લઈએ કે તમામ ન્યુક્લીઓએ પ્રતિક્રિયા આપી છે) ની દ્રષ્ટિએ આ 8.2 ∙ 10 4 મેગાજ્યુલ્સ છે.

સાંકળ પ્રતિક્રિયાઓ

યુરેનિયમ-235નું વિભાજન, તેમજ યુરેનિયમ-233 અને પ્લુટોનિયમ-239 જેવા ન્યુક્લીઓ એક દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. મહત્વપૂર્ણ લક્ષણ- પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો વચ્ચે હાજરી મફત ન્યુટ્રોન. આ કણો, અન્ય ન્યુક્લીમાં ઘૂસીને, બદલામાં, નવા ન્યુટ્રોન્સના પ્રકાશન સાથે, ફરીથી તેમના વિભાજનને શરૂ કરવામાં સક્ષમ છે, વગેરે. આ પ્રક્રિયાને પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા કહેવામાં આવે છે.

સાંકળ પ્રતિક્રિયાનો કોર્સ તેના પર નિર્ભર કરે છે કે આગલી પેઢીમાંથી ઉત્સર્જિત ન્યુટ્રોનની સંખ્યા અગાઉની પેઢીમાં તેમની સંખ્યા સાથે કેવી રીતે સરખાવે છે. આ ગુણોત્તર k = N i /N i -1 (અહીં N એ કણોની સંખ્યા છે, i છે સીરીયલ નંબરજનરેશન) ને ન્યુટ્રોન ગુણાકાર પરિબળ કહેવાય છે. ખાતે કે< 1 цепная реакция не идет. При k >1 ન્યુટ્રોનની સંખ્યા, અને તેથી ફિસિલ ન્યુક્લી, હિમપ્રપાતની જેમ વધે છે. આ પ્રકારની પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયાનું ઉદાહરણ એ અણુ બોમ્બનો વિસ્ફોટ છે. k = 1 પર, પ્રક્રિયા સ્થિર રીતે આગળ વધે છે, જેમ કે ન્યુટ્રોન-શોષક સળિયાનો ઉપયોગ કરીને નિયંત્રિત પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઉદાહરણ તરીકે પરમાણુ રિએક્ટર.

ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન

સૌથી વધુ ઊર્જા પ્રકાશન (પ્રતિ ન્યુક્લિયન) પ્રકાશ ન્યુક્લીના ફ્યુઝન દરમિયાન થાય છે - કહેવાતા ફ્યુઝન પ્રતિક્રિયાઓ. પ્રતિક્રિયા કરવા માટે, સકારાત્મક ચાર્જ થયેલ ન્યુક્લીએ કુલોમ્બ અવરોધને દૂર કરવો જોઈએ અને એકબીજા સાથે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના અંતર સુધી પહોંચવું જોઈએ જે ન્યુક્લિયસના કદ કરતા વધારે ન હોય. તેથી તેઓ અત્યંત વિશાળ હોવા જોઈએ ગતિ ઊર્જા, જેનો અર્થ થાય છે ઉચ્ચ તાપમાન (દસ લાખ ડિગ્રી અને તેથી વધુ). આ કારણોસર, ફ્યુઝન પ્રતિક્રિયાઓને થર્મોન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓ પણ કહેવામાં આવે છે.

ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન રિએક્શનનું ઉદાહરણ ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રીટિયમ ન્યુક્લીના ફ્યુઝન દરમિયાન ન્યુટ્રોન છોડવા સાથે હિલીયમ-4 ની રચના છે:

2 1 H + 3 1 H → 4 2 He + 1 0 n.

અહીં, 17.6 MeV ની ઉર્જા છોડવામાં આવે છે, જે પ્રતિ ન્યુક્લિયોન યુરેનિયમની ફિશન ઉર્જા કરતા 3 ગણી વધારે છે. તેમાંથી, 14.1 MeV એ ન્યુટ્રોનની ગતિ ઊર્જા છે અને 3.5 MeV એ હિલીયમ-4 ન્યુક્લિયસની ગતિ ઊર્જા છે. એક તરફ ડ્યુટેરિયમ (2.2246 MeV) અને ટ્રીટિયમ (8.4819 MeV) અને બીજી તરફ હિલીયમ-4 (28.2956 MeV) ના ન્યુક્લિયસના બંધનકર્તા ઊર્જામાં મોટા તફાવતને કારણે આટલું નોંધપાત્ર મૂલ્ય બનાવવામાં આવ્યું છે.

