આઈન્સ્ટાઈન: પરમાણુશક્તિ, ન્યુક્લિયર ફિઝન અને ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન

.

ઉત્તર કોરિયાએ હાઈડ્રોજન બોંબના પરીક્ષણનો દાવો 6 જાન્યુઆરી, 2016ના રોજ કર્યો છે. પરમાણુ શક્તિની વાત નીકળે એટલે પહેલાં એટમ બોંબ અને હાઇડ્રોજન બોંબ યાદ આવે. જિજ્ઞાસુ મનમાં પ્રશ્ન ઊઠે કે પરમાણુશક્તિ શું છે? એટમ બોંબ અને હાઇડ્રોજન બોંબ વચ્ચે તફાવત શું છે?

પરમાણુ શક્તિ, અણુશક્તિ, ન્યુક્લિયર એનર્જી, ન્યુક્લિયર ફિઝન કે ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન સાદા-સીધા વિષય નથી; વિસ્તૃત ચર્ચા અને ઊંડી સમજ માગી લેતા ભારે જટિલ વિષયો છે. આ પોસ્ટ ‘મધુસંચય’ના વાચકમિત્રોને પરમાણુશક્તિનો આછો-પાતળો પરિચય કરાવવા માટે છે. આપણે વિજ્ઞાનની આંટીઘૂંટીઓને છોડી સરળ શબ્દોથી ખપ પૂરતું વ્યાવહારિક જ્ઞાન મેળવીશું. આ કોઈ વિજ્ઞાન-લેખ નથી તે યાદ રાખવા વિનંતી.

પરમાણુ શક્તિને સમજવા અણુ અને પરમાણુને સમજવા પડે.

બ્રહ્માંડ પદાર્થ અર્થાત મેટર ( matter ) થી બનેલ છે તે ‘મધુસંચય’ના વાચક મિત્રો જાણે છે. પાણી, રેતી અને હવા પદાર્થનાં સાદાં ઉદાહરણ છે. પદાર્થનો સૌથી નાનો, સૂક્ષ્મતમ, મૂળભૂત એકમ પરમાણુ (Atom) છે*. પરમાણુઓ જોડાઈને- સંયોજાઈને અણુ (Molecule) બને છે.

પરમાણુ સ્વતંત્ર અવસ્થામાં મળતો નથી, પરંતુ અણુ સ્વતંત્ર અસ્તિત્વ ધરાવે છે. જેમ કે હાઈડ્રોજનનો પરમાણુ (H) મુક્ત રીતે ન મળે; માત્ર હાઈડ્રોજન અણુ (H₂) તરીકે જ મુક્ત, સ્વતંત્ર અવસ્થામાં મળે. હાઈડ્રોજનનો અણુ (H₂) તેના બે પરમાણુ (H + H)ના સંયોજાવાથી બને. ઓક્સિજનનો એક અણુ (O₂) ઓક્સિજનના બે પરમાણુઓ (O + O) નો બનેલો છે. પાણીનો અણુ (H₂O) હાઈડ્રોજન પરમાણુ (H) તથા ઓક્સિજન પરમાણુ (O) નો બનેલ છે. હકીકતમાં, પાણીનો એક અણુ (H₂O) હાઈડ્રોજનના બે પરમાણુ (H₂) અને ઓક્સિજનના એક પરમાણુ (O) ના સંયોજાવાથી બને છે.

સામાન્ય પરમાણુ (એટમ) એક કેન્દ્ર (નાભિ) તથા કેટલાક કણોનો બનેલ હોય છે. પરમાણુના કેન્દ્ર (નાભિ)ને ન્યુક્લિયસ (Nucleus) કહે છે. સામાન્ય પરમાણુમાં અનેક સૂક્ષ્માતિસૂક્ષ્મ કણો હોય છે, પરંતુ પરમાણુના મૂળભૂત કણો* ત્રણ છે: પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન. આ પૈકી પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન પરમાણુના ન્યુક્લિયસમાં હોય છે; જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ કક્ષાઓ (Orbits) માં ભ્રમણ કરી ગતિમાન રહે છે.

