পারমাণু, এন্টি-পারমাণু ও বিশ্ব শান্তিঃ ৬ / শেষ

কালের কলম ।। আরিফুল ইসলাম

পরমানু হল মৌলিক পদার্থের ক্ষুদ্রতম কণা, যাতে বিপুল পরিমাণ শক্তি সঞ্চিত থাকে। আর পরমানু শক্তি হলঃ যদি পরমানুর গঠনে আঘাত কোরে এর মুল কনিকায় বা উপাদানে বিভক্ত করা যায় তবে সঞ্চিত যে বিপুল শক্তি নির্গত হয় সেই শক্তিকে পারমানবিক শক্তি বলে।

আজ পর্যন্ত অভিশপ্ত বিজ্ঞানের আবিষ্কারের খাতায় ধরা পড়েছে পরমানু মোট দুই (২) প্রকার। আর তা হলঃ U-235 ও U-238। কিন্তু ধ্বংস খেলায় পরমানু অস্ত্রে বাবহারিত হয় U-235। তাছাড়া এ অস্ত্রে আরও বাবহারিত হয় ভারী পানি Ho। পরমানু অস্ত্রে বাবহারিত ধাতু U-235 যার পারমানবিক সংখ্যা 92।

আমরা জানি, মৌলিক পদার্থের ক্ষুদ্রতম কনাকে পরমানু বলে। কিন্তু মৌলিক পদার্থ হল সেই পদার্থ যে পদার্থকে ভাঙলে ঐ পদার্থ ছাড়া অন্য কোনও পদার্থ পাওয়া যায়না। যেমনঃ সোনা, রুপা, লোহা, অক্সিজেন, পরমানু ইত্যাদি হল মৌলিক পদার্থ।

আর পৃথিবীতে মোট মৌলিক পদার্থ আছে ১০৯ টি। যার মধ্যে ৯২ টি প্রকিতিতে আর ১৭ টি গবেষণাগারে তৈরি করা যায়। মৌলিক পদার্থের আরও একটি গুন আছে; সেটি হল এরা সাধিন অবস্থায় নিজ ক্ষমতা বা ধর্ম বজায় রাখতে পারে। আর পরমানুতে মৌলিক পদার্থের ক্ষুদ্রতম কণাগুলো অটুট থাকে সর্ব-অবস্থায়।

চিত্রঃ

এখন আমাদের জানা দরকার পরমানুকে কিভাবে ভাঙ্গা যায়। এবং পরমানু অস্ত্র কিভাবে কাজ করে। কার সাথে কখন বিক্রিয়া করে এবং পরমানু কিভাবে শক্তি ছড়ায়? আসুন আমরা এই সূত্র থেকে জেনে নিইঃ

সূত্রঃ ü*n-b=-nu

“পরমানুর ক্ষুদ্রতম কণা নিউট্রন দ্বারা কোন পরমাণুকে আঘাত করলে পরমানু শক্তি ছড়ায় এবং ক্যাডমিয়াম বা বোরন দণ্ড দ্বারা উৎপন্ন নিউট্রনকে শোষন করলে পরমাণু দুর্বল হয়ে তাঁর উৎপন্ন শক্তি হারিয়ে ফেলে”

প্রমানঃ

ভারী পরমানু সম্পন্ন একটি ইউরোনিয়ামকে নিউট্রন দ্বারা আঘাত করলাম এখন পরমাণুটি ভেঙ্গে দুই টুকরো হয়ে গেলো এবং তিনটি নিউট্রন ও বিপুল পরিমাণ শক্তি নির্গত হল।

চিত্রঃ

আবার, প্রথম আঘাতে উৎপন্ন তিনটি নিউট্রন আরও তিনটি পরমানু শক্তিকে আঘাত করলে নয়টি নিউট্রন এবং তিনগুন পরমানু শক্তি নির্গত হল। আবার উৎপন্ন নয়টি নিউট্রন নয়টি পরমানুকে আঘাত করবে ফলে সাতাশটি নিউট্রন ও সাতাশগুন শক্তি উৎপন্ন হবে। এভাবে একটি শৃঙ্খলার মাধ্যমে দ্রুতগতিতে বিক্রিয়াটি চলতে থাকবে একটি আবদ্ধ শক্তির মধ্যে।

এখন কথা হল কিভাবে পরমাণু অস্ত্র কাজ করে?

