सहज विखंडन

सहज विखंडन (SF) रेडियोधर्मी क्षय का एक रूप है जो केवल बहुत भारी रासायनिक तत्व ों में पाया जाता है। तत्वों की परमाणु बंधन ऊर्जा लगभग 56 की परमाणु द्रव्यमान संख्या (जैसे, लोहा -56 ) पर अपनी अधिकतम तक पहुँचती है; अधिक परमाणु द्रव्यमान संख्या में छोटे नाभिकों और कुछ अलग-थलग परमाणु कण ों में सहज विखंडन संभव हो जाता है।^[1]

इतिहास

1908 तक, भौतिकविदों ने समझा कि अल्फा क्षय में एक क्षयकारी परमाणु से हीलियम नाभिक की अस्वीकृति शामिल है।^[2] क्लस्टर क्षय की तरह, अल्फा क्षय को आमतौर पर विखंडन की प्रक्रिया के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जाता है।^[3] खोजी गई पहली परमाणु विखंडन प्रक्रिया न्यूट्रॉन द्वारा प्रेरित विखंडन थी। क्योंकि ब्रह्मांडीय किरणें कुछ न्यूट्रॉन उत्पन्न करती हैं, प्रेरित और सहज घटनाओं के बीच अंतर करना मुश्किल था। ब्रह्मांडीय किरणों को चट्टान या पानी की मोटी परत द्वारा मज़बूती से परिरक्षित किया जा सकता है। सहज विखंडन की पहचान 1940 में सोवियत संघ के भौतिकविदों जॉर्ज फ्लायरोव और कॉन्स्टेंटिन पेट्रज़ाक द्वारा की गई थी।^[4]^[5] मॉस्को मेट्रो डिनैमो (मास्को मेट्रो ) स्टेशन में यूरेनियम की उनकी टिप्पणियों से, 60 metres (200 ft) भूमिगत।^[6]

व्यवहार्यता

मौलिक

स्वतःस्फूर्त विखंडन केवल 232 परमाणु द्रव्यमान इकाइयों या अधिक के परमाणु द्रव्यमान के लिए व्यावहारिक अवलोकन समय पर होता है। ये कम से कम थोरियम-232 जितने भारी नाभिक हैं—जिसका आधा जीवन ब्रह्मांड की आयु से कुछ अधिक लंबा है। ²³²वां, ²³⁵यू, और ²³⁸यू मौलिक न्यूक्लाइड हैं और उनके खनिजों में सहज विखंडन के सबूत छोड़े हैं।

सहज विखंडन के लिए अतिसंवेदनशील ज्ञात तत्व सिंथेटिक उच्च-परमाणु-संख्या एक्टिनाइड ्स और परमाणु संख्या 100 आगे के साथ ट्रांसएक्टिनाइड ्स हैं।

स्वाभाविक रूप से होने वाले थोरियम-232, यूरेनियम-235 , और यूरेनियम-238 के लिए, सहज विखंडन शायद ही कभी होता है, लेकिन इन परमाणुओं के रेडियोधर्मी क्षय के विशाल बहुमत में अल्फा क्षय या बीटा क्षय होता है। इसलिए, इन तत्वों के नमूने की रेडियोधर्मिता का पता लगाने के लिए सटीक शाखाओं के अनुपात का उपयोग करने के अलावा, या उन अनुप्रयोगों में जो विखंडन न्यूट्रॉन की मामूली संख्या के प्रति बहुत संवेदनशील हैं (जैसे परमाणु हथियार डिजाइन ) के अलावा, इन आइसोटोप का सहज विखंडन आमतौर पर नगण्य है ).

गणितीय

तरल ड्रॉप मॉडल लगभग भविष्यवाणी करता है कि सहज विखंडन इतने कम समय में हो सकता है कि वर्तमान विधियों द्वारा देखा जा सके

{\hbox{Z}}^{2}/{\hbox{A}}\approx 47.