પરમાણુનું કદ ખૂબ જ નાનું હોય છે. પરમાણુની ત્રિજ્યા તો કલ્પનાતીત નાની હોય છે. પરમાણુની ત્રિજ્યા 0.3 થી 30 એન્ગસ્ટ્રોમ (Angstrom) ની હોય છે.

એક એન્ગસ્ટ્રોમ એટલે એક સેંટિમીટરનો દસ કરોડમો ભાગ. (1 Å = 10^-8 cm).

તમામ તત્ત્વોના પરમાણુઓમાં સૌથી નાનો પરમાણુ હાઈડ્રોજનનો છે. હાઈડ્રોજન એટમનું દ્રવ્યમાન (mass) 0.0000000000000000000000016735 gram અર્થાત 1.67 x 10^-24 ગ્રામ છે.

પરમાણુશક્તિ કે પરમાણુઊર્જા (Atomic Energy) નો સ્રોત સ્વાભાવિક રીતે પરમાણુ (Atom) એટલે કે તેનું કેંદ્ર (Nucleus) છે. પરમાણુના કેંદ્ર (ન્યુક્લિયસ) માંથી મળતી એનર્જીને આપણે ન્યુક્લિયર એનર્જી (Nuclear Energy) તરીકે ઓળખી શકીએ. પરમાણુ ઊર્જા કે ન્યુક્લિયર એનર્જીના પાયામાં નોબેલ પ્રાઈઝ વિજેતા વિશ્વવિખ્યાત વૈજ્ઞાનિક આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનનું સમીકરણ E = mc² છે, જે દ્રવ્યના ઊર્જામાં રૂપાંતરણને સમજાવે છે. જી હા, દ્રવ્યને ઊર્જામાં પરિવર્તિત કરી શકાય છે.

પરમાણુના કેંદ્ર- એટમના ન્યુક્લિયસ- ના દ્રવ્યને એનર્જીમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે.

એટમના ન્યુક્લિયસમાંથી ન્યુક્લિયર એનર્જી મેળવવા માટે મુખ્ય બે પદ્ધતિઓ છે:

ન્યુક્લિયર ફિઝન (Nuclear Fission) તથા ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન (Nuclear Fusion).

ન્યુક્લિયર ફિઝન એટલે ન્યુક્લિયસનું વિખંડન (ભંજન અથવા તૂટવું). ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન એટલે બે ન્યુક્લિયસનું એકીકરણ થવું (વિલયન).

બંને પદ્ધતિમાં દ્રવ્યના ઊર્જામાં થતાં રૂપાંતરણથી પ્રચંડ ઊર્જા પેદા કરી શકાય છે.

આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનના સમીકરણ E = mc² માં E એટલે ઉત્પન્ન થતી ઊર્જા-એનર્જી (જૂલ Joule યુનિટમાં), m એટલે ઊર્જામાં પરિવર્તિત થતું દ્રવ્યમાન (Mass કિલોગ્રામમાં) અને c અર્થાત પ્રકાશની ગતિ (મીટર પ્રતિ સેકંડ).

સામાન્ય રીતે પ્રકાશનો વેગ આશરે ત્રણ કરોડ મીટર પ્રતિ સેકંડ  ગણાય છે. આમ, આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનનું વિશ્વપ્રસિદ્ધ સમીકરણ E = mc² પદાર્થના દ્રવ્યમાન (Mass) અને ઊર્જા (Energy) વચ્ચે સંબંધ સ્થાપિત કરે છે. પ્રકાશની સ્પીડ 3,00,00,000 મીટર પ્રતિ સેકંડ… અને તેનો પણ વર્ગ! એટલે c² નું મૂલ્ય ખૂબ જ મોટું આવે. પરિણામે, પેદા થતી એનર્જી Eનું મૂલ્ય ખૂબ જ ઊંચું મળે. આમ, તદ્દન નજીવા દ્રવ્યમાનના પદાર્થ (પરમાણુઓ)માં થી પણ પ્રચંડ એનર્જી મેળવી શકાય છે.

