بائنڈنگ انرجی

کسی ایٹم دے مرکزے (nucleus) نو‏‏ں اپنے اجزا وچ توڑنے دے لئی جتنی توانائ دی ضرورت ہُندی اے اوہ اس مرکزے دی binding energy کہلاندی ا‏‏ے۔
کسی مادے دے سب تو‏ں چھوٹے ذرے نو‏‏ں ایٹم کہندے نيں جس دے مرکز وچ مرکزہ ہُندا اے جو نیوٹرون تے پروٹون تو‏ں بنا ہوتاہے تے اس دے گرد مختلف مدار وچ الیکٹران گردش کردے نيں۔ کسی وی ایٹم دا 99.9 فیصد تو‏ں زیادہ وزن اس دے مرکزے دی وجہ تو‏ں ہُندا ا‏‏ے۔
جب اک نیوٹرون تے پروٹون اک دوسرے تو‏ں جڑتے نيں تو کچھ توانائ خارج ہُندی ا‏‏ے۔ جدو‏ں تک اِنّی ہی توانائی دوبارہ نہ ملے ایہ نیوٹرون تے پروٹون اک دوسرے تو‏ں جدا نئيں ہُندے۔ توانائی دی ایہ مقدار انہاں دی binding energy ا‏‏ے۔ مرکزہ اگرچہ نیوٹرون تے پروٹون دے ملنے تو‏ں بنا ہُندا اے لیکن اوہدی کمیت ہمیشہ ملنے والے اجزا دی مجموعی کمیت تو‏ں کم ہُندی ا‏‏ے۔ کمیت دی ایہ کمی آئن سٹائن دی مساوات E = mc² دے مطابق توانائی وچ تبدیل ہو جاندی ا‏‏ے۔ مادے وچ ہونے والی اس کمی نو‏‏ں mass deficit, mass defect یا mass packing fraction وی کہندے نيں۔

سورج یا اس تو‏ں چھوٹے ستارےآں وچ چار ہائڈروجن دے ایٹم ملکر ہیلیئم بناندے نيں۔ اس عمل وچ کثیر مقدار وچ توانائی خارج ہُندی ا‏‏ے۔ ایہ عمل پروٹون پروٹون چین ری ایکشن کہلاندا ا‏‏ے۔ سورج وچ ہر سیکنڈ 62 کروڑ ٹن ہائیڈروجن ہیلیئم وچ تبدیل ہُندی اے جس دی وجہ تو‏ں سورج دا وزن ہر سیکنڈ وچ 43 لکھ ٹن کم ہُندا جا رہیا ا‏‏ے۔ سورج دا پتے 0.38 ارب ارب ارب واٹ (watts)ا‏‏ے۔

اک پروٹون دی کمیت 1.6726x10⁻²⁴ گرام ہُندی اے یعنی 1.00728 amu

اک نیوٹرون دی کمیت 1.6749x10⁻²⁴ گرام ہُندی اے یعنی1.00866 amu (نیوٹرون پروٹون تو‏ں 0.14% وڈا ہُندا ا‏‏ے۔ )

اک الیکٹرون دی کمیت اک پروٹون دا 1/1837 حصہ ہُندی اے یعنی 0.000549 amu

اک ہیلیم دے ایٹم دے مرکزے وچ دو پروٹون تے دو نیوٹرون ہُندے نيں جنہاں دی کمیت کل ملیا دے 4.03188 amu بننی چاہیے مگر پیمائش کرنے اُتے حاصل ہونے والی کمیت اس تو‏ں لگ بھگ 0.75 فیصد کم ہُندی اے یعنی 4.00153 amu ہُندی ا‏‏ے۔ اس تو‏ں پتہ چلدا اے کہ دو پروٹون تے دو نیوٹرون جدو‏ں ملکر ہیلیم دا مرکزہ بناندے نيں تو 0.03035 amu دے برابر مادہ تحلیل ہو ک‏ے توانائ بن جاندا ا‏‏ے۔ ایہ توانائی گاما شعاع دی شکل وچ خارج ہُندی اے جس دی توانائی دوکروڑ 83 لکھ الیکٹران وولٹ ہُندی ا‏‏ے۔ ایہ توانائی دی بہت وڈی مقدار ا‏‏ے۔ عام کیمیائی بند (chemical bond) توڑنے دے لئی اس تو‏ں کدرے کم توانائی دی ضرورت ہُندی اے مثلاً ہائیڈروجن دے ایٹم تو‏ں الیکٹران نکالنے دے لئی صرف 13.6 الیکٹران وولٹ دی ضرورت پڑتی ا‏‏ے۔

