ड्यूटेरियम ऑक्साइड का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में किस रूप में किया जाता है?

Question

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B: मंदक (Moderator)

Explanation & Concepts:
ड्यूटेरियम ऑक्साइड ($D_2O$), जिसे आमतौर पर भारी जल (heavy water) के रूप में जाना जाता है, का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में उच्च-ऊर्जा वाले तीव्र न्यूट्रॉन को तापीय ऊर्जा (thermal energies) तक धीमा करने के लिए एक मंदक (moderator) के रूप में किया जाता है। यह प्रक्रिया $^{235}U$ जैसे विखंडनीय समस्थानिकों में इन न्यूट्रॉनों द्वारा विखंडन प्रेरित करने की संभावना को बढ़ाती है।

Working Principle: विखंडन अभिक्रिया में, न्यूट्रॉन उच्च वेग पर मुक्त होते हैं। एक मंदक में कम द्रव्यमान संख्या वाले नाभिक होते हैं जो प्रत्यास्थ संघट्ट (elastic collisions) के माध्यम से न्यूट्रॉनों से गतिज ऊर्जा अवशोषित करते हैं। चूँकि ड्यूटेरियम नाभिक का द्रव्यमान न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के करीब होता है, इसलिए $D_2O$ न्यूट्रॉन को मंद करने में अत्यधिक प्रभावी होता है जबकि इसका न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस-सेक्शन बहुत कम होता है।

Key Formulas: $E_k = \frac{1}{2}mv^2$ — न्यूट्रॉन की गतिज ऊर्जा; $\sigma_s$ — प्रकीर्णन क्रॉस-सेक्शन (जो $D_2O$ के लिए उच्च होता है)

Key Points: भारी जल ($D_2O$) का तापीय न्यूट्रॉनों के लिए अवशोषण क्रॉस-सेक्शन अत्यंत कम होता है।; यह मंदक के रूप में अपनी दक्षता के कारण प्राकृतिक यूरेनियम को ईंधन के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है।; CANDU (कनाडा ड्यूटेरियम यूरेनियम) रिएक्टरों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

Advantages: प्राकृतिक यूरेनियम (गैर-संवर्धित ईंधन) के उपयोग की अनुमति देता है।; उच्च मंदन अनुपात।; ऊष्मा स्थानांतरण के लिए उत्कृष्ट तापीय गुण।

Disadvantages: भारी जल की उत्पादन लागत अधिक होती है।; उच्च समस्थानिक शुद्धता की आवश्यकता होती है।

Applications: अनुसंधान रिएक्टर।; CANDU-प्रकार के परमाणु संयंत्रों में बिजली उत्पादन।

Additional Info: भारी जल रासायनिक रूप से सामान्य जल ($H_2O$) के समान है लेकिन इसमें ड्यूटेरियम ($^2H$) समस्थानिक होता है।. विकल्प A (ईंधन) गलत है; ईंधन आमतौर पर $U^{235}$, $Pu^{239}$ आदि होते हैं।. विकल्प C (परिरक्षक) आमतौर पर विकिरण के खिलाफ जैविक सुरक्षा के लिए उपयोग की जाने वाली कंक्रीट या सीसा संरचनाओं को संदर्भित करता है।. विकल्प D (नियामक) एक सामान्य शब्द है जो विशेष रूप से मंदक के कार्य का वर्णन करने के लिए उपयोग नहीं किया जाता है।

Answer: B सही है — ड्यूटेरियम ऑक्साइड प्रत्यास्थ प्रकीर्णन संघट्टों के माध्यम से तीव्र न्यूट्रॉनों को तापीय बनाकर एक कुशल मंदक के रूप में कार्य करता है।

Exam Tip: याद रखें कि एक अच्छे मंदक में ऊर्जा को प्रभावी ढंग से स्थानांतरित करने के लिए कम परमाणु द्रव्यमान और श्रृंखला अभिक्रिया की निरंतरता सुनिश्चित करने के लिए न्यूट्रॉन कैप्चर की कम संभावना होनी चाहिए।

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Option A: ईंधन

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Option C: परिरक्षक (Shield)

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Option D: नियामक (Regulator)

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