পরমাণুর মডেল ও নিউক্লিয়ার পদার্থবিজ্ঞান — বহুনির্বাচনি প্রশ্ন ও সমাধান
HSC পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্রের ৯ম অধ্যায়। এখানে ৬৬৬টি প্রশ্ন আছে — বোর্ড, ঢাবি, বুয়েট আর মেডিকেল ভর্তি পরীক্ষা থেকে বাছাই করা, প্রতিটার নিচে পূর্ণ ব্যাখ্যা দেওয়া। উত্তর দেখার আগে নিজে একবার চেষ্টা করে নিও।
৬৬৬ প্রশ্ন
২য় পত্র
অধ্যায় ৯
পাতা ১৩/৩৪
-
২৪১
একটি ডয়টেরন (2H)-এর বন্ধন শক্তি 2.22 MeV। একে ভাঙতে ন্যূনতম কত শক্তির গামা ফোটন লাগবে?
- ক 1.11 MeV
- খ 4.44 MeV
- গ 931.5 MeV
- ঘ 2.22 MeV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 2.22 MeV
বন্ধন শক্তি মানেই — নিউক্লিয়াসটিকে তার উপাদানে ভাগ করতে প্রয়োজনীয় ন্যূনতম শক্তি।
⟹ 2.22 MeV
এই প্রক্রিয়াকে বলে ফটো-বিভাজন: γ + 2H → p + n
এর কম শক্তির ফোটন ডয়টেরনকে ভাঙতেই পারবে না — অনেকটা আলোক-তড়িৎ ক্রিয়ার সূচন কম্পাঙ্কের মতোই ধারণা।
ডয়টেরনের প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি মাত্র 1.11 MeV — খুবই দুর্বলভাবে বাঁধা। -
২৪২
একটি নিউক্লিয়াসে A = 120। এটি ভেঙে A = 60-এর দুটি নিউক্লিয়াসে পরিণত হলো। প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি যথাক্রমে 7.5 ও 8.5 MeV হলে মুক্ত শক্তি কত?
- ক 60 MeV
- খ 1020 MeV
- গ 120 MeV
- ঘ 1 MeV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 120 MeV
শুরুতে মোট বন্ধন শক্তি = 120 × 7.5 = 900 MeV
পরে = 2 × (60 × 8.5) = 1020 MeV
মুক্ত শক্তি = 1020 − 900 = 120 MeV
বন্ধন শক্তি বেড়েছে মানে উৎপাদগুলো বেশি স্থিতিশীল, আর সেই পার্থক্যই শক্তি হয়ে বেরিয়েছে।
দ্রুত পদ্ধতি: মোট নিউক্লিয়ন × প্রতি নিউক্লিয়নে বৃদ্ধি = 120 × (8.5 − 7.5) = 120 MeV ✓। -
২৪৩
আলফা ক্ষয়ে নিউক্লিয়াসের Z ও A-এর কী পরিবর্তন হয়?
- ক Z 2 কমে, A 4 কমে
- খ Z 1 বাড়ে, A অপরিবর্তিত
- গ Z 2 বাড়ে, A 4 বাড়ে
- ঘ Z ও A দুটোই অপরিবর্তিত
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) Z 2 কমে, A 4 কমে
আলফা কণা = 4He (2 প্রোটন + 2 নিউট্রন)
AX → A−4Y + 4He
⟹ Z 2 কমে, A 4 কমে
যেমন 238U → 234Th + α
এটিই সডি-ফায়ানসের প্রথম সরণ সূত্র — মৌলটি পর্যায় সারণিতে দুই ঘর বাঁ দিকে সরে। -
২৪৪
বিটা-ঋণাত্মক ক্ষয়ে নিউক্লিয়াসের ভেতরে কী ঘটে?