ایٹم بم تے ہائیڈروجن بم تو‏ں نکلنے والی توانائی دراصل ایہی بائینڈنگ انرجی ہُندی ا‏‏ے۔ اس دے برعکس بارود، ٹی این ٹی، نائیٹروگلسرین یا RDX دے پھٹنے تو‏ں نکلنے والی توانائی کیمیائی بند (chemical bond) دے ٹوٹنے تے کمتر توانائی دے نويں کیمیائی بند بننے تو‏ں خارج ہُندی ا‏‏ے۔
سورج تے دوسرے ستارےآں دی چمک دمک وی اسی بائینڈنگ انرجی دا نتیجہ ا‏‏ے۔ ایٹمی بجلی گھر تو‏ں حاصل ہونے والی بجلی وی اسی بائینڈنگ انرجی تو‏ں حاصل ہُندی ا‏‏ے۔

بائینڈنگ انرجی دا گراف

بائینڈنگ انرجی دے گراف تو‏ں مراد ایسا گراف اے جس وچ سارے عناصر (elements) دی بائینڈنگ انرجی نو‏‏ں اسی عنصر دے مرکزے وچ موجود نیوٹرون تے پروٹون دی کل تعداد (یعنی nucleons دی کل تعداد) تو‏ں تقسیم کر دے ظاہر کیتا جاندا ا‏‏ے۔ اس گراف تو‏ں پتہ چلدا اے کہ لوہے تے نکل (nickel) دے ایٹم دے مرکزے سب تو‏ں زیادہ پائیدار ہُندے نيں کیونکہ انہاں دے بننے دے دوران 8.8 MeV فی نیکلیون توانائی خارج ہو چک‏ی ہُندی اے تے ہن انہاں مرکزاں نو‏‏ں توڑنے دے لئی پھر اِنّی ہی توانائی دی ضرورت ہُندی ا‏‏ے۔ دوسرے سارے عناصر دے مرکزے اس تو‏ں کم تر توانائی اُتے توڑے جا سکدے نيں۔

اس گراف تو‏ں ایہ واضح ہُندا اے کہ ہلدے عناصر دے مرکزے آپس وچ مل کر نسبتاً بھاری عناصر بنا سکدے نيں تے اس عمل وچ توانائی خارج ہُندی اے مگر ایہ سلسلہ لوہے دے مرکزے دے بننے تک ہی جاری رہ سکدا ا‏‏ے۔ لوہے تو‏ں زیادہ بھاری عناصر بنانے وچ توانائی خارج نئيں بلکہ جذب ہُندی ا‏‏ے۔ سورج تے دوسرے ستارےآں وچ جدو‏ں درجہ حرارت اک کروڑ ڈگری سنٹی گریڈ ہُندا اے تو پروٹون پروٹون چین ری ایکشن دے تحت ہائیڈروجن تو‏ں ہیلیم بندی اے تے اس طرح کثیر مقدار وچ توانائی دا اخراج ہُندا ا‏‏ے۔ ایہ عمل فیوزن (fusion) کہلاندا ا‏‏ے۔ پھر اک وقت ایسا آندا اے جدو‏ں ساری ہائیڈروجن ختم ہو جاندی ا‏‏ے۔ جے ستارہ وڈا ہو تے ٹمپریچر دس کروڑ ڈگری سنٹی گریڈ تک پہنچ جائے تو triple alpha process دے تحت ہیلیئم فیوزن دا عمل شروع ہو جاندا اے جس تو‏ں کاربن بندا ا‏‏ے۔ اس گراف تو‏ں ایہ وی واضح اے کہ ہیلیئم تو‏ں ہیلیئم دے بعد والا عنصر لیتھیئم نئيں بن سکدا کیونکہ اس عمل وچ توانائی جذب ہُندی ا‏‏ے۔ کاربن دے مرکزاں نو‏‏ں فیوزن دے لئی اک ارب ڈگری سنٹی گریڈ دی ضرورت ہُندی اے جو صرف بہت وڈے ستارےآں وچ ہی ممکن ا‏‏ے۔ اس دے بعد نیون آکسیجن سلیکون تے لوہا بندا ا‏‏ے۔ چونکہ لوہے وچ ہور فیوزن نئيں ہو سکدا اس لئی ہن وڈے تو‏ں وڈا ستارہ وی اپنے آخری انجام دی طرف چلا جاندا ا‏‏ے۔

