परमाणु बंधन ऊर्जा

प्रायोगिक भौतिकी में परमाणु बंधन ऊर्जा वह न्यूनतम ऊर्जा है जो किसी परमाणु के परमाणु नाभिक को उसके घटक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में विभाजित करने के लिए आवश्यक होती है, जिन्हें सामूहिक रूप से न्यूक्लियॉन के रूप में जाना जाता है। स्थिर नाभिक के लिए बंधन ऊर्जा हमेशा एक सकारात्मक संख्या होती है, क्योंकि नाभिक को एक दूसरे से अलग होने के लिए ऊर्जा प्राप्त करनी होती है। प्रबल परमाणु बल के कारण न्यूक्लियॉन एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। सैद्धांतिक परमाणु भौतिकी में, परमाणु बंधन ऊर्जा को एक नकारात्मक संख्या माना जाता है। इस संदर्भ में यह घटक नाभिकों की ऊर्जा के सापेक्ष नाभिक की ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है जब वे अनंत रूप से दूर होते हैं। प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक दोनों विचार समतुल्य हैं, बाध्यकारी ऊर्जा का क्या अर्थ है, इस पर थोड़ा अलग जोर दिया गया है।

एक परमाणु नाभिक का द्रव्यमान मुक्त विक्षनरी: घटक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के व्यक्तिगत द्रव्यमान के योग से कम है। द्रव्यमान में अंतर की गणना द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता द्वारा की जा सकती है, E = mc2, जहां E परमाणु बंधन ऊर्जा है, c प्रकाश की गति है, और m द्रव्यमान में अंतर है। इस 'लापता द्रव्यमान' को द्रव्यमान दोष के रूप में जाना जाता है, और यह उस ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है जो नाभिक के निर्माण के समय जारी हुई थी।

परमाणु बंधन ऊर्जा शब्द उन प्रक्रियाओं में ऊर्जा संतुलन को भी संदर्भित कर सकता है जिसमें नाभिक एक से अधिक न्यूक्लियॉन से बने टुकड़ों में विभाजित हो जाता है। यदि प्रकाश नाभिक के संलयन (परमाणु संलयन) पर, या जब भारी नाभिक विभाजित (परमाणु विखंडन) पर नई बाध्यकारी ऊर्जा उपलब्ध होती है, तो किसी भी प्रक्रिया के परिणामस्वरूप इस बाध्यकारी ऊर्जा की रिहाई हो सकती है। इस ऊर्जा को परमाणु ऊर्जा के रूप में उपलब्ध कराया जा सकता है और इसका उपयोग बिजली उत्पादन के लिए किया जा सकता है, जैसे कि परमाणु ऊर्जा, या परमाणु हथियार में। जब एक बड़ा नाभिक परमाणु टुकड़ों में परिवर्तित होता है, तो अतिरिक्त ऊर्जा गामा किरणों और विभिन्न उत्सर्जित कणों (परमाणु विखंडन उत्पादों) की गतिज ऊर्जा के रूप में उत्सर्जित होती है।

ये परमाणु बंधन ऊर्जाएं और बल हाइड्रोजन जैसे प्रकाश परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा से दस लाख गुना अधिक हैं।

परमाणु ऊर्जा
परमाणु ऊर्जा का अवशोषण या विमोचन परमाणु प्रतिक्रियाओं या रेडियोधर्मी क्षय में होता है; जो ऊर्जा को अवशोषित करते हैं उन्हें एन्दोठेर्मिक  प्रतिक्रियाएं कहा जाता है और जो ऊर्जा छोड़ते हैं उन्हें  एक्ज़ोथिर्मिक  प्रतिक्रियाएं कहा जाता है। परमाणु रूपांतरण के आने वाले और बाहर जाने वाले उत्पादों के बीच परमाणु बंधन ऊर्जा में अंतर के कारण ऊर्जा की खपत या रिहाई होती है। ऊष्माक्षेपी परमाणु रूपांतरण के सबसे प्रसिद्ध वर्ग परमाणु विखंडन और परमाणु संलयन हैं। परमाणु ऊर्जा विखंडन द्वारा जारी की जा सकती है, जब भारी परमाणु नाभिक (जैसे यूरेनियम और प्लूटोनियम) हल्के नाभिक में टूट जाते हैं। विखंडन से प्राप्त ऊर्जा का उपयोग दुनिया भर में सैकड़ों स्थानों पर विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। संलयन के दौरान परमाणु ऊर्जा भी निकलती है, जब हाइड्रोजन जैसे हल्के परमाणु नाभिक मिलकर हीलियम जैसे भारी नाभिक बनाते हैं। सूर्य और अन्य तारे तापीय ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए परमाणु संलयन का उपयोग करते हैं जो बाद में सतह से विकिरणित होती है, जो एक प्रकार का तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस है। किसी भी ऊष्माक्षेपी परमाणु प्रक्रिया में, परमाणु द्रव्यमान को अंततः तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है, जो ऊष्मा के रूप में उत्सर्जित होती है।

किसी भी परमाणु रूपांतरण में जारी या अवशोषित ऊर्जा की मात्रा निर्धारित करने के लिए, किसी को रूपांतरण में शामिल परमाणु घटकों की परमाणु बंधन ऊर्जा को जानना चाहिए।

परमाणु बल
इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों को विद्युत आवेश द्वारा एक साथ रखा जाता है (नकारात्मक सकारात्मक को आकर्षित करता है)। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन कभी-कभी सहसंयोजक बंधन में बंध जाते हैं या उनमें स्थानांतरित हो जाते हैं (क्वांटम भौतिकी की प्रक्रियाओं द्वारा); परमाणुओं के बीच की इस कड़ी को रासायनिक बंधन कहा जाता है और यह सभी रासायनिक यौगिकों के निर्माण के लिए जिम्मेदार है।