ન્યુક્લિયર ફિઝનમાં એક ભારે પરમાણુ-ન્યુક્લિયસનું ખંડન થઈને ઓછા દ્રવ્યવાળા બે પરમાણુ બને છે; ઘટેલું થોડું દ્રવ્ય પ્રચંડ ઊર્જા – એનર્જી- માં રૂપાંતર પામે છે. ઉદાહરણ તરીકે યુરેનિયમ ધાતુ જેવા ભારે તત્ત્વના પરમાણુનું વિખંડન કરવામાં આવે છે ત્યારે તેના થોડા દ્રવ્યનું ઊર્જા – એનર્જી-માં રૂપાંતર થાય છે. એટલે કે ન્યુક્લિયર ફિઝન પ્રક્રિયાને અંતે ઊર્જા (ન્યુક્લિયર એનર્જી) ઉત્પન્ન થાય છે.

ન્યુક્લિયર ફ્યુઝનમાં બે પરમાણુનું એક પરમાણુમાં એકીકરણ થાય છે. બે પરમાણુનું વિલયન થતાં એક નવો પરમાણુ બને છે. અહીં પણ થોડા દ્રવ્યનું ઊર્જા – એનર્જી-માં રૂપાંતર થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે સૂર્ય અને તેના જેવા અગણિત તારાઓમાં સતત ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન પ્રક્રિયાચાલતી રહે છે. સૂર્યમાં હાઈડ્રોજન પરમાણુઓ પરસ્પર અથડાઈ કે સંયોજાઈ કે વિલયન (Fusion) પામી, નવા હિલિયમ પરમાણુઓમાં રૂપાંતરિત થતા રહે છે અને વિકિરણો (radiations)ના રૂપમાં ઊર્જા ફેંકાતી રહે છે. આમ, ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન પ્રક્રિયામાં પણ ઊર્જા (ન્યુક્લિયર એનર્જી) ઉત્પન્ન થાય છે.

એટમ બોંબ મુખ્યત્વે ન્યુક્લિયર ફિઝન પ્રક્રિયા પર આધારિત બોંબ છે; હાઈડ્રોજન બોંબમાં બંને પ્રક્રિયા ભાગ ભજવતી હોવા છતાં મહદ અંશે તે ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન પર આધારિત છે. ટૂંકમાં, એટમ બોંબ તથા હાઈડ્રોજન બોંબ બંને પરમાણુશક્તિના વ્યાવહારિક ઉપયોગની નીપજ છે. આખરે તો, પરમાણુશક્તિનો આવો ઉપયોગ માનવજાત અને પૃથ્વી માટે વિનાશક જ છે.

** ** ** ** ** ** ** ** ** **

* પદાર્થ (મેટર) નો નાનામાં નાનો એકમ પરમાણુ કે એટમ છે તે તથ્ય સામાન્ય વાચક સમજી શકે છે. ઉપર સમજાવ્યું છે તેમ પરમાણુ  અન્ય પાર્ટિકલ્સનો બનેલો છે. ‘મધુસંચય’ પર આપણે આંટીઘૂંટીઓ છોડી સરળ ભાષામાં વિષયો સમજીએ છીએ. બાકી વિજ્ઞાનની દ્રષ્ટિએ  એલિમેંટરી પાર્ટિકલ્સ નવા શોધાતાં રહ્યાં છે. ક્વાર્ક, ન્યુટ્રીનો કે ફર્મિયોન વિશે અહી ચર્ચા નથી કરવી.

* એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ્સ વિષે ખૂબ રસપ્રદ લેખ વાંચવા અહીં ક્લિક કરશો.

બીજા વિશ્વયુદ્ધમાં અમેરિકાએ મેનહટન પ્રૉજેક્ટ અંતર્ગત પરમાણુ બોંબ તૈયાર કર્યા. અમેરિકાએ આ એટમબોંબ  જાપાનના હીરોશિમા – નાગાસાકી શહેરો પર ફેંક્યા અને અકલ્પિત તબાહી સર્જાઈ. આ એટમ બોંબ વિશે જાણવા અહીં ક્લિક કરો.

** ** ** ** ** ** ** ** ** **

 

 

.