અણુ વિચ્છેદન પ્રતિક્રિયાઓમાં, વિદ્યુત વિસર્જનની ઊર્જા મુક્ત થાય છે, જ્યારે ફ્યુઝનમાં, મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે ઊર્જા મુક્ત થાય છે - પ્રકૃતિમાં સૌથી શક્તિશાળી. આ આ પ્રકારની પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓના આવા નોંધપાત્ર ઊર્જા ઉપજને નિર્ધારિત કરે છે.

સમસ્યા હલ કરવાના ઉદાહરણો

વિભાજન પ્રતિક્રિયા 235 92 U + 1 0 n → 140 54 Xe + 94 38 Sr + 2 1 0 n ને ધ્યાનમાં લો. તેનું ઉર્જા ઉત્પાદન શું છે? IN સામાન્ય દૃશ્યતેની ગણતરી માટેનું સૂત્ર, પ્રતિક્રિયા પહેલાં અને પછીના કણોની બાકીની ઊર્જામાં તફાવતને પ્રતિબિંબિત કરે છે, નીચે મુજબ છે:

Q = Δmc 2 = (m A + m B - m X - m Y + ...) ∙ c 2.

પ્રકાશની ગતિના વર્ગ દ્વારા ગુણાકાર કરવાને બદલે, તમે મેગાઈલેક્ટ્રોનવોલ્ટ્સમાં ઊર્જા મૂલ્ય મેળવવા માટે 931.5 ના પરિબળ દ્વારા સમૂહ તફાવતનો ગુણાકાર કરી શકો છો. અનુરૂપ મૂલ્યોને ફોર્મ્યુલામાં બદલીને અણુ સમૂહ, અમને મળે છે:

Q = (235.04393 + 1.00866 - 139.92164 - 93.91536 - 2∙1.00866) ∙ 931.5 ≈ 184.7 MeV.

બીજું ઉદાહરણ સંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયા છે. આ પ્રોટોન-પ્રોટોન ચક્રના તબક્કાઓમાંથી એક છે - સૌર ઊર્જાનો મુખ્ય સ્ત્રોત.

3 2 He + 3 2 He → 4 2 He + 2 1 1 H + γ.

ચાલો સમાન સૂત્ર લાગુ કરીએ:

Q = (2 ∙ 3.01603 - 4.00260 - 2 ∙ 1.00728) ∙ 931.5 ≈ 13.9 MeV.

આ ઊર્જાનો મુખ્ય હિસ્સો - 12.8 MeV - માં થાય છે આ કિસ્સામાંગામા ફોટોન માટે.

અમે પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓના ફક્ત સરળ ઉદાહરણો ધ્યાનમાં લીધા છે. આ પ્રક્રિયાઓનું ભૌતિકશાસ્ત્ર અત્યંત જટિલ છે; તેઓ અત્યંત વૈવિધ્યપુર્ણ છે. પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ અને ઉપયોગ છે મહાન મૂલ્યમાં તરીકે વ્યવહારુ ક્ષેત્ર(ઊર્જા) અને મૂળભૂત વિજ્ઞાનમાં.

અને ઉપયોગ કરવાની ક્ષમતા પરમાણુ ઊર્જા, રચનાત્મકની જેમ ( પરમાણુ ઊર્જા), અને વિનાશક ( અણુ બોમ્બ) હેતુઓ, કદાચ, છેલ્લી વીસમી સદીની સૌથી નોંધપાત્ર શોધોમાંની એક બની ગઈ. ઠીક છે, નાના અણુની ઊંડાઈમાં છુપાયેલી બધી પ્રચંડ શક્તિના હૃદયમાં પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ છે.

પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ શું છે

ભૌતિકશાસ્ત્રમાં પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓનો અર્થ અન્ય સમાન ન્યુક્લિયસ સાથે અથવા વિવિધ પ્રાથમિક કણો સાથે અણુ ન્યુક્લિયસની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રક્રિયા છે, જેના પરિણામે ન્યુક્લિયસની રચના અને બંધારણમાં ફેરફાર થાય છે.

પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓનો થોડો ઇતિહાસ

ઇતિહાસમાં પ્રથમ પરમાણુ પ્રતિક્રિયા મહાન વૈજ્ઞાનિક રધરફોર્ડ દ્વારા 1919 માં પરમાણુ સડો ઉત્પાદનોમાં પ્રોટોન શોધવાના પ્રયોગો દરમિયાન કરવામાં આવી હતી. વૈજ્ઞાનિકે આલ્ફા કણો સાથે નાઇટ્રોજન અણુઓ પર બોમ્બમારો કર્યો, અને જ્યારે કણો અથડાયા, ત્યારે પરમાણુ પ્રતિક્રિયા થઈ.

અને આ પરમાણુ પ્રતિક્રિયા માટેનું સમીકરણ આના જેવું દેખાતું હતું. તે રધરફોર્ડ હતા જેમને પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓની શોધનો શ્રેય આપવામાં આવ્યો હતો.

તેના અમલીકરણમાં વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા અસંખ્ય પ્રયોગો કરવામાં આવ્યા હતા વિવિધ પ્રકારોઅણુ પ્રતિક્રિયાઓ, ઉદાહરણ તરીકે, વિજ્ઞાન માટે ખૂબ જ રસપ્રદ અને નોંધપાત્ર ન્યુટ્રોન સાથેના અણુ ન્યુક્લિયસના બોમ્બમારાથી થતી પરમાણુ પ્રતિક્રિયા હતી, જે ઉત્કૃષ્ટ ઇટાલિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી ઇ. ફર્મી દ્વારા કરવામાં આવી હતી. ખાસ કરીને, ફર્મીએ શોધ્યું કે પરમાણુ પરિવર્તનો માત્ર કારણ બની શકે છે ઝડપી ન્યુટ્રોન, પણ ધીમી, જે થર્મલ ઝડપે આગળ વધે છે. માર્ગ દ્વારા, તાપમાનના સંપર્કમાં આવતા પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓને થર્મોન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓ કહેવામાં આવે છે. ન્યુટ્રોનના પ્રભાવ હેઠળ પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓની વાત કરીએ તો, તેઓએ વિજ્ઞાનમાં ખૂબ જ ઝડપથી તેમનો વિકાસ મેળવ્યો, અને કયા પ્રકારની પ્રતિક્રિયાઓ છે, તેના વિશે આગળ વાંચો.

પરમાણુ પ્રતિક્રિયા માટે લાક્ષણિક સૂત્ર.

ભૌતિકશાસ્ત્રમાં કઈ પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ છે?

સામાન્ય રીતે, આજે જાણીતી પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓને વિભાજિત કરી શકાય છે:

• અણુ ન્યુક્લીનું વિભાજન
• થર્મોન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓ

નીચે આપણે તેમાંના દરેક વિશે વિગતવાર લખીશું.

અણુ વિભાજન

અણુ ન્યુક્લિયસની ફિશન પ્રતિક્રિયામાં અણુના વાસ્તવિક ન્યુક્લિયસના બે ભાગોમાં વિઘટનનો સમાવેશ થાય છે. 1939 માં, જર્મન વૈજ્ઞાનિકો ઓ. હેન અને એફ. સ્ટ્રાસમેને તેમના વૈજ્ઞાનિક પુરોગામીઓના સંશોધનને ચાલુ રાખીને પરમાણુ ન્યુક્લીના વિભાજનની શોધ કરી, તેઓએ સ્થાપિત કર્યું કે જ્યારે યુરેનિયમ પર ન્યુટ્રોનનો બોમ્બમારો કરવામાં આવે છે, ત્યારે મધ્ય ભાગના તત્વો ઉદ્ભવે છે. સામયિક કોષ્ટકમેન્ડેલીવ, બેરિયમ, ક્રિપ્ટોન અને કેટલાક અન્ય તત્વોના કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ્સ. કમનસીબે, આ જ્ઞાનનો ઉપયોગ શરૂઆતમાં ભયાનક, વિનાશક હેતુઓ માટે થયો હતો, બીજા તરીકે વિશ્વ યુદ્ધઅને જર્મન, અને બીજી બાજુ, અમેરિકન અને સોવિયેત વૈજ્ઞાનિકો વિકાસ માટે દોડી રહ્યા હતા પરમાણુ શસ્ત્રો(જે યુરેનિયમની પરમાણુ પ્રતિક્રિયા પર આધારિત હતી), જેનો અંત કુખ્યાત " પરમાણુ મશરૂમ્સ» સમાપ્ત જાપાનીઝ શહેરોહિરોશિમા અને નાગાસાકી.