विद्युत चुम्बकत्व नाभिकों को एक साथ नहीं रखता है, क्योंकि सभी प्रोटॉन सकारात्मक चार्ज रखते हैं और एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। यदि दो प्रोटान स्पर्श कर रहे हों तो उनका प्रतिकर्षण बल लगभग 40 न्यूटन होगा। क्योंकि प्रत्येक न्यूट्रॉन का कुल चार्ज शून्य होता है, एक प्रोटॉन विद्युत रूप से न्यूट्रॉन को आकर्षित कर सकता है यदि प्रोटॉन न्यूट्रॉन को ढांकता हुआ ध्रुवीकरण बनने के लिए प्रेरित कर सकता है। हालाँकि, दो प्रोटॉन के बीच न्यूट्रॉन होने से (ताकि उनका पारस्परिक प्रतिकर्षण 10 N तक कम हो जाए) न्यूट्रॉन केवल विद्युत चतुर्भुज के लिए आकर्षित होगा (− + + −) व्यवस्था। अधिक प्रोटॉन को संतुष्ट करने के लिए आवश्यक उच्च मल्टीपोल, कमजोर आकर्षण का कारण बनते हैं, और जल्दी ही अविश्वसनीय हो जाते हैं।

न्यूक्लियॉन चुंबकीय क्षण के बाद ओटो स्टर्न और इसिडोर इसहाक रब्बी  थे, यह स्पष्ट था कि उनकी चुंबकीय शक्ति 20 या 30 न्यूटन हो सकती है, जो ठीक से उन्मुख होने पर आकर्षक हो सकती है। प्रोटॉनों का एक जोड़ा 10 करेगाजैसे-जैसे वे निकट आते हैं, −13 जूल एक-दूसरे की ओर काम करते हैं - यानी, एक साथ रहने के लिए उन्हें 0.5 MeV की ऊर्जा छोड़ने की आवश्यकता होगी। दूसरी ओर, एक बार जब न्यूक्लियॉन का एक जोड़ा चुंबकीय रूप से चिपक जाता है, तो उनका बाहरी क्षेत्र बहुत कम हो जाता है, इसलिए कई न्यूक्लियॉन के लिए बहुत अधिक चुंबकीय ऊर्जा जमा करना मुश्किल होता है।

इसलिए, एक अन्य बल, जिसे परमाणु बल (या अवशिष्ट मजबूत बल) कहा जाता है, नाभिक के न्यूक्लियंस को एक साथ रखता है। यह बल मजबूत अंतःक्रिया का अवशेष है, जो क्वार्क को और भी छोटे स्तर की दूरी पर न्यूक्लियॉन में बांधता है।

तथ्य यह है कि सामान्य परिस्थितियों में नाभिक एक साथ नहीं जुड़ते (फ्यूज) से पता चलता है कि परमाणु बल बड़ी दूरी पर विद्युत प्रतिकर्षण से कमजोर होना चाहिए, लेकिन निकट सीमा पर मजबूत होना चाहिए। इसलिए, इसमें कम दूरी की विशेषताएं हैं। परमाणु बल का एक सादृश्य दो छोटे चुम्बकों के बीच का बल है: जब चुम्बक एक साथ चिपक जाते हैं तो उन्हें अलग करना बहुत मुश्किल होता है, लेकिन एक बार थोड़ी दूरी खींचने पर उनके बीच का बल लगभग शून्य हो जाता है। गुरुत्वाकर्षण या विद्युत बलों के विपरीत, परमाणु बल केवल बहुत कम दूरी पर ही प्रभावी होता है। अधिक दूरी पर, इलेक्ट्रोस्टैटिक बल हावी होता है: प्रोटॉन एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं क्योंकि वे सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं, और समान आवेश प्रतिकर्षित होते हैं। इस कारण से, सामान्य हाइड्रोजन के नाभिक बनाने वाले प्रोटॉन - उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन से भरे गुब्बारे में - हीलियम बनाने के लिए संयोजित नहीं होते हैं (एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें इलेक्ट्रॉनों के साथ संयोजन करने और न्यूट्रॉन बनने के लिए कुछ प्रोटॉन की भी आवश्यकता होगी)। वे इतने करीब नहीं आ पाते कि परमाणु बल, जो उन्हें एक-दूसरे की ओर आकर्षित करता है, महत्वपूर्ण बन जाए। केवल अत्यधिक दबाव और तापमान की स्थितियों में (उदाहरण के लिए, किसी तारे के कोर के भीतर), ऐसी प्रक्रिया हो सकती है।

नाभिक की भौतिकी
पृथ्वी पर लगभग 94 प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले रासायनिक तत्व हैं। प्रत्येक तत्व के परमाणुओं में एक परमाणु नाभिक होता है जिसमें एक विशिष्ट संख्या में प्रोटोन (किसी दिए गए तत्व के लिए हमेशा समान संख्या) और कुछ संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं, जो अक्सर लगभग समान संख्या होती है। एक ही तत्व के दो परमाणु जिनमें न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न-भिन्न होती है, तत्व के समस्थानिक कहलाते हैं। विभिन्न आइसोटोप में अलग-अलग गुण हो सकते हैं - उदाहरण के लिए एक स्थिर हो सकता है और दूसरा अस्थिर हो सकता है, और धीरे-धीरे रेडियोधर्मी क्षय से गुजरते हुए एक अन्य तत्व बन सकता है।

