فشن بمقابلہ فیوژن

ایٹم کے مرکزے (atomic nucleus) کا ٹوٹنا فشن (fission) اور جڑنا فیوژن (fusion) کہلاتا ہے۔

## موازنہ

## فشن (fission)
جب ایک بھاری مرکزہ جیسے یورینیئم دو ٹکڑوں میں ٹوٹتا ہے تو فالتو ہو جانے والی بائنڈنگ انرجی خارج ہوتی ہے۔ نیوٹرون کے ٹکرانے پر مرکزہ دھچکے کی وجہ سے نہیں ٹوٹتا بلکہ نیوٹرون جذب کر کے مرکزہ ارتعاش کرنے لگتا ہے اور یہ ارتعاش (oscillation) مرکزے کے ٹوٹنے کا سبب بنتے ہیں۔
صرف چار عنصر ایسے ہیں جنھیں سست رفتار نیوٹرون (یعنی تھرمل نیوٹرون) سے توڑا جا سکتا ہے۔ یہ fissile کہلاتے ہیں۔
* یورینیئم233۔ یہ قدرتی طور پر نہیں پایا جاتا اور تھوریئم232 کے نیوٹرون کیپچر کرنے سے بنتا ہے۔
* یورینیئم235۔ یہ قدرتی طور پر پائے جانے والے یورینیئم میں صرف 0.7 فیصد ہوتا ہے۔
* پلوٹونیئم239۔ یہ قدرتی طور پر نہیں پایا جاتا اور یورینیئم238 کے نیوٹرون کیپچر کرنے سے بنتا ہے۔
* پلوٹونیئم241۔ یہ قدرتی طور پر نہیں پایا جاتا اور پلوٹونیئم240 کے نیوٹرون کیپچر کرنے سے بنتا ہے۔

تھرمل نیوٹرون کی توانائی 0.025 الیکٹرون وولٹ اور رفتار دو کلومیٹر فی سیکنڈ ہوتی ہے۔
ان عناصر کے ٹوٹنے سے بہت زیادہ توانائی گرمی کی شکل میں خارج ہوتی ہے۔ ایک گرام قدرتی گیس جلانے پر 50 کلو جول حرارت حاصل ہوتی ہے۔ ایک گرام یورینیئم235 سے حاصل ہونے والی حرارت اس سے 16 لاکھ گنا زیادہ ہوتی ہے۔

ایک واٹ کی بجلی بنانے کے لیے ہر سیکنڈ 100 ارب فشن کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایک میگا واٹ بجلی روزانہ بنانے میں ایک گرام جوہری ایندھن سے ایک گرام انتہائی تابکار جوہری فضلہ روزانہ بنتا ہے۔ اس فضلہ میں پلوٹونیئم239 موجود ہوتا ہے جسے دوبارہ بطور جوہری ایندھن استعمال کیا جا سکتا ہے۔

