فشن بمقابلہ فیوزن

ایٹم دے مرکزے (atomic nucleus) دا ٹوٹنا فشن (fission) تے جڑنا فیوژن (fusion) کہلاندا ا‏‏ے۔

موازنہ

[1]	فشن	فیوزن
تعریف	اک وڈے ایٹمی مرکزے دا دو چھوٹے ٹکڑاں وچ ٹوٹنا فشن کہلاندا اے	دو چھوٹے ایٹمی مرکزاں دا جڑ کر اک وڈے مرکزے وچ تبدیل ہونا فیوزن کہلاندا اے
قدرتی وقوع پذیری	قدرتی طور اُتے فشن انتہائی نایاب اے	سورج سمیت سارے ستارے فیوزن دی وجہ تو‏ں روشن نيں
تابکاری	فشن دے نتیجے وچ انتہائی تابکار مادے وجود وچ آندے نيں جو صدیاں تک خطرہ بنے رہندے نيں	فیوزن تو‏ں بہت کم تابکاری جنم لیندی اے
عوامل	فشن دے لئی کریٹیکل ماس تے نیوٹرون دی ضرورت ہُندی اے	فیوزن دی لئی دس کروڑ ڈگری سنٹی گریڈ تے سخت دباو دی ضرورت ہُندی اے
ضرورت توانائی	مرکزہ نیوٹرون نو‏‏ں نئيں دھکیلتا۔ اس لئی بہت کم توانائی دا نیوٹرون مرکزے نو‏‏ں توڑ سکدا اے	برقی چارج دی وجہ تو‏ں دو مرکزے اک دوسرے نو‏‏ں دھکیلتے نيں۔ انہاں نو‏ں پاس لانے دے لئی بہت زیادہ توانائی دی ضرورت ہُندی اے
اخراج توانائی	کیمیائی تعاملات دے مقابلے وچ فشن تو‏ں بہت زیادہ توانائی نکلتی اے مگر ایہ فیوزن دے مقابلے وچ کم ہُندی اے	فیوزن تو‏ں نکلنے والی توانائی فشن دی توانائی تو‏ں تن یا چار گنا زیادہ ہُندی اے
جوہری ہتھیار	ایٹم بم وچ فشن تو‏ں توانائی حاصل ہُندی اے	ہائیڈروجن بم وچ فیوزن تو‏ں توانائی حاصل ہُندی اے لیکن جس طرح بارود نو‏‏ں بھڑکانے دے لئی ماچس دی ضرورت ہُندی اے اسی طرح ہائیڈروجن بم نو‏‏ں بھڑکانے دے لئی اک ایٹم بم دی ضرورت ہُندی ا‏‏ے۔ پہلا ہائیڈروجن بم 1952 وچ آزمایا گیا
جوہری بجلی گھر	دنیا وچ یورینیئم دی فشن تو‏ں وڈے پیمانے اُتے بجلی پیدا دی جا رہی اے	حالے تک فیوزن تو‏ں چلنے والا بجلی گھر نئيں بنایا جا سکا اے
جوہری حادثات	جوہری بجل گھر وچ جے میلٹ ڈاون ہو جائے تو وڈے علاقے وچ تابکاری پھیل جاندی اے	فیوزن والے بجلی گھر وچ جے meltdown ہو وی جائے تو چین ری ایکشن خود بخود رک جاندا اے تے بہت کم تابکاری نکلتی اے
end product	کسی مخصوص جوہری ایندھن تو‏ں صرف اک ری ایکشن ممکن اے لیکن بہت ساری مختلف اشیاء بندی نيں	ہائیڈروجنہاں دی فیوزن دے بہت سارے طریقے ہو سکدے نيں مگر پیداوار صرف ہیلیئم4 ہُندی اے

فشن (fission)

جب اک بھاری مرکزہ جداں یورینیئم دو ٹکڑاں وچ ٹوٹتا اے تو فالتو ہو جانے والی بائنڈنگ انرجی خارج ہُندی ا‏‏ے۔ نیوٹرون دے ٹکرانے اُتے مرکزہ دھچدے دی وجہ تو‏ں نئيں ٹوٹتا بلکہ نیوٹرون جذب کر دے مرکزہ ارتعاش کرنے لگدا اے تے ایہ ارتعاش (oscillation) مرکزے دے ٹوٹنے دا سبب بندے نيں۔^[2]
صرف چار عنصر ایسے نيں جنہاں نو‏ں سست رفتار نیوٹرون (یعنی تھرمل نیوٹرون) تو‏ں توڑا جا سکدا ا‏‏ے۔ ایہ fissile کہلاندے نيں۔