हाइड्रोजन नाभिक में केवल एक प्रोटॉन होता है। इसके आइसोटोप ड्यूटेरियम|ड्यूटेरियम, या भारी हाइड्रोजन में एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है। हीलियम में दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं, और कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन - प्रत्येक कण में क्रमशः छह, सात और आठ होते हैं। हालाँकि, एक हीलियम नाभिक का वजन दो भारी हाइड्रोजन नाभिकों के वजन के योग से कम होता है जो इसे बनाने के लिए संयोजित होते हैं। कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के लिए भी यही सच है। उदाहरण के लिए, कार्बन नाभिक तीन हीलियम नाभिकों से थोड़ा हल्का होता है, जो मिलकर कार्बन नाभिक बना सकते हैं। इस अंतर को द्रव्यमान दोष के नाम से जाना जाता है।

मास दोष
द्रव्यमान दोष (जिसे द्रव्यमान घाटा भी कहा जाता है) किसी वस्तु के द्रव्यमान और उसके घटक कणों के द्रव्यमान के योग के बीच का अंतर है। इसकी खोज अल्बर्ट आइंस्टीन ने 1905 में की थी, इसे उनके सूत्र द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता | E = mc का उपयोग करके समझाया जा सकता है।2, जो द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता का वर्णन करता है। द्रव्यमान में कमी परमाणु के निर्माण की प्रतिक्रिया में उत्सर्जित ऊर्जा को c से विभाजित करने के बराबर है2. इस सूत्र के अनुसार, ऊर्जा जोड़ने से द्रव्यमान (वजन और जड़ता दोनों) बढ़ता है, जबकि ऊर्जा हटाने से द्रव्यमान घटता है। उदाहरण के लिए, चार न्यूक्लियॉन वाले हीलियम परमाणु का द्रव्यमान चार हाइड्रोजन परमाणुओं (प्रत्येक में एक न्यूक्लियॉन होता है) के कुल द्रव्यमान से लगभग 0.8% कम होता है। हीलियम नाभिक में चार न्यूक्लियॉन एक साथ बंधे होते हैं, और बंधन ऊर्जा जो उन्हें एक साथ रखती है, वास्तव में, द्रव्यमान का गायब 0.8% है। यदि कणों के संयोजन में अतिरिक्त ऊर्जा होती है - उदाहरण के लिए, विस्फोटक टीएनटी के एक अणु में - तो इसे विस्फोट के बाद इसके अंतिम उत्पादों की तुलना में कुछ अतिरिक्त द्रव्यमान का पता चलता है। (अंतिम उत्पादों को रोकने और ठंडा करने के बाद उनका वजन किया जाना चाहिए, हालांकि, सिद्धांत रूप में, इसके नुकसान पर ध्यान देने से पहले अतिरिक्त द्रव्यमान को सिस्टम से गर्मी के रूप में बाहर निकलना चाहिए।) दूसरी ओर, यदि किसी को ऊर्जा इंजेक्ट करनी चाहिए कणों की एक प्रणाली को उसके घटकों में अलग करें, तो अलग होने के बाद प्रारंभिक द्रव्यमान घटकों के द्रव्यमान से कम होता है। बाद के मामले में, इंजेक्ट की गई ऊर्जा को संभावित ऊर्जा के रूप में संग्रहीत किया जाता है, जो इसे संग्रहीत करने वाले घटकों के बढ़े हुए द्रव्यमान के रूप में दिखाता है। यह इस तथ्य का उदाहरण है कि प्रणालियों में सभी प्रकार की ऊर्जा को द्रव्यमान के रूप में देखा जाता है, क्योंकि द्रव्यमान और ऊर्जा समतुल्य हैं, और प्रत्येक दूसरे की संपत्ति है। बाद वाला परिदृश्य हीलियम जैसे नाभिक के मामले में है: उन्हें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में तोड़ने के लिए, किसी को ऊर्जा इंजेक्ट करनी होगी। दूसरी ओर, यदि विपरीत दिशा में चलने वाली कोई प्रक्रिया अस्तित्व में हो, जिसके द्वारा हाइड्रोजन परमाणुओं को जोड़कर हीलियम बनाया जा सके, तो ऊर्जा निकलेगी। ऊर्जा की गणना E = Δmc का उपयोग करके की जा सकती है2प्रत्येक नाभिक के लिए, जहां Δm हीलियम नाभिक के द्रव्यमान और चार प्रोटॉन के द्रव्यमान (प्लस दो इलेक्ट्रॉन, हीलियम के न्यूट्रॉन बनाने के लिए अवशोषित) के बीच का अंतर है।

हल्के तत्वों के लिए, उन्हें हल्के तत्वों से इकट्ठा करके जो ऊर्जा जारी की जा सकती है वह कम हो जाती है, और जब वे फ्यूज हो जाते हैं तो ऊर्जा जारी की जा सकती है। यह लोहे/निकल से हल्के नाभिकों के लिए सत्य है। भारी नाभिकों को बांधने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और वह ऊर्जा उन्हें टुकड़ों में तोड़कर (परमाणु विखंडन के रूप में जाना जाता है) जारी की जा सकती है। वर्तमान में परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों में यूरेनियम नाभिक को तोड़कर और जारी ऊर्जा को गर्मी के रूप में ग्रहण करके, जिसे बिजली में परिवर्तित किया जाता है, परमाणु ऊर्जा उत्पन्न की जाती है।

एक नियम के रूप में, बहुत हल्के तत्व तुलनात्मक रूप से आसानी से जुड़ सकते हैं, और बहुत भारी तत्व बहुत आसानी से विखंडन के माध्यम से टूट सकते हैं; बीच के तत्व अधिक स्थिर होते हैं और उन्हें प्रयोगशाला जैसे वातावरण में संलयन या विखंडन से गुजरना मुश्किल होता है।