- ক একটি প্রোটন নিউট্রনে পরিণত হয়
- খ একটি নিউট্রন প্রোটনে পরিণত হয় এবং একটি ইলেকট্রন ও অ্যান্টিনিউট্রিনো নিঃসৃত হয়
- গ একটি ইলেকট্রন কক্ষপথ থেকে বেরিয়ে যায়
- ঘ দুটি প্রোটন একসাথে বেরিয়ে যায়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) একটি নিউট্রন প্রোটনে পরিণত হয় এবং একটি ইলেকট্রন ও অ্যান্টিনিউট্রিনো নিঃসৃত হয়
n → p + e− + ν̄
⟹ Z 1 বাড়ে, A অপরিবর্তিত
যেমন 14C → 14N + β−
ইলেকট্রনটি কক্ষপথ থেকে আসে না — নিউক্লিয়াসের ভেতরেই তৈরি হয়।
নিউট্রিনোর অস্তিত্ব প্রথম অনুমান করা হয়েছিল ঠিক এখানেই — নইলে বিটা কণার শক্তি-বর্ণালি নিরবচ্ছিন্ন হওয়ার কথা ছিল না। -
২৪৫
গামা ক্ষয়ে নিউক্লিয়াসের Z ও A-এর কী হয়?
- ক দুটোই অপরিবর্তিত থাকে, কেবল শক্তি স্তর নেমে আসে
- খ Z 1 বাড়ে
- গ A 4 কমে
- ঘ Z 2 কমে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) দুটোই অপরিবর্তিত থাকে, কেবল শক্তি স্তর নেমে আসে
গামা রশ্মি হলো উচ্চ শক্তির ফোটন — আধান বা ভর কিছুই নেই।
⟹ Z ও A দুটোই অপরিবর্তিত
আলফা বা বিটা ক্ষয়ের পর উৎপাদ নিউক্লিয়াস প্রায়ই উত্তেজিত অবস্থায় থাকে; সে গামা ছেড়ে ভূমি অবস্থায় নামে।
পরমাণুর ইলেকট্রন স্তর থেকে ফোটন নিঃসরণের ঠিক নিউক্লিয়ার সংস্করণ — কেবল শক্তি eV-এর বদলে MeV পর্যায়ে। -
২৪৬
238U ক্ষয় হয়ে 206Pb-তে পরিণত হয়। কতটি আলফা ও কতটি বিটা কণা নিঃসৃত হয়েছে? (U-এর Z = 92, Pb-এর Z = 82)
- ক 6টি আলফা ও 8টি বিটা
- খ 8টি আলফা ও 8টি বিটা
- গ 8টি আলফা ও 6টি বিটা
- ঘ 10টি আলফা ও 4টি বিটা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 8টি আলফা ও 6টি বিটা
ভরসংখ্যা থেকে আলফা: 238 − 206 = 32 ⟹ 324 = 8টি আলফা
আধান হিসাব: 8টি আলফায় Z কমত 16 ⟹ 92 − 16 = 76
কিন্তু প্রকৃত Z = 82 ⟹ ঘাটতি 6 ⟹ প্রতিটি বিটায় Z 1 বাড়ে ⟹ 6টি বিটা
বিটা কণা A বদলায় না, তাই আগে A দিয়ে আলফা বের করে তারপর Z মিলিয়ে বিটা বের করাই সঠিক ক্রম। -
২৪৭
আলফা, বিটা ও গামা রশ্মির ভেদন ক্ষমতার ক্রম কোনটি?
- ক গামা > বিটা > আলফা
- খ আলফা > বিটা > গামা
- গ বিটা > গামা > আলফা
- ঘ তিনটিই সমান
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) গামা > বিটা > আলফা
আলফা — ভারী ও +2e আধান ⟹ দ্রুত শক্তি হারায় ⟹ কাগজেই আটকায়
বিটা — হালকা ও −e ⟹ কয়েক মিলিমিটার অ্যালুমিনিয়ামে আটকায়
গামা — আধানহীন ফোটন ⟹ কয়েক সেন্টিমিটার সীসাতেও পুরোপুরি আটকায় না
আয়নন ক্ষমতা ঠিক উল্টো ক্রমে: আলফা > বিটা > গামা
যে বেশি আয়নিত করে, সে দ্রুত শক্তি হারায় — তাই কম ভেদ করে। দুটি ধর্ম সবসময় বিপরীতমুখী। -
২৪৮
চৌম্বক ক্ষেত্রে আলফা, বিটা ও গামা রশ্মি কীভাবে আচরণ করে?