পারমানবিক অস্ত্র সমুহ মূলত দুই ধরনের, ফিশান ও ফিউশন টাইপ। ফিউশন শব্দের অর্থ গলন। অর্থাৎ, দুটি হালকা ভরের ডিউটেরিয়াম বা ট্রিটিয়াম (হাইড্রোজেনের আইসোটোপ) পরমানুর দ্রুত গতিতে মিথস্ক্রিয়ার ফলে তুলনামুলক একটি ভারী পরমানু (হিলিয়াম) ও বিপুল পরিমানে শক্তি উৎপন্ন হয়, একে ফিউশন বিক্রিয়া বলা হয়। আমাদের অতি পরিচিত সূর্য এর উৎকৃষ্ট উদাহরন, যেখানে অনবরত ডিউটেরিয়াম ও ট্রিটিয়াম থেকে হিলিয়াম ও শক্তি উৎপন্ন হয়। এই ফিউশন বিক্রিয়াকে কাজে লাগিয়ে যে অস্ত্র উৎপন্ন করা হয় তাকে বলা হয় থার্মোনিউক্লিয়ার বম্ব, যা হাইড্রোজেন বম্ব(H-Bomb) হিসেবে সুপরিচিত। ১৯৫২ সালে হাংগেরীয় এক কেমিকৌশলী এডোয়ার্ড টেলর সর্বপ্রথম হাইড্রোজেন বোমা আবিস্কার করেন। অন্যদিকে, ফিশানের শাব্দিক অর্থ বিভাজন; অর্থাৎ একটি ভারী পরমানুকে দ্রুতগামী নিউট্রন দ্বারা ভেঙ্গে হালকা ভরের একাধিক পরমানু ও শক্তি উৎপন্ন করার কৌশলই হল ফিশান বিক্রিয়া। জার্মান বিজ্ঞানী অটোহ্যান ও স্ট্র্যাসম্যান এর মূল তত্ত্ব আবিস্কার করেন। পারমানবিক অস্ত্র সমুহের মধ্যে ফিশানই বহুল পরিচিত। যে সকল তেজস্ক্রিয় পদার্থ এই ফিশান ক্রিয়ায় অংশ নেয় তাদের ফিসাইল পদার্থ বা পারমানবিক বিক্রিয়ার জ্বালানী বলা হয়, যেমন ইউরেনিয়াম - ২৩৫ আইসোটোপ অথবা প্লুটোনিয়াম - ২৩৯ আইসোটোপ সমুহ। একটি দ্রুতগামী নিউট্রন ইউরেনিয়াম বা প্লুটোনিয়াম পরমানুকে আঘাত করে কিছু নতুন পরমানু, দুটি নিউট্রন ও প্রচুর পরিমানে শক্তি উৎপন্ন হয়, উৎপন্ন হওয়া পরমানু গুলো আবার নতুন পরমানুকে আঘাত করে বিক্রিয়া চলতে থাকে যতক্ষন না পর্যন্ত জ্বালানী শেষ হয়।

চিত্রঃ

পারমানবিক অস্ত্র উৎপাদনের মূল প্রতিবন্ধকতা হল প্রকৃতিতে প্রাপ্ত তেজস্ক্রিয় মৌলের স্বল্পতা। প্রকৃতিতে ঠিক যে পরিমান ইউরেনিয়াম মজুদ তার ৯৯.২৯ শতাংশ হল ইউরেনিয়াম - ২৩৮ আইসোটোপ, যা দিয়ে পারমানবিক অস্ত্র তৈরী সম্ভব নয় কারন ইউরেনিয়াম -২৩৮ স্বতস্ফুর্ত ভাবে নিউট্রন কণিকা নির্গমন করে ভেঙ্গে যায়। তাই বাকি মাত্র ০.৭৯ শতাংশ প্রকৃতিতে প্রাপ্ত ইউরেনিয়ামকে পৃথক করে বিশুদ্ধ করতেই মূল বাজেটের প্রায় ৯০ শতাংশ খরচ হয়ে যায়। এই পৃথকীকরনের কাজে যে যন্ত্র ব্যবহৃত হয় তার নাম সেন্ট্রিফিউজ, আবার এই যন্ত্র দিয়ে ইউরেনিয়াম -২৩৮ কে প্লুটোনিয়াম-২৩৯ আইসোটোপে পরিনত করা সম্ভব যা ফিসাইল যোগ্য। ২০% বিশুদ্ধ ইউরেনিয়াম -২৩৫ আইসোটোপকে বলা হয় হাইলি এনরিচড ইউরেনিয়াম বা (HEU) এবং ৮০% বা তার অধিক বিশুদ্ধ ইউরেনিয়াম -২৩৫ কে বলা হয় উইপন্স গ্রেডেড ইউরেনিয়াম।