लोहे के बाद प्रवृत्ति के उलटने का कारण नाभिक का बढ़ता धनात्मक आवेश है, जो नाभिक को टूटने के लिए मजबूर करता है। इसका प्रतिरोध मजबूत परमाणु संपर्क द्वारा किया जाता है, जो न्यूक्लियंस को एक साथ रखता है। विद्युत बल मजबूत परमाणु बल से कमजोर हो सकता है, लेकिन मजबूत बल की सीमा बहुत अधिक सीमित होती है: लोहे के नाभिक में, प्रत्येक प्रोटॉन अन्य 25 प्रोटॉन को पीछे हटाता है, जबकि परमाणु बल केवल करीबी पड़ोसियों को बांधता है। इसलिए बड़े नाभिकों के लिए, इलेक्ट्रोस्टैटिक बल हावी हो जाते हैं और समय के साथ नाभिक टूटने लगता है।

जैसे-जैसे नाभिक बड़े होते जाते हैं, यह विघटनकारी प्रभाव लगातार अधिक महत्वपूर्ण होता जाता है। जब तक एक विशेष तत्त्व जिस का प्रभाव रेडियो पर पड़ता है  (84 प्रोटॉन) तक पहुंच जाता है, तब तक नाभिक अपने बड़े सकारात्मक चार्ज को समायोजित नहीं कर सकता है, लेकिन अल्फा रेडियोधर्मिता की प्रक्रिया में अपने अतिरिक्त प्रोटॉन को काफी तेजी से उत्सर्जित करता है - हीलियम नाभिक का उत्सर्जन, प्रत्येक में दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। (हीलियम नाभिक एक विशेष रूप से स्थिर संयोजन है।) इस प्रक्रिया के कारण, 94 से अधिक प्रोटॉन वाले नाभिक पृथ्वी पर स्वाभाविक रूप से नहीं पाए जाते हैं (आवर्त सारणी देखें)। सबसे लंबे आधे जीवन वाले यूरेनियम (परमाणु क्रमांक 92) से परे के आइसोटोप प्लूटोनियम-244 (80 मिलियन वर्ष) और क्यूरियम-247 (16 मिलियन वर्ष) हैं।

सूर्य में परमाणु प्रतिक्रियाएँ
परमाणु संलयन प्रक्रिया इस प्रकार काम करती है: पांच अरब साल पहले, नया सूर्य तब बना जब गुरुत्वाकर्षण ने अंतरतारकीय गैस  और धूल के एक विशाल बादल को एक साथ खींच लिया, जिससे पृथ्वी और अन्य ग्रह भी उत्पन्न हुए। गुरुत्वाकर्षण खिंचाव ने ऊर्जा जारी की और प्रारंभिक सूर्य को गर्म कर दिया, ठीक उसी तरह जैसे हेल्महोल्ट्ज़ ने प्रस्तावित किया था। थर्मल ऊर्जा परमाणुओं और अणुओं की गति के रूप में प्रकट होती है: कणों के संग्रह का तापमान जितना अधिक होता है, उनका वेग उतना ही अधिक होता है और उनकी टक्कर उतनी ही अधिक हिंसक होती है। जब नवगठित सूर्य के केंद्र का तापमान इतना बढ़ गया कि हाइड्रोजन नाभिकों के बीच टकराव हो सके, जिससे उनके विद्युत प्रतिकर्षण पर काबू पाया जा सके और उन्हें आकर्षक परमाणु बल की छोटी सीमा में लाया जा सके, तो नाभिक आपस में चिपकना शुरू हो गए। जब ऐसा होने लगा, तो प्रोटॉन ड्यूटेरियम और फिर हीलियम में संयुक्त हो गए, इस प्रक्रिया में कुछ प्रोटॉन न्यूट्रॉन (प्लस पॉज़िट्रॉन, सकारात्मक इलेक्ट्रॉन, जो इलेक्ट्रॉनों के साथ जुड़ते हैं और गामा-रे फोटॉन में नष्ट हो जाते हैं) में बदल जाते हैं। यह जारी परमाणु ऊर्जा अब सूर्य के कोर के उच्च तापमान को बनाए रखती है, और गर्मी गैस के दबाव को भी उच्च रखती है, जिससे सूर्य अपने वर्तमान आकार में रहता है, और गुरुत्वाकर्षण को इसे और अधिक संपीड़ित करने से रोकता है। अब गुरुत्वाकर्षण और दबाव के बीच एक स्थिर संतुलन है।

सूर्य के अस्तित्व के विभिन्न चरणों में विभिन्न परमाणु प्रतिक्रियाएं प्रबल हो सकती हैं, जिसमें प्रोटॉन-प्रोटॉन प्रतिक्रिया और कार्बन-नाइट्रोजन चक्र शामिल है - जिसमें भारी नाभिक शामिल होते हैं, लेकिन जिसका अंतिम उत्पाद अभी भी हीलियम बनाने के लिए प्रोटॉन का संयोजन होता है।

भौतिकी की एक शाखा, परमाणु ऊर्जा का अध्ययन, 1950 के दशक से परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं से उपयोगी शक्ति प्राप्त करने की कोशिश कर रहा है जो छोटे नाभिकों को बड़े नाभिकों में जोड़ती है, आमतौर पर बॉयलर को गर्म करने के लिए, जिनकी भाप टरबाइन को चालू कर सकती है और बिजली का उत्पादन कर सकती है। कोई भी सांसारिक प्रयोगशाला सौर बिजलीघर की एक विशेषता से मेल नहीं खा सकती है: सूर्य का विशाल द्रव्यमान, जिसका वजन गर्म प्लाज्मा को संपीड़ित रखता है और परमाणु भट्टी को सूर्य के कोर तक सीमित रखता है। इसके बजाय, भौतिक विज्ञानी प्लाज्मा को सीमित करने के लिए मजबूत चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करते हैं, और ईंधन के लिए वे हाइड्रोजन के भारी रूपों का उपयोग करते हैं, जो अधिक आसानी से जलते हैं। चुंबकीय जाल काफी अस्थिर हो सकते हैं, और परमाणु संलयन से गुजरने के लिए पर्याप्त गर्म और सघन कोई भी प्लाज्मा थोड़े समय के बाद उनमें से फिसल जाता है। यहां तक ​​कि सरल तरकीबों के साथ भी, ज्यादातर मामलों में कारावास एक सेकंड के एक छोटे से हिस्से तक ही रहता है।

