Modern Physics Questions and Answers – पृष्ठ 3

बंधन ऊर्जा नाभिकीय भौतिकी की एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। विकल्प B सही है: नाभिक की बंधन ऊर्जा वह ऊर्जा है जो नाभिक को उसके घटक प्रोटॉनों और न्यूट्रॉनों से बनाने पर मुक्त होती है। या दूसरे शब्दों में, यह नाभिक को उसके न्यूक्लिऑनों में अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा है। अधिक स्थिर नाभिक की बंधन ऊर्जा अधिक होती है। आयरन-56 की प्रति न्यूक्लिऑन बंधन ऊर्जा (~8.8 MeV) सबसे अधिक होती है। विकल्प A गलत है: परमाणु से इलेक्ट्रॉन अलग करने की ऊर्जा आयनीकरण ऊर्जा कहलाती है, यह नाभिकीय नहीं बल्कि परमाणविक गुण है। विकल्प C गलत है: रासायनिक बंध ऊर्जा परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन अंतःक्रिया से संबंधित है, नाभिकीय बंधन ऊर्जा से नहीं। विकल्प D गलत है: इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा परमाणु की कक्षाओं से संबंधित है।

यूरेनियम-235 दुनिया के अधिकांश परमाणु रिएक्टरों में उपयोग होने वाला मुख्य नाभिकीय ईंधन है। विकल्प C सही है: U-235 एक विखंडनीय पदार्थ है जो मंद न्यूट्रॉन से बमबारी करने पर श्रृंखला अभिक्रिया बनाए रख सकता है। प्राकृतिक यूरेनियम में केवल 0.7% U-235 होता है। व्यावसायिक रिएक्टरों में 3-5% U-235 वाले समृद्ध यूरेनियम का उपयोग होता है। विकल्प A गलत है: प्लूटोनियम-239 रिएक्टरों में U-238 से बनता है और कुछ फास्ट ब्रीडर रिएक्टरों में उपयोग होता है, लेकिन यह अधिकांश व्यावसायिक रिएक्टरों का प्राथमिक ईंधन नहीं है। विकल्प B गलत है: थोरियम-232 उर्वर है, विखंडनीय नहीं। विकल्प D गलत है: रेडियम-226 अल्फा कण उत्सर्जक है और रिएक्टर ईंधन के रूप में उपयोग नहीं होता।

रेडियोएक्टिविटी एक प्राकृतिक नाभिकीय घटना है जिसे हेनरी बेकरेल ने 1896 में खोजा था। विकल्प B सही है: रेडियोएक्टिविटी अस्थिर नाभिकों से विकिरण (अल्फा, बीटा या गामा) का स्वतः उत्सर्जन है। नाभिक स्थिर होने के लिए कण या ऊर्जा उत्सर्जित करता है। यह प्रक्रिया किसी बाहरी उत्तेजना के बिना होती है और भौतिक या रासायनिक तरीकों से नियंत्रित नहीं की जा सकती। विकल्प A गलत है: परमाणुओं द्वारा दृश्य प्रकाश उत्सर्जन प्रतिदीप्ति है, जो इलेक्ट्रॉन संक्रमण से होती है, नाभिकीय परिवर्तन से नहीं। विकल्प C गलत है: पदार्थ द्वारा एक्स-रे का अवशोषण एक्स-रे क्षीणन है जो रेडियोएक्टिविटी से बिल्कुल अलग है। विकल्प D गलत है: यौगिकों का रासायनिक अपघटन रासायनिक अभिक्रिया है, नाभिकीय प्रक्रिया नहीं। रेडियोएक्टिविटी तत्व की रासायनिक अवस्था या तापमान पर निर्भर नहीं करती।

श्रृंखला अभिक्रिया नाभिकीय विखंडन की स्व-निरंतर घटनाओं का क्रम है। ये नए न्यूट्रॉन अन्य U-235 नाभिकों में विखंडन करा सकते हैं, जिससे और न्यूट्रॉन निकलते हैं और यह प्रक्रिया आगे बढ़ती रहती है। यदि प्रत्येक विखंडन से ठीक 1 न्यूट्रॉन अगला विखंडन कराता है तो यह नियंत्रित श्रृंखला अभिक्रिया है (रिएक्टर में), और यदि 1 से अधिक न्यूट्रॉन आगे विखंडन कराते हैं तो यह अनियंत्रित श्रृंखला अभिक्रिया है (परमाणु बम)। विकल्प A गलत है: श्रृंखला अभिक्रिया स्व-निरंतर होती है, इसे बाहरी ऊर्जा नहीं चाहिए। विकल्प C गलत है: श्रृंखला अभिक्रिया नियंत्रित भी हो सकती है और अनियंत्रित भी। विकल्प D गलत है: श्रृंखला अभिक्रिया पृथ्वी पर परमाणु रिएक्टरों और बमों में भी होती है।