بھاری عناصر میں پروٹون کے مقابلے میں دیڑھ گنا زیادہ نیوٹرون ہوتے ہیں جبکہ ان کے ٹوٹنے پر بننے والے درمیانی جسامت کے عناصر کو صرف 1.2 یا 1.3 گنا نیوٹرون کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس طرح بہت سے نیوٹرون فالتو ہو جاتے ہیں جن میں سے دو چار آزاد ہو جاتے ہیں۔ ان کی مدد سے دوسرے ایٹمی مرکزے توڑے جا سکتے ہیں اور chain reaction حاصل کیا جا سکتا ہے۔ یورینیئم کے ٹوٹنے سے جو مرکزے بنتے ہیں انھیں دختر مرکزے (daughter nuclei) کہتے ہیں۔ نیوٹرون کی کثرت کی وجہ سے یہ ہمیشہ نا پائیدار ہوتے ہیں اور بعد میں عام طور پر بیٹا ریز اور گاما ریز خارج کر کے پائیدار بن جاتے ہیں۔ یورینیئم235 کے تھرمل نیوٹرون جذب کر کے ٹوٹنے سے 370 طرح کے دختر مرکزے بن سکتے ہیں جن کا وزن amu 72 سے لے کر 161 amu تک ہو سکتا ہے۔
* اگر نیوٹرون کی توانائی 80 لاکھ الیکٹرون وولٹ سے بھی زیادہ ہو تو وہ یورینیئم238 کے ایٹمی مرکزوں کو بھی توڑ دیتا ہے۔ اتنی زیادہ توانائی کے نیوٹرون ایٹم بم اور نیوکلیئر ری ایکٹر میں نہیں بنتے مگر ہائیڈروجن بم میں بنتے ہیں۔ یورینیئم238 کا مرکزہ fissile نہیں ہوتا مگر fissionable ہوتا ہے۔ چند دوسرے ایٹمی مرکزے بھی fissionable ہوتے ہیں۔ fissile مرکزوں میں چین ری ایکشن ممکن ہوتا ہے، fissionable مرکزوں میں چین ری ایکشن ممکن نہیں ہوتا۔
* اگر نیوٹرون کی توانائی 40 لاکھ الیکٹرون وولٹ سے زیادہ ہو تو وہ لیتھیئم7 کے ایٹمی مرکزوں کو توڑ دیتا ہے۔ اتنی زیادہ توانائی کے نیوٹرون ایٹم بم اور نیوکلیئر ری ایکٹر میں بنتے ہیں مگر اس تعامل (reaction) میں توانائی خارج ہونے کی بجائے جذب ہوتی ہے۔
* لیتھیئم7 جو قدرتی طور پر زیادہ وافر اور سستا ہے وہ 125,000eV یا زیادہ کی توانائی کے پروٹون جذب کر کے ٹوٹ جاتا ہے اور کثیر توانائی خارج کرتا ہے مگر اس تعامل کو فشن نہیں کہا جاتا بلکہ fusion induced fission کہتے ہیں۔ پروٹون کو اتنی توانائی پارٹیکل ایکسیلیریٹر یا فیوزر کی مدد سے با آسانی دی جا سکتی ہے۔ نیوٹرون کو پارٹیکل ایکسیلیریٹر کی مدد سے توانا نہیں بنایا جا سکتا۔

نیوٹرون جذب کر کے یورینیئم235 کے ہر مرکزے کے ٹوٹنے پر اوسطاً 2.5 نیوٹرون نکلتے ہیں۔ اگر ایسے 100 ایٹم ٹوٹیں تو
* تین ایٹموں سے کوئی نیوٹرون نہیں نکلتا
* 16 ایٹموں سے صرف ایک ایک نیوٹرون نکلتا ہے
* 34 ایٹموں سے دو دو نیوٹرون نکلتے ہیں
* 30 ایٹموں سے تین تین نیوٹرون نکلتے ہیں
* 13 ایٹموں سے چار چار نیوٹرون نکلتے ہیں
* 4 ایٹموں سے پانچ پانچ نیوٹرون نکلتے ہیں

ان نکلنے والے نیوٹرونوں کی اوسط توانائی 2MeV ہوتی ہے۔ اگر نکلنے والے 100 نیوٹرونوں کی توانائی کا جائیزہ لیا جائے تو
* 8 نیوٹرونوں کی توانائی ایک میلین الیکٹرون وولٹ سے کم ہوتی ہے
* 35 نیوٹرونوں کی توانائی ایک ایک میلین الیکٹرون وولٹ ہوتی ہے
* 25 نیوٹرونوں کی توانائی دو دو میلین الیکٹرون وولٹ ہوتی ہے
* 13 نیوٹرونوں کی توانائی تین تین میلین الیکٹرون وولٹ ہوتی ہے
* 8 نیوٹرونوں کی توانائی چار چار میلین الیکٹرون وولٹ ہوتی ہے
* 4 نیوٹرونوں کی توانائی پانچ پانچ میلین الیکٹرون وولٹ ہوتی ہے
* 3 نیوٹرونوں کی توانائی چھ چھ میلین الیکٹرون وولٹ ہوتی ہے
* 2 نیوٹرونوں کی توانائی سات سات میلین الیکٹرون وولٹ ہوتی ہے
* 1 نیوٹرون کی توانائی 8 میلین الیکٹرون وولٹ ہوتی ہے