- ক তিনটিই একই দিকে বিচ্যুত হয়
- খ তিনটিই অবিচ্যুত থাকে
- গ কেবল গামা বিচ্যুত হয়
- ঘ আলফা ও বিটা বিপরীত দিকে বিচ্যুত হয়, গামা অবিচ্যুত থাকে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) আলফা ও বিটা বিপরীত দিকে বিচ্যুত হয়, গামা অবিচ্যুত থাকে
আলফা ধনাত্মক, বিটা ঋণাত্মক ⟹ F = qv × B অনুসারে বিপরীত দিকে বাঁকে।
গামা আধানহীন ⟹ চৌম্বক বল শূন্য ⟹ সোজা যায়।
বিটার বিচ্যুতি আলফার চেয়ে অনেক বেশি, কারণ r = mvqB — ইলেকট্রনের ভর হাজার গুণ কম।
এভাবেই একটিমাত্র চৌম্বক ক্ষেত্র দিয়ে তিন ধরনের বিকিরণ আলাদা করা যায়। -
২৪৯
একটি নিউক্লিয়াস একটি আলফা ও দুটি বিটা-ঋণাত্মক কণা নিঃসরণ করল। মূল ও শেষ নিউক্লিয়াসের মধ্যে সম্পর্ক কী?
- ক দুটি পরস্পরের আইসোবার
- খ দুটি পরস্পরের আইসোটোন
- গ দুটি একই নিউক্লিয়াস
- ঘ দুটি পরস্পরের আইসোটোপ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) দুটি পরস্পরের আইসোটোপ
আলফা: Z −2, A −4
দুটি বিটা: Z +2, A অপরিবর্তিত
নিট: Z অপরিবর্তিত, A 4 কমেছে
Z এক কিন্তু A ভিন্ন ⟹ আইসোটোপ
যেমন 238U → 234U — এটি প্রাকৃতিক ক্ষয় শৃঙ্খলের প্রথম তিন ধাপেই ঘটে। -
২৫০
তেজস্ক্রিয় ক্ষয় কী ধরনের প্রক্রিয়া?
- ক সম্পূর্ণ এলোমেলো — কোন নিউক্লিয়াস কখন ক্ষয় হবে তা বলা যায় না, কেবল সম্ভাবনা বলা যায়
- খ নির্দিষ্ট সময় পরপর প্রতিটি নিউক্লিয়াস ক্ষয় হয়
- গ তাপমাত্রা বাড়ালে দ্রুত হয়
- ঘ রাসায়নিক বিক্রিয়ার মতো নিয়ন্ত্রণযোগ্য
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) সম্পূর্ণ এলোমেলো — কোন নিউক্লিয়াস কখন ক্ষয় হবে তা বলা যায় না, কেবল সম্ভাবনা বলা যায়
ক্ষয় একটি সম্ভাব্যতামূলক কোয়ান্টাম ঘটনা — একটি নির্দিষ্ট নিউক্লিয়াস পরের সেকেন্ডে ক্ষয় হবে কি না, তা কেবল সম্ভাবনায় বলা যায়।
তবে বিপুল সংখ্যক নিউক্লিয়াসের গড় আচরণ নিখুঁতভাবেই ভবিষ্যদ্বাণী করা যায় — সেটাই N = N0e−λt
ক্ষয় হার তাপমাত্রা, চাপ বা রাসায়নিক অবস্থার ওপর নির্ভর করে না — কারণ ঘটনাটি নিউক্লিয়াসের ভেতরে ঘটছে, ইলেকট্রন স্তরে নয়।
এ কারণেই তেজস্ক্রিয় ঘড়ি (কার্বন ডেটিং) এত নির্ভরযোগ্য। -
২৫১
একটি নিউক্লিয়াস AX থেকে পরপর একটি আলফা ও একটি বিটা-ঋণাত্মক কণা নিঃসৃত হলো। শেষ নিউক্লিয়াসের Z ও A কত?
