കവിത 13 ന്യൂക്ലിയ
പരിശീലനങ്ങൾ
പരിശീലനങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നതിന് നിങ്ങൾക്ക് ഈ വിവരങ്ങൾ ഉപയോഗപ്പെടുത്താം:
$$ \begin{aligned} &e=1.6 \times 10^{-19}\text{C} & & N= 6.023 \times 10 ^{23} \text{per mole}\\ &\frac{1}{(4 \pi \varepsilon _0)}=9 \times 10 ^9 \text{N} m ^2/C ^2 && k=1.381 \times 10 ^{-23} \text{J} k ^{-1} \\ &1 \text{MeV}=1.6 \times 10 ^{-13} \text{J} && 1 \text{u} = 931.5 \text{MeV}/c ^2 \\ &1 \text{ year} = 3.154 \times 10 ^7 \text{s} \\ & \text{m}_H=4.002603 \text{ u} && \text{m}_n=1.007825 \text{u} \\ & m( ^4_2\text{He})=4.002603 u && \text{m}_e=0.000548 \text{u} \end{aligned} $$
13.1 നൈട്രോജൻ ന്യൂക്ലിയിലെ ബിന്ദു ഊർജ്ജം ($\mathrm{MeV}$ ലെയിനിൽ) ലഭ്യമാക്കുക $( _{7} ^{14} \mathrm{~N})$, നൽകിയിരിക്കുന്ന $m( _{7} ^{14} \mathrm{~N})=14.00307 \mathrm{u}$
Show Answer
ഉത്തരം
നൈട്രോജൻ അണുമാസം $({ }_{7} \mathrm{~N} ^{14}), m=14.00307 \mathrm{u}$
നൈട്രോജൻ ${ }_{7} \mathrm{~N} ^{14}$ ന്യൂക്ലിയിൽ 7 പ്രൊട്ടാണുകൾക്കും 7 നെക്ട്രണുകൾക്കും ഉണ്ട്.
അതിനാൽ, ഈ ന്യൂക്ലിയിലെ മാസ് ഇഷ്ടാഭേദം, $\Delta m=7 m_{H}+7 m_{n}-m$
ഇവിടെ,
ഒരു പ്രൊട്ടാണിന്റെ മാസം, $m_{H}=1.007825 \mathrm{u}$
ഒരു നെക്ട്രൺയുടെ മാസം, $m_{n}=1.008665 \mathrm{u}$
$\therefore \Delta m=7 \times 1.007825+7 \times 1.008665-14.00307$
$=7.054775+7.06055-14.00307$
$=0.11236 \mathrm{u}$
എന്നാൽ $1 \mathrm{u}=931.5 \mathrm{MeV} / \mathrm{c} ^{2}$
$\therefore \Delta m=0.11236 \times 931.5 \mathrm{MeV} / c ^{2}$
അതിനാൽ, ന്യൂക്ലിയിലെ ബിന്ദു ഊർജ്ജം ഇങ്ങനെ ലഭ്യമാകുന്നു:
$E_{b}=\Delta m c ^{2}$
ഇവിടെ,
$c=$ പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത
$\therefore E_{b}=0.11236 \times 931.5(\frac{\mathrm{MeV}}{c ^{2}}) \times c ^{2}$
$=104.66334 \mathrm{MeV}$
അതിനാൽ, നൈട്രോജൻ ന്യൂക്ലിയിലെ ബിന്ദു ഊർജ്ജം ആണ് $104.66334 \mathrm{MeV}$.
