अणुकेंद्रकीय अभिक्रिया (Nuclear reaction)

अणुकेंद्रात घडणारी प्रक्रिया, ज्यात अणुकेंद्राची रचना बदलते आणि त्यातून ऊर्जा, नवीन कण किंवा नवीन अणुकेंद्रे निर्माण होतात. या अभिक्रियांमध्ये अणुकेंद्रातील प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन यांच्या परस्परसंयोजनाचा सहभाग असतो. त्यामुळे ही अभिक्रिया रासायनिक अभिक्रियांपेक्षा मूलभूत स्वरूपाची प्रक्रिया मानली जाते.

अणुकेंद्रकीय अभिक्रियेचा शोध विसाव्या शतकाच्या प्रारंभी लागला. किरणोत्सारिता घटनेच्या अभ्यासातून अणुकेंद्राची अंतर्गत रचना स्पष्ट होत गेली. अर्नेस्ट रदरफोर्ड यांनी केलेल्या प्रकीर्णन प्रयोगांमधून अणुकेंद्राची संकल्पना दृढ झाली आणि पुढे अणुकेंद्रात रूपांतरणे होऊ शकतात हे सिद्ध झाले. अणुकेंद्रातील कणांमध्ये अतिशय प्रबळ अणुकेंद्रीय बल (nuclear force) कार्य करते, हे या अभ्यासामागील प्रमुख गृहितक होते.

अणुकेंद्रकीय अभिक्रियांचे विखंडन अभिक्रिया (nuclear fission; भंजन अभिक्रिया) आणि संघटन अभिक्रिया (nuclear fusion) असे दोन प्रकार आहेत. विखंडन अभिक्रियेत जड अणुकेंद्र हलक्या अणुकेंद्रांमध्ये तुटते आणि मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा मुक्त होते. युरेनियम-२३५ या अणुकेंद्रावर मंद न्यूट्रॉन आदळल्यास ते अस्थिर अवस्थेत जाऊन तुलनेने दोन हलक्या अणुकेंद्रांमध्ये विखंडित होतात आणि त्यातून मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा तसेच दोन ते तीन अतिरिक्त न्यूट्रॉन निर्माण होतात. साधारणत: ही नियंत्रित विखंडन प्रक्रिया अणुऊर्जा प्रकल्पांमध्ये विद्युतनिर्मितीसाठी वापरली जाते.

संघटन अभिक्रियेत दोन हलकी अणुकेंद्रे एकत्र येऊन जड अणुकेंद्र तयार करतात आणि त्यातून ऊर्जा मुक्त होते. सूर्य आणि इतर ताऱ्यांमध्ये चालणाऱ्या ऊर्जानिर्मितीचे मूळ हेच संघटन  अभिक्रिया आहे. उदा., दोन हायड्रोजन अणुकेंद्रे एकत्र येऊन हीलियम अणुकेंद्र तयार करतात आणि त्यातून प्रचंड ऊर्जा उत्सर्जित होते. या प्रक्रियेमुळे सूर्य दीर्घकाळ स्थिर ऊर्जा देऊ शकतो.

अणुकेंद्रकीय अभिक्रियांचे विश्लेषण वस्तुमान ऊर्जा समतुल्यता (mass energy equivalence) या संकल्पनेवर आधारित आहे. आइन्स्टाइन यांनी मांडलेल्या समीकरणानुसार वस्तुमानातील अल्प घट ही मोठ्या प्रमाणातील ऊर्जेत रूपांतरित होऊ शकते. अणुकेंद्रकीय अभिक्रियेत निर्माण होणारी ऊर्जा ही अणुकेंद्रांच्या एकूण वस्तुमानातील फरकामुळे मिळते, ही बाब प्रयोगांनी सिद्ध झाली आहे.

विखंडन अभिक्रियेतून निर्माण होणारा किरणोत्सर्ग आणि अणुकचरा यांचे व्यवस्थापन हे मोठे आव्हान आहे. संघटन अभिक्रिया प्रयोगशाळेत नियंत्रित करणे तांत्रिकदृष्ट्या कठीण आहे कारण त्यासाठी अत्यंत उच्च तापमान आणि दाब आवश्यक असतो. त्यामुळे आजपर्यंत संघटन अभिक्रिया व्यावहारिक ऊर्जा स्रोत म्हणून पूर्णपणे विकसित झालेली नाही.

अणुऊर्जा निर्मिती, वैद्यकीय निदान व उपचार, किरणोत्सारी समस्थानिकांचा (radioisotopes) वापर, तसेच खगोलभौतिकीतील ताऱ्यांच्या उत्क्रांतीचा अभ्यास या सर्व क्षेत्रांत या अभिक्रियांचा मूलभूत उपयोग होतो. त्यामुळे अणुकेंद्रकीय अभिक्रिया ही भौतिकीच्या विकासातील एक केंद्रस्थानी असलेली संकल्पना आहे. लक्ष्यावर ρ, n, d, α आदी प्रक्षिप्त कणांचा मारा केला असता शोषण, क्षुब्धता, प्रकीर्णन इत्यादी अभिक्रिया घडून येतात. लक्ष्याच्या दर चौ.मी. मध्ये N अणुकेंद्रे असल्याचे गृहीत धरल्यास त्यांवर दर सेकंदास Ι कणांचा मारा होत असेल आणि त्यामुळे R अभिक्रिया होत असतील, तर त्या विशिष्ट अभिक्रियेचा काटछेद σ पुढील सूत्राने मिळतो : σ = R/IN. या काटछेदाच्या क्षेत्रफळाचे एकक बार्न असून १ बार्न = १०-^२८चौ.मी.

संदर्भ :

• Halliday, David, Resnick, Robert, Walker, Jear , Fundamental to Physics, JOHN WlLEY & SONS, 2005.
• Krane, K. S., Introduction to Nuclear Physics,  JOHN WlLEY & SONS, 1988.

समीक्षक-संपादक : स्नेहा खोब्रागडे