परमाणु रिएक्टर में ऊष्मा किसके द्वारा उत्पन्न होती है?

Question

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D: न्यूट्रॉन द्वारा $^{235}U$ का विखंडन (Fission)

Explanation & Concepts:
परमाणु रिएक्टर में ऊष्मा का उत्पादन मुख्य रूप से विखंडनीय समस्थानिकों (fissile isotopes), विशेष रूप से $^{235}U$ के नियंत्रित परमाणु विखंडन का परिणाम है। जब एक थर्मल न्यूट्रॉन को $^{235}U$ नाभिक द्वारा अवशोषित किया जाता है, तो यह हल्के नाभिकों (विखंडन उत्पादों) में विभाजित हो जाता है, जिससे टुकड़ों की गतिज ऊर्जा और ऊष्मा के रूप में पर्याप्त मात्रा में बंधन ऊर्जा निकलती है, साथ ही श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए रखने के लिए अतिरिक्त न्यूट्रॉन भी निकलते हैं।

Working Principle: यह प्रक्रिया द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता सिद्धांत $E=mc^2$ द्वारा संचालित होती है, जहाँ अभिकारक नाभिकों और उत्पाद नाभिकों के बीच का द्रव्यमान दोष (mass defect) ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। एक पावर रिएक्टर में, ईंधन की छड़ें इस नियंत्रित श्रृंखला अभिक्रिया से गुजरती हैं, जहाँ विखंडन से उत्पन्न होने वाली गतिज ऊर्जा को आसपास के शीतलक (पानी या गैस) द्वारा ऊष्मीय ऊर्जा के रूप में अवशोषित कर लिया जाता है, जिसे बाद में टर्बाइन-जनरेटर को चलाने के लिए भाप में बदल दिया जाता है।

Key Formulas: $E = \Delta m c^2$ — ऊर्जा के उत्सर्जन को नियंत्रित करने वाला द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता संबंध; $Q \approx 200 	ext{ MeV}$ — $^{235}U$ की प्रति एकल विखंडन घटना में मुक्त होने वाली विशिष्ट ऊर्जा

Key Points: परमाणु विखंडन एक ऊष्माक्षेपी (exothermic) प्रक्रिया है जिसमें भारी परमाणु नाभिकों का विभाजन शामिल है।; ग्रेफाइट या भारी पानी जैसे मंदक (moderators) का उपयोग $^{235}U$ में विखंडन को सुविधाजनक बनाने के लिए तीव्र न्यूट्रॉन को धीमा करने के लिए किया जाता है।; नियंत्रण छड़ें (जैसे बोरॉन या कैडमियम) अतिरिक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित करके अभिक्रिया की दर को विनियमित करती हैं।; विखंडन टुकड़ों की गतिज ऊर्जा रिएक्टर कोर में ऊष्मीय ऊर्जा का प्राथमिक स्रोत है।

Advantages: जीवाश्म ईंधन की तुलना में उच्च ऊर्जा घनत्व।; संचालन के दौरान कम ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन।

Disadvantages: रेडियोधर्मी अपशिष्ट प्रबंधन संबंधी चिंताएं।; उच्च पूंजी लागत और जटिल सुरक्षा आवश्यकताएं।

Applications: बेस-लोड बिजली उत्पादन।; परमाणु-संचालित समुद्री प्रणोदन (जैसे पनडुब्बियां, आइसब्रेकर)।

Additional Info: विकल्प A गलत है क्योंकि संलयन में हल्के नाभिकों को जोड़ना शामिल है, यूरेनियम नहीं।. विकल्प B अधूरा है क्योंकि साधारण न्यूट्रॉन अवशोषण (विकिरणीय कब्जा) जरूरी नहीं कि विखंडन को प्रेरित करे या अधिकांश ऊष्मीय शक्ति प्रदान करे।. विकल्प C गलत है क्योंकि परमाणु ऊर्जा रासायनिक दहन के बजाय परमाणु भौतिक अभिक्रियाओं पर निर्भर करती है।

Answer: D सही है — परमाणु रिएक्टर में ऊष्मा न्यूट्रॉन बमबारी द्वारा शुरू किए गए $^{235}U$ नाभिकों के विखंडन द्वारा उत्पन्न होती है, जो बंधन ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में मुक्त करती है।

Exam Tip: विखंडन (भारी नाभिकों को विभाजित करना) और संलयन (हल्के नाभिकों को मिलाना) के बीच हमेशा अंतर करें; वर्तमान के सभी वाणिज्यिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में विखंडन का उपयोग किया जाता है।

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Option A: यूरेनियम के परमाणुओं का संलयन (Fusion)

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Option B: यूरेनियम परमाणुओं में न्यूट्रॉन का अवशोषण

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Option C: परमाणु ईंधन का दहन

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