नाभिकों का संयोजन
छोटे नाभिक जो हाइड्रोजन से बड़े होते हैं, बड़े नाभिकों में संयोजित हो सकते हैं और ऊर्जा जारी कर सकते हैं, लेकिन ऐसे नाभिकों के संयोजन में, जारी ऊर्जा की मात्रा हाइड्रोजन संलयन की तुलना में बहुत कम होती है। इसका कारण यह है कि जबकि समग्र प्रक्रिया परमाणु आकर्षण को अपना काम करने से ऊर्जा मुक्त करती है, ऊर्जा को पहले सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए प्रोटॉन को एक साथ लाने के लिए इंजेक्ट किया जाना चाहिए, जो अपने विद्युत चार्ज के साथ एक दूसरे को भी पीछे हटाते हैं।

उन तत्वों के लिए जिनका वजन लोहे (26 प्रोटॉन वाला एक नाभिक) से अधिक है, संलयन प्रक्रिया अब ऊर्जा जारी नहीं करती है। यहां तक ​​कि भारी नाभिकों में भी समान आकार के नाभिकों के संयोजन से ऊर्जा की खपत होती है, जारी नहीं होती। इतने बड़े नाभिक के साथ, विद्युत प्रतिकर्षण (जो नाभिक में सभी प्रोटॉन को प्रभावित करता है) पर काबू पाने के लिए परमाणु आकर्षण (जो मुख्य रूप से करीबी पड़ोसियों के बीच प्रभावी होता है) द्वारा जारी ऊर्जा की तुलना में अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, ऊर्जा वास्तव में लोहे से भी भारी नाभिक को तोड़कर जारी की जा सकती है।

सीसे से भारी तत्वों के नाभिक के साथ, विद्युत प्रतिकर्षण इतना मजबूत होता है कि उनमें से कुछ अनायास ही सकारात्मक टुकड़ों को बाहर निकाल देते हैं, आमतौर पर हीलियम के नाभिक जो स्थिर अल्फा कण बनाते हैं। यह स्वतःस्फूर्त विघटन कुछ नाभिकों द्वारा प्रदर्शित रेडियोधर्मिता के रूपों में से एक है।

सीसे से भारी नाभिक (विस्मुट, थोरियम और यूरेनियम को छोड़कर) अनायास इतनी जल्दी टूट जाते हैं कि प्रकृति में आदिम तत्वों के रूप में प्रकट हो जाते हैं, हालांकि उन्हें कृत्रिम रूप से या भारी तत्वों की क्षय श्रृंखलाओं में मध्यवर्ती के रूप में उत्पादित किया जा सकता है। आम तौर पर, नाभिक जितने भारी होते हैं, वे उतनी ही तेजी से स्वतः क्षय होते हैं।

लौह नाभिक सबसे स्थिर नाभिक होते हैं (विशेष रूप से लौह-56), और इसलिए ऊर्जा के सर्वोत्तम स्रोत वे नाभिक होते हैं जिनका भार लोहे से यथासंभव दूर होता है। कोई सबसे हल्के नाभिकों-हाइड्रोजन (प्रोटॉन) के नाभिकों को मिलाकर हीलियम के नाभिक बना सकता है, और इसी तरह सूर्य अपनी ऊर्जा उत्पन्न करता है। वैकल्पिक रूप से, कोई सबसे भारी टुकड़ों - यूरेनियम या प्लूटोनियम के नाभिक - को छोटे टुकड़ों में तोड़ सकता है, और परमाणु रिएक्टर यही करते हैं।

परमाणु बंधन ऊर्जा
एक उदाहरण जो परमाणु बंधन ऊर्जा को दर्शाता है वह है नाभिक 12C (कार्बन-12), जिसमें 6 प्रोटॉन और 6 न्यूट्रॉन होते हैं। सभी प्रोटॉन सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं और एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, लेकिन परमाणु बल प्रतिकर्षण पर काबू पा लेता है और उन्हें एक साथ चिपका देता है। परमाणु बल एक निकट-सीमा बल है (यह 1.0 एफएम की दूरी पर अत्यधिक आकर्षक है और 2.5 एफएम की दूरी से परे बेहद छोटा हो जाता है), और इस बल का वस्तुतः कोई प्रभाव नाभिक के बाहर नहीं देखा जाता है। परमाणु बल न्यूट्रॉन, या न्यूट्रॉन और प्रोटॉन को भी एक साथ खींचता है।

अनंत दूरी तक खींचे गए कणों की ऊर्जा के संबंध में नाभिक की ऊर्जा नकारात्मक है (सौर मंडल के ग्रहों की गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा की तरह), क्योंकि ऊर्जा का उपयोग नाभिक को उसके अलग-अलग प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में विभाजित करने के लिए किया जाना चाहिए। मास स्पेक्ट्रोमीटर ने नाभिक के द्रव्यमान को मापा है, जो हमेशा उन्हें बनाने वाले प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के योग से कम होता है, और अंतर - सूत्र द्वारा E = mc2-नाभिक की बंधनकारी ऊर्जा देता है।