जहाँ Z परमाणु संख्या है और A द्रव्यमान संख्या है (जैसे, $Z 2 / A = 36$ यूरेनियम -235 के लिए)। हालांकि, ओगानेसन-294 को छोड़कर कोई भी ज्ञात रेडियोधर्मी समस्थानिक 47 (लगभग 47.36) के मान तक नहीं पहुंचता है, क्योंकि मजबूत खोल प्रभावों के कारण तरल ड्रॉप मॉडल सबसे भारी ज्ञात नाभिक के लिए बहुत सटीक नहीं है।

सहज विखंडन दर

उनके जेड के आधार पर विभिन्न न्यूक्लाइड्स का सहज विखंडन आधा जीवन²/ एक अनुपात। एक ही तत्व के न्यूक्लाइड एक लाल रेखा से जुड़े होते हैं। हरी रेखा आधे जीवन की ऊपरी सीमा को दर्शाती है। डेटा से लिया गया :fr:फिशन स्पोंटेनी#नोयाक्स डिक्रोइसैंट पार फिशन स्पोंटेनी।

Spontaneous fission rates^[7]
Nuclide	Half-life (yrs)	Fission rate (% of decays)	Neutrons per		Spontaneous half-life (yrs)	Z²/A
Nuclide	Half-life (yrs)	Fission rate (% of decays)	Fission	Gram-sec	Spontaneous half-life (yrs)	Z²/A
²³⁵ U	7.04·10⁸	2.0·10⁻⁷	1.86	000.0003	3.5·10¹⁷	36.0
²³⁸ U	4.47·10⁹	5.4·10⁻⁵	2.07	000.0136	8.4·10¹⁵	35.6
²³⁹ Pu	24100	4.4·10⁻¹⁰	2.16	000.022	5.5·10¹⁵	37.0
²⁴⁰ Pu	06569	5.0·10⁻⁶	2.21	920	1.16·10¹¹	36.8
²⁵⁰ Cm	08300^[8]	~74	3.31	01.6·10¹⁰	1.12·10⁴	36.9
²⁵² Cf	02.6468^[9]	3.09	3.73	02.3·10¹²	85.7	38.1

व्यवहार में, ²³⁹पु में हमेशा शामिल होता है ²⁴⁰पु की प्रवृत्ति के कारण ²³⁹पु उत्पादन के दौरान एक अतिरिक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए। ²⁴⁰पु की सहज विखंडन की उच्च दर इसे एक अवांछनीय संदूषक बनाती है। हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम में 7.0% से अधिक नहीं होता है ²⁴⁰पु.

शायद ही कभी इस्तेमाल किए जाने वाले बंदूक-प्रकार के विखंडन हथियार | बंदूक-प्रकार के परमाणु बम में लगभग एक मिलीसेकंड का महत्वपूर्ण सम्मिलन समय होता है, और इस समय अंतराल के दौरान विखंडन की संभावना कम होनी चाहिए। इसलिए केवल ²³⁵यू उपयुक्त है। लगभग सभी परमाणु बम किसी न किसी प्रकार के परमाणु हथियार डिजाइन#विस्फोट-प्रकार के हथियार का उपयोग करते हैं।

जब एक नाभिक सुपर विरूपण से गुजरता है तो स्वतःस्फूर्त विखंडन बहुत तेजी से हो सकता है।

पोइसन प्रक्रिया

सहज विखंडन प्रेरित परमाणु विखंडन के समान ही परिणाम देता है। हालांकि, रेडियोधर्मी क्षय के अन्य रूपों की तरह, यह क्वांटम टनलिंग के कारण होता है, बिना परमाणु को न्यूट्रॉन या अन्य कण द्वारा प्रेरित परमाणु विखंडन के रूप में मारा जाता है। स्वतःस्फूर्त विखंडन न्यूट्रॉन छोड़ते हैं जैसा कि सभी विखंडन करते हैं, इसलिए यदि एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान मौजूद है, तो एक सहज विखंडन एक आत्मनिर्भर श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू कर सकता है। रेडियोआइसोटोप जिनके लिए सहज विखंडन नगण्य नहीं है, न्यूट्रॉन स्रोतों के रूप में उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कलिफ़ोरनियम -252 (अर्ध-जीवन 2.645 वर्ष; एसएफ शाखा अनुपात 3.1%) इस उद्देश्य के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। जारी किए गए न्यूट्रॉन का उपयोग छिपे हुए विस्फोटकों के लिए एयरलाइन सामान का निरीक्षण करने, राजमार्ग और भवन निर्माण में मिट्टी की नमी की मात्रा को मापने के लिए या साइलो में संग्रहीत सामग्री की नमी को मापने के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए।

जब तक सहज विखंडन ऐसे विखंडन से गुजरने वाले नाभिकों की संख्या में नगण्य कमी देता है, तब तक इस प्रक्रिया को पोइसन प्रक्रिया के रूप में बारीकी से अनुमानित किया जा सकता है। इस स्थिति में, थोड़े समय के अंतराल के लिए विखंडन की संभावना सीधे समय की लंबाई के समानुपाती होती है।

