সিলেট বোর্ড ২০১৭ — পরমাণুর মডেল ও নিউক্লিয়ার পদার্থবিজ্ঞান সৃজনশীল প্রশ্ন ও সমাধান

যে নিউক্লিয় বিক্রিয়া একবার শুরু হলে বিক্রিয়ায় উৎপন্ন নিউট্রন পরবর্তী নিউক্লিয়াসে ফিশন ঘটিয়ে আরও নিউট্রন সৃষ্টি করে এবং এভাবে বাইরের সাহায্য ছাড়াই বিক্রিয়াটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে চলতে থাকে, তাকে শৃঙ্খল বিক্রিয়া বলে।

নিউক্লিয়াসে কেবল প্রোটন ও নিউট্রন থাকে, কোনো ইলেকট্রন থাকে না।

β⁻ ক্ষয়ের সময় নিউক্লিয়াসের অভ্যন্তরে একটি নিউট্রন রূপান্তরিত হয়ে একটি প্রোটন, একটি ইলেকট্রন ও একটি অ্যান্টিনিউট্রিনো সৃষ্টি করে,

10n→11p+0−1e+ν

উৎপন্ন প্রোটনটি নিউক্লিয়াসেই থেকে যায়, ফলে পারমাণবিক সংখ্যা 1 বাড়ে কিন্তু ভরসংখ্যা অপরিবর্তিত থাকে।

আর সদ্য সৃষ্ট ইলেকট্রনটি নিউক্লিয়াসে থাকতে না পেরে উচ্চ বেগে β⁻ কণা হিসেবে নির্গত হয়। তাই নিউক্লিয়াসে ইলেকট্রন না থাকলেও β⁻ ক্ষয়ে ইলেকট্রন নির্গত হয়।

আমরা জানি,

Δm=(m_U+m_n)−(m_Ba+m_Kr+3m_n)

বা, Δm=(235.0439+1.0087)−(140.9139+91.8973+3×1.0087)

বা, Δm=236.0526−235.8373=0.2153 amu

বা, Δm=0.2153×1.6605×10⁻²⁷=3.575×10⁻²⁸ kg

আবার, E=Δmc²

বা, E=3.575×10⁻²⁸×(3×10⁸)²

∴ E=3.22×10⁻¹¹ J

অতএব, প্রতি ফিশনে উৎপন্ন শক্তি 3.22×10⁻¹¹ J (প্রায় 200.55 MeV)।

γ রশ্মি α কণাকে ভাঙতে পারবে যদি γ রশ্মির শক্তি α কণার বন্ধন শক্তির চেয়ে বেশি হয়। α কণা (42He নিউক্লিয়াস) 2 টি প্রোটন ও 2 টি নিউট্রন নিয়ে গঠিত।

γ রশ্মির শক্তি,

E_γ=E10=3.22×10⁻¹¹10=3.22×10⁻¹² J

α কণার ভরত্রুটি,

Δm=2m_p+2m_n−m_α

বা, Δm=2×1.007276+2×1.0087−4.0012

বা, Δm=4.031952−4.0012=0.030752 amu

বন্ধন শক্তি,

E_B=Δmc²=0.030752×1.6605×10⁻²⁷×(3×10⁸)²

∴ E_B=4.60×10⁻¹² J

দেখা যায়, γ রশ্মির শক্তি 3.22×10⁻¹² J (প্রায় 20.06 MeV), যা α কণার বন্ধন শক্তি 4.60×10⁻¹² J (প্রায় 28.65 MeV) এর চেয়ে কম। ফলে γ রশ্মি α কণার নিউক্লিয়নগুলোকে পৃথক করার মতো পর্যাপ্ত শক্তি সরবরাহ করতে পারে না।

অতএব, উদ্দীপকের γ রশ্মি α কণাকে ভাঙতে পারবে না।