परमाणु संलयन
हीलियम की बंधनकारी ऊर्जा सूर्य और अधिकांश तारों की ऊर्जा स्रोत है। सूर्य 74 प्रतिशत हाइड्रोजन (द्रव्यमान द्वारा मापा गया) से बना है, एक तत्व जिसमें एक नाभिक होता है जिसमें एक प्रोटॉन होता है। सूर्य में ऊर्जा तब मुक्त होती है जब 4 प्रोटॉन एक हीलियम नाभिक में संयोजित होते हैं, एक प्रक्रिया जिसमें उनमें से दो भी न्यूट्रॉन में परिवर्तित हो जाते हैं।

प्रोटॉन का न्यूट्रॉन में रूपांतरण एक अन्य परमाणु बल का परिणाम है, जिसे कमजोर बल | कमजोर (परमाणु) बल के रूप में जाना जाता है। कमजोर बल की, मजबूत बल की तरह, एक छोटी सीमा होती है, लेकिन मजबूत बल की तुलना में बहुत कमजोर होती है। कमजोर बल न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की संख्या को सबसे ऊर्जावान रूप से स्थिर विन्यास में बनाने की कोशिश करता है। 40 से कम कणों वाले नाभिक के लिए, ये संख्याएँ आमतौर पर लगभग बराबर होती हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन आपस में घनिष्ठ रूप से संबंधित हैं और सामूहिक रूप से न्यूक्लियॉन के रूप में जाने जाते हैं। जैसे-जैसे कणों की संख्या अधिकतम 209 तक बढ़ती है, स्थिरता बनाए रखने के लिए न्यूट्रॉन की संख्या प्रोटॉन की संख्या से अधिक होने लगती है, जब तक कि न्यूट्रॉन और प्रोटॉन का अनुपात लगभग तीन से दो नहीं हो जाता।

हाइड्रोजन के प्रोटॉन हीलियम से तभी संयोजित होते हैं जब उनमें इतना वेग हो कि वे एक-दूसरे के पारस्परिक प्रतिकर्षण पर काबू पा सकें और मजबूत परमाणु आकर्षण की सीमा के भीतर आ सकें। इसका मतलब यह है कि संलयन केवल बहुत गर्म गैस के भीतर ही होता है। हीलियम में संयोजित होने के लिए पर्याप्त गर्म हाइड्रोजन को सीमित रखने के लिए अत्यधिक दबाव की आवश्यकता होती है, लेकिन सूर्य के सौर कोर में उपयुक्त स्थितियाँ मौजूद हैं, जहां ऐसा दबाव कोर के ऊपर की परतों के भारी वजन द्वारा प्रदान किया जाता है, जो सूर्य के मजबूत द्वारा अंदर की ओर दबाया जाता है। गुरुत्वाकर्षण। प्रोटॉन के संयोजन से हीलियम बनाने की प्रक्रिया परमाणु संलयन का एक उदाहरण है।

ड्यूटेरियम बनाने में कठिनाई के कारण सामान्य हाइड्रोजन से हीलियम का उत्पादन पृथ्वी पर व्यावहारिक रूप से असंभव होगा। ड्यूटेरियम और ट्रिटियम का उपयोग करके एक प्रक्रिया विकसित करने पर अनुसंधान किया जा रहा है। पृथ्वी के महासागरों में बड़ी मात्रा में ड्यूटेरियम होता है जिसका उपयोग किया जा सकता है और रिएक्टर में ही लिथियम से ट्रिटियम बनाया जा सकता है, और इसके अलावा हीलियम उत्पाद पर्यावरण को नुकसान नहीं पहुंचाता है, इसलिए कुछ लोग परमाणु संलयन को हमारी ऊर्जा आवश्यकताओं की आपूर्ति के लिए एक अच्छा विकल्प मानते हैं। संलयन के इस रूप को क्रियान्वित करने के प्रयोग अब तक आंशिक रूप से ही सफल हुए हैं। पर्याप्त रूप से गर्म ड्यूटेरियम और ट्रिटियम को सीमित किया जाना चाहिए। एक तकनीक बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करना है, क्योंकि आवेशित कण (जैसे पृथ्वी के विकिरण बेल्ट में फंसे कण) चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं द्वारा निर्देशित होते हैं।

बाध्यकारी ऊर्जा अधिकतम और क्षय द्वारा उस तक पहुंचने के तरीके
कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन जैसे प्रकाश तत्वों के मुख्य समस्थानिकों में, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन का सबसे स्थिर संयोजन तब होता है जब संख्याएं बराबर होती हैं (यह तत्व 20, कैल्शियम तक जारी रहता है)। हालाँकि, भारी नाभिक में, प्रोटॉन की विघटनकारी ऊर्जा बढ़ जाती है, क्योंकि वे एक छोटी मात्रा तक ही सीमित होते हैं और एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। नाभिक को एक साथ रखने वाले मजबूत बल की ऊर्जा भी बढ़ती है, लेकिन धीमी गति से, जैसे कि नाभिक के अंदर, केवल एक-दूसरे के करीब वाले न्यूक्लियॉन मजबूती से बंधे होते हैं, अधिक व्यापक रूप से अलग नहीं होते हैं।

