পরমাণুর নিউক্লিয়াস (Atomic Nucleus) | WBBSE Class 10 Physical Science Chapter 7 Question Answer

উত্তর: যে ধর্মের জন্য সাধারণত কিছু উচ্চ পারমাণবিক ভর সংখ্যাবিশিষ্ট মৌল সব অবস্থায় স্বতঃস্ফূর্তভাবে এক বিশেষ ধরনের অদৃশ্য বিকিরণ নিঃসরণ করে এবং নতুন মৌলের পরমাণুতে পরিণত হয় তাকে তেজস্ক্রিয়তা বলা হয়।

উত্তর: যেসব মৌলের নিউক্লিয়াসের নিউট্রন এবং প্রোটন সংখ্যার অনুপাত 1.5 -এর চেয়ে বেশি সেই নিউক্লিয়াসগুলি অস্থায়ী হয়। এগুলি স্বতঃস্ফূর্তভাবে তেজস্ক্রিয় বিকিরণ করে স্থায়ী হতে চেষ্টা করে। যেসব মৌলের পারমাণবিক সংখ্যা 82 -এর বেশি অথবা পারমাণবিক গুরুত্ব 206 -এর বেশি সেই মৌলগুলি তেজস্ক্রিয়তা প্রদর্শন করে।

উত্তর: যেসব মৌলের পরমাণু সব অবস্থায় স্বতঃস্ফূর্তভাবে এক বিশেষ ধরনের অদৃশ্য বিকিরণ নিঃসরণ করে নতুন মৌলের পরমাণুতে পরিণত হয় সেই মৌলগুলিকে তেজস্ক্রিয় মৌল বলা হয়।

উত্তর: যেসব তেজস্ক্রিয় মৌল প্রকৃতিতে পাওয়া যায়, তাদের প্রাকৃতিক তেজস্ক্রিয় মৌল বলে। যেমন- ইউরেনিয়াম, রেডিয়াম, থোরিয়াম, পোলোনিয়াম, অ্যাক্টিনিয়াম ইত্যাদি।
যেসব অতেজস্ক্রিয় মৌল কে কৃত্রিম উপায়ে তেজস্ক্রিয় মৌলে রূপান্তরিত করা হয় তাদের কৃত্রিম তেজস্ক্রিয় মৌল বলে। যেমন- $\text{}^{27}_{14}\text{Si}$, $\text{}^{24}_{11}\text{Na}$, $\text{}^{32}_{15}\text{P}$

উত্তর:
[1] তেজস্ক্রিয় মৌল থেকে স্বতঃস্ফূর্ত ও বিরামহীন ভাবে যে তেজস্ক্রিয় রশ্মি নির্গত হয় তা ভেদন ক্ষমতাসম্পন্ন। এই রশ্মি অস্বচ্ছ কাগজ বা খুব পাতলা ধাতব পাত সহজেই ভেদ করতে পারে।
[2] তেজস্ক্রিয় রশ্মি ফটোগ্রাফিক প্লেটের ওপর রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটাতে পারে।
[3] তেজস্ক্রিয় রশ্মি গ্যাসকে আয়নিত করতে পারে।
[4] এই রশ্মি নির্গমন সম্পূর্ণভাবে নিউক্লিয়াসের অভ্যন্তরীণ ঘটনা। তাই বাহ্যিক কোনো অবস্থা যেমন- চাপ, তাপ, রাসায়নিক বিক্রিয়া, তড়িৎ বা চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগ করে এই ঘটনাকে প্রভাবিত করা যায় না।
[5] এই রশ্মি নির্গমনের ফলে পুরোনো মৌল নতুন মৌলে রূপান্তরিত হয়।

উত্তর: তেজস্ক্রিয়তা পরিমাপের SI একক হলো বেকারেল (Becquerel বা Bq)।
1 Bq = 1 টি ভাঙন / সেকেন্ড (1 disintegration / second)
তেজস্ক্রিয়তা পরিমাপের ব্যবহারিক এককগুলি হলো কুরি (Curie বা Ci) এবং রাদারফোর্ড (Rutherford বা Rd)।
$1 \text{ Ci} = 3.7 \times 10^{10} \text{ Bq}$
$1 \text{ Rd} = 10^6 \text{ Bq}$

উত্তর:
$\alpha$ রশ্মি: অতি দ্রুতগামী ধনাত্মক আধানযুক্ত হিলিয়াম আয়নের ($\text{He}^{++}$) স্রোত। অর্থাৎ এর প্রকৃতি হলো হিলিয়াম নিউক্লিয়াসের অনুরূপ।
$\beta$ রশ্মি: এটি তীব্র গতিসম্পন্ন ইলেকট্রন কণার স্রোত।
$\gamma$ রশ্মি: অতি ক্ষুদ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্যের তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ।