## فیوژن
جب دو ہلکے ایٹمی مرکزے باہم جڑ کر ایک مرکزہ بناتے ہیں تو فالتو ہو جانے والی بائنڈنگ انرجی خارج ہو جاتی ہے۔
سورج سمیت کائنات کے سارے ستارے فیوزن سے حاصل ہونے والی حرارت کی وجہ سے روشن ہیں اور اربوں سال تک روشن رہتے ہیں۔ فیوزن کا اصل فائیدہ یہ ہے کہ اس کا ایندھن یعنی ہائیڈروجن بہت وافر مقدار میں دستیاب ہے اور سستا بھی ہے۔ اگر وزن کے لحاظ سے دیکھا جائے تو کائنات کا 74 فیصد حصہ ہائیڈروجن پر مشتمل ہے۔
ہائیڈروجن کے ایٹمی مرکزے یعنی پروٹون کو دوسرے پروٹون سے جوڑنے کے لیے دس کروڑ ڈگری ٹمپریچر کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کے مقابلے میں ڈیوٹیریئم کو ٹرائیٹیئم سے جوڑنے (یعنی فیوز کرنے) کے لیے چار کروڑ ڈگری سنٹی گریڈ کی ضرورت ہوتی ہے۔

ایک ہزار میگا واٹ بجلی بنانے والے کارخانے کو سال بھر میں صرف 250 کلوگرام ڈیوٹیریئم اور ٹرائیٹیئم کے آمیزے کی ضرورت پڑے گی۔ ڈیوٹیریئم ہائیڈروجن کا غیر تابکار ہمجاء ہے اور قدرتی ہائیڈروجن میں 0.015 فیصد ڈیوٹیریئم ہوتی ہے۔ ہر ایک لٹر پانی میں 33 ملی گرام ڈیوٹیریئم موجود ہوتی ہے۔ جب پانی کی برق پاشی (electrolysis) کی جاتی ہے تو بچ جانے والے پانی میں بھاری پانی کا تناسب کافی زیادہ ہوتا ہے اور بھاری پانی ڈیوٹیریئم سے ہی بنا ہوتا ہے۔ اندازہ لگایا گیا ہے کہ دنیا بھر کے سمندروں میں کل ملا کر 460 کھرب ٹن ڈیوٹیریئم موجود ہے۔ اگر ایک ٹن ڈیوٹیریئم کو مکمل طور پر فیوز کیا جائے تو حاصل ہونے والی توانائی 250x 1015 جول ہو گی۔ سن 2002 میں پوری دنیا میں استعمال ہونے والی بجلی کی مقدار 13.7 TW-year تھی۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ سمندر میں اتنی ڈیوٹیریئم موجود ہے کہ 40 ارب سال تک دنیا کی بجلی کی ضرورت پوری ہو سکے۔ خیال رہے کہ پانچ ارب سال بعد سورج بُجھ جائے گا۔ لیکن ابھی تک انسان ڈیوٹیریئم کی فیوزن سے بجلی بنانے میں کامیابی حاصل نہیں کر سکا ہے۔ ڈیوٹیریئم کی فیوزن کا سب سے آسان طریقہ یہ ہے کہ اسے ٹرائیٹیئم سے ملا کر بہت گرم کریں۔ ٹرائیٹیئم تابکار ہوتی ہے اور قدرتی طور پر نہیں پائی جاتی اس لیے لیتھیئم6 پر نیوٹرون کی بمباری کر کے بنائی جاتی ہے۔

## مزید دیکھیے
* بائنڈنگ انرجی
* خودانگیز انشقاق spontaneous fission
* کریٹیکل ماس
* ایٹمی بجلی گھر
* کروس سیکشن
* بریڈر ری ایکٹر
* شکاگو پائیل
* ایٹمی ماڈل کا ارتقا

## حوالے

زمرہ:تابکاری
زمرہ:توانائی
زمرہ:نویاتی بجلی گھر
زمرہ:نیوکلیائی توانائی
زمرہ:نویاتی طبیعیات
زمرہ:طبیعیات