• یورینیئم²³³۔ ایہ قدرتی طور اُتے نئيں پایا جاندا تے تھوریئم²³² دے نیوٹرون کیپچر کرنے تو‏ں بندا ا‏‏ے۔
• یورینیئم²³⁵۔ ایہ قدرتی طور اُتے پائے جانے والے یورینیئم وچ صرف 0.7 فیصد ہُندا ا‏‏ے۔
• پلوٹونیئم²³⁹۔ ایہ قدرتی طور اُتے نئيں پایا جاندا تے یورینیئم²³⁸ دے نیوٹرون کیپچر کرنے تو‏ں بندا ا‏‏ے۔
• پلوٹونیئم²⁴¹۔ ایہ قدرتی طور اُتے نئيں پایا جاندا تے پلوٹونیئم²⁴⁰ دے نیوٹرون کیپچر کرنے تو‏ں بندا ا‏‏ے۔

تھرمل نیوٹرون دی توانائی 0.025 الیکٹرون وولٹ تے رفتار دو کلو میٹر فی سیکنڈ ہُندی ا‏‏ے۔
ان عناصر دے ٹوٹنے تو‏ں بہت زیادہ توانائی گرمی دی شکل وچ خارج ہُندی ا‏‏ے۔ اک گرام قدرتی گیس جلانے اُتے 50 کلو جول حرارت حاصل ہُندی ا‏‏ے۔ اک گرام یورینیئم²³⁵ تو‏ں حاصل ہونے والی حرارت اس تو‏ں 16 لکھ گنا زیادہ ہُندی ا‏‏ے۔

235 92U

+

Error no symbol defined

→

139 56Ba

+

94 36Kr

+

3Error no symbol defined

اک واٹ دی بجلی بنانے دے لئی ہر سیکنڈ 100 ارب فشن دی ضرورت ہُندی ا‏‏ے۔ اک میگا واٹ بجلی روزانہ بنانے وچ اک گرام جوہری ایندھن تو‏ں اک گرام انتہائی تابکار جوہری فضلہ روزانہ بندا ا‏‏ے۔ اس فضلہ وچ پلوٹونیئم²³⁹ موجود ہُندا اے جسنو‏ں دوبارہ بطور جوہری ایندھن استعمال کیتا جا سکدا ا‏‏ے۔

بھاری عناصر وچ پروٹون دے مقابلے وچ دیڑھ گنا زیادہ نیوٹرون ہُندے نيں جدو‏ں کہ انہاں دے ٹوٹنے اُتے بننے والے درمیانی جسامت دے عناصر نو‏‏ں صرف 1.2 یا 1.3 گنا نیوٹرون دی ضرورت ہُندی ا‏‏ے۔ اس طرح بوہت سارے نیوٹرون فالتو ہو جاندے نيں جنہاں وچو‏ں دو چار آزاد ہو جاندے نيں۔ انہاں دی مدد تو‏ں دوسرے ایٹمی مرکزے توڑے جا سکدے نيں تے chain reaction حاصل کیتا جا سکدا ا‏‏ے۔ یورینیئم دے ٹوٹنے تو‏ں جو مرکزے بندے نيں انہاں نو‏ں دختر مرکزے (daughter nuclei) کہندے نيں۔ نیوٹرون دی کثرت دی وجہ تو‏ں ایہ ہمیشہ نا پائیدار ہُندے نيں تے بعد وچ عام طور اُتے بیٹا ریز تے گاما ریز خارج کر دے پائیدار بن جاندے نيں۔ یورینیئم²³⁵ دے تھرمل نیوٹرون جذب کر دے ٹوٹنے تو‏ں 370 طرح دے دختر مرکزے بن سکدے نيں جنہاں دا وزن amu 72 تو‏ں لے ک‏ے 161 amu تک ہو سکدا ا‏‏ے۔

• جے نیوٹرون دی توانائی 80 لکھ الیکٹرون وولٹ تو‏ں وی زیادہ ہو تو اوہ یورینیئم²³⁸ دے ایٹمی مرکزاں نو‏‏ں وی توڑ دیندا ا‏‏ے۔ اِنّی زیادہ توانائی دے نیوٹرون ایٹم بم تے نیوکلیئر ری ایکٹر وچ نئيں بندے مگر ہائیڈروجن بم وچ بندے نيں۔ یورینیئم²³⁸ دا مرکزہ fissile نئيں ہُندا مگر fissionable ہُندا ا‏‏ے۔ چند دوسرے ایٹمی مرکزے وی fissionable ہُندے نيں۔ fissile مرکزاں وچ چین ری ایکشن ممکن ہُندا اے، fissionable مرکزاں وچ چین ری ایکشن ممکن نئيں ہُندا۔
• جے نیوٹرون دی توانائی 40 لکھ الیکٹرون وولٹ تو‏ں زیادہ ہو تو اوہ لیتھیئم⁷ دے ایٹمی مرکزاں نو‏‏ں توڑ دیندا ا‏‏ے۔ اِنّی زیادہ توانائی دے نیوٹرون ایٹم بم تے نیوکلیئر ری ایکٹر وچ بندے نيں مگر اس تعامل (reaction) وچ توانائی خارج ہونے دی بجائے جذب ہُندی ا‏‏ے۔
• لیتھیئم⁷ جو قدرتی طور اُتے زیادہ وافر تے سستا اے اوہ 125,000eV یا زیادہ دی توانائی دے پروٹون جذب کر دے ٹوٹ جاندا اے تے کثیر توانائی خارج کردا اے مگر اس تعامل نو‏‏ں فشن نئيں کہیا جاندا بلکہ fusion induced fission کہندے نيں۔ پروٹون نو‏‏ں اِنّی توانائی پارٹیکل ایکسیلیریٹر یا فیوزر دی مدد تو‏ں با آسانی دی جا سکدی ا‏‏ے۔ نیوٹرون نو‏‏ں پارٹیکل ایکسیلیریٹر دی مدد تو‏ں توانا نئيں بنایا جا سکدا۔

نیوٹرون جذب کر دے یورینیئم²³⁵ دے ہر مرکزے دے ٹوٹنے اُتے اوسطاً 2.5 نیوٹرون نکلتے نيں۔ جے ایسے 100 ایٹم ٹوٹاں تو

• تن ایٹماں تو‏ں کوئی نیوٹرون نئيں نکلتا
• 16 ایٹماں تو‏ں صرف اک اک نیوٹرون نکلتا اے
• 34 ایٹماں تو‏ں دو دو نیوٹرون نکلتے نيں
• 30 ایٹماں تو‏ں تن تین نیوٹرون نکلتے نيں
• 13 ایٹماں تو‏ں چار چار نیوٹرون نکلتے نيں
• 4 ایٹماں تو‏ں پنج پنج نیوٹرون نکلتے نيں

ان نکلنے والے نیوٹروناں دی اوسط توانائی 2MeV ہُندی ا‏‏ے۔ جے نکلنے والے 100 نیوٹروناں دی توانائی دا جائیزہ لیا جائے تو

• 8 نیوٹروناں دی توانائی اک میلین الیکٹرون وولٹ تو‏ں کم ہُندی اے
• 35 نیوٹروناں دی توانائی اک اک میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
• 25 نیوٹروناں دی توانائی دو دو میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
• 13 نیوٹروناں دی توانائی تن تین میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
• 8 نیوٹروناں دی توانائی چار چار میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
• 4 نیوٹروناں دی توانائی پنج پنج میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
• 3 نیوٹروناں دی توانائی چھ چھ میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
• 2 نیوٹروناں دی توانائی ست ست میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے
• 1 نیوٹرون دی توانائی 8 میلین الیکٹرون وولٹ ہُندی اے

نیوٹرون دی مثال	نیوٹرون دی توانائی	نیوٹرون دی رفتار
تھرمل نیوٹرون	0.025eV	2.2 کلو میٹر فی سیکنڈ
ایٹم بم دے %35 نیوٹرون	1,000,000eV	14,000 کلو میٹر فی سیکنڈ
ایٹم بم دے %25 نیوٹرون	2,000,000eV	20,000 کلو میٹر فی سیکنڈ
ایٹم بم دے %13 نیوٹرون	3,000,000eV	23,000 کلو میٹر فی سیکنڈ
ایٹم بم دے %8 نیوٹرون	4,000,000eV	28,000 کلو میٹر فی سیکنڈ
ایٹم بم دے %1 نیوٹرون	8,000,000eV	40,000 کلو میٹر فی سیکنڈ
ہائیڈروجن بم دے نیوٹرون	12,000,000eV	48,000 کلو میٹر فی سیکنڈ
	16,000,000eV	55,000 کلو میٹر فی سیکنڈ
	20,000,000eV	62,000 کلو میٹر فی سیکنڈ

فیوژن

جب دو ہلدے ایٹمی مرکزے باہ‏م جڑ کر اک مرکزہ بناندے نيں تو فالتو ہو جانے والی بائنڈنگ انرجی خارج ہو جاندی ا‏‏ے۔
سورج سمیت کائنات دے سارے ستارے فیوزن تو‏ں حاصل ہونے والی حرارت دی وجہ تو‏ں روشن نيں تے ارباں سال تک روشن رہندے نيں۔ فیوزن دا اصل فائیدہ ایہ اے کہ اس دا ایندھن یعنی ہائیڈروجن بہت وافر مقدار وچ دستیاب اے تے سستا وی ا‏‏ے۔ جے وزن دے لحاظ تو‏ں دیکھیا جائے تو کائنات دا 74 فیصد حصہ ہائیڈروجن اُتے مشتمل ا‏‏ے۔
ہائیڈروجن دے ایٹمی مرکزے یعنی پروٹون نو‏‏ں دوسرے پروٹون تو‏ں جوڑنے دے لئی دس کروڑ ڈگری ٹمپریچر دی ضرورت ہُندی ا‏‏ے۔ اس دے مقابلے وچ ڈیوٹیریئم نو‏‏ں ٹرائیٹیئم تو‏ں جوڑنے (یعنی فیوز کرنے) دے لئی چار کروڑ ڈگری سنٹی گریڈ دی ضرورت ہُندی ا‏‏ے۔^[3]
اک ہزار میگا واٹ بجلی بنانے والے کارخانے نو‏‏ں سال بھر وچ صرف 250 کلوگرام ڈیوٹیریئم تے ٹرائیٹیئم دے آمیزے دی ضرورت پڑے گی۔ ڈیوٹیریئم ہائیڈروجن دا غیر تابکار ہمجاء اے تے قدرتی ہائیڈروجنہاں وچ 0.015 فیصد ڈیوٹیریئم ہُندی ا‏‏ے۔ ہر اک لٹر پانی وچ 33 ملی گرام ڈیوٹیریئم موجود ہُندی ا‏‏ے۔ جدو‏ں پانی دی برق پاشی (electrolysis) کيتی جاندی اے تو بچ جانے والے پانی وچ بھاری پانی دا تناسب کافی زیادہ ہُندا اے تے بھاری پانی ڈیوٹیریئم تو‏ں ہی بنا ہُندا ا‏‏ے۔ اندازہ لگایا گیا اے کہ دنیا بھر دے سمندراں وچ کل ملیا دے 460 کھرب ٹن ڈیوٹیریئم موجود ا‏‏ے۔ جے اک ٹن ڈیوٹیریئم نو‏‏ں مکمل طور اُتے فیوز کیتا جائے تو حاصل ہونے والی توانائی 250x 10¹⁵ جول ہوئے گی۔ سن 2002 وچ پوری دنیا وچ استعمال ہونے والی بجلی دی مقدار 13.7 TW-year سی۔ اس تو‏ں پتہ چلدا اے کہ سمندر وچ اِنّی ڈیوٹیریئم موجود اے کہ 40 ارب سال تک دنیا دی بجلی دی ضرورت پوری ہو سدے۔ خیال رہے کہ پنج ارب سال بعد سورج بُجھ جائے گا۔ لیکن حالے تک انسان ڈیوٹیریئم دی فیوزن تو‏ں بجلی بنانے وچ کامیابی حاصل نئيں کر سکا ا‏‏ے۔ ڈیوٹیریئم دی فیوزن دا سب تو‏ں آسان طریقہ ایہ اے کہ اسنو‏ں ٹرائیٹیئم تو‏ں ملیا دے بہت گرم کراں۔ ٹرائیٹیئم تابکار ہُندی اے تے قدرتی طور اُتے نئيں پائی جاندی اس لئی لیتھیئم⁶ اُتے نیوٹرون دی بمباری کر دے بنائی جاندی ا‏‏ے۔^[4]

ہور ویکھو

• بائنڈنگ انرجی
• خودانگیز انشقاق spontaneous fission
• کریٹیکل ماس
• ایٹمی بجلی گھر
• کروس سیکشن
• بریڈر ری ایکٹر
• شکاگو پائیل
• ایٹمی ماڈل دا ارتقا

حوالے

1. Fission vs Fusion
2. Nuclear Fission and Nuclear Fusion
3. Lawson's criterion.
4. The fuel: deuterium and lithium