فشن بمقابلہ فیوژن

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

موازنہ

^[1]	فشن	فیوزن
تعریف	ایک بڑے ایٹمی مرکزے کا دو چھوٹے ٹکڑوں میں ٹوٹنا فشن کہلاتا ہے	دو چھوٹے ایٹمی مرکزوں کا جڑ کر ایک بڑے مرکزے میں تبدیل ہونا فیوزن کہلاتا ہے
قدرتی وقوع پذیری	قدرتی طور پر فشن انتہائی نایاب ہے	سورج سمیت سارے ستارے فیوزن کی وجہ سے روشن ہیں
تابکاری	فشن کے نتیجے میں انتہائی تابکار مادے وجود میں آتے ہیں جو صدیوں تک خطرہ بنے رہتے ہیں	فیوزن سے بہت کم تابکاری جنم لیتی ہے
عوامل	فشن کے لیے کریٹیکل ماس اور نیوٹرون کی ضرورت ہوتی ہے	فیوزن کی لیے دس کروڑ ڈگری سنٹی گریڈ اور سخت دباو کی ضرورت ہوتی ہے
ضرورت توانائی	مرکزہ نیوٹرون کو نہیں دھکیلتا۔ اس لیے بہت کم توانائی کا نیوٹرون مرکزے کو توڑ سکتا ہے	برقی چارج کی وجہ سے دو مرکزے ایک دوسرے کو دھکیلتے ہیں۔ انھیں پاس لانے کے لیے بہت زیادہ توانائی کی ضرورت ہوتی ہے
اخراج توانائی	کیمیائی تعاملات کے مقابلے میں فشن سے بہت زیادہ توانائی نکلتی ہے مگر یہ فیوزن کے مقابلے میں کم ہوتی ہے	فیوزن سے نکلنے والی توانائی فشن کی توانائی سے تین یا چار گنا زیادہ ہوتی ہے
جوہری ہتھیار	ایٹم بم میں فشن سے توانائی حاصل ہوتی ہے	ہائیڈروجن بم میں فیوزن سے توانائی حاصل ہوتی ہے لیکن جس طرح بارود کو بھڑکانے کے لیے ماچس کی ضرورت ہوتی ہے اسی طرح ہائیڈروجن بم کو بھڑکانے کے لیے ایک ایٹم بم کی ضرورت ہوتی ہے۔ پہلا ہائیڈروجن بم 1952 میں آزمایا گیا
جوہری بجلی گھر	دنیا میں یورینیئم کی فشن سے بڑے پیمانے پر بجلی پیدا کی جا رہی ہے	ابھی تک فیوزن سے چلنے والا بجلی گھر نہیں بنایا جا سکا ہے
جوہری حادثات	جوہری بجل گھر میں اگر میلٹ ڈاون ہو جائے تو بڑے علاقے میں تابکاری پھیل جاتی ہے	فیوزن والے بجلی گھر میں اگر meltdown ہو بھی جائے تو چین ری ایکشن خود بخود رک جاتا ہے اور بہت کم تابکاری نکلتی ہے
end product	کسی مخصوص جوہری ایندھن سے صرف ایک ری ایکشن ممکن ہے لیکن بہت ساری مختلف اشیاء بنتی ہیں	ہائیڈروجن کی فیوزن کے بہت سارے طریقے ہو سکتے ہیں مگر پیداوار صرف ہیلیئم⁴ ہوتی ہے

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۔^[2]
صرف چار عنصر ایسے ہیں جنہیں 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۔

235
92U

+

n

→

139
56Ba

+

94
36Kr

+

3n

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

نیوٹرون کی مثال	نیوٹرون کی توانائی	نیوٹرون کی رفتار
تھرمل نیوٹرون	0.025eV	2.2 کلومیٹر فی سیکنڈ

ایٹم بم کے %35 نیوٹرون	1,000,000eV	14,000 کلومیٹر فی سیکنڈ
ایٹم بم کے %25 نیوٹرون	2,000,000eV	20,000 کلومیٹر فی سیکنڈ
ایٹم بم کے %13 نیوٹرون	3,000,000eV	23,000 کلومیٹر فی سیکنڈ
ایٹم بم کے %8 نیوٹرون	4,000,000eV	28,000 کلومیٹر فی سیکنڈ
ایٹم بم کے %1 نیوٹرون	8,000,000eV	40,000 کلومیٹر فی سیکنڈ
ہائیڈروجن بم کے نیوٹرون	12,000,000eV	48,000 کلومیٹر فی سیکنڈ
	16,000,000eV	55,000 کلومیٹر فی سیکنڈ
	20,000,000eV	62,000 کلومیٹر فی سیکنڈ

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۔^[3]
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۔^[4]

مزید دیکھیے

حوالے

[1] Fission vs Fusion

[2] Nuclear Fission and Nuclear Fusion

[3] Lawson's criterion.

[4] The fuel: deuterium and lithium

[1]

[2]

[3]

[4]