Modern Physics Questions and Answers

भारत का तीन-चरणीय परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम डॉ. इसका उद्देश्य अंततः भारत के विशाल थोरियम भंडार का उपयोग करना है। चरण-1: प्राकृतिक यूरेनियम से चलने वाले PHWR रिएक्टर जो उपोत्पाद के रूप में Pu-239 बनाते हैं। चरण-2: Pu-239 से चलने वाले Fast Breeder Reactors जो Th-232 को U-233 में बदलते हैं। चरण-3: Th-232 से बने U-233 से चलने वाले रिएक्टर। इससे भारत अपने विश्व के सबसे बड़े थोरियम भंडार (~25%) से सदियों तक बिजली बना सकता है। विकल्प A गलत है: यह कार्यक्रम पूरी तरह नागरिक ऊर्जा के लिए है।

सही उत्तर विकल्प B — 2 से 3 न्यूट्रॉन (औसत 2.5) है। जब U-235 एक मंद न्यूट्रॉन अवशोषित करके विखंडन करता है तो दो छोटे नाभिक बनते हैं और लगभग 2 से 3 तेज न्यूट्रॉन मुक्त होते हैं साथ ही लगभग 200 MeV ऊर्जा और गामा विकिरण। औसत 2.5 न्यूट्रॉन प्रति विखंडन है। ये न्यूट्रॉन मंदक द्वारा धीमे होने के बाद आगे विखंडन कराकर श्रृंखला अभिक्रिया बनाए रखते हैं। विकल्प A गलत है: केवल 1 न्यूट्रॉन से श्रृंखला अभिक्रिया बमुश्किल चलेगी। विकल्प C गलत है: U-235 प्रति विखंडन 5 न्यूट्रॉन नहीं देता। विकल्प D गलत है: 10 न्यूट्रॉन वास्तविक मान 2.5 से बहुत अधिक है।

सही उत्तर विकल्प A — USA और ट्रिनिटी टेस्ट 1945 है। अमेरिका ने विश्व का पहला परमाणु हथियार परीक्षण ट्रिनिटी टेस्ट के नाम से 16 जुलाई 1945 को न्यू मेक्सिको में किया। परीक्षित उपकरण एक प्लूटोनियम इम्प्लोजन बम था जिसे गैजेट कहा गया। विकल्प B गलत है: USSR ने 29 अगस्त 1949 को Joe-1 परीक्षण किया जो दूसरा परमाणु राज्य बना। विकल्प C गलत है: UK ने 3 अक्तूबर 1952 को हरिकेन टेस्ट किया जो तीसरा परमाणु राज्य बना। विकल्प D गलत है: चीन ने 16 अक्तूबर 1964 को 596 परीक्षण किया जो पांचवां परमाणु राज्य बना।

नाभिकीय रिएक्टर में स्व-निरंतर श्रृंखला अभिक्रिया के लिए दो शर्तें आवश्यक हैं। पहली: U-235 के प्रत्येक विखंडन से औसतन एक से अधिक न्यूट्रॉन निकलें (U-235 लगभग 2.5 न्यूट्रॉन प्रति विखंडन देता है)। दूसरी: विखंडन से उत्पन्न तेज न्यूट्रॉनों को मंदक द्वारा तापीय ऊर्जाओं तक धीमा किया जाए। विकल्प A गलत है: उच्च तापमान और दाब नाभिकीय संलयन की आवश्यकताएं हैं। विकल्प C गलत है: भारी जल मंदक है और सीसा परिरक्षण है, ये दो मूल शर्तें नहीं हैं। विकल्प D गलत है: 90% संवर्धन परमाणु हथियारों के लिए है।

परमाणु रिएक्टर और एटम बम में मूलभूत अंतर यह है कि श्रृंखला अभिक्रिया नियंत्रित है या अनियंत्रित। रिएक्टर में नियंत्रण छड़ों से k=1 बनाए रखा जाता है। बम में कोई नियंत्रण नहीं होता और k बहुत अधिक होता है जिससे सूक्ष्म सेकंडों में विनाशकारी विस्फोट होता है। विकल्प A गलत है: दोनों मुख्यतः विखंडन प्रयोग करते हैं। विकल्प C गलत है: दोनों U-235 प्रयोग कर सकते हैं। विकल्प D गलत है: आकार मूलभूत अंतर नहीं है।