પરંતુ પાછા ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, યુરેનિયમના ન્યુક્લિયસના વિભાજન દરમિયાન થતી પરમાણુ પ્રતિક્રિયામાં માત્ર પ્રચંડ ઉર્જા હોય છે, જેને વિજ્ઞાન તેની સેવામાં મૂકવા સક્ષમ છે. આવી પરમાણુ પ્રતિક્રિયા કેવી રીતે થાય છે? જેમ આપણે ઉપર લખ્યું છે તેમ, તે ન્યુટ્રોન દ્વારા યુરેનિયમ અણુના ન્યુક્લિયસ પર બોમ્બમારો કરવાના પરિણામે થાય છે, જે ન્યુક્લિયસને વિભાજીત કરવા માટેનું કારણ બને છે, જે 200 MeV ના ક્રમની વિશાળ ગતિ ઊર્જા બનાવે છે. પરંતુ સૌથી રસપ્રદ બાબત એ છે કે ન્યુટ્રોન સાથેની અથડામણથી યુરેનિયમ ન્યુક્લિયસની ન્યુક્લિયર ફિશન પ્રતિક્રિયાના ઉત્પાદન તરીકે, ઘણા મુક્ત નવા ન્યુટ્રોન દેખાય છે, જે બદલામાં, નવા ન્યુક્લી સાથે અથડાય છે, તેમને વિભાજિત કરે છે, વગેરે. પરિણામે, ત્યાં વધુ ન્યુટ્રોન છે અને તેનાથી પણ વધુ યુરેનિયમ ન્યુક્લી તેમની સાથે અથડામણથી વિભાજિત થાય છે - એક વાસ્તવિક પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા થાય છે.

આ રીતે તે ડાયાગ્રામ પર દેખાય છે.

આ કિસ્સામાં, ન્યુટ્રોન ગુણાકાર પરિબળ એકતા કરતા વધારે હોવું જોઈએ, આ છે જરૂરી સ્થિતિઆ પ્રકારની પરમાણુ પ્રતિક્રિયા. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ન્યુક્લીના ક્ષીણ થયા પછી રચાયેલી ન્યુટ્રોનની દરેક અનુગામી પેઢીમાં, અગાઉના એક કરતાં તેમાં વધુ હોવા જોઈએ.

તે નોંધવું યોગ્ય છે કે, સમાન સિદ્ધાંત મુજબ, બોમ્બમારો દરમિયાન પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ કેટલાક અન્ય તત્વોના અણુઓના ન્યુક્લીના વિભાજન દરમિયાન પણ થઈ શકે છે, જેમાં ઘોંઘાટ છે કે ન્યુક્લી પર વિવિધ પ્રકારના પ્રાથમિક કણો દ્વારા બોમ્બમારો કરી શકાય છે, અને આવી પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓના ઉત્પાદનો અલગ-અલગ હશે, તેથી અમે તેમનું વધુ વિગતમાં વર્ણન કરી શકીએ છીએ, અમને સંપૂર્ણ વૈજ્ઞાનિક મોનોગ્રાફની જરૂર છે.

થર્મોન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓ

થર્મોન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓ ફ્યુઝન પ્રતિક્રિયાઓ પર આધારિત છે, એટલે કે, હકીકતમાં, વિભાજનની વિરુદ્ધ પ્રક્રિયા થાય છે, અણુઓના મધ્યવર્તી ભાગો ભાગોમાં વિભાજિત થતા નથી, પરંતુ એકબીજા સાથે ભળી જાય છે. આનાથી મોટી માત્રામાં ઉર્જા પણ મુક્ત થાય છે.