এখন প্রশ্ন থেকে যায়, একটি পারমানবিক অস্ত্র বানাতে কতটুকু ইউরেনিয়াম বা প্লুটোনিয়াম লাগবে? প্রতিটি পারমানবিক অস্ত্র তৈরীতে সর্বনিম্ন যে পরিমান ফিসাইল পদার্থের প্রয়োজন হয় তাকে সংকট ভর বা ক্রিটিক্যাল মাস বলা হয়। অর্থাৎ, এর কম পরিমান ফিসাইল পদার্থ থাকলে নিউক্লিয়ার চেইন বিক্রিয়া শুরু হয়না। এই সংকট ভর ফিসাইল পদার্থের ঘনত্ব, আকৃতি, বিশুদ্ধতা এবং পদার্থটিকে ঢেকে রাখার জন্য যে বহিরাবনের ধাতব আবরন বা শেল ব্যবহৃত হয় তার ওপর নির্ভর করে। এখানে বলে রাখা ভাল, ফিসাইল পদার্থ তেজষ্কৃয় বলে তারা সর্বদা স্বতস্ফুর্ত ভাবে নিউট্রন কণিকা নিঃসরন করে। তাই জ্বালানীর বহিরাবনটি যদি এমন পদার্থের নির্মিত হয় যা উক্ত নিউট্রন কণিকা সমুহকে কোন উপায়ে প্রতিফলিত করতে পারে, তবে জ্বালানীতে নিউট্রন কণিকার ঘনত্ব বেড়ে যাবে ফলে নিউট্রনের সাথে পরমানুর সংঘর্ষের প্রবনতা বৃদ্ধি পাবে। তাই এই বহিরাবনকে রিফ্লেক্টর টেম্পার বলে যা বেরিলিয়াম ধাতুর তৈরী। সংকট ভরের চেয়ে কম পরিমান ফিসাইল পদার্থকে সাব ক্রিটিক্যাল মাস বা অসংকট ভর এবং সংকট ভরের চেয়ে বেশী পরিমান ফিসাইল পদার্থকে সুপার ক্রিটিক্যাল মাস বা অতিসংকট ভর বলে। বিশুদ্ধ ইউরেনিয়ামের সংকট ভর ৫৬ কিলোগ্রাম ও প্লুটোনিয়ামের বেশ কম, মাত্র ১০ কিলোগ্রাম। অর্থাৎ, একটি পারমানবিক অস্ত্র তৈরী করতে কমপক্ষে ৫৬ কিলোগ্রাম ইউরেনিয়াম অথবা ১০ কিলোগ্রাম প্লুটোনিয়াম লাগবে। এখন অবশ্য মাত্র ৫ কিলোগ্রাম প্লুটোনিয়াম দিয়ে স্যুটকেইস আকারের পারমানবিক বোমা প্রস্তুতি সম্ভব, কিন্তু এ ক্ষেত্রে প্লুটোনিয়ামের বিশুদ্ধতা অত্যন্ত বেশি। নির্মান কৌশলের দিক দিয়ে ফিশান পারমানবিক অস্ত্র দু’প্রকার, গান টাইপ ও ইমপ্লোশন টাইপ। গান টাইপ পারমানবিক অস্ত্রের কার্যপ্রণালী খুবই সহজ-সরল কিন্তু দক্ষতা খুবই কম, মাত্র ১.৪ শতাংশ। অপরদিকে ইমপ্লোশন টাইপের দক্ষতা ২০ শতাংশের কাছাকাছি। 

