বরিশাল বোর্ড ২০২২ — পরমাণুর মডেল ও নিউক্লিয়ার পদার্থবিজ্ঞান সৃজনশীল প্রশ্ন ও সমাধান

যে নিউক্লীয় বিক্রিয়ায় কোনো ভারী নিউক্লিয়াস (যেমন ²³⁵U) একটি নিউট্রন দ্বারা আঘাতপ্রাপ্ত হয়ে প্রায় সমান ভরের দুটি হালকা নিউক্লিয়াসে বিভক্ত হয় এবং সেই সাথে কয়েকটি নিউট্রন ও বিপুল পরিমাণ শক্তি নির্গত হয়, তাকে নিউক্লিয়ার ফিশন বলে।

আলফা রশ্মি হলো হিলিয়াম নিউক্লিয়াসের স্রোত, প্রতিটি আলফা কণার আধান +2e।

তড়িৎক্ষেত্র E এ আধানযুক্ত কণার উপর বল F=qE ক্রিয়া করে; তাই আলফা কণা তড়িৎক্ষেত্রের দিকে বল লাভ করে ঋণাত্মক পাতের দিকে বিচ্যুত হয়।

অপরদিকে গামা রশ্মি হলো অতি ক্ষুদ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্যের তাড়িতচৌম্বক তরঙ্গ বা ফোটনের স্রোত, যার কোনো আধান নেই, অর্থাৎ q=0।

ফলে গামা রশ্মির উপর তড়িৎক্ষেত্র কোনো বল প্রয়োগ করে না (F=0×E=0), তাই এটি বিচ্যুত না হয়ে সোজা পথে চলে।

এজন্য আলফা রশ্মি তড়িৎক্ষেত্র দ্বারা বিচ্যুত হয় কিন্তু গামা রশ্মি হয় না।

আমরা জানি,

Δm=Zm_p+(A−Z)m_n−M

বা, Δm=92×1.00728+143×1.00876−235.0439

বা, Δm=92.66976+144.25268−235.0439

∴ Δm=1.87854 amu

অতএব, ইউরেনিয়ামের ভরত্রুটি 1.87854 amu।

উদ্দীপকে Fe নিউক্লিয়াসের ভর 56 amu দেওয়া আছে, সে অনুযায়ী গণনা করা হয়েছে।

যে নিউক্লিয়াসের নিউক্লিয়ন প্রতি বন্ধন শক্তি কম, তা থেকে একটি নিউক্লিয়ন বের করা সহজ। তাই উভয় মৌলের নিউক্লিয়ন প্রতি বন্ধন শক্তি নির্ণয় করি।

ইউরেনিয়াম:

মোট বন্ধন শক্তি,

E_U=Δm_U×931 MeV=1.87854×931=1748.92 MeV

∴ নিউক্লিয়ন প্রতি বন্ধন শক্তি,

E_UA_U=1748.92235=7.44 MeV

আয়রন:

ভরত্রুটি,

Δm_Fe=Zm_p+(A−Z)m_n−M=26×1.00728+30×1.00876−56

বা, Δm_Fe=26.18928+30.2628−56=0.45208 amu

মোট বন্ধন শক্তি,

E_Fe=0.45208×931=420.89 MeV

∴ নিউক্লিয়ন প্রতি বন্ধন শক্তি,

E_FeA_Fe=420.8956=7.52 MeV

দেখা যায়, ইউরেনিয়ামের নিউক্লিয়ন প্রতি বন্ধন শক্তি (7.44 MeV) আয়রনের (7.52 MeV) চেয়ে কম। অর্থাৎ ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসে নিউক্লিয়নগুলো তুলনামূলক দুর্বলভাবে আবদ্ধ, তাই এ থেকে একটি নিউক্লিয়ন বিচ্ছিন্ন করতে কম শক্তি লাগে।

অতএব, উদ্দীপকের দুটি মৌলের মধ্যে ইউরেনিয়াম থেকে একটি নিউক্লিয়ন বের করা সহজ হবে।