થર્મોન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓ, જેમ કે નામ સૂચવે છે (થર્મો-તાપમાન), ફક્ત ખૂબ જ સમયે થઈ શકે છે. ઉચ્ચ તાપમાન. છેવટે, બે પરમાણુ મધ્યવર્તી કેન્દ્ર મર્જ કરવા માટે, તેઓએ ખૂબ નજીક આવવું જોઈએ નજીકનું અંતરએકબીજા પ્રત્યે, જ્યારે તેમના હકારાત્મક ચાર્જના વિદ્યુત પ્રતિકૂળતા પર કાબુ મેળવવો, ત્યારે આ ઉચ્ચ ગતિ ઊર્જાના અસ્તિત્વ સાથે શક્ય છે, જે બદલામાં, ઊંચા તાપમાને શક્ય છે. એ નોંધવું જોઇએ કે હાઇડ્રોજનની થર્મોન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓ થતી નથી, જો કે, માત્ર તેના પર જ નહીં, પણ અન્ય તારાઓ પર પણ એવું કહી શકાય કે તે કોઈપણ તારાની પ્રકૃતિના આધારે છે.

પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ, વિડિઓ

અને અંતે, અમારા લેખના વિષય પર એક શૈક્ષણિક વિડિઓ, પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ.

અસ્થિર ન્યુક્લિડ ન્યુક્લીડના સ્વયંસ્ફુરિત સડોની ઘટના, જેના પરિણામે એક નવા ન્યુક્લિડ અથવા વધુના ન્યુક્લિયસ રચાય છે, તેની સાથે આયનાઇઝિંગ રેડિયેશન, રેડિયોએક્ટિવિટી કહેવાય છે. રેડિયોએક્ટિવિટીની શોધ 1896માં બેકરેલ દ્વારા કરવામાં આવી હતી. બધા ન્યુક્લાઇડ્સ કિરણોત્સર્ગી છે ભારે તત્વોઅંત સામયિક કોષ્ટક, પોલોનિયમ (86 Po) થી શરૂ કરીને, અને પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓના પરિણામે કૃત્રિમ રીતે મેળવેલા તમામ ન્યુક્લાઇડ્સ. રેડિઓન્યુક્લાઇડ્સની સ્થિરતા તેમના અર્ધ-જીવન દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે: તે સમય કે જે દરમિયાન મૂળ મધ્યવર્તી કેન્દ્રનો અડધો ભાગ સડી જાય છે. તે સેંકડો લાખો વર્ષોથી લઈને છે નજીવા શેરોસેકન્ડ

આયનાઇઝિંગ રેડિયેશનના નીચેના મુખ્ય પ્રકારોને ઓળખી શકાય છે.

1. હિલીયમ અણુઓના ધન ચાર્જવાળા ન્યુક્લિયસનું ઉત્સર્જન 4 2 He, જેને a-કણો કહેવાય છે. તેઓ ઓછી ઘૂસણખોરી ક્ષમતા ધરાવે છે (કેટલાક સેન્ટીમીટર જાડા હવાના સ્તર, કાગળની શીટ વગેરે દ્વારા શોષાય છે), પરંતુ ખૂબ જ ઉચ્ચ આયનીકરણ ક્ષમતા દર્શાવે છે. કેવી રીતે બાહ્ય સ્ત્રોતો a-Emitters ખતરનાક નથી, પરંતુ સજીવોમાં તેમનો પ્રવેશ ખૂબ જોખમી છે.

આ પ્રકાર કિરણોત્સર્ગી કિરણોત્સર્ગભારે તત્વોના ન્યુક્લીની લાક્ષણિકતા. આ કિસ્સામાં, મૂળ ન્યુક્લિયસનો ચાર્જ ઝેડ 2 એકમો અને સમૂહ સંખ્યા દ્વારા ઘટે છે A - 4 એકમો દ્વારા, એટલે કે. એક તત્વનું ન્યુક્લાઇડ રચાય છે, જે સામયિક કોષ્ટકમાં મૂળ એકથી ડાબી બાજુએ બે કોષો દ્વારા ખસેડવામાં આવે છે. કિરણોત્સર્ગી તત્વ, 4 એકમો કરતાં ઓછી સામૂહિક સંખ્યા સાથે ( નિયમ એ-કિરણોત્સર્ગી વિસ્થાપનસોડી - ફેઇન્સ)

ઉદાહરણ તરીકે:

2. ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન ઇ(), વહન નકારાત્મક ચાર્જઅને કહેવાય છે. સામયિક કોષ્ટકમાં વિસ્થાપિત તત્વનો એક કોષ મૂળ કિરણોત્સર્ગી તત્વની જમણી બાજુએ સમાન સમૂહ સંખ્યા સાથે ( નિયમ (3-કિરણોત્સર્ગી સોડી વિસ્થાપન - ફેઇન્સ):

ઉદાહરણ તરીકે:

(3-કિરણોત્સર્ગ એ રેડિઓન્યુક્લાઇડ્સ માટે લાક્ષણિક છે જેમાં સ્થિર ન્યુક્લીની તુલનામાં વધુ સંખ્યામાં ન્યુટ્રોન હોય છે.

આવા કિરણોત્સર્ગનો એક પ્રકાર ઇલેક્ટ્રોન એન્ટિપાર્ટિકલ્સનો પ્રવાહ ગણી શકાય - પોઝિટ્રોન e + ( ^e), ઇલેક્ટ્રોન જેટલો જ દળ ધરાવે છે, પરંતુ હકારાત્મક ચાર્જ((3 + કણો). જ્યારે P + કણ ઉત્સર્જિત થાય છે, ત્યારે ન્યુક્લિયસનો ચાર્જ એકથી ઘટે છે, પરંતુ સમૂહ સંખ્યા બદલાતી નથી:

ઉદાહરણ તરીકે:

K-કેપ્ચર - ક્વોન્ટમ K-સ્તરની સૌથી નજીકના ન્યુક્લિયસ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોનનું કેપ્ચર - સમાન પરિણામો તરફ દોરી જાય છે:

p + -કિરણોત્સર્ગ અને K-કેપ્ચર એ રેડિયોન્યુક્લાઇડ્સની લાક્ષણિકતા છે જેમાં પ્રોટોનની પ્રમાણમાં વધુ સંખ્યા હોય છે. (p + - અને p-સડો દરમિયાન, ખાસ તટસ્થ કણો પણ નગણ્ય સાથે ઉત્સર્જિત થાય છે. હળવા વજન- ન્યુટ્રિનો ઓ અને એન્ટિન્યુટ્રિનો ઓ; તેઓ સામાન્ય રીતે પરમાણુ પ્રતિક્રિયા સમીકરણોમાં સમાવિષ્ટ નથી.)

• 3. હાર્ડ શોર્ટવેવ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનએક્સ-રે કરતા નાની તરંગલંબાઇ સાથે, જે ઘણા પરમાણુ પરિવર્તનો સાથે આવે છે, જેને વાય-રેડિયેશન કહેવાય છે. તે વિદ્યુતમાં વિચલિત થતું નથી અને ચુંબકીય ક્ષેત્રોઅને ઉચ્ચ પ્રવેશ ક્ષમતા ધરાવે છે. વાય-કિરણોત્સર્ગ દરમિયાન ન્યુક્લિયસનો ચાર્જ અને સમૂહ સંખ્યા યથાવત રહે છે. રાસાયણિક તત્વનું બીજામાં રૂપાંતર થતું નથી. વાય-કિરણોત્સર્ગ રેડિયોન્યુક્લાઇડ ન્યુક્લીના ઉત્તેજિતમાંથી ઓછી ઉત્તેજિત અથવા સ્થિર સ્થિતિમાં સંક્રમણને કારણે થાય છે.
• 4. ન્યુટ્રોન રેડિયેશન (જે n), ઘણીવાર પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓથી પરિણમે છે, ખાસ કરીને અણુ ન્યુક્લીની વિભાજન પ્રતિક્રિયાઓથી. ચાર્જની અછત અને નોંધપાત્ર સમૂહની હાજરીને કારણે, તેની પાસે મહાન ભેદન શક્તિ અને પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ (પ્રેરિત કિરણોત્સર્ગીતા) શરૂ કરવાની ક્ષમતા છે.

પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ -આ ન્યુક્લિડ ન્યુક્લીના રૂપાંતરણો છે. રેડિયોએક્ટિવિટીએક ખાસ કેસ છે સ્વયંસ્ફુરિત વિઘટનની પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ.

