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Bremsstrahlung emission accompanying ternary fission of \isotope[252]{Cf}

यह शोध पत्र एक नया क्वांटम मॉडल प्रस्तुत करता है जो यह प्रदर्शित करता है कि $^{252}$ Cf के त्रिक विखंडन (ternary fission) में ब्रेम्सस्ट्रालुंग उत्सर्जन (bremsstrahlung emission), प्रक्रिया की ज्यामिति और गतिशीलता, विशेष रूप से भारी टुकड़ों की सापेक्ष गति के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है, जिसके सैद्धांतिक पूर्वानुमान प्रारंभिक प्रयोगात्मक डेटा के साथ अच्छी तरह मेल खाते हैं।

मूल लेखक: Sergei P. Maydanyuk, Ju-Jun Xie, Sergei O. Omelchenko

प्रकाशित 2026-08-14

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Sergei P. Maydanyuk, Ju-Jun Xie, Sergei O. Omelchenko

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

परमाणु नाभिक की कल्पना एक स्थिर मार्बल के रूप में नहीं, बल्कि आटे के एक लचीले, ऊर्जावान लोई (blob) के रूप में करें। कभी-कभी, यह आटा इतना उत्तेजित हो जाता है कि यह टूटकर अलग हो जाता है। आमतौर पर, यह दो बड़े टुकड़ों में साफ तौर पर विभाजित होता है, जिसे वैज्ञानिक "बाइनरी विखंडन" (binary fission) कहते हैं। लेकिन कभी-कभी, आटा इतना बेचैन होता है कि वह केवल दो भागों में ही नहीं बंटता; बल्कि दो बड़े टुकड़ों के अलग होने के दौरान, वह किनारे से एक छोटा, तेज़ गति वाला टुकड़ा (जैसे हीलियम का एक छोटा मार्बल) बाहर की ओर उछाल देता है। यह दुर्लभ घटना "टर्नरी विखंडन" (ternary fission) कहलाती है। यह एक ट्रैम्पोलिन प्रदर्शन की तरह है जहाँ दो जिम्नास्ट अलग-अलग कूदते हैं, लेकिन ठीक उसी क्षण एक तीसरा, छोटा जिम्नास्ट हवा में उछल जाता है।

जब ये आवेशित कण अविश्वसनीय गति से एक-दूसरे से दूर जाते हैं, तो वे केवल चलते नहीं हैं; वे चीखते हैं। भौतिकी की दुनिया में, त्वरित विद्युत आवेश प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, लेकिन क्योंकि ये कण बहुत तेज़ी से चल रहे हैं और हिंसक रूप से अपनी दिशा बदल रहे हैं, इसलिए वे एक विशेष प्रकार का प्रकाश उत्सर्जित करते हैं जिसे "ब्रेम्सस्ट्रालुंग" (bremsstrahlung) कहा जाता है। यह नाम जर्मन भाषा से लिया गया है जिसका अर्थ है "ब्रेकिंग रेडिएशन" (braking radiation), जो एक सटीक वर्णन है: जैसे-जैसे कण ब्रेक लगाते हैं या मुड़ते हैं, वे फोटॉन (प्रकाश के पैकेट) के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं। जबकि वैज्ञानिकों ने दशकों से अन्य परमाणु प्रतिक्रियाओं में इस "चीखते प्रकाश" का अध्ययन किया है, लेकिन वास्तव में किसी ने भी यह पता नहीं लगा पाया था कि टर्नरी विखंडन के इस अराजक, तीन-तरफा विभाजन से यह प्रकाश कैसा दिखता है। इस चमक को समझना उस कार दुर्घटना की विशिष्ट आवाज़ को सुनने जैसा है जिससे यह पता चल सके कि कारें वास्तव में कैसे चल रही थीं और वे कितनी ज़ोर से टकराई थीं; यह दुर्घटना के उन छिपे हुए विवरणों को प्रकट करता है जिन्हें आप अपनी आँखों से नहीं देख सकते।