لوہے تے نکل تو‏ں وی زیادہ بھاری عناصر وچ فیوزن تے توانائی دا اخراج تو ممکن نئيں مگر fission تے توانائی دا اخراج ممکن ا‏‏ے۔ ایٹمی بجلی گھر وچ یورینیم دی fission تو‏ں بجلی حاصل کيتی جاندی ا‏‏ے۔
ہلدے عناصر وچ لیتھیئم اوہ واحد عنصر اے جس وچ یورینیئم تے پلوٹونیئم دی طرح فشن تے توانائی دا اخراج ممکن ا‏‏ے۔

فی نیکلیون (یعنی پروٹون یا نیوٹرون) دے لحاظ تو‏ں بائینڈنگ انرجی دا گراف۔ H تو‏ں مراد ہائیڈروجن، He تو‏ں مراد ہیلیئم، Li تو‏ں مراد لیتھیئم، C تو‏ں مراد کاربن، O تو‏ں مراد آکسیجن، Fe تو‏ں مراد لوہا تے U تو‏ں مراد یورینیئم نيں۔

جب بہت وڈا ستارہ اپنے آخری انجام دے نزدیک ہُندا اے تو اسکی مختلف تہاں وچ مختلف عناصر جمع ہو چدے ہُندے نيں۔

فیوزن دی انرجی آوٹ پٹ تے ٹمپریچر دا گراف۔ پروٹون پروٹون چین ری ایکشن سورج دے درجہ حرارت اُتے زیادہ موزاں اے بہ نسبت کاربن نائٹروجن آکسیجن سائیکل تے ٹرپل الفا پروسس دے۔

عناصر دی فراوانی

کائنات وچ کچھ عنصر وڈی مقدار وچ پائے جاندے نيں تے کچھ بہت کم۔ اوہدی وجہ ایہی اے کہ جنہاں عناصر دی بائنڈنگ انرجی کم ہُندی اے اوہ بہت زیادہ پائیدار نئيں ہُندے تے اس لئی کم پائے جاندے نيں۔ لیکن زیادہ بائینڈنگ انرجی رکھنے والے عناصر بہت پائیدار ہُندے نيں تے اسی لئی زیادہ مقدار وچ پائے جاندے نيں۔ جے عناصر دی فراوانی دے گراف اُتے غور کراں تو پتہ چلدا اے کہ ہر فراواں دے بعد کم فراواں عنصر ا‏‏ے۔ اوہدی وجہ ایہ اے کہ پروٹون جفت تعداد وچ زیادہ پائیداری تے زیادہ بائنڈنگ انرجی رکھدے نيں بہ نسبت طاق تعداد وچ ۔

کائنات وچ عناصر دی فراوانی۔ ہائیڈروجن تے ہیلیئم سب تو‏ں زیادہ فراواں نيں۔ لوہا اپنی غیر معمولی پائیداری دی وجہ تو‏ں اِنّا زیادہ پایا جاندا ا‏‏ے۔ ایٹم جاں جاں بھاری ہُندے جاندے نيں انہاں دی فراوانی کم ہُندی جاندی ا‏‏ے۔

	جسامت	درجہ حرارت برداشت کرنے دی حد
ایٹم	~10−10 میٹر	تین ہزار ڈگری K
ایٹمی مرکزے	~10−14 میٹر	دس ارب ڈگری K
نیوٹرون تے پروٹون	~10−15 میٹر	سو ارب ڈگری K
کوارک	~10−18 میٹر	دس ہزار ارب K

جداں جداں ایٹم دا وزن ودھدا جاندا اے انہاں دی فراوانی کم ہُندی چلی جاندی ا‏‏ے۔ لیتھیئم بریلیئم تے بورون چونکہ کم بائنڈنگ انرجی رکھدے نيں اس لئی کم پائے جاندے نيں۔ ہائیڈروجن زیادہ اس لئی ملد‏ی اے کیونکہ بگ بینگ دے بعد ایہ ہی عنصر سب تو‏ں زیادہ مقدار وچ بنا سی تے اس وقت بھاری عناصر دا کوئی وجود نہ سی ۔

ہور ویکھو

• سفید بونا white dwarf
• فشن بمقابلہ فیوزن
• ڈبل میجک
• پائیداری عناصر
• یورینیئم
• کریٹیکل ماس
• تابکاری
• spontaneous fission
• Bond energy
• فیوزر
• نیوٹرونی مقطع neutron cross section
• ایٹمی ماڈل دا ارتقا
• فوٹوڈس انٹیگریشن

حوالے