જ્યારે ન્યુક્લીડ ન્યુક્લી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે ત્યારે અન્ય પ્રકારની પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે પ્રાથમિક કણો, હળવા મધ્યવર્તી કેન્દ્ર, y-ક્વોન્ટા. લાક્ષણિક રીતે, આવી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને નોંધપાત્ર સંભવિત અવરોધ દ્વારા અટકાવવામાં આવે છે. ભારે ન્યુક્લિડના ન્યુક્લિયસ ધરાવતા પદાર્થમાંથી ઉચ્ચ ગતિ ઊર્જા સાથે હળવા કણો સાથે લક્ષ્ય પર બોમ્બમારો કરીને તેને દૂર કરવામાં આવે છે. ચાર્જ્ડ બોમ્બાર્ડિંગ કણો એક્સિલરેટરમાં ઝડપી થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, સિંક્રોફાસોટ્રોનમાં. હેડ્રોન કોલાઈડર્સમાં (માંથી અથડાવું -અથડામણ) ભારે ન્યુક્લીડ ન્યુક્લી (એન્ડ્રોન્સ) ના બે પ્રવાહો ઝડપી થાય છે વિરુદ્ધ દિશાઓઅને ચોક્કસ વિસ્તારમાં અથડાવું. ઇલેક્ટ્રિકલી અનચાર્જ્ડ ન્યુટ્રોન મેળવે છે ઉચ્ચ ઊર્જાપરમાણુ રિએક્ટરમાં (ઝડપી ન્યુટ્રોન).

પ્રથમ કૃત્રિમ પરમાણુ પ્રતિક્રિયા રૂધરફોર્ડ દ્વારા 1919 માં હિલીયમ-4 ન્યુક્લી (એ-કણો) સાથે ન્યુક્લાઇડ નાઇટ્રોજન-14 પર બોમ્બમારો કરીને હાથ ધરવામાં આવી હતી:

IN પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્રનોટેશનનું સંક્ષિપ્ત સ્વરૂપ વધુ વખત ઉપયોગમાં લેવાય છે: ^Na(a,/>) "O. આ પરમાણુ વિનિમય પ્રતિક્રિયાનું ઉદાહરણ છે. અન્ય પ્રકારની વિનિમય પ્રતિક્રિયાઓના ઉદાહરણો:

સામયિક કોષ્ટકના ઘણા કૃત્રિમ તત્વો જે પ્રકૃતિમાં જોવા મળતા નથી તે વિનિમય પ્રતિક્રિયાઓના પ્રકાર દ્વારા મેળવવામાં આવ્યા છે. આ કિસ્સામાં, પ્રમાણમાં સ્થિર અને સુલભ હેવી ન્યુક્લિડથી બનેલા લક્ષ્ય પર બીજા ન્યુક્લિડના ન્યુક્લી દ્વારા બોમ્બમારો કરવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કેલિફોર્નિયમ હિલીયમ ન્યુક્લી સાથે બોમ્બાર્ડિંગ સમરિયમ દ્વારા મેળવવામાં આવ્યું હતું: 2 9bCsh (a, «) 2 9gCf, અને બોહરિયમ 2 Jj 2 Bh - બિસ્મથ 2 ^Bi અને ક્રોમિયમ 26 Cr ન્યુક્લીના મિશ્રણ દ્વારા.

એક પ્રતિક્રિયા જેમાં બોમ્બાર્ડિંગ કણ (ઉદાહરણ તરીકે, ધીમું ન્યુટ્રોન) વાય-રેડિયેશનના સ્વરૂપમાં પરમાણુ ઉત્તેજના ઊર્જાના ઉત્સર્જન સાથે ન્યુક્લિયસમાં રહે છે, તેને કહેવામાં આવે છે કેપ્ચર પ્રતિક્રિયા.ઉદાહરણ તરીકે: 28 Ni+ 0 w 28 Ni + Y-

વિપરીત પ્રક્રિયા, જેને ન્યુક્લિયર ફોટોઇફેક્ટ કહેવાય છે, શક્ય છે - વાય-ક્વોન્ટમનું શોષણ, જેના પરિણામે કેટલાક પરમાણુ કણ(ઘણીવાર ન્યુટ્રોન):

• 93-7,. I 92 7_ I 1
• 40Zr + y -> 40 Zr + 0 પી.