- ক Z − 1, A − 4
- খ Z − 2, A − 4
- গ Z − 3, A − 4
- ঘ Z + 1, A − 4
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) Z − 1, A − 4
আলফা: Z → Z − 2, A → A − 4
বিটা: Z − 2 → Z − 1, A অপরিবর্তিত
⟹ শেষে Z − 1, A − 4
অর্থাৎ মৌলটি পর্যায় সারণিতে নিট এক ঘর বাঁ দিকে সরে।
দুটি বিটা হলে Z ফিরে আসত মূল মানে — তখন উৎপাদটি হতো মূল মৌলেরই আইসোটোপ। -
২৫২
বিটা কণার শক্তি-বর্ণালি নিরবচ্ছিন্ন হয় কেন?
- ক বিটা কণা বিভিন্ন স্তর থেকে আসে
- খ নিঃসৃত শক্তি ইলেকট্রন ও নিউট্রিনোর মধ্যে ভাগ হয়ে যায়
- গ নিউক্লিয়াস ভেঙে যায়
- ঘ বিটা কণার ভর পরিবর্তনশীল
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) নিঃসৃত শক্তি ইলেকট্রন ও নিউট্রিনোর মধ্যে ভাগ হয়ে যায়
আলফা ক্ষয়ে দুটি কণা (α ও উৎপাদ) ⟹ ভরবেগ সংরক্ষণে শক্তি ভাগ নির্দিষ্ট ⟹ রেখা-বর্ণালি।
বিটা ক্ষয়ে তিনটি কণা (e−, ν̄, উৎপাদ) ⟹ শক্তি বহুভাবে ভাগ হতে পারে ⟹ ইলেকট্রন শূন্য থেকে সর্বোচ্চ পর্যন্ত যেকোনো শক্তি পেতে পারে ⟹ নিরবচ্ছিন্ন বর্ণালি।
এই "হারানো শক্তি"-র ধাঁধা মেটাতেই পাউলি ১৯৩০-এ নিউট্রিনোর অস্তিত্ব অনুমান করেন — যা পরে পরীক্ষায় প্রমাণিত হয়। -
২৫৩
একটি তেজস্ক্রিয় নমুনার অর্ধায়ু 10 দিন। 40 দিন পরে মূল নমুনার কত অংশ অবশিষ্ট থাকবে?
- ক 14
- খ 18
- গ 132
- ঘ 116
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 116
অর্ধায়ুর সংখ্যা n = 4010 = 4
NN0 = (12)4 = 116
ধাপে ধাপে: 1 → 12 → 14 → 18 → 116 ✓
সময় দিয়ে ভাগ করে সরাসরি ভগ্নাংশ লেখা যায় না — 2-এর ঘাত ধরতে হয়। -
২৫৪
একটি নমুনার 78 অংশ ক্ষয় হতে 30 বছর লাগে। এর অর্ধায়ু কত?
- ক 15 বছর
- খ 30 বছর
- গ 7.5 বছর
- ঘ 10 বছর
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 10 বছর
78 ক্ষয় ⟹ অবশিষ্ট 18 = (12)3 ⟹ 3টি অর্ধায়ু
T1/2 = 303 = 10 বছর
মূল ফাঁদ: "78 ক্ষয়" আর "78 অবশিষ্ট" এক নয়। প্রশ্নে কোনটা বলা আছে সেটি আগে দেখো। -
২৫৫
ক্ষয় ধ্রুবক λ ও অর্ধায়ুর সম্পর্ক কোনটি?
- ক T1/2 = 0.693λ
- খ T1/2 = 0.693λ2
- গ T1/2 = λ0.693
- ঘ T1/2 = 1λ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) T1/2 = 0.693λ
N = N0e−λt
t = T1/2-এ N = N02 ⟹ e−λT = 12
λT1/2 = ln 2 = 0.693 ⟹ T1/2 = 0.693λ
আর গড় আয়ু τ = 1λ = T1/20.693 ≈ 1.44 T1/2 — গড় আয়ু সবসময় অর্ধায়ুর চেয়ে বড়। -
২৫৬
একটি তেজস্ক্রিয় উৎসের ক্ষয় ধ্রুবক 0.0693 s−1। এর অর্ধায়ু কত?