यूरेनियम-238 और यूरेनियम-235 का सहज विखंडन यूरेनियम युक्त खनिजों की क्रिस्टल संरचना में क्षति के निशान छोड़ देता है जब विखंडन के टुकड़े उनके माध्यम से हट जाते हैं। ये ट्रेल्स, या विखंडन ट्रैक, रेडियोमेट्रिक डेटिंग पद्धति की नींव हैं, जिसे विखंडन ट्रैक डेटिंग कहा जाता है।

यह भी देखें

प्राकृतिक परमाणु विखंडन रिएक्टर

↑ Sadhukhan, Jhilam (29 October 2020). "सहज विखंडन के लिए सूक्ष्म सिद्धांत". Frontiers in Physics. 8: 567171. Bibcode:2020FrP.....8..418S. doi:10.3389/fphy.2020.567171.
↑ Rutherford, E.; Royds, T. (1908). "XXIV. रेडियम उत्सर्जन का स्पेक्ट्रम". Philosophical Magazine. series 6. 16 (92): 313–317. doi:10.1080/14786440808636511.
↑ Santhosh, K P; Biju, R K (1 January 2009). "(294-326) 122 समस्थानिकों में अल्फा क्षय, क्लस्टर क्षय और सहज विखंडन". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. 36 (1): 015107. Bibcode:2009JPhG...36a5107S. doi:10.1088/0954-3899/36/1/015107.
↑ Scharff-Goldhaber, G.; Klaiber, G. S. (1946). "यूरेनियम से न्यूट्रॉन का स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन". Phys. Rev. 70 (3–4): 229. Bibcode:1946PhRv...70..229S. doi:10.1103/PhysRev.70.229.2.
↑ "इगोर सुत्यागिन: परमाणु हथियारों की भूमिका और इसके संभावित भविष्य के मिशन". Nato.int. Retrieved 7 July 2022.
↑ Petrzhak, Konstantin. "सहज विखंडन की खोज कैसे हुई" (in русский).
↑ Shultis, J. Kenneth; Faw, Richard E. (2008). Fundamentals of Nuclear Science and Engineering. CRC Press. pp. 141 (table 6.2). ISBN 978-1-4200-5135-3.
↑ Entry at periodictable.com
↑ Entry at periodictable.com

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बाहरी कड़ियाँ

The LIVEChart of Nuclides - IAEA with filter on spontaneous fission decay

श्रेणी:परमाणु भौतिकी श्रेणी: परमाणु विखंडन श्रेणी: न्यूट्रॉन स्रोत श्रेणी:रेडियोधर्मिता

[1] Sadhukhan, Jhilam (29 October 2020). "सहज विखंडन के लिए सूक्ष्म सिद्धांत". Frontiers in Physics. 8: 567171. Bibcode:2020FrP.....8..418S. doi:10.3389/fphy.2020.567171.

[2] Rutherford, E.; Royds, T. (1908). "XXIV. रेडियम उत्सर्जन का स्पेक्ट्रम". Philosophical Magazine. series 6. 16 (92): 313–317. doi:10.1080/14786440808636511.

[3] Santhosh, K P; Biju, R K (1 January 2009). "(294-326) 122 समस्थानिकों में अल्फा क्षय, क्लस्टर क्षय और सहज विखंडन". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. 36 (1): 015107. Bibcode:2009JPhG...36a5107S. doi:10.1088/0954-3899/36/1/015107.

[4] Scharff-Goldhaber, G.; Klaiber, G. S. (1946). "यूरेनियम से न्यूट्रॉन का स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन". Phys. Rev. 70 (3–4): 229. Bibcode:1946PhRv...70..229S. doi:10.1103/PhysRev.70.229.2.

[5] "इगोर सुत्यागिन: परमाणु हथियारों की भूमिका और इसके संभावित भविष्य के मिशन". Nato.int. Retrieved 7 July 2022.

[6] Petrzhak, Konstantin. "सहज विखंडन की खोज कैसे हुई" (in русский).

[7] Shultis, J. Kenneth; Faw, Richard E. (2008). Fundamentals of Nuclear Science and Engineering. CRC Press. pp. 141 (table 6.2). ISBN 978-1-4200-5135-3.

[8] Entry at periodictable.com

[9] Entry at periodictable.com

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