13.2 ഈ വിവരങ്ങളിൽ നിന്ന് ന്യൂക്ലി $ _{26} ^{56} \mathrm{Fe}$ ഉം $ _{83} ^{209} \mathrm{Bi}$ ഉം $\mathrm{MeV}$ യുടെ യൂണിറ്റിൽ ബിന്ദു ഊർജ്ജം ലഭ്യമാക്കുക:
$$ m( _{26} ^{56} \mathrm{Fe})=55.934939 \mathrm{u} \quad m( _{83} ^{209} \mathrm{Bi})=208.980388 \mathrm{u} $$
Show Answer
ഉത്തരം
${ } _{26} ^{56} \mathrm{Fe}, m _{1}=55.934939 \mathrm{u}$ അണുമാസം
${ } _{26} ^{56} \mathrm{Fe}$ ന്യൂക്ലിയിൽ 26 പ്രൊട്ടാണുകൾക്കും $(56-26)=30$ നെക്ട്രണുകൾക്കും ഉണ്ട്
അതിനാൽ, ന്യൂക്ലിയിലെ മാസ് ഇഷ്ടാഭേദം, $\Delta m=26 \times m _{H}+30 \times m _{n}-m _{1}$
ഇവിടെ,
ഒരു പ്രൊട്ടാണിന്റെ മാസം, $m _{H}=1.007825 \mathrm{u}$
ഒരു നെക്ട്രൺയുടെ മാസം, $m _{n}=1.008665 \mathrm{u}$
$\therefore \Delta m=26 \times 1.007825+30 \times 1.008665-55.934939$
$=26.20345+30.25995-55.934939$
$=0.528461 \mathrm{u}$
എന്നാൽ $1 \mathrm{u}=931.5 \mathrm{MeV} / \mathrm{c} ^{2}$
$\therefore \Delta m=0.528461 \times 931.5 \mathrm{MeV} / c ^{2}$
ഈ ന്യൂക്ലിയിലെ ബിന്ദു ഊർജ്ജം ഇങ്ങനെ ലഭ്യമാകുന്നു:
$E _{b 1}=\Delta m c ^{2}$
ഇവിടെ,
$c=$ പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത
$\therefore E _{b 1}=0.528461 \times 931.5(\frac{\mathrm{MeV}}{c ^{2}}) \times c ^{2}$
$=492.26 \mathrm{MeV}$
ഏകദേശം ഒരു ന്യൂക്ലിയോനിന്റെ ബിന്ദു ഊർജ്ജം $=\frac{492.26}{56}=8.79 \mathrm{MeV}$
${ } ^{\frac{209}{83} \mathrm{Bi}}, m _{2}=208.980388 \mathrm{u}$ അണുമാസം
${ } _{83} ^{2099} \mathrm{Bi}$ ന്യൂക്ലിയിൽ 83 പ്രൊട്ടാണുകൾക്കും $(209-83) 126$ നെക്ട്രണുകൾക്കും ഉണ്ട്.
അതിനാൽ, ഈ ന്യൂക്ലിയിലെ മാസ് ഇഷ്ടാഭേദം ഇങ്ങനെ ലഭ്യമാകുന്നു:
$\Delta m ^{\prime}=83 \times m _{H}+126 \times m _{n}-m _{2}$
ഇവിടെ,
ഒരു പ്രൊട്ടാണിന്റെ മാസം, $m _{H}=1.007825 \mathrm{u}$
ഒരു നെക്ട്രൺയുടെ മാസം, $m _{n}=1.008665 \mathrm{u}$
$\therefore \Delta m ^{\prime}=83 \times 1.007825+126 \times 1.008665-208.980388$
$=83.649475+127.091790-208.980388$
$=1.760877 \mathrm{u}$
എന്നാൽ $1 \mathrm{u}=931.5 \mathrm{MeV} / \mathrm{c} ^{2}$
$\therefore \Delta m ^{\prime}=1.760877 \times 931.5 \mathrm{MeV} / c ^{2}$
അതിനാൽ, ഈ ന്യൂക്ലിയിലെ ബിന്ദു ഊർജ്ജം ഇങ്ങനെ ലഭ്യമാകുന്നു:
$E _{b 2}=\Delta m ^{\prime} c ^{2}$
$=1.760877 \times 931.5(\frac{\mathrm{MeV}}{c ^{2}}) \times c ^{2}$
$=1640.26 \mathrm{MeV}$
ഏകദേശം ഒരു ന്യൂക്ലിയോനിന്റെ ബിന്ദു ഊർജ്ജം $=\frac{1640.26}{209}=7.848 \mathrm{MeV}$
13.3 ഒരു നിശ്ചിത നാണയത്തിന്റെ മാസം ആണ് $3.0 \mathrm{~g}$. ഓരോ നെക്ട്രണുകളെയും പ്രൊട്ടാണുകളെയും ഒഴിവാക്കാൻ ആവശ്യപ്പെടുന്ന ന്യൂക്ലിയൻ ഊർജ്ജം കണക്കാക്കുക. ലളിതമായി കരുതിയിരിക്കുകയും നിശ്ചിത നാണയം മുഴുവൻ $ _{29} ^{63} \mathrm{Cu}$ അണുകൾ (മാസം $62.92960 \mathrm{u}$) വിനാ നിർമ്മിച്ചതായി കരുതിയിരിക്കുകയും ചെയ്യുക.
Show Answer
ഉത്തരം
ഒരു ചുവപ്പ് നാണയത്തിന്റെ മാസം, $m ^{\prime}=3 \mathrm{~g}$
${ } _{29} \mathrm{Cu} ^{63}$ അണുവിന്റെ അണുമാസം, $m=62.92960 \mathrm{u}$
നാണയത്തിൽ ഉണ്ടായ ${ } _{29} \mathrm{Cu} ^{63}$ അണുകളുടെ ആകെ എണ്ണം, $N=\frac{N _{\mathrm{A}} \times m ^{\prime}}{\text { Mass number }}$
ഇവിടെ,
$\mathrm{N} _{\mathrm{A}}=$ അവോഗാഡ്ർ സംഖ്യ $=6.023 \times 10 ^{23}$ അണുകൾ $/ \mathrm{g}$
മാസസംഖ്യ $=63 \mathrm{~g}$
$\therefore N=\frac{6.023 \times 10 ^{23} \times 3}{63}=2.868 \times 10 ^{22}$ അണുകൾ
${ } _{29} \mathrm{Cu} ^{63}$ ന്യൂക്ലിയിൽ 29 പ്രൊട്ടാണുകൾക്കും $(63-29) 34$ നെക്ട്രണുകൾക്കും ഉണ്ട്
$\therefore$ ഈ ന്യൂക്ലിയിലെ മാസ് ഇഷ്ടാഭേദം, $\Delta m ^{\prime}=29 \times m _{H}+34 \times m _{n}-m$
ഇവിടെ,
ഒരു പ്രൊട്ടാണിന്റെ മാസം, $m _{H}=1.007825 \mathrm{u}$
ഒരു നെക്ട്രൺയുടെ മാസം, $m _{n}=1.008665 \mathrm{u}$
$\therefore \Delta m ^{\prime}=29 \times 1.007825+34 \times 1.008665-62.9296$
$=0.591935 \mathrm{u}$
നിശ്ചിത നാണയത്തിൽ ഉള്ള എല്ലാ അണുകളുടെയും മാസ് ഇഷ്ടാഭേദം, $\Delta m=0.591935 \times 2.868 \times 10 ^{22}$
$=1.69766958 \times 10 ^{22} \mathrm{u}$
എന്നാൽ $1 \mathrm{u}=931.5 \mathrm{MeV} / \mathrm{c} ^{2}$
$\therefore \Delta m=1.69766958 \times 10 ^{22} \times 931.5 \mathrm{MeV} / c ^{2}$
അതിനാൽ, നിശ്ചിത നാണയത്തിലെ ന്യൂക്ലിയിലെ ബിന്ദു ഊർജ്ജം ഇങ്ങനെ ലഭ്യമാകുന്നു:
$E _{b}=\Delta m c ^{2}$
$=1.69766958 \times 10 ^{22} \times 931.5(\frac{\mathrm{MeV}}{c ^{2}}) \times c ^{2}$
$=1.581 \times 10 ^{25} \mathrm{MeV}$
എന്നാൽ $1 \mathrm{MeV}=1.6 \times 10 ^{-13} \mathrm{~J}$
$E _{b}=1.581 \times 10 ^{25} \times 1.6 \times 10 ^{-13}$
$=2.5296 \times 10 ^{12} \mathrm{~J}$
നിശ്ചിത നാണയത്തിൽ ഉള്ള എല്ലാ നെക്ട്രണുകളെയും പ്രൊട്ടാണുകളെയും ഒഴിവാക്കാൻ ഈ കഷ്ടപ്പാട്ടം ആവശ്യമാകും.
13.4 ചുവപ്പ് ഐോട്ടോപ്പ് $ _{79} ^{197} \mathrm{Au}$ ഉം വെള്ളി ഐോട്ടോപ്പ് $ _{47} ^{107} \mathrm{Ag}$ ഉം തമ്മിലുള്ള ന്യൂക്ലിയൽ ത്രിജ്യത്തിന്റെ ഏകദേശം അനുപാതം കണക്കാക്കുക.
Show Answer
ഉത്തരം
ചുവപ്പ് ഐോട്ടോപ്പ് ${ } _{79} \mathrm{Au} ^{197}=R _{\mathrm{Au}}$ ന്യൂക്ലിയൽ ത്രിജ്യം
വെള്ളി ഐോട്ടോപ്പ് ${ } _{47} \mathrm{Ag} ^{107}=R _{\mathrm{Ag}}$ ന്യൂക്ലിയൽ ത്രിജ്യം
ചുവപ്പിന്റെ മാസസംഖ്യ, $A _{\mathrm{Au}}=197$
വെള്ളിയുടെ മാസസംഖ്യ, $A _{\mathrm{Ag}}=107$
രണ്ട് ന്യൂക്ലിയിലെ ത്രിജ്യങ്ങളുടെ അനുപാതം അവയുടെ മാസസംഖ്യകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു:
$$ \begin{aligned} \frac{R _{\mathrm{Au}}}{R _{\mathrm{Ag}}} & =(\frac{R _{\mathrm{Au}}}{R _{\mathrm{Ag}}}) ^{\frac{1}{3}} \ & =(\frac{197}{107}) ^{\frac{1}{3}}=1.2256 \end{aligned} $$
അതിനാൽ, ചുവപ്പ് ഉം വെള്ളി ഉം തമ്മിലുള്ള ഐോട്ടോപ്പുകളുടെ ന്യൂക്ലിയൽ ത്രിജ്യങ്ങളുടെ അനുപാതം ഏകദേശം 1.23 ആണ്.
13.5 ഒരു ന്യൂക്ലിയൽ പ്രവർത്തനത്തിന്റെ $Q$ മൂല്യം നിർവ്വചിക്കുന്നത് ഇങ്ങനെ ആണ്:
$Q=\left[m _{A}+m _{b}-m _{C}-m _{d}\right] c ^{2}$
ഇവിടെ മാസങ്ങൾ ബാധകമായ ന്യൂക്ലിയിലെ മാസങ്ങളാണ്. നൽകിയിരിക്കുന്ന വിവരങ്ങളിൽ നിന്ന് ഈ പ്രവർത്തനങ്ങളുടെ $Q$-മൂല്യം നിർണ്ണയിക്കുകയും പ്രവർത്തനം എവിടെയെങ്കിലും പ്രവർത്തിക്കുന്നതാണോ അല്ലെങ്കിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നതല്ലാണോ എന്ന് പറയുക.
(i) $ _{1} ^{1} \mathrm{H}+ _{1} ^{3} \mathrm{H} \rightarrow _{1} ^{2} \mathrm{H}+ _{1} ^{2} \mathrm{H}$
(ii) $ _{6} ^{12} \mathrm{C}+ _{6} ^{12} \mathrm{C} \rightarrow _{10} ^{20} \mathrm{Ne}+ _{2} ^{4} \mathrm{He}$
അണുമാസങ്ങൾ ഇങ്ങനെ ലഭ്യമാണ്:
$m( _{1} ^{2} \mathrm{H})=2.014102 \mathrm{u}$
$m( _{1} ^{3} \mathrm{H})=3.016049 \mathrm{u}$
$m( _{6} ^{12} \mathrm{C})=12.000000 \mathrm{u}$
$m( _{10} ^{20} \mathrm{Ne})=19.992439 \mathrm{u}$
Show Answer
ഉത്തരം
${ } ^{226} \mathrm{Ra}$ യുടെ ആൽഫാ പാർട്ടിക്കൾ ഡിയായ് പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഫലമായി, അതിന്റെ മാസസംഖ്യ $(226-4) 222$ ആയി കുറയുകയും അത്തരം അണുസംഖ്യ $(88-2) 86$ ആയി കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത് ഇനിപ്പറയുന്ന ന്യൂക്ലിയൽ പ്രവർത്തനത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.
${ } _{88} ^{226} \mathrm{Ra} \longrightarrow{ } _{86} ^{222} \mathrm{Ra}+{ } _{2} ^{4} \mathrm{He}$
$Q$-മൂല്യം
ഇമിട്ടഡിറ്റിഡ് $\alpha$-പാർട്ടിക്കൾ $=($ ആദ്യത്തെ മാസങ്ങളുടെ യോഗം - അവസാനത്തെ മാസങ്ങളുടെ യോഗം $) c ^{2}$
ഇവിടെ,
$c=$ പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത
നൽകിയിരിക്കുന്നത് ആണ്:
$m({ } _{88} ^{226} \mathrm{Ra})=226.02540 \mathrm{u}$
$m({ } _{86} ^{222} \mathrm{Rn})=222.01750 \mathrm{u}$
$m({ } _{2} ^{4} \mathrm{He})=4.002603 \mathrm{u}$
$Q$-മൂല്യം $=[226.02540-(222.01750+4.002603)] \mathrm{u} c ^{2}$
$=0.005297 \mathrm{u} c ^{2}$
എന്നാൽ $1 \mathrm{u}=931.5 \mathrm{MeV} / \mathrm{c} ^{2}$
$\therefore Q=0.005297 \times 931.5 \approx 4.94 \mathrm{MeV}$
$\alpha$-പാർട്ടിക്കൾക്കുള്ള കിനെറ്റിക് ഊർജ്ജം $=(\frac{\text { Mass number after decay }}{\text { Mass number before decay }}) \times Q$
$=\frac{222}{226} \times 4.94=4.85 \mathrm{MeV}$
$({ } _{86} ^{220} \mathrm{Rn})$ യുടെ ആൽഫാ പാർട്ടിക്കൾ ഇനിപ്പറയുന്ന ന്യൂക്ലിയൽ പ്രവർത്തനത്തിൽ കാണിക്കുന്നു.
${ } _{86} ^{220} \mathrm{Rn} \longrightarrow{ } _{84} ^{216} \mathrm{Po}+{ } _{2} ^{4} \mathrm{He}$
നൽകിയിരിക്കുന്നത് ആണ്:
$({ } _{86} ^{220} \mathrm{Rn})=220.01137 \mathrm{u}$ മാസം
$({ } ^{24}{ } ^{216} \mathrm{Po})=216.00189 \mathrm{u}$ മാസം
$\therefore Q$-മൂല്യം $=[220.01137-(216.00189+4.00260)] \times 931.5$
$\approx 641 \mathrm{MeV}$
$\alpha$-പാർട്ടിക്കൾക്കുള്ള കിനെറ്റിക് ഊർജ്ജം $=(\frac{220-4}{220}) \times 6.41$
$=6.29 \mathrm{MeV}$
13.6 ഒരു $ _{26} ^{56} \mathrm{Fe}$ ന്യൂക്ലിയിൽ നിന്ന് രണ്ട് സമാനമായ ഭാഗങ്ങളായ $ _{13} ^{28} \mathrm{Al}$ ആയി വികൃതി ചെയ്യുകയാണെങ്കിൽ, ഈ വികൃതി ഊർജമോചനമോചനമായി സാധ്യമാണോ? ഈ പ്രവർത്തനത്തിന്റെ $Q$ കണക്കാക്കുന്നതിലൂടെ പരിഹരിക്കുക. നൽകിയിരിക്കുന്ന $m( _{26} ^{56} \mathrm{Fe})=55.93494 \mathrm{u}$ ഉം $m( _{13} ^{28} \mathrm{Al})=27.98191$ ഉം u.
Show Answer
ഉത്തരം
${ } _{26} ^{56} \mathrm{Fe}$ യുടെ വികൃതി ഇങ്ങനെ ലഭ്യമാകുന്നു:
$$ { } _{13} ^{56} \mathrm{Fe} \longrightarrow 2{ } _{13} ^{28} \mathrm{Al} $$
നൽകിയിരിക്കുന്നത് ആണ്:
അണുമാസം $m({ } _{26} ^{56} \mathrm{Fe})=55.93494 \mathrm{u}$
അണുമാസം $m({ } _{13} ^{28} \mathrm{Al})=27.98191 \mathrm{u}$
ഈ ന്യൂക്ലിയൽ പ്രവർത്തനത്തിന്റെ $Q$-മൂല്യം ഇങ്ങനെ ലഭ്യമാകുന്നു:
$$ \begin{aligned} Q & =\left[m({ } _{26} ^{56} \mathrm{Fe})-2 m({ } _{13} ^{28} \mathrm{Al})\right] c ^{2} \ & =[55.93494-2 \times 27.98191] c ^{2} \ & =(-0.02888 c ^{2}) \mathrm{u} \end{aligned} $$
എന്നാൽ $1 \mathrm{u}=931.5 \mathrm{MeV} / \mathrm{c} ^{2}$
$\therefore Q=-0.02888 \times 931.5=-26.902 \mathrm{MeV}$
വികൃതിയുടെ $Q$-മൂല്യം എത്രത്തോളം കുറവാണ്. അതിനാൽ, ഊർജമോചനമോചനമായി സാധ്യമായ വികൃതി പ്രവർത്തനത്തിന് നിശ്ചിത $Q$-മൂല്യം നിരവധി ആവശ്യമാണ്.
13.7 $ _{94} ^{239} \mathrm{Pu}$ യുടെ വികൃതി പ്രത്യേകതകൾ $ _{92} ^{235} \mathrm{U}$ യുടെയും വളരെ സമാനമാണ്. ഓരോ വികൃതിക്കും വിടയ്ക്കുന്ന ഏകദേശ ഊർജ്ജം ആണ് $180 \mathrm{MeV}$. പ്രകൃതിയിലെ എല്ലാ അണുകളും $1 \mathrm{~kg}$ യിൽ $ _{94} ^{239} \mathrm{Pu}$ വികൃതിയുണ്ടെങ്കിൽ, എത്ര ഊർജ്ജം, $\mathrm{MeV}$ യിൽ, വികൃതി ചെയ്യും?
Show Answer
ഉത്തരം
${ } _{94} ^{239} \mathrm{Pu}, E _{a v}=180 \mathrm{MeV}$ യുടെ ഓരോ വികൃതിക്കും വിടയ്ക്കുന്ന ഏകദേശ ഊർജ്ജം
പ്രകൃതിയിലെ പ്രകൃതിയിലെ എല്ലാ അണുകളും ${ } _{94} \mathrm{Pu} ^{239}, m=1 \mathrm{~kg}=1000 \mathrm{~g}$
$\mathrm{N} _{\mathrm{A}}=$ അവോഗാഡ്ർ സംഖ്യ $=6.023 \times 10 ^{23}$
${ } _{94} ^{239} \mathrm{Pu}=239 \mathrm{~g}$ യുടെ മാസസംഖ്യ
ഒരു മോളിൽ, അതായത് ${ } _{94} \mathrm{Pu} ^{239}$ യിൽ ഉള്ള ഡിയറ്ററിയം ഉൾക്കൊള്ളുന്ന അണുകൾ ആണ് $\mathrm{N} _{\mathrm{A}}$.
$\therefore m$ ഗ്രാമം ${ } _{94} \mathrm{Pu} ^{239}$ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന അണുകൾ ആണ് $(\frac{\mathrm{N} _{\mathrm{A}}}{\text { Mass number }} \times m)$
$=\frac{6.023 \times 10 ^{23}}{239} \times 1000=2.52 \times 10 ^{24}$ അണുകൾ
$\therefore$ $1 \mathrm{~kg}$ യുടെ ${ } _{94} ^{239} \mathrm{Pu}$ വികൃതിക്ക് വിടയ്ക്കുന്ന ആകെ ഊർജ്ജം ഇങ്ങനെ കണക്കാക്കാം:
$$ \begin{aligned} E & =E _{\alpha v} \times 2.52 \times 10 ^{24} \ & =180 \times 2.52 \times 10 ^{24}=4.536 \times 10 ^{26} \mathrm{MeV} \end{aligned} $$
അതിനാൽ, പ്രകൃതിയിലെ എല്ലാ അണുകളും $4.536 \times 10 ^{26} \mathrm{MeV}$ യിൽ ഉള്ള പ്രകൃതിയിലെ എല്ലാ അണുകളും $1 \mathrm{~kg}$ യിൽ ഉള്ള ${ } _{94} \mathrm{Pu} ^{239}$ വികൃതിയുണ്ടെങ്കിൽ വിടയ്ക്കുന്ന ഊർജ്ജം ആണ്.
13.8 100W യുടെ ഒരു വെള്ളിപ്രകാശം $2.0 \mathrm{~kg}$ യുടെ ഡിയറ്ററിയം യൂരോപ്പ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെ എത്ര സമയം തുടരും? യൂരോപ്പ് പ്രവർത്തനം ഇങ്ങനെ എടുക്കുക:
$$ _{1} ^{2} \mathrm{H}+ _{1} ^{2} \mathrm{H} \rightarrow _{2} ^{3} \mathrm{He}+\mathrm{n}+3.27 \mathrm{MeV} $$
Show Answer
ഉത്തരം
നൽകിയിരിക്കുന്ന യൂരോപ്പ് പ്രവർത്തനം ആണ്:
${ } _{1} ^{2} \mathrm{H}+{ } _{1} ^{2} \mathrm{H} \longrightarrow{ } _{2} ^{3} \mathrm{He}+\mathrm{n}+3.27 \mathrm{MeV}$
ഡിയറ്ററിയം യുടെ തുടങ്ങുന്ന തുക, $m=2 \mathrm{~kg}$
ഒരു മോളിൽ, അതായത് $2 \mathrm{~g}$ യിൽ ഉള്ള ഡിയറ്ററിയം ഉൾക്കൊള്ളുന്ന അണുകൾ ആണ് $6.023 \times 10 ^{23}$.
$\therefore 2.0 \mathrm{~kg}$ യിൽ ഉള്ള ഡിയറ്ററിയം ഉൾക്കൊള്ളുന്ന അണുകൾ ആണ് $=\frac{6.023 \times 10 ^{23}}{2} \times 2000=6.023 \times 10 ^{26}$
നൽകിയിരിക്കുന്ന പ്രവർത്തനത്തിൽ നിന്ന് നിങ്ങൾക്ക് കാണാൻ കഴിയും, രണ്ട് ഡിയറ്ററിയം അണുകൾ യൂരോപ്പ് ചെയ്യുമ്പോൾ, 3.27 $\mathrm{MeV}$ ഊർജ്ജം വിടയ്ക്കുന്നു.
$\therefore$ യൂരോപ്പ് പ്രവർത്തനത്തിൽ ഓരോ ന്യൂക്ലിയിലെയും വിടയ്ക്കുന്ന ആകെ ഊർജ്ജം:
$$ \begin{aligned} E & =\frac{3.27}{2} \times 6.023 \times 10 ^{26} \mathrm{MeV} \ & =\frac{3.27}{2} \times 6.023 \times 10 ^{26} \times 1.6 \times 10 ^{-19} \times 10 ^{6} \ & =1.576 \times 10 ^{14} \mathrm{~J} \end{aligned} $$
വെള്ളിപ്രകാശത്തിന്റെ ശക്തി, $P=100 \mathrm{~W}=100 \mathrm{~J} / \mathrm{s}$
അതിനാൽ, ഓരോ സെക്കൻഡിൽ വെള്ളിപ്രകാശത്തിന് വേണ്ടിയുള്ള ഊർജ്ജം ആണ് $=100 \mathrm{~J}$
വെള്ളിപ്രകാശം തുടരുന്ന ആകെ സമയം ഇങ്ങനെ കണക്കാക്കാം:
$$ \begin{aligned} & \frac{1.576 \times 10 ^{14}}{100} \mathrm{~s} \ & \frac{1.576 \times 10 ^{14}}{100 \times 60 \times 60 \times 24 \times 365} \approx 4.9 \times 10 ^{4} \text { years } \end{aligned} $$
13.9 രണ്ട് ഡിയറ്ററിയത്തിന്റെ തലക്കെട്ട് തലക്കെട്ട് ചാരമായി ചേർക്കുമ്പോൾ രണ്ട് ഡിയറ്ററിയത്തിന്റെ തമ്മിലുള്ള ഭൗതിക ബാറ്ററി ഉയർന്ന സ്ഥാനം കണക്കാക്കുക. (സൂചന: രണ്ട് ഡിയറ്ററിയത്തിന്റെ തമ്മിലുള്ള ഭൗതിക ബാറ്ററി ഉയർന്ന സ്ഥാനം അവ തമ്മില് മാത്രം സ്പർശിക്കുമ്പോൾ രണ്ട് ഡിയറ്ററിയത്തിന്റെ തമ്മിലുള്ള കോൾബർ പ്രതിരോധത്തിലൂടെ ലഭ്യമാകുന്നു. അവ ഒരു ഹാർഡ് സ്ഫീറുകളായി എടുക്കാം, അതായത് ത്രിജ്യത്തിന്റെ ത്രിജ്യം ആണ് $2.0 \mathrm{fm}$.)
Show Answer
ഉത്തരം
രണ്ട് ഡിയറ്ററിയത്തിന്റെ തലക്കെട്ട് തലക്കെട്ട് ചേർക്കുമ്പോൾ, അവയുടെ കേന്ദ്രങ്ങളുടെ തമ്മിലുള്ള ദൂരം, $d$ ആണ്:
ഒരു ഡിയറ്ററിയ ന്യൂക്ലിയിന്റെ ത്രിജ്യം + ഒരു ഡിയറ്ററിയ ന്യൂക്ലിയിന്റെ ത്രിജ്യം
ഒരു ഡിയറ്ററിയ ന്യൂക്ലിയിന്റെ ത്രിജ്യം ആണ് $=2 \mathrm{fm}=2 \times 10 ^{-15} \mathrm{~m}$
$\therefore d=2 \times 10 ^{-15}+2 \times 10 ^{-15}=4 \times 10 ^{-15} \mathrm{~m}$
ഒരു ഡിയറ്ററിയ ന്യൂക്ലിയിലെ ചാർജ് ആണ് $=$ എലക്ട്രോണിന്റെ ചാർജ് $=e=1.6 \times 10 ^{-19} \mathrm{C}$
രണ്ട്-ഡിയറ്ററിയ സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഭൗതിക ഊർജ്ജം:
$$ V=\frac{e ^{2}}{4 \pi \epsilon _{0} d} $$
ഇവിടെ,
$$ \epsilon _{0}=\text { Permittivity of free space } $$
$$ \frac{1}{4 \pi \epsilon _{0}}=9 \times 10 ^{9} \mathrm{~N} \mathrm{~m} ^{2} \mathrm{C} ^{-2} $$
$\therefore V=\frac{9 \times 10 ^{9} \times(1.6 \times 10 ^{-19}) ^{2}}{4 \times 10 ^{-15}} \mathrm{~J}$
$$ =\frac{9 \times 10 ^{9} \times(1.6 \times 10 ^{-19}) ^{2}}{4 \times 10 ^{-15} \times(1.6 \times 10 ^{-19})} \mathrm{eV} $$
$$ =360 \mathrm{keV} $$
അതിനാൽ, രണ്ട്-ഡിയറ്ററിയ സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഭൗതിക ബാറ്ററി ഉയർന്ന സ്ഥാനം ആണ്
$360 \mathrm{keV}$.
13.10 നിശ്ചിത ഒരു സ്ഥിരമായ $R _{0}$ ഉം ഒരു ന്യൂക്ലിയിലെ മാസസംഖ്യ $A$ ഉം ഉപയോഗിച്ച് ന്യൂക്ലിയൽ മാറ്റിയെടുക്കൽ ഘനത്വം ഏകദേശം സ്ഥിരമാണെന്ന് (അതായത് $A$ അല്ലങ്ങുന്നതല്ല) കാണിക്കുക.
Show Answer
ഉത്തരം
നമുക്ക് ന്യൂക്ലിയൽ ത്രിജ്യത്തിന്റെ പ്രത്യേകത ഇങ്ങനെ ഉണ്ട്:
$R=R _{0} A ^{1} \beta ^{3}$
ഇവിടെ,
$R _{0}=$ സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തി.
$A=$ ന്യൂക്ലിയിന്റെ മാസസംഖ്യ
ന്യൂക്ലിയൽ മാറ്റിയെടുക്കൽ ഘനത്വം, $\rho=\frac{\text { Mass of the nucleus }}{\text { Volume of the nucleus }}$
ന്യൂക്ലിയിലെ ഏകദേശ മാസം ആണ് $m$.
അതിനാൽ, ന്യൂക്ലിയിന്റെ മാസം ആണ് $=m A$
$\therefore \rho=\frac{m A}{\frac{4}{3} \pi R ^{3}}=\frac{3 m A}{4 \pi(R _{0} A ^{\frac{1}{3}}) ^{3}}=\frac{3 m A}{4 \pi R _{0} ^{3} A}=\frac{3 m}{4 \pi R _{0} ^{3}}$
അതിനാൽ, ന്യൂക്ലിയൽ മാറ്റിയെടുക്കൽ ഘനത്വം $A$ അല്ലങ്ങുന്നതല്ല. അത് ഏകദേശം സ്ഥിരമാണ്.