इस शोध पत्र में, लेखक उस प्रकाश को सुनने के लिए एक बिल्कुल नया क्वांटम मॉडल तैयार करते हैं। वे टर्नरी विखंडन के सबसे सामान्य प्रकार पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जहाँ एक भारी नाभिक (विशेष रूप से कैलिफ़ोर्नियम-252) दो भारी टुकड़ों में विभाजित होता है और एक अल्फा कण (एक हीलियम नाभिक) को बाहर की ओर उछालता है। अपने नए गणितीय "कानों" का उपयोग करते हुए, वे पूरे प्रक्रम का अनुकरण (simulate) करते हैं ताकि ब्रेकिंग रेडिएशन के स्पेक्ट्रम—विशिष्ट रंगों और तीव्रताओं—की भविष्यवाणी की जा सके। वे पाते हैं कि उत्सर्जित प्रकाश विखंडन की ज्यामिति और गति के प्रति अविश्वसनीय रूप से संवेदनशील है। उदाहरण के लिए, प्रकाश तब सबसे चमकीला होता है जब अल्फा कण दो भारी टुकड़ों के पथ के लंबवत, यानी बगल की ओर निकलता है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि वे खोजते हैं कि इस प्रकाश में सबसे बड़ा योगदानकर्ता स्वयं अल्फा कण नहीं, बल्कि दो भारी टुकड़ों के बीच की सापेक्ष गति है। जैसे-जैसे वे दो भारी टुकड़े एक-दूसरे से दूर जाने की गति बढ़ाते हैं, प्रकाश उतना ही तीव्र होता जाता है।

लेखकों ने अपने मॉडल का परीक्षण कुछ प्रारंभिक प्रयोगात्मक डेटा के विरुद्ध भी किया जो पहले से ही उपलब्ध था। उनका सिमुलेशन, जो तीन टुकड़ों के जटिल नृत्य और उस परमाणु "गर्दन" (neck) के बदलते आकार को ध्यान में रखता है जहाँ वे अलग होते हैं, शुरुआती डेटा के साथ आश्चर्यजनक रूप से अच्छी तरह मेल खाता है। वे सुझाव देते हैं कि अपने मॉडल को बेहतर प्रयोगात्मक मापों के साथ परिष्कृत करके, वैज्ञानिक इस "ब्रेकिंग लाइट" का उपयोग विखंडन की प्रक्रिया की सटीक गतिशीलता को मैप करने के लिए कर सकते हैं, जो अनिवार्य रूप से फोटॉन का उपयोग करके यह देखने जैसा है कि नाभिक खुद को कैसे तोड़ता है। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि भारी टुकड़ों की गति इस विकिरण को उत्पन्न करने में प्रमुख कारक है, एक ऐसा निष्कर्ष जो यह समझने में एक नया आयाम जोड़ता है कि ये दुर्लभ परमाणु घटनाएँ कैसे घटित होती हैं।

तकनीकी सारांश: $^{252}\text{Cf}$ के तृतीयक विखंडन (Ternary Fission) के साथ होने वाला ब्रेम्सस्ट्रालुंग उत्सर्जन (Bremsstrahlung Emission)

समस्या विवरण
तृतीयक विखंडन (Ternary fission) एक दुर्लभ क्षय प्रक्रिया है जहाँ एक भारी नाभिक तीन खंडों (आमतौर पर दो भारी खंड और एक हल्का आवेशित कण, LCP) में विभाजित हो जाता है। इस प्रक्रिया के साथ ब्रेम्सस्ट्रालुंग फोटॉन का उत्सर्जन होता है। जबकि अन्य नाभिकीय अभिक्रियाओं और द्विक विखंडन (binary fission) में ब्रेम्सस्ट्रालुंग का व्यापक अध्ययन किया गया है, विशेष रूप से तृतीयक विखंडन के साथ इसके उत्सर्जन का अध्ययन अब तक सैद्धांतिक या प्रयोगात्मक रूप से नहीं किया गया था। इस कार्य का प्राथमिक उद्देश्य यह स्पष्ट करना है कि $^{252}\text{Cf}$ नाभिक (LCP के रूप में $\alpha$ -कण के साथ) के लिए ब्रेम्सस्ट्रालुंग स्पेक्ट्रा के अध्ययन से तृतीयक विखंडन की ज्यामिति (geometry) और गतिशीलता (dynamics) के संबंध में क्या नई जानकारी प्राप्त की जा सकती है।