सही उत्तर विकल्प B — ठंडा जल और प्रवाही सोडियम है। नाभिकीय रिएक्टरों में शीतलक नाभिकीय विखंडन से उत्पन्न ऊष्मा को रिएक्टर कोर से दूर ले जाता है। साधारण जल या भारी जल जल-शीतित रिएक्टरों में और प्रवाही सोडियम फास्ट ब्रीडर रिएक्टरों में शीतलक के रूप में प्रयुक्त होते हैं। विकल्प A गलत है: ग्रेफाइट मंदक है और कैडमियम नियंत्रण छड़ों का पदार्थ है। विकल्प C गलत है: बोरॉन नियंत्रण छड़ों में और सीसा विकिरण परिरक्षण में प्रयुक्त होता है। विकल्प D गलत है: हीलियम कुछ उच्च-ताप गैस-शीतित रिएक्टरों में प्रयुक्त होता है परंतु आर्गन नाभिकीय शीतलक नहीं है।

सही उत्तर विकल्प C — कैल्शियम है। कैल्शियम एक साधारण क्षारीय मृदा धातु है जिसमें कोई विखंडनीय या उर्वर गुण नहीं हैं। यह नाभिकीय श्रृंखला अभिक्रिया बनाए नहीं रख सकता इसलिए नाभिकीय ईंधन नहीं है। विकल्प A गलत है: यूरेनियम सबसे अधिक प्रयोग होने वाला नाभिकीय ईंधन है। विकल्प B गलत है: प्लूटोनियम-239 रिएक्टरों में U-238 से बनता है और फास्ट ब्रीडर रिएक्टरों में ईंधन के रूप में प्रयुक्त होता है। नागासाकी बम में Pu-239 प्रयुक्त था। विकल्प D गलत है: सभी ईंधन नहीं हैं क्योंकि कैल्शियम नाभिकीय ईंधन नहीं है।

सही उत्तर विकल्प C — कैडमियम है। कैडमियम परमाणु रिएक्टर ईंधन के रूप में नहीं बल्कि नियंत्रण छड़ों (Control Rods) के रूप में प्रयोग होता है। विकल्प A: ड्यूटेरियम भारी जल (D2O) में होता है जो मंदक के रूप में और संलयन रिएक्टरों में ईंधन के रूप में प्रयुक्त होता है। विकल्प B: यूरेनियम (U-235) अधिकांश विखंडन रिएक्टरों का प्राथमिक ईंधन है। विकल्प D: प्लूटोनियम-239 फास्ट ब्रीडर रिएक्टरों में ईंधन के रूप में प्रयोग होता है। बोरॉन भी नियंत्रण छड़ों में कैडमियम के साथ प्रयुक्त होता है।

सही उत्तर विकल्प D — कामिनी IGCAR कलपक्कम है। कामिनी (कलपक्कम मिनी रिएक्टर) 1996 में इंदिरा गांधी परमाणु अनुसंधान केंद्र (IGCAR) कलपक्कम तमिलनाडु में स्थापित हुआ। यह विश्व का एकमात्र रिएक्टर है जो यूरेनियम-233 को ईंधन के रूप में प्रयोग करता है। U-233 थोरियम-232 से बनाया जाता है। विकल्प A गलत है: अप्सरा BARC मुंबई में है और संवर्धित यूरेनियम प्रयोग करता है। विकल्प B गलत है: ध्रुव BARC मुंबई में है और प्राकृतिक यूरेनियम प्रयोग करता है। विकल्प C गलत है: CIRUS BARC मुंबई में था और प्राकृतिक यूरेनियम प्रयोग करता था।

सही उत्तर विकल्प C — पूर्णिमा-1 (1972) है। पूर्णिमा-1 1972 में BARC मुंबई में स्थापित हुआ। यह भारत का पहला फास्ट न्यूट्रॉन रिसर्च रिएक्टर था और प्लूटोनियम ऑक्साइड ईंधन तथा साधारण जल मंदक का उपयोग करता था। विकल्प A गलत है: अप्सरा (1956) संवर्धित यूरेनियम ईंधन और साधारण जल मंदक प्रयोग करता था। विकल्प B गलत है: CIRUS (1960) प्राकृतिक यूरेनियम ईंधन और भारी जल मंदक प्रयोग करता था। विकल्प D गलत है: ध्रुव (1985) प्राकृतिक यूरेनियम और भारी जल प्रयोग करता है और भारत का सबसे बड़ा रिसर्च रिएक्टर है।