গানটাইপ পারমানবিক অস্ত্রের নির্মানশৈলী অনেকটা বন্দুকের মতন, তাই এর নাম গান টাইপ। একটি লম্বা টিউব, যার গায়ে বেরিলিয়াম মৌলের প্রলেপ লাগানো থাকে, তার দু’প্রান্তে সংকট ভরের চেয়ে কম অর্থাৎ সাব ক্রিটিক্যাল ম্যাসের ফিসাইল পদার্থ ইউরেনিয়াম-২৩৫ রাখা হয়। এক প্রান্তে ইউরেনিয়ামের তৈরি বুলেট ও অপর প্রান্তে একটি নির্দিষ্ট পরিমান ইউরেনিয়াম-২৩৫ জমা থাকে, যাকে বলে টার্গেট। এরপর টিউবের ভেতর সাধারণ বারূদ (কনভেনশনাল এক্সপ্লোসিভ) দিয়ে ইউরেনিয়াম বুলেটকে গতিশীল করা হয় এবং তা অপরপার্শ্বে রক্ষিত টার্গেট ইউরেনিয়ামের সাথে প্রবল বেগে ধাক্কা খায়। সংঘর্ষের পর এরা পরস্পর মিলিত হয়ে সুপার ক্রিটিক্যাল ম্যাস বা অতিসংকট ভর তৈরি করে এবং ফিসাইল পদার্থ হতে নিঃসৃত নিউট্রন কণিকা টেম্পার রিফ্লেক্টরে প্রতিফলিত হয়ে উক্ত ইউরেনিয়াম জ্বালানীকেই আঘাত করে এবং এভাবেই শুরু হয় শৃংখল বিক্রিয়া যার ফলশ্রুতিতে ঘটে পারমানবিক বিস্ফোরণ। ব্যাস তৈরী হয়ে গেল গান-টাইপ পারমানবিক অস্ত্র। জাপানের হিরোসিমায় নিক্ষেপিত ‘লিটল বয়’ ছিলো এই ধরনের অস্ত্র যার শক্তিমাত্রা ছিলো ১৫ কিলোটন টি.এন.টি এবং তাতে ৬৪.১ কিলোগ্রাম বিশুদ্ধ ইউরেনিয়াম ব্যাবহৃত হয়। এ পদ্ধতি সহজ হলেও এর জ্বালানি তথা ইউরেনিয়াম বা প্লুটোনিয়াম খুব বিশুদ্ধ হওয়া প্রয়োজন যা কিনা বহুল ব্যায়সাধ্য, এছাড়া পূর্বেই বলা হয়েছে গান-টাইপের দক্ষতা খুবই কম ও নির্ভর যোগ্য নয়। তাই গান টাইপের চেয়ে ‘ইমপ্লোসন’ টাইপ আরও অনেক বেশি কার্যকর, কিন্তু এর গঠন প্রণালী বেশ জটিল। 

ইমপ্লোসন টাইপে জ্বালানী হিসেবে ‘পিট’ ব্যাবহৃত হয় যা কিনা লঘু ঘনত্বের ফিসাইল পদার্থ ছাড়া আর কিছুই নয়। এই পিট বিষাক্ত ও ক্ষয়িষ্ণু (করোসিভ ও হ্যাজার্ডাস) বিধায় পিটের চারিপার্শ্বে নিষ্ক্রিয় ধাতু (যেমন স্বর্ণের) পাতলা আবরণ দেয়া হয়, যা গোলাকার আকৃতির। স্বর্ণের পাতলা আবরণ যুক্ত পিট-কে বেরিলিয়াম-অ্যালুমিনিয়াম এর সংকর ধাতু দ্বারা মুড়িয়ে রাখা হয় যা কিনা ফিসাইল পদার্থ হতে নিঃসৃত নিউট্রন কণিকার প্রতিফলক হিসেবে কাজ করে, আগেই বলা হয়েছে-এর নাম টেম্পার রিফ্লেক্টর। এবার সম্পুর্ণ ডিভাইসটিকে কারডাইট বিস্ফোরক বা বারূদের মাঝে রাখা হয়। বহিস্তরের কার্ডাইট বিস্ফোরিত হয়ে শক ওয়েভ বা নিনাদের সৃষ্টি করে যা ভেতরে রাখা অল্প ঘনত্বের পিটকে সংকুচিত করে ফেলে ও এর ঘনত্ব বহুগুণে বাড়িয়ে দেয়। এর ফলে জ্বালানী অতিসংকট ভর বা সুপার ক্রিটিক্যাল মাসে উপনিত হয় এবং জ্বালানী থেকে নিঃসৃত ও টেম্পার রিফ্লেক্টরে প্রতিফলিত হওয়া নিউট্রন কণিকার আঘাতে নিউক্লিয়ার চেইন বিক্রিয়া শুরু হয়। যদি পিটের ভেতর অল্প পরিমানে হাইড্রোজেনের আইসোটোপ (ডিউটেরিয়াম বা ট্রিটিয়াম) ঢুকিয়ে দেয়া হয়, তবে নিউট্রন কণিকা নিঃসরনের মাত্রা বহুলাংশে বেড়ে যায় এবং অধিক ধংশযজ্ঞ সম্পন্ন হয়, একে ‘বুস্টিং’ বলে। ইমপ্লোসন টাইপ পারমানবিক অস্ত্র ‘হাই এনরিচড ইউরেনিয়াম’ জ্বালানী হিসেবে ব্যাবহৃত হয়। ফলে স্বল্প পরিশোধিত ইউরেনিয়াম বা প্লুটোনিয়াম দ্বারা এ ধরনের পারমানবিক অস্ত্র প্রস্তুত সম্ভব, আর এ কারনেই ইমপ্লোসন টাইপ পারমানবিক অস্ত্র বেশি জনপ্রিয়! জাপানের নাগাসাকিতে নিক্ষেপিত “ফ্যাট ম্যান’ এ ধরনের পারমানবিক অস্ত্র ছিলো।