कार्यप्रणाली (Methodology)
लेखकों ने तृतीयक विखंडन में ब्रेम्सस्ट्रालुंग उत्सर्जन का वर्णन करने के लिए एक नया क्वांटम मैकेनिकल मॉडल विकसित किया है। कार्यप्रणाली में कई प्रमुख चरण शामिल हैं:

ज्यामितीय मॉडलिंग (Geometric Modeling): नाभिकीय प्रणाली को तीन खंडों (दो भारी खंड और एक $\alpha$ -कण) के रूप में मॉडल किया गया है जो 'नेक्स' (necks) द्वारा जुड़े हुए हैं। सतह की ज्यामिति को पृथक्करण दूरियों और कोणों का वर्णन करने वाले मापदंडों के एक सेट का उपयोग करके परिभाषित किया गया है। मॉडल यह मानता है कि $\alpha$ -कण 'नेक्स' क्षेत्र से अलग होता है और सबसे संभावित विन्यास में विखंडन अक्ष के लंबवत (perpendicular) गति करता है।
अंतःक्रिया विभव (Interaction Potential): $\alpha$ -कण और द्विक नाभिक (जो दो भारी खंडों से बना है) के बीच कुल अंतःक्रिया विभव ( $V_{total}$ ) की गणना की जाती है। इस विभव में नाभिकीय और कूलम्ब घटक शामिल हैं। तीन-पिंड (three-body) ज्यामिति की जटिलता को संभालने के लिए, लेखक गणना की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए बड़े अंतराल पर द्विक नाभिक के लिए एक समकक्ष आवेश ( $Z_{eq}$ ) पेश करते हैं। यह विभव $\alpha$ और द्विक नाभिक के बीच सापेक्ष दूरी ( $r$ ), दो भारी खंडों के बीच की दूरी ( $R_{12}$ ), और खंड पृथक्करण अक्ष तथा $\alpha$ -कण की गति के बीच के कोण ( $\phi$ ) पर निर्भर करता है।
मैट्रिक्स तत्व सूत्रीकरण (Matrix Element Formulation): ब्रेम्सस्ट्रालुंग मैट्रिक्स तत्व को न्यूक्लियॉन प्रणाली पर कार्य करने वाले फोटॉन उत्सर्जन ऑपरेटर पर विचार करके व्युत्पन्न किया गया है। गणना द्विक नाभिक के विरुद्ध $\alpha$ -कण की सापेक्ष गति के योगदान और स्वयं दो भारी खंडों की सापेक्ष गति के योगदान को अलग करती है।
संभाव्यता गणना (Probability Calculation): फोटॉन उत्सर्जन की विभेदक संभाव्यता (differential probability) की गणना अंतिम अवस्थाओं पर समाकलन (integration) करके की जाती है। मॉडल भारी खंडों के विभिन्न द्रव्यमान पृथक्करण, विभिन्न कोणीय ज्यामिति ( $\phi$ ), और सापेक्ष गति की गतिशीलता (जिसे $R_{12}$ से $r$ को संबंधित करने वाले गुणांक $C_1$ द्वारा पैरामीटराइज किया गया है) को ध्यान में रखता है।
गतिक सन्निकटन (Dynamical Approximation): भारी खंडों की सापेक्ष गति के मैट्रिक्स तत्व की गणना करने की कठिनाई को दूर करने के लिए, लेखक एक फलन $F[k, \cos(k, r)]$ से संबंधित एक सन्निकटन पेश करते हैं। इस फलन को प्रारंभिक प्रयोगात्मक डेटा के साथ मेल खाने के लिए ट्यून किया गया है, जो निम्न-ऊर्जा उत्सर्जन (जो अविभाजित द्विक नाभिक के क्षेत्र में $\alpha$ -कण द्वारा संचालित है) और उच्च-ऊर्जा उत्सर्जन (जो त्वरित होते भारी खंडों द्वारा संचालित है) के बीच अंतर करता है।

प्रमुख परिणाम
सैद्धांतिक गणनाएँ $^{252}\text{Cf}$ के तृतीयक विखंडन में ब्रेम्सस्ट्रालुंग के संबंध में निम्नलिखित निष्कर्ष प्रदान करती हैं:

कोणीय निर्भरता (Angular Dependence): ब्रेम्सस्ट्रालुंग उत्सर्जन की तीव्रता तब उच्चतम होती है जब $\alpha$ -कण विखंडन अक्ष के लंबवत ( $\phi = 90^\circ$ ) गति करता है। यह तृतीयक विखंडन साहित्य में देखे गए सबसे संभावित उत्सर्जन दिशा के अनुरूप है।
उत्सर्जन का स्रोत (Source of Emission): दो भारी खंडों के बीच की सापेक्ष गति कुल ब्रेम्सस्ट्रालुंग स्पेक्ट्रम में सबसे महत्वपूर्ण योगदान देती है। भारी खंडों के तंत्र से $\alpha$ -कण के अलग होने से होने वाला उत्सर्जन काफी कम तीव्र होता है।
गतिशीलता और तीव्रता (Dynamics and Intensity): ब्रेम्सस्ट्रालुंग की तीव्रता दो भारी खंडों के बीच सापेक्ष गति की गति के साथ बढ़ती है। तेज़ पृथक्करण से अधिक गहन विकिरण होता है।
द्रव्यमान पृथक्करण (Mass Separation): स्पेक्ट्रा द्विक नाभिक के दो खंडों में द्रव्यमान पृथक्करण के प्रति संवेदनशीलता दिखाते हैं। गणना किए गए स्पेक्ट्रा सामान्यतः प्रारंभिक प्रयोगात्मक डेटा के आकार के साथ सहमति रखते हैं, हालांकि 200–400 keV फोटॉन ऊर्जा सीमा में विसंगतियां मौजूद हैं।
नेक्स ज्यामिति (Neck Geometry): मॉडल $\alpha$ -कण के पृथक्करण के क्षण में भारी खंडों के बीच प्रारंभिक दूरी ( $R_{12,0}$ ) पर ब्रेम्सस्ट्रालुंग स्पेक्ट्रम की एक सूक्ष्म निर्भरता स्थापित करता है, बशर्ते कि दूरी मॉडल के सन्निकटन की प्रयोज्यता के भीतर रहे।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र दावा करता है कि सैद्धांतिक अध्ययन तृतीयक विखंडन प्रक्रिया की विशिष्ट ज्यामिति और गतिशीलता के प्रति ब्रेम्सस्ट्रालुंग स्पेक्ट्रा की उच्च संवेदनशीलता प्रदर्शित करता है। लेखक तर्क देते हैं कि:

यह विशेष रूप से तृतीयक विखंडन में ब्रेम्सस्ट्रालुंग का पहला सैद्धांतिक अध्ययन है, यह नोट करते हुए कि इस कार्य से पहले इस प्रक्रिया के लिए ऐसा उत्सर्जन प्रयोगात्मक रूप से कभी नहीं अध्ययन किया गया है।
विकसित मॉडल तृतीयक विखंडन प्रक्रिया के तंत्र का वर्णन करता है और प्रारंभिक प्रयोगात्मक डेटा के साथ अच्छा सामंजस्य दिखाता है, विशेष रूप से बेहतर गतिक सन्निकटन का उपयोग करने पर, हालांकि 200–400 keV रेंज में कुछ असहमति बनी हुई है।
ब्रेम्सस्ट्रालुंग स्पेक्ट्रम तृतीयक विखंडन तंत्र के लिए एक प्रोब (probe) के रूप में कार्य करता है, विशेष रूप से भारी खंडों के पृथक्करण की गतिशीलता और $\alpha$ -कण उत्सर्जन की ज्यामिति के लिए।
$^{252}\text{Cf}$ में ब्रेम्सस्ट्रालुंग के अधिक सटीक प्रयोगात्मक मापन, मॉडल को विखंडन प्रक्रिया के बारे में नई, विशिष्ट जानकारी, जैसे इष्टतम पृथक्करण दूरी और विस्तृत गतिक मापदंडों को निकालने की अनुमति देंगे।

कार्य इस निष्कर्ष के साथ समाप्त होता है कि हालांकि वर्तमान परिणाम प्रारंभिक डेटा रुझानों के साथ सहमति दिखाते हैं, लेकिन नए नाभिकीय भौतिकी संबंधी जानकारी को प्रकट करने के लिए मॉडल की पूर्ण क्षमता विश्वसनीय, उच्च-परिशुद्धता वाले प्रयोगात्मक डेटा की उपलब्धता पर निर्भर करती है।

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