উত্তর:
$\alpha$ রশ্মি: এটি ধনাত্মক আধানযুক্ত। এর আধানের পরিমাণ একটি প্রোটনের আধানের দ্বিগুণ অর্থাৎ $+3.2 \times 10^{-19} \text{ C}$ বা $+4.8 \times 10^{-10} \text{ esu}$। এর ভর একটি প্রোটনের ভরের প্রায় চারগুণ। $\alpha$ কণার ভর $= 6.642 \times 10^{-27} \text{ kg}$।
$\beta$ রশ্মি: এটি ঋণাত্মক আধানযুক্ত। এর আধানের পরিমাণ একটি ইলেকট্রনের আধানের সমান অর্থাৎ $-1.6 \times 10^{-19} \text{ C}$ বা $-4.8 \times 10^{-10} \text{ esu}$। এর ভর একটি ইলেকট্রনের ভরের সমান। $\beta$ কণার ভর $= 9.11 \times 10^{-31} \text{ kg}$।
$\gamma$ রশ্মি: এটি নিস্তড়িৎ বা আধানহীন। গামা রশ্মি যেহেতু ফোটন কণার স্রোত, তাই এর স্থির ভর শূন্য।

উত্তর:
ভেদন ক্ষমতা: $\gamma > \beta > \alpha$। ($\alpha$ কণার চেয়ে $\beta$ কণার ভেদন ক্ষমতা প্রায় 100 গুণ বেশি এবং $\alpha$ কণার চেয়ে $\gamma$ রশ্মির ভেদন ক্ষমতা প্রায় 10000 গুণ বেশি।)
আয়নন ক্ষমতা: $\alpha > \beta > \gamma$। ($\alpha$ কণার ভর ও আধান বেশি হওয়ায় এর গ্যাসকে আয়নিত করার ক্ষমতা সবচেয়ে বেশি।)

উত্তর:
$\alpha$ কণা নির্গমন: কোনো তেজস্ক্রিয় পরমাণুর নিউক্লিয়াস থেকে একটি $\alpha$-কণা নির্গত হলে নতুন উৎপন্ন পরমাণুর ভরসংখ্যা পূর্বের চেয়ে 4 একক কমে যায় এবং পারমাণবিক সংখ্যা 2 একক কমে যায়।
$\text{}^A_Z\text{X} \rightarrow \text{}^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + \text{}^4_2\text{He}$ ($\alpha$ কণা)

$\beta$ কণা নির্গমন: কোনো তেজস্ক্রিয় পরমাণুর নিউক্লিয়াস থেকে একটি $\beta$-কণা নির্গত হলে নতুন উৎপন্ন পরমাণুর ভরসংখ্যা অপরিবর্তিত থাকে এবং পারমাণবিক সংখ্যা 1 একক বৃদ্ধি পায়।
$\text{}^A_Z\text{X} \rightarrow \text{}^A_{Z+1}\text{Y} + \text{}^0_{-1}\text{e}$ ($\beta$ কণা)

$\gamma$ রশ্মি নির্গমন: $\alpha$ বা $\beta$ কণা নির্গমনের ফলে পরমাণুর নিউক্লিয়াস উদ্দীপ্ত অবস্থায় থাকে। এই উদ্দীপ্ত নিউক্লিয়াস থেকে শক্তির বিকিরণ ঘটে গামা রশ্মি হিসেবে এবং নিউক্লিয়াসটি পুনরায় সুস্থির অবস্থায় ফিরে আসে। এর ফলে পারমাণবিক সংখ্যা বা ভরসংখ্যার কোনো পরিবর্তন হয় না।

উত্তর:
[1] চিকিৎসাবিজ্ঞানে: ক্যান্সার বা টিউমারের চিকিৎসায় তেজস্ক্রিয় কোবাল্ট (Co-60) এবং তেজস্ক্রিয় রেডিয়াম ব্যবহৃত হয়। থাইরয়েড গ্রন্থির চিকিৎসায় তেজস্ক্রিয় আয়োডিন (I-131), লিউকোমিয়ার চিকিৎসায় তেজস্ক্রিয় ফসফরাস (P-32) এবং রক্তচলাচল পদ্ধতি পর্যবেক্ষণে তেজস্ক্রিয় সোডিয়াম (Na-24) ব্যবহৃত হয়।
[2] বয়স নির্ণয়ে: রেডিও-কার্বন ডেটিং (C-14) পদ্ধতির সাহায্যে প্রাচীন জীবাশ্ম, পুরোনো গাছ, শিলা বা পৃথিবীর বয়স নির্ণয় করা হয়।
[3] কৃষিকাজে: উন্নত মানের বীজ, সার তৈরি এবং গাছের পুষ্টির হার নির্ণয়ে তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ ব্যবহৃত হয়।