চিত্রঃ

আজ পর্যন্ত এই দানবিক শক্তিকে বশে বা নিয়ন্ত্রণে আনা যায়নি তবুও অত্যান্ত ব্যায়বহুল ও সময়ক্ষেপণে থামানো সম্ভব।

প্রমানঃ

সূত্রঃ ü*n/e=0nu

অর্থাৎ পরমানু বিভাজনে উৎপন্ন নিউট্রনকে যদি শোষণ করা যায় তবে দানবিক শক্তিকে নিয়ন্ত্রণে আনা সম্ভব।

#প্রমানঃ প্রথম আঘাতে উৎপন্ন তিনটি নিউট্রন আবার যখন তিনটি পরমানুকে আঘাত করতে যাবে ঠিক তখন ক্যাডমিয়াম/বোরনকে উৎক্ষেপণ করলে তখন নয়টি নিউট্রন উৎপন্ন না হয়ে দুইটি নিউট্রন উৎপন্ন হবে। একসময় নিউট্রনের সাথে ক্যাডমিয়াম/বোরন বিক্রিয়া করতে করতে নিউট্রন উৎপন্ন কমে যাবে। তখন অটোমেটিক্যালি পরমানু ফিউশন নিষ্ক্রীয় হয়ে নিউট্রন উৎপন্ন বন্ধ হবে।

ফলাফলঃ এভাবে বোরন বা ক্যাডমিয়াম ধাতু দ্বারা পারমানবিক শক্তি নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব।

##প্রমানঃ আবার প্রত্যেক পদার্থ পরমানু দ্বারা গঠিত।এই পরমানুকে ভাঙলে ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন ও পজিট্রন পাওয়া যায়। আবার প্রত্যেক পরমানুতে সমসংখ্যক ইলেকট্রন ও প্রোটন থাকে। তবে প্রত্যেক পরমানুতে ইলেকট্রন (–) ঋনাত্নক ও প্রোটন (+) ধনাত্মক চার্জ বহন করে ফলে পরমাণুটি সম্পূর্ণ নিরপেক্ষ থাকে। আবার পরমানুর বাহিরের খোলোকে থাকে ইলেকট্রন (–) ঋনাত্নক আর পরমানুর ভিতরের খোলোকে প্রোটন (–) ঋনাত্নক রুপে জড়ো হয়ে থাকে।

তাই কোন বস্তুর সংগে সংঘর্ষের ফলে ইলেকট্রন গুলো সংস্পশে আসে। এবং পরমানু থেকে ইলেকট্রন গুলো অন্যত্র অপসারিত হতে থাকে ফলে পরমানু ফিউশন নিষ্ক্রীয় হয়ে নিউট্রন উৎপন্ন বন্ধ হয়ে যায়।

ফলাফলঃ এভাবে ইলেকট্রন গুলো অপসারিত করে পারমানবিক শক্তি নিয়ন্ত্রণ করা যায়।

-চলমানঃ ৬/ শেষ পর্ব 

১. Nuclear Energy: Principles, Practices And Prospects – Second Edition by David Bodansky (Reference Text Book, Nuclear Engineering Department, Dhaka University)
২. Nuclear Energy: An Introduction to the Concepts, Systems and Applications of Nuclear Processes – Sixth Edition by Raymond L. Murray (Reference Text Book, Nuclear Engineering Department, Dhaka University)
৩. The University of Arizona
৪. Princeton University
৫. Federation of American Scientists
৬. Union of Concerned Scientists
৭. United States Nuclear Regulatory Commission
৮. Nuclear Energy Institute
৯. World Nuclear Association
১০. Atomic Archive
১১. Nuclear Weapon Archive
১২. Atomic Heritage
১৩. Global Security
১৪. military.com
১৫. The New York Times
১৬. BBC UK
১৭. ABC News
১৮. Bigganjatra.org