યુરેનિયમ રેડિઓન્યુક્લાઇડ્સ 2 Qi, 2 Qiઅને પ્લુટોનિયમ ^Pu ન્યુટ્રોનને શોષી લે છે અને તુલનાત્મક સમૂહના બે "ટુકડા" અને બે કે ત્રણ ન્યુટ્રોનમાં વિભાજિત થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે:

આવી પ્રતિક્રિયાઓ કહેવામાં આવે છે વિભાજન પ્રતિક્રિયાઓ.પ્રકાશિત ન્યુટ્રોન, અમુક શરતો હેઠળ, શરૂ કરી શકે છે મોટી સંખ્યામાંનવી વિભાજન ઘટનાઓ, જે પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા તરફ દોરી જશે. ટુકડાઓ અને ન્યુટ્રોનનો કુલ સમૂહ (Et y) ફિસિલ ન્યુક્લિયસ કરતા ઓછો છે ( ટી).આઈન્સ્ટાઈનના સમીકરણ મુજબ, આ ઊર્જાના પ્રકાશનને અનુરૂપ છે:

એક ન્યુક્લિયર ફિશન ઇવેન્ટ દરમિયાન, લગભગ 200 MeV રીલિઝ થાય છે; જ્યારે યુરેનિયમ-235 (235 ગ્રામ)નો એક છછુંદર વિભાજન થાય છે, ત્યારે પ્રચંડ ઉર્જા બહાર પડે છે - લગભગ 2 10 10 kJ! (સરખામણી માટે: મિથેનના સમાન સમૂહને બાળતી વખતે, CH 4, 1 10 4 kJ કરતાં ઓછું મુક્ત થાય છે.) એક અનિયંત્રિત સાંકળ પ્રતિક્રિયા તરફ દોરી જાય છે. પરમાણુ વિસ્ફોટ. નિયંત્રિત પ્રતિક્રિયા એ ન્યુક્લિયર પાવર પ્લાન્ટમાં ઉત્પાદિત ઊર્જાનો સ્ત્રોત છે.

બે હળવા મધ્યવર્તી કેન્દ્રોના સંયોજનને એક ભારે એકમાં પ્રતિક્રિયા કહેવામાં આવે છે થર્મોન્યુક્લિયર ફ્યુઝન. જ્યારે આવી પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે, ત્યારે પ્રચંડ ઊર્જા મુક્ત થાય છે, કારણ કે પ્રારંભિક મધ્યવર્તી કેન્દ્રનો સમૂહ આવી પ્રતિક્રિયાના ઉત્પાદનોના મધ્યવર્તી કેન્દ્ર કરતા ઓછો હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ટ્રીટિયમ (હાઈડ્રોજન-3) અને ડ્યુટેરિયમ (હાઈડ્રોજન-2) ની પ્રતિક્રિયામાં:

એક હિલીયમ-4 ન્યુક્લિયસના ઉત્પાદન પર, 17.6 MeV મુક્ત થાય છે, જે હિલીયમના 1.7 10 9 kJ પ્રતિ મોલ (4.0 g) ની સમકક્ષ છે. એકમ માસ દીઠ, આ યુરેનિયમ-235 ન્યુક્લીના વિભાજન કરતાં લગભગ ચાર ગણું વધારે છે. જો કે, ન્યુક્લિયસ મર્જ કરવા માટે, તેમના કુલોમ્બ વિકારના બળને દૂર કરવું જરૂરી છે. આ તાપમાનને લાખો ડિગ્રી સુધી વધારીને કરી શકાય છે. આ પ્રતિક્રિયા સૂર્યના ઊંડાણમાં થાય છે. પૃથ્વી પર પ્રથમ વખત સ્વયંભૂ પ્રતિક્રિયાથર્મોન્યુક્લિયર ફ્યુઝન કહેવાતા માં હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું હાઇડ્રોજન બોમ્બ, જેના પર વિસ્ફોટનો ઉપયોગ કરીને જરૂરી તાપમાન પ્રાપ્ત થયું હતું પરમાણુ બોમ્બ, જે "ફ્યુઝ" તરીકે સેવા આપે છે. નિયંત્રિત થર્મોન્યુક્લિયર ફ્યુઝન પ્રતિક્રિયાને અમલમાં મૂકવા માટે સમગ્ર વિશ્વમાં સઘન કાર્ય કરવામાં આવી રહ્યું છે.