तीन मुख्य रेडियोएक्टिव विकिरणों में गामा किरणों की भेदन क्षमता सबसे अधिक होती है। विकल्प C सही है: गामा किरणें विद्युत चुंबकीय विकिरण हैं जो कई सेंटीमीटर सीसे या मीटरों कंक्रीट को भेद सकती हैं। विकल्प A गलत है: अल्फा कण (2 प्रोटॉन + 2 न्यूट्रॉन) की भेदन क्षमता सबसे कम होती है, इन्हें एक कागज की परत रोक सकती है। हालांकि इनकी आयनीकरण क्षमता सबसे अधिक होती है। विकल्प B गलत है: बीटा कण (इलेक्ट्रॉन) मध्यम भेदन क्षमता रखते हैं और कुछ मिलीमीटर एल्युमिनियम से रुक जाते हैं। विकल्प D गलत है: एक्स-रे रेडियोएक्टिव क्षय से नहीं बल्कि इलेक्ट्रॉन संक्रमण से बनती हैं और सामान्यतः गामा से कम ऊर्जावान होती हैं। भेदन क्षमता का क्रम: अल्फा < बीटा < गामा।

अर्ध-आयु रेडियोएक्टिव क्षय की मूलभूत अवधारणा है। विकल्प B सही है: किसी रेडियोएक्टिव तत्व की अर्ध-आयु वह समय है जिसमें उसके आधे रेडियोएक्टिव परमाणु क्षय हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, कार्बन-14 की अर्ध-आयु 5730 वर्ष है। विकल्प A गलत है: रेडियोएक्टिव क्षय घातीय होता है इसलिए कोई भी पदार्थ सीमित समय में पूरी तरह क्षय नहीं होता। विकल्प C गलत है: रेडियोएक्टिव क्षय में परमाणुओं की संख्या घटती है, बढ़ती नहीं। विकल्प D गलत है: किसी एक परमाणु का क्षय एक यादृच्छिक प्रक्रिया है और इसका सटीक समय नहीं बताया जा सकता। अर्ध-आयु का उपयोग कार्बन डेटिंग, परमाणु चिकित्सा और चट्टानों की आयु निर्धारण में होता है।

परमाणु रिएक्टर में नाभिकीय विखंडन को शुरू और बनाए रखने के लिए मंद न्यूट्रॉन (तापीय न्यूट्रॉन) का उपयोग किया जाता है। विकल्प C सही है: मंद न्यूट्रॉन यूरेनियम-235 नाभिक द्वारा आसानी से अवशोषित होते हैं जिससे विखंडन होता है। विकल्प A गलत है: प्रोटॉन धनावेशित होते हैं और नाभिक की विद्युत चुंबकीय प्रतिकर्षण के कारण नाभिक में प्रवेश नहीं कर सकते। विकल्प B गलत है: अल्फा कण भी धनावेशित होते हैं और प्रतिकर्षण के कारण अनुपयुक्त हैं। विकल्प D गलत है: बीटा कण इलेक्ट्रॉन हैं जो रेडियोएक्टिव क्षय में उत्सर्जित होते हैं, ये विखंडन नहीं करा सकते। मॉडरेटर तेज न्यूट्रॉन की गति कम करने के लिए प्रयोग होता है।

नाभिकीय विखंडन वह प्रक्रिया है जिसमें एक भारी नाभिक दो या अधिक हल्के नाभिकों में विभाजित होता है और अत्यधिक ऊर्जा मुक्त होती है। विकल्प B सही है: जब यूरेनियम-235 एक मंद न्यूट्रॉन अवशोषित करता है, तो वह अस्थिर हो जाता है और बेरियम-141 तथा क्रिप्टॉन-92 में विभाजित होता है, साथ ही 3 न्यूट्रॉन और ऊर्जा मुक्त होती है। यह खोज ओटो हान और फ्रिट्ज़ स्ट्रासमैन ने 1938 में की थी। विकल्प A गलत है: यह नाभिकीय संलयन का वर्णन करता है जो तारों में होती है। विकल्प C गलत है: नाभिक से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन बीटा क्षय है, विखंडन नहीं। विकल्प D गलत है: प्रोटॉन का न्यूट्रॉन में रूपांतरण बीटा-प्लस क्षय है।

सही उत्तर C — अणु (Molecule) है। अणु किसी पदार्थ की सबसे छोटी इकाई है जो स्वतंत्र अवस्था में रह सकती है और पदार्थ के गुणों को दर्शाती है। विकल्प A (इलेक्ट्रॉन): उप-परमाणु कण, पदार्थ की इकाई नहीं। विकल्प B (परमाणु): तत्व की सत्ता, पदार्थ की नहीं। विकल्प D (आयन): आवेशित कण, उदासीन अवस्था में स्वतंत्र नहीं।

सही उत्तर C — 10⁻⁸ सेकंड है। आवेशित पायन का जीवनकाल लगभग 2.6 × 10⁻⁸ सेकंड होता है। विकल्प A (10⁻⁴ s): बहुत लंबा - यह म्यूओन का जीवनकाल है।