উত্তর: কোনো নিউক্লিয়াসের প্রকৃত ভর ওই নিউক্লিয়াস গঠনকারী নিউক্লিয়নগুলির (প্রোটন ও নিউট্রন) মোট ভর অপেক্ষা কিছুটা কম হয়। নিউক্লিয়াসের ভর এবং নিউক্লিয়নগুলির মোট ভরের এই পার্থক্যকে ভরত্রুটি (Mass Defect) বলে।

উত্তর: নিউক্লিয়াস গঠনকারী প্রোটন এবং নিউট্রনগুলি যে পরিমাণ শক্তির সাহায্যে পরস্পর আবদ্ধ হয়ে একটি স্থায়ী নিউক্লিয়াস গঠন করে, তাকে নিউক্লীয় বন্ধন শক্তি (Nuclear Binding Energy) বলে।

উত্তর: কোনো নিউক্লিয়াস গঠনকারী প্রোটন ও নিউট্রনগুলির ভরের সমষ্টি অপেক্ষা নিউক্লিয়াসের প্রকৃত ভর কিছুটা কম হয়। ভরের এই পার্থক্যকে ভরত্রুটি বলা হয়। বিজ্ঞানী আইনস্টাইনের ভর-শক্তির তুল্যতা সমীকরণ অনুযায়ী এই ভরত্রুটি শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। যদি ভরত্রুটি '$m$' হয়, তাহলে যে পরিমাণ শক্তি মুক্ত হবে তা $E = mc^2$ সমীকরণ থেকে পাওয়া যাবে ($c =$ শূন্য মাধ্যমে আলোর বেগ)। এই শক্তি নিউক্লিয়াসের বন্ধন শক্তিরূপে আত্মপ্রকাশ করে। অর্থাৎ ভরত্রুটিই হলো নিউক্লীয় বন্ধন শক্তির উৎস।

উত্তর: যে প্রক্রিয়ায় একটি তেজস্ক্রিয় পরমাণুর ভারী নিউক্লিয়াসকে ধীরগতির নিউট্রন দিয়ে আঘাত করে প্রায় সমান ভরের দুটি হালকা নিউক্লিয়াসে ভেঙে ফেলা হয় এবং তার সঙ্গে কিছু সংখ্যক নিউট্রন এবং প্রচুর পরিমাণে শক্তি উৎপন্ন হয়, তাকে নিউক্লীয় বিভাজন (Nuclear Fission) বলে।
উদাহরণ: ইউরেনিয়াম-235 পরমাণুর নিউক্লিয়াসের বিভাজনের সমীকরণটি হলো:
$\text{}^{235}_{92}\text{U} + \text{}^1_0\text{n} \rightarrow \text{}^{236}_{92}\text{U} \rightarrow \text{}^{141}_{56}\text{Ba} + \text{}^{92}_{36}\text{Kr} + 3\text{}^1_0\text{n} + 200.6 \text{ MeV}$

উত্তর: একটি ধীরগতির নিউট্রন দিয়ে আঘাত করে বিভাজনযোগ্য কোনও পদার্থের একটি নিউক্লিয়াসের বিভাজন ঘটালে দেখা যায় যে একাধিক নূতন নিউট্রন কণাও মুক্ত হয়। এদের গৌণ নিউট্রন বলে। এই গৌণ নিউট্রন কণাগুলি পাশাপাশি অন্যান্য নিউক্লিয়াসেরও বিভাজন ঘটাতে পারে। ফলে আরও অনেক সংখ্যক নূতন নূতন নিউট্রন কণা উৎপন্ন হয়। এইভাবে একবার নিউক্লীয় বিভাজন শুরু হলে তা শৃঙ্খলের ন্যায় চলতে থাকে এবং নিউক্লীয় বিভাজনের হারও দ্রুতগতিতে বৃদ্ধি পায়। একে নিউক্লীয় শৃঙ্খল বিক্রিয়া বলে।

উত্তর: শৃঙ্খল বিক্রিয়া দুধরনের: (i) নিয়ন্ত্রিত শৃঙ্খল বিক্রিয়া এবং (ii) অনিয়ন্ত্রিত শৃঙ্খল বিক্রিয়া।
পারমাণবিক বোমাতে অনিয়ন্ত্রিত শৃঙ্খল বিক্রিয়া এবং পারমাণবিক চুল্লিতে বা নিউক্লিয় চুল্লিতে নিয়ন্ত্রিত শৃঙ্খল বিক্রিয়া ঘটিয়ে শক্তি উৎপাদন করা হয়।

উত্তর: নিউক্লিয়ার রিঅ্যাক্টরে মডারেটর হিসেবে ভারী জল ($\text{D}_2\text{O}$) অথবা গ্রাফাইট ব্যবহার করা হয়।
কাজ: নিউক্লিয় বিক্রিয়ায় উৎপন্ন উচ্চগতিসম্পন্ন নিউট্রনগুলিকে মন্দীভূত করে ধীরগতির তাপীয় নিউট্রনে পরিণত করা।

উত্তর: যে নিউক্লীয় বিক্রিয়ায় দুই বা তার বেশি হালকা পরমাণুর নিউক্লিয়াস যুক্ত হয়ে একটি অপেক্ষাকৃত ভারী নিউক্লিয়াস গঠন করে এবং তার ফলে বিপুল পরিমাণ শক্তি নির্গত হয়, তাকে নিউক্লীয় সংযোজন (Nuclear Fusion) বলে।
উদাহরণ:
$\text{}^2_1\text{H} + \text{}^2_1\text{H} \rightarrow \text{}^3_2\text{He} + \text{}^1_0\text{n} + $ শক্তি
এখানে দুটি ডয়টেরিয়াম নিউক্লিয়াস যুক্ত হয়ে একটি হিলিয়াম ($\text{}^3_2\text{He}$) নিউক্লিয়াস গঠন করে ও 1 টি নিউট্রন উৎপন্ন হয়। এই প্রক্রিয়ায় কিছু ভর হ্রাস পায় যা শক্তিতে রূপান্তরিত হয়।

উত্তর: নিউক্লীয় সংযোজনে উৎপন্ন শক্তি নিউক্লীয় বিভাজনের তুলনায় বেশি। কিন্তু নিউক্লীয় সংযোজন প্রক্রিয়াটি সহজে সংঘটিত হয় না। দুটি নিউক্লিয়াসকে যখন সংযুক্ত করা হয় তখন তাদের মধ্যে বিকর্ষণ বলের মান এত বেড়ে যায় যে, নিউক্লিয়াসগুলির সংযুক্তির জন্য প্রায় $10^7\,^\circ\text{C}$ থেকে $10^8\,^\circ\text{C}$ উষ্ণতার প্রয়োজন হয়। এইজন্য নিউক্লীয় সংযোজনকে তাপীয়-নিউক্লীয় বিক্রিয়া বলে। সাধারণ উপায়ে এই উচ্চ উষ্ণতা সৃষ্টি করা সম্ভব হয় না। তাই সংযোজন প্রক্রিয়া ঘটানোর জন্য আগে নিউক্লীয় বিভাজন প্রক্রিয়া ঘটিয়ে এই তাপমাত্রা উৎপন্ন করা হয়। সুতরাং, যে-কোনো নিউক্লীয় সংযোজন বিক্রিয়া ঘটানোর পূর্বে নিউক্লীয় বিভাজন ঘটাতে হয়।

উত্তর: যে-কোনো নক্ষত্র, যেমন সূর্যের তাপশক্তির মূল উৎস হলো নিউক্লীয় সংযোজন। নক্ষত্রের মূল জ্বালানি হলো হাইড্রোজেন। নক্ষত্রে সংযোজন প্রক্রিয়াটি কতগুলি চক্রের মাধ্যমে সংঘটিত হয়। মোটামুটিভাবে বলা যায় প্রতি চক্রে চারটি হাইড্রোজেনের ($\text{}^1_1\text{H}$) নিউক্লিয়াস যুক্ত হয়ে একটি হিলিয়াম ($\text{}^4_2\text{He}$) ও দুটি পজিট্রন ($\text{}^0_1\text{e}$) উৎপন্ন করে।
$4 \text{}^1_1\text{H} \rightarrow \text{}^4_2\text{He} + 2 \text{}^0_1\text{e} + $ শক্তি
এই প্রক্রিয়ায় ভর-হ্রাস ঘটে যা বিপুল তাপশক্তিতে রূপান্তরিত হয়।