১৯৩৮ সালের ডিসেম্বরে অটো হান ও ফ্রিৎজ স্ট্রাসম্যান ইউরেনিয়ামকে নিউট্রন দ্বারা আঘাত করে বেরিয়ামের উপস্থিতি শনাক্ত করেন। লিজ মাইটনার ও অটো ফ্রিশ তাত্ত্বিকভাবে ব্যাখ্যা করেন যে ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসটি কেবল আলফা কণা নির্গমন করেনি, বরং এটি মাঝখান থেকে দ্বিখণ্ডিত হয়ে গেছে। নিউক্লিয়ার ফিশন প্রতিটি পরমাণু বিভাজনে প্রায় ২০০ MeV শক্তি মুক্ত করে, যা যেকোনো রাসায়নিক কয়লা বা তেল পোড়ানোর চেয়ে লক্ষ লক্ষ গুণ বেশি শক্তিশালী।

১. বোর-হুইলার ফিশন তত্ত্ব

১৯৩৯ সালে নীলস বোর এবং জন হুইলার নিউক্লিয়াসকে একটি তরল ফোঁটা হিসেবে ধরে তার উপবৃত্তাকার বিকৃতির হিসাব করেন। বিকৃতির ফলে পৃষ্ঠশক্তি বৃদ্ধি পায় কিন্তু কুলম্ব বিকর্ষণ হ্রাস পায়। নিউক্লিয়াসের স্থায়িত্ব নির্ধারিত হয় ফিশিলিটি প্যারামিটার (x) দিয়ে:

[
x approx rac{1}{50} rac{Z^2}{A}
]

যখন (Z^2/A ge ৪৯), তখন কোনো বাহ্যিক বাধা ছাড়াই নিউক্লিয়াসটি (১০^{-২২}) সেকেন্ডের মধ্যে স্বতঃস্ফূর্তভাবে ফেটে যায়। ইউরেনিয়াম-২৩৫-এর ক্ষেত্রে একটি ৫.৮ MeV বিভব বাধা থাকে। তাপীয় নিউট্রন শোষণের পর জোড় নিউক্লিয়াস (({}^{236} ext{U}^*)) গঠিত হওয়ায় অতিরিক্ত ৬.৫ MeV শক্তি উৎপন্ন হয়, যা ফিশন বাধা অতিক্রম করে অবিলম্বে পরমাণুটিকে দ্বিখণ্ডিত করে।

২. তাৎক্ষণিক বনাম বিলম্বিত নিউট্রন

প্রতিটি ফিশনে নির্গত ২০০ MeV শক্তির প্রায় ৮৪% (১৬৮ MeV) স্থানান্তরিত হয় দুটি নতুন কণার গতিশক্তিতে, যা পারমাণবিক চুল্লির পানিকে ফুটিয়ে তোলে। একই সাথে গড়ে প্রায় ২.৪৩টি নিউট্রন নির্গত হয়। এর মধ্যে ৯৯.৩৫% নিউট্রন তাৎক্ষণিকভাবে নির্গত হলেও ০.৬৫% নিউট্রন নির্গত হয় কয়েক সেকেন্ড থেকে এক মিনিট পর ফিশন বর্জ্যের বিটা ক্ষয়ের মাধ্যমে। এই বিলম্বিত নিউট্রন (Delayed Neutrons) থাকার কারণেই যান্ত্রিক কন্ট্রোল রড দিয়ে চুল্লি নিরাপদে চালানো সম্ভব হয়।

৩. চেইন রিঅ্যাকশন ও ক্রিটিক্যাল ভর

নিউক্লিয়ার চেইন রিঅ্যাকশনের ভারসাম্য নির্দেশিত হয় মাল্টিপ্লিকেশন ফ্যাক্টর (k) দ্বারা। যখন (k=১), তখন বিক্রিয়াটি স্থিতিশীল থাকে। একটি খাঁটি গোলকাকার ধাতুর জন্য নিউট্রন ডিফিউশন সমীকরণ সমাধান করে খালি ক্রিটিক্যাল ভর (Bare Critical Mass) নির্ণয় করা হয়:

[
M_{ ext{crit}} = rac{4}{3}pi R_{ ext{crit}}^3
ho
]

অস্ত্র-গ্রেড ইউরেনিয়াম-২৩৫-এর জন্য এটি প্রায় ৫২ কেজি (১৭ সেমি ব্যাসের গোলক), এবং প্লুটোনিয়াম-২৩৯-এর জন্য মাত্র ১০ কেজি (১০ সেমি ব্যাসের গোলক)। একটি সাধারণ বেরিলিয়াম নিউট্রন প্রতিফলক ব্যবহার করলে এই প্রয়োজনীয় ভর অর্ধেকেরও নিচে নেমে আসে।

শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।