- ক 6.93 s
- খ 0.693 s
- গ 100 s
- ঘ 10 s
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 10 s
T1/2 = 0.693λ = 0.6930.0693 = 10 s
গড় আয়ু τ = 10.0693 ≈ 14.4 s — অর্ধায়ুর প্রায় 1.44 গুণ ✓
সংখ্যাগুলো এমনভাবে দেওয়া হয়েছে যাতে 0.693 কেটে যায় — এভাবেই ক্যালকুলেটর ছাড়া করা যায়। -
২৫৭
একটি নমুনায় প্রাথমিকভাবে 8 × 1020টি নিউক্লিয়াস ছিল। তিনটি অর্ধায়ু পরে কতটি অবশিষ্ট থাকবে?
- ক 2 × 1020
- খ 4 × 1020
- গ 1020
- ঘ 2.67 × 1020
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 1020
N = 8 × 1020 × (12)3 = 8 × 10208 = 1020
ক্ষয় হয়েছে 7 × 1020টি নিউক্লিয়াস।
3 দিয়ে ভাগ করে 2.67 × 1020 লেখাই সবচেয়ে সাধারণ ভুল — ক্ষয় সূচকীয়, রৈখিক নয়। -
২৫৮
তেজস্ক্রিয়তার হার (activity) কীসের সমানুপাতিক?
- ক অতিবাহিত সময়ের
- খ অবশিষ্ট নিউক্লিয়াস সংখ্যার
- গ নমুনার তাপমাত্রার
- ঘ ক্ষয়প্রাপ্ত নিউক্লিয়াস সংখ্যার
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) অবশিষ্ট নিউক্লিয়াস সংখ্যার
A = λN ⟹ A ∝ N
তাই সময়ের সাথে N কমার সাথে সাথে হারও ঠিক একই সূচকীয় নিয়মে কমে:
A = A0e−λt
অর্থাৎ N, A ও ভর — তিনটিই একই অর্ধায়ুতে অর্ধেক হয়।
একক: বেকেরেল (Bq) = প্রতি সেকেন্ডে একটি ক্ষয়; কুরি (Ci) = 3.7 × 1010 Bq। -
২৫৯
একটি নমুনার তেজস্ক্রিয়তা 20 বছরে 1600 Bq থেকে কমে 100 Bq হলো। অর্ধায়ু কত?
- ক 4 বছর
- খ 10 বছর
- গ 2.5 বছর
- ঘ 5 বছর
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 5 বছর
1600100 = 16 = 24 ⟹ 4টি অর্ধায়ু অতিবাহিত
T1/2 = 204 = 5 বছর
অনুপাতটিকে 2-এর ঘাতে লিখতে পারলেই অর্ধায়ুর সংখ্যা বেরিয়ে আসে — লগারিদম লাগে না।
যাচাই: 1600 → 800 → 400 → 200 → 100 ✓ (৪ ধাপ) -
২৬০
একটি প্রাচীন কাঠের নমুনায় 14C-এর পরিমাণ জীবিত গাছের 14 অংশ। 14C-এর অর্ধায়ু 5730 বছর হলে নমুনাটির বয়স কত?
- ক 5730 বছর
- খ 17190 বছর
- গ 11460 বছর
- ঘ 2865 বছর
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 11460 বছর
14 = (12)2 ⟹ 2টি অর্ধায়ু
বয়স = 2 × 5730 = 11460 বছর
জীবিত গাছে 14C-এর অনুপাত স্থির থাকে (বায়ুমণ্ডল থেকে নিয়মিত আসে); মৃত্যুর পর সরবরাহ বন্ধ হয়ে কেবল ক্ষয় চলে — তখনই ঘড়ি চালু হয়।
প্রায় 50,000 বছরের বেশি পুরনো নমুনায় 14C এত কম থাকে যে এই পদ্ধতি আর কাজ করে না।
পরমাণুর মডেল ও নিউক্লিয়ার পদার্থবিজ্ঞান নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।