किसी नाभिक की शुद्ध बंधन ऊर्जा परमाणु आकर्षण की होती है, जिसमें विद्युत बल की विघटनकारी ऊर्जा को घटा दिया जाता है। जैसे-जैसे नाभिक हीलियम से भारी होते जाते हैं, प्रति न्यूक्लियॉन उनकी शुद्ध बंधन ऊर्जा (नाभिक के बीच द्रव्यमान के अंतर और घटक न्यूक्लियॉन के द्रव्यमान के योग से निकाली गई) अधिक से अधिक धीरे-धीरे बढ़ती है, और लोहे पर अपने चरम पर पहुंच जाती है। जैसे-जैसे न्यूक्लियॉन जोड़े जाते हैं, कुल परमाणु बंधन ऊर्जा हमेशा बढ़ती है - लेकिन विद्युत बलों की कुल विघटनकारी ऊर्जा (सकारात्मक प्रोटॉन अन्य प्रोटॉन को पीछे हटाना) भी बढ़ जाती है, और पिछले लोहे में, दूसरी वृद्धि पहले से अधिक होती है। आयरन-56 (56Fe) सबसे कुशलता से बंधा हुआ नाभिक है इसका मतलब है कि इसका औसत द्रव्यमान प्रति न्यूक्लियॉन सबसे कम है। हालाँकि, प्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा के संदर्भ में निकल-62 सबसे मजबूती से बंधा हुआ नाभिक है। (निकेल-62 की उच्च बंधन ऊर्जा इससे बड़े औसत द्रव्यमान हानि में परिवर्तित नहीं होती है 56फ़े, क्योंकि 62नी में आयरन-56 की तुलना में न्यूट्रॉन/प्रोटॉन का अनुपात थोड़ा अधिक है, और भारी न्यूट्रॉन की उपस्थिति निकेल-62 के प्रति न्यूक्लियॉन के औसत द्रव्यमान को बढ़ाती है)।

विघटनकारी ऊर्जा को कम करने के लिए, कमजोर अंतःक्रिया न्यूट्रॉन की संख्या को प्रोटॉन से अधिक करने की अनुमति देती है - उदाहरण के लिए, लोहे के मुख्य आइसोटोप में 26 प्रोटॉन और 30 न्यूट्रॉन होते हैं। आइसोटोप भी मौजूद होते हैं जहां न्यूट्रॉन की संख्या न्यूक्लियॉन की उस संख्या के लिए सबसे स्थिर संख्या से भिन्न होती है। यदि एक प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में या एक न्यूट्रॉन को प्रोटॉन में बदलने से स्थिरता बढ़ जाती है (द्रव्यमान कम हो जाता है), तो यह बीटा क्षय के माध्यम से होगा, जिसका अर्थ है कि न्यूक्लाइड रेडियोधर्मी होगा।

इस रूपांतरण के लिए दो तरीकों की मध्यस्थता कमजोर बल द्वारा की जाती है, और इसमें बीटा क्षय के प्रकार शामिल होते हैं। सबसे सरल बीटा क्षय में, एक नकारात्मक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो उत्सर्जित करके न्यूट्रॉन प्रोटॉन में परिवर्तित हो जाते हैं। यह नाभिक के बाहर हमेशा संभव होता है क्योंकि न्यूट्रॉन लगभग 2.5 इलेक्ट्रॉनों के बराबर प्रोटॉन से अधिक विशाल होते हैं। विपरीत प्रक्रिया में, जो केवल नाभिक के भीतर होती है, मुक्त कणों में नहीं, एक प्रोटॉन एक पोजीट्रान और एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो को बाहर निकालकर न्यूट्रॉन बन सकता है। इसकी अनुमति तब दी जाती है जब ऐसा करने के लिए माता-पिता और बेटी न्यूक्लाइड के बीच पर्याप्त ऊर्जा उपलब्ध हो (आवश्यक ऊर्जा अंतर 1.022 MeV के बराबर है, जो 2 इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान है)। यदि माता-पिता और बेटी के बीच द्रव्यमान का अंतर इससे कम है, तो एक प्रोटॉन-समृद्ध नाभिक अभी भी इलेक्ट्रॉन पर कब्जा  की प्रक्रिया द्वारा प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में परिवर्तित कर सकता है, जिसमें एक प्रोटॉन बस परमाणु के K कक्षीय इलेक्ट्रॉनों में से एक को कैप्चर करता है, एक न्यूट्रिनो उत्सर्जित करता है, और न्यूट्रॉन बन जाता है।

सबसे भारी नाभिकों में, 104 या अधिक न्यूक्लियॉन वाले टेल्यूरियम नाभिक (तत्व 52) से शुरू होकर, विद्युत बल इतने अस्थिर हो सकते हैं कि नाभिक के पूरे टुकड़े बाहर निकल सकते हैं, आमतौर पर अल्फा कणों के रूप में, जिसमें दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन (अल्फा) होते हैं कण तेज़ हीलियम नाभिक हैं)। (बेरिलियम-8 भी बहुत तेजी से दो अल्फा कणों में विघटित हो जाता है।) जैसे-जैसे तत्वों का परमाणु भार 104 से अधिक बढ़ता है, इस प्रकार का क्षय अधिक से अधिक संभावित हो जाता है।

बंधनकारी ऊर्जा का वक्र एक ग्राफ है जो परमाणु द्रव्यमान के विरुद्ध प्रति न्यूक्लियॉन बंधनकारी ऊर्जा को आलेखित करता है। इस वक्र का मुख्य शिखर लोहे और निकल पर होता है और फिर धीरे-धीरे घटता है, और हीलियम पर एक संकीर्ण पृथक शिखर होता है, जो अन्य कम द्रव्यमान वाले न्यूक्लाइड की तुलना में अधिक स्थिर होता है। प्रकृति में ट्रेस से अधिक मात्रा में सबसे भारी नाभिक, यूरेनियम 238यू, अस्थिर हैं, लेकिन 4.5 अरब वर्ष का आधा जीवन होने के कारण, पृथ्वी की उम्र के करीब, वे अभी भी अपेक्षाकृत प्रचुर मात्रा में हैं; वे (और हीलियम से भारी अन्य नाभिक) सुपरनोवा विस्फोट जैसी तारकीय विकास घटनाओं में बने हैं सौरमंडल के निर्माण से पहले. थोरियम का सबसे आम आइसोटोप, 232Th, अल्फा कण उत्सर्जन से भी गुजरता है, और इसका आधा जीवन (वह समय जिसमें परमाणुओं की आधी संख्या का क्षय होता है) कई गुना अधिक लंबा होता है। इनमें से प्रत्येक में, रेडियोधर्मी क्षय बेटी आइसोटोप का उत्पादन करता है जो अस्थिर भी होते हैं, एक क्षय श्रृंखला #एक्टिनाइड अल्फा क्षय श्रृंखला शुरू करते हैं जो सीसे के कुछ स्थिर आइसोटोप में समाप्त होती है।

परमाणु बंधन ऊर्जा की गणना
नाभिक की परमाणु बंधन ऊर्जा निर्धारित करने के लिए गणना को नियोजित किया जा सकता है। गणना में द्रव्यमान दोष का निर्धारण करना, इसे ऊर्जा में परिवर्तित करना और परिणाम को परमाणुओं के प्रति मोल ऊर्जा या प्रति न्यूक्लियॉन ऊर्जा के रूप में व्यक्त करना शामिल है।

द्रव्यमान दोष का ऊर्जा में रूपांतरण
द्रव्यमान दोष को किसी नाभिक के द्रव्यमान और उससे बने नाभिकों के द्रव्यमान के योग के बीच अंतर के रूप में परिभाषित किया जाता है। द्रव्यमान दोष का निर्धारण तीन मात्राओं की गणना करके किया जाता है। ये हैं: नाभिक का वास्तविक द्रव्यमान, नाभिक की संरचना (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या), और एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन का द्रव्यमान। इसके बाद द्रव्यमान दोष को ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। यह मात्रा परमाणु बंधन ऊर्जा है, हालाँकि इसे परमाणुओं के प्रति मोल ऊर्जा या प्रति न्यूक्लियॉन ऊर्जा के रूप में व्यक्त किया जाना चाहिए।

विखंडन और संलयन
परमाणु ऊर्जा परमाणुओं के परमाणु नाभिक के विभाजन (विखंडन) या विलय (संलयन) से जारी होती है। परमाणु द्रव्यमान-ऊर्जा का ऊर्जा के रूप में रूपांतरण, जो ऊर्जा हटाए जाने पर कुछ द्रव्यमान हटा सकता है, द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता सूत्र के अनुरूप है:
 * ΔE = Δm c2,

कहाँ
 * ΔE = ऊर्जा विमोचन,
 * Δm = #द्रव्यमान दोष,

और c = निर्वात में प्रकाश की गति।

परमाणु ऊर्जा की खोज पहली बार 1896 में फ्रांस के भौतिक विज्ञानी हेनरी बेकरेल ने की थी, जब उन्होंने पाया कि यूरेनियम के पास अंधेरे में संग्रहीत फोटोग्राफिक प्लेटें एक्स-रे प्लेटों की तरह काली हो गई थीं (एक्स-रे की खोज हाल ही में 1895 में हुई थी)। निकेल-62 में किसी भी आइसोटोप के प्रति न्यूक्लियॉन में उच्चतम बंधन ऊर्जा होती है। यदि प्रति न्यूक्लियॉन कम औसत बाध्यकारी ऊर्जा के एक परमाणु को प्रति न्यूक्लियॉन उच्च औसत बाध्यकारी ऊर्जा के दो परमाणुओं में बदल दिया जाता है, तो ऊर्जा उत्सर्जित होती है। (यहां औसत भारित औसत है।) इसके अलावा, यदि कम औसत बाध्यकारी ऊर्जा के दो परमाणु उच्च औसत बाध्यकारी ऊर्जा के एक परमाणु में संलयन करते हैं, तो ऊर्जा उत्सर्जित होती है। चार्ट से पता चलता है कि भारी परमाणु बनाने के लिए हाइड्रोजन नाभिक के संलयन या संयोजन से ऊर्जा निकलती है, जैसे यूरेनियम का विखंडन, एक बड़े नाभिक को छोटे भागों में तोड़ता है।

परमाणु ऊर्जा तीन एक्सोएनर्जेटिक (या एक्ज़ोथिर्मिक) प्रक्रियाओं द्वारा जारी की जाती है: प्रकाश तत्वों की ऊर्जा उत्पादक परमाणु अंतःक्रिया को कुछ स्पष्टीकरण की आवश्यकता है। अक्सर, सभी प्रकाश तत्व ऊर्जा-उत्पादक परमाणु इंटरैक्शन को संलयन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, हालांकि ऊपर दी गई परिभाषा के अनुसार संलयन के लिए आवश्यक है कि उत्पादों में एक नाभिक शामिल हो जो अभिकारकों से भारी हो। प्रकाश तत्व संलयन या विखंडन द्वारा ऊर्जा उत्पन्न करने वाली परमाणु अंतःक्रिया का अनुभव कर सकते हैं। दो हाइड्रोजन समस्थानिकों के बीच और हाइड्रोजन तथा हीलियम-3 के बीच सभी ऊर्जा उत्पादक परमाणु अंतःक्रियाएं संलयन होती हैं क्योंकि इन अंतःक्रियाओं के उत्पाद में एक भारी नाभिक शामिल होता है। हालाँकि, लिथियम-6 के साथ न्यूट्रॉन की ऊर्जा उत्पादक परमाणु अंतःक्रिया हाइड्रोजन-3 और हीलियम-4 का निर्माण करती है, प्रत्येक एक हल्का नाभिक होता है। उपरोक्त परिभाषा के अनुसार, यह परमाणु अंतःक्रिया विखंडन है, संलयन नहीं। जब विखंडन न्यूट्रॉन के कारण होता है, जैसा कि इस मामले में है, तो इसे प्रेरित विखंडन कहा जाता है।
 * रेