নিউক্লিয়ার ফিউশন ও ফিশান বিক্রিয়ায় কেন শক্তি উৎপন্ন হয়?

নিউক্লিয় ফিউশন শক্তি হচ্ছে সেই শক্তি যেটা কোনো পরমাণুকে তার উপাদানগুলোয় বিভাজিত করতে প্রয়োজন হয়। এই উপাদান অংশকগুলো হল নিউট্রন এবং প্রোটন। এদেরকে একত্রে নিউক্লিয়ন বলা হয়। নিউক্লিয়াসের বন্ধন শক্তির কারণ নিউক্লিয়নগুলোর একে অপরের সাথে আকর্ষণ বল এবং সাধারণত নিউক্লিয়াসের প্রোটন ও নিউট্রনকে আলাদা করতে প্রয়োজনীয় শক্তি একটি ধনাত্মক মান। একটি পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের ভর এদের প্রোটন ও নিউট্রনের পৃথক পৃথক ভরের সমষ্টি অপেক্ষা কম (আইনস্টাইনের ভরশক্তি সমীকরণ E=mc অনুসারে)। এই হারানো ভরটুকুকে পদার্থবিজ্ঞানে বলা হয় ভর ত্রুটি এবং এটি নিউক্লিয়াস গঠনের সময়ে বিমুক্ত শক্তির বর্ণনা করে। নিউক্লিয় বন্ধন শক্তি বলতে শক্তির ভারসাম্য রক্ষাও বোঝায় যে প্রক্রিয়ায় নিউক্লিয়াস ভেঙে এক বা একাধিক নিউক্লিয়নে পরিণত হয়। যখন হালকা নিউক্লিয়াসের গলন হয় অথবা ভারী নিউক্লিয়াসের ভাঙন হয় উভয় প্রক্রিয়াতেই এই বন্ধন শক্তি উন্মুক্ত হতে পারে। এই শক্তি নিউক্লিয় শক্তি হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে অথবা বিদ্যুৎ উৎপাদনে বা নিউক্লিয় অস্ত্র তৈরিতেও ব্যবহার করা যায়। যখন কোনো বড় পরমাণু ছোট ভাগে ভেঙে যায়, অতিরিক্ত শক্তি ফোটনের (গামা রশ্মি) আকারে এবং নিক্ষিপ্ত বিভিন্ন কণাসমূহের গতিশক্তি হিসেবে নির্গত হয় (নিউক্লিয় ফিশনের উৎপাদ)। নিউক্লিয় বন্ধন শক্তি এবং বলসমূহ হাইড্রোজেনের মত হালকা পরমাণুর ইলেকট্রন বন্ধন শক্তির চেয়ে ১০ লক্ষ গুণ বেশি। একটি নিউক্লিয়াসের ভরত্রুটি হচ্ছে ঐ নিউক্লিয়াসের বন্ধন শক্তি। এটি হল নিউক্লিয়াসের ভর এবং নিউক্লিয়নগুলোর ভরসমষ্টির পার্থক্য। নিউক্লিয় ফিশন(neuclear fission) একটি নিউক্লিয়ার বিক্রিয়া যেখানে পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের ভাঙন ঘটে এবং তা ক্ষুদ্রাতিক্ষুদ্র অংশে বিভক্ত হয়। সাধারণভাবে যে সকল পরমাণুর পারমাণবিক সংখ্যা ৯২ বা তার বেশি তারা ফিশন বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। এক্ষেত্রে নিউক্লিয়াস নিউট্রন এবং অপেক্ষাকৃত কম ভরবিশিষ্ট নিউক্লিয়াসে পরিণত হয়। এই নিউক্লিয়ার বিক্রিয়ার ফলে গামা রশ্মির আকারে ফোটন নির্গত হয়। ভারী পদার্থের ক্ষেত্রে নিউক্লিয় ফিশন একটি তাপ উৎপাদী বিক্রিয়া যা বিপুল পরিমাণ শক্তি নির্গত করে। এই শক্তি তড়িৎ-চুম্বকীয় বিকিরণ বা গতিশক্তিরূপে নির্গত হতে পারে।(প্রায় ২০০ MeV) শক্তি উৎপাদনের জন্য বিভাজন বিক্রিয়ায় উৎপন্ন পদার্থের মোট বন্ধন শক্তি অবশ্যই প্রাথমিক পদার্থের বন্ধন শক্তির তুলনায় বেশি হতে হবে। উৎপন্ন পদার্থ এক্ষেত্রে প্রাথমিক পদার্থের তুলনায় সম্পূর্ণ ভিন্ন। নিউক্লিয়ার পদার্থবিজ্ঞান এবং নিউক্লিয় রসায়নে বিভাজন বিক্রিয়া সম্পর্কে আলোচনা করা হয়। পারমাণবিক শক্তি উৎপাদনের জন্য বিভাজন বিক্রিয়া ব্যবহৃত হয়। এছাড়া পারমাণবিক অস্ত্রের বিস্ফোরণ সরিয়ে নেবার জন্যও এই বিক্রিয়া ব্যবহৃত হয়। উভয় পদ্ধতিই সম্ভব হয়েছে কারণ কিছু কিছু পদার্থ যাদেরকে পারমাণবিক জ্বালানি বলে, তারা মুক্ত নিউট্রনের আঘাতের ফলে এই ফিশন বিক্রিয়া ঘটায়। এর ফলে শিকল বিক্রিয়ার মাধ্যমে শক্তি উৎপন্ন হয়। পারমাণবিক চুল্লীতে এই বিক্রিয়াকে নিয়ন্ত্রিতভাবে ঘটাতে না পারলে ব্যাপক বিস্ফোরণ ঘটতে পারে। নিউক্লিয় শক্তি পারমাণবিক বিক্রিয়া বা তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ে নিউক্লিয় শক্তি নির্গত বা শোষিত হয়। যেক্ষেত্রে শক্তি শোষিত হয় তাদের অন্তঃতাপীয় প্রক্রিয়া এবং যেসব ক্ষেত্রে শক্তি নির্গত হয় তাদের বহিঃতাপীয় প্রক্রিয়া বলা হয়। প্রবেশকৃত এবং নির্গত কণাদের কারণে নিউক্লিয় রূপান্তরে নিউক্লিয় বন্ধন শক্তির পার্থক্যের ফলে শক্তি শোষিত বা বিমুক্ত হয়। সর্বাধিক পরিচিত বহিঃতাপীয় নিউক্লিয় রূপান্তর ফিশন এবং গলন (ফিউশন)। ইউরেনিয়াম প্লুটোনিয়ামের মত ভারী পরমাণুর পারমাণবিক ভেঙে হালকা নিউক্লিয়াসবিশিষ্ট পরমাণুতে পরিণত হওয়ার সময় নিউক্লিয় শক্তি বিমুক্ত হয়। বিশ্বব্যাপী শতাধিক স্থানে ফিশন থেকে প্রাপ্ত শক্তি বৈদ্যুতিক শক্তি উৎপাদন করতে ব্যবহৃত হয়। পারমাণবিক গলনেও নিউক্লিয় শক্তি বিমুক্ত হয়। এক্ষেত্রে হাইড্রোজেনের মত হালকা একাধিক নিউক্লিয়াস সংযুক্ত হয়ে অপেক্ষাতর ভারী নিউক্লিয়াস (যেমন, হিলিয়াম) গঠন করে। সূর্য এবং অন্যান্য তারাগুলোও ঠিক এই প্রক্রিয়াতেই শক্তি উৎপন্ন করে যা পরবর্তীতে নক্ষত্রপৃষ্ঠ থেকে তাপীয় শক্তি হিসেবে বিকিরিত হয়। এটা এক ধরনের নাক্ষত্রিক নিউক্লিয় সংশ্লেষণ। যেকোনো নিউক্লিয় প্রক্রিয়ায়, ভর শক্তিতে রূপান্তরিত হয় যা তাপ হিসেবে পাওয়া যায়। কোনো নিউক্লিয় রূপান্তরে বিমুক্ত বা শোষিত শক্তির পরিমাণ হিসেব করতে অবশ্যই রূপান্তরে অংশ নেয়া নিউক্লিয় অংশক উপাদানগুলোর নিউক্লিয় বন্ধন শক্তির মান জানতে হবে।

নিউক্লিয় ফিউশন শক্তি হচ্ছে সেই শক্তি যেটা কোনো পরমাণুকে তার উপাদানগুলোয় বিভাজিত করতে প্রয়োজন হয়। এই উপাদান অংশকগুলো হল নিউট্রন এবং প্রোটন। এদেরকে একত্রে নিউক্লিয়ন বলা হয়। নিউক্লিয়াসের বন্ধন শক্তির কারণ নিউক্লিয়নগুলোর একে অপরের সাথে আকর্ষণ বল এবং সাধারণত নিউক্লিয়াসের প্রোটন ও নিউট্রনকে আলাদা করতে প্রয়োজনীয় শক্তি একটি ধনাত্মক মান। একটি পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের ভর এদের প্রোটন ও নিউট্রনের পৃথক পৃথক ভরের সমষ্টি অপেক্ষা কম (আইনস্টাইনের ভরশক্তি সমীকরণ E=mc অনুসারে)। এই হারানো ভরটুকুকে পদার্থবিজ্ঞানে বলা হয় ভর ত্রুটি এবং এটি নিউক্লিয়াস গঠনের সময়ে বিমুক্ত শক্তির বর্ণনা করে। নিউক্লিয় বন্ধন শক্তি বলতে শক্তির ভারসাম্য রক্ষাও বোঝায় যে প্রক্রিয়ায় নিউক্লিয়াস ভেঙে এক বা একাধিক নিউক্লিয়নে পরিণত হয়। যখন হালকা নিউক্লিয়াসের গলন হয় অথবা ভারী নিউক্লিয়াসের ভাঙন হয় উভয় প্রক্রিয়াতেই এই বন্ধন শক্তি উন্মুক্ত হতে পারে। এই শক্তি নিউক্লিয় শক্তি হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে অথবা বিদ্যুৎ উৎপাদনে বা নিউক্লিয় অস্ত্র তৈরিতেও ব্যবহার করা যায়। যখন কোনো বড় পরমাণু ছোট ভাগে ভেঙে যায়, অতিরিক্ত শক্তি ফোটনের (গামা রশ্মি) আকারে এবং নিক্ষিপ্ত বিভিন্ন কণাসমূহের গতিশক্তি হিসেবে নির্গত হয় (নিউক্লিয় ফিশনের উৎপাদ)। নিউক্লিয় বন্ধন শক্তি এবং বলসমূহ হাইড্রোজেনের মত হালকা পরমাণুর ইলেকট্রন বন্ধন শক্তির চেয়ে ১০ লক্ষ গুণ বেশি। একটি নিউক্লিয়াসের ভরত্রুটি হচ্ছে ঐ নিউক্লিয়াসের বন্ধন শক্তি। এটি হল নিউক্লিয়াসের ভর এবং নিউক্লিয়নগুলোর ভরসমষ্টির পার্থক্য। নিউক্লিয় ফিশন(neuclear fission) একটি নিউক্লিয়ার বিক্রিয়া যেখানে পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের ভাঙন ঘটে এবং তা ক্ষুদ্রাতিক্ষুদ্র অংশে বিভক্ত হয়। সাধারণভাবে যে সকল পরমাণুর পারমাণবিক সংখ্যা ৯২ বা তার বেশি তারা ফিশন বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। এক্ষেত্রে নিউক্লিয়াস নিউট্রন এবং অপেক্ষাকৃত কম ভরবিশিষ্ট নিউক্লিয়াসে পরিণত হয়। এই নিউক্লিয়ার বিক্রিয়ার ফলে গামা রশ্মির আকারে ফোটন নির্গত হয়। ভারী পদার্থের ক্ষেত্রে নিউক্লিয় ফিশন একটি তাপ উৎপাদী বিক্রিয়া যা বিপুল পরিমাণ শক্তি নির্গত করে। এই শক্তি তড়িৎ-চুম্বকীয় বিকিরণ বা গতিশক্তিরূপে নির্গত হতে পারে।(প্রায় ২০০ MeV) শক্তি উৎপাদনের জন্য বিভাজন বিক্রিয়ায় উৎপন্ন পদার্থের মোট বন্ধন শক্তি অবশ্যই প্রাথমিক পদার্থের বন্ধন শক্তির তুলনায় বেশি হতে হবে। উৎপন্ন পদার্থ এক্ষেত্রে প্রাথমিক পদার্থের তুলনায় সম্পূর্ণ ভিন্ন। নিউক্লিয়ার পদার্থবিজ্ঞান এবং নিউক্লিয় রসায়নে বিভাজন বিক্রিয়া সম্পর্কে আলোচনা করা হয়। পারমাণবিক শক্তি উৎপাদনের জন্য বিভাজন বিক্রিয়া ব্যবহৃত হয়। এছাড়া পারমাণবিক অস্ত্রের বিস্ফোরণ সরিয়ে নেবার জন্যও এই বিক্রিয়া ব্যবহৃত হয়। উভয় পদ্ধতিই সম্ভব হয়েছে কারণ কিছু কিছু পদার্থ যাদেরকে পারমাণবিক জ্বালানি বলে, তারা মুক্ত নিউট্রনের আঘাতের ফলে এই ফিশন বিক্রিয়া ঘটায়। এর ফলে শিকল বিক্রিয়ার মাধ্যমে শক্তি উৎপন্ন হয়। পারমাণবিক চুল্লীতে এই বিক্রিয়াকে নিয়ন্ত্রিতভাবে ঘটাতে না পারলে ব্যাপক বিস্ফোরণ ঘটতে পারে। নিউক্লিয় শক্তি পারমাণবিক বিক্রিয়া বা তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ে নিউক্লিয় শক্তি নির্গত বা শোষিত হয়। যেক্ষেত্রে শক্তি শোষিত হয় তাদের অন্তঃতাপীয় প্রক্রিয়া এবং যেসব ক্ষেত্রে শক্তি নির্গত হয় তাদের বহিঃতাপীয় প্রক্রিয়া বলা হয়। প্রবেশকৃত এবং নির্গত কণাদের কারণে নিউক্লিয় রূপান্তরে নিউক্লিয় বন্ধন শক্তির পার্থক্যের ফলে শক্তি শোষিত বা বিমুক্ত হয়। সর্বাধিক পরিচিত বহিঃতাপীয় নিউক্লিয় রূপান্তর ফিশন এবং গলন (ফিউশন)। ইউরেনিয়াম প্লুটোনিয়ামের মত ভারী পরমাণুর পারমাণবিক ভেঙে হালকা নিউক্লিয়াসবিশিষ্ট পরমাণুতে পরিণত হওয়ার সময় নিউক্লিয় শক্তি বিমুক্ত হয়। বিশ্বব্যাপী শতাধিক স্থানে ফিশন থেকে প্রাপ্ত শক্তি বৈদ্যুতিক শক্তি উৎপাদন করতে ব্যবহৃত হয়। পারমাণবিক গলনেও নিউক্লিয় শক্তি বিমুক্ত হয়। এক্ষেত্রে হাইড্রোজেনের মত হালকা একাধিক নিউক্লিয়াস সংযুক্ত হয়ে অপেক্ষাতর ভারী নিউক্লিয়াস (যেমন, হিলিয়াম) গঠন করে। সূর্য এবং অন্যান্য তারাগুলোও ঠিক এই প্রক্রিয়াতেই শক্তি উৎপন্ন করে যা পরবর্তীতে নক্ষত্রপৃষ্ঠ থেকে তাপীয় শক্তি হিসেবে বিকিরিত হয়। এটা এক ধরনের নাক্ষত্রিক নিউক্লিয় সংশ্লেষণ। যেকোনো নিউক্লিয় প্রক্রিয়ায়, ভর শক্তিতে রূপান্তরিত হয় যা তাপ হিসেবে পাওয়া যায়। কোনো নিউক্লিয় রূপান্তরে বিমুক্ত বা শোষিত শক্তির পরিমাণ হিসেব করতে অবশ্যই রূপান্তরে অংশ নেয়া নিউক্লিয় অংশক উপাদানগুলোর নিউক্লিয় বন্ধন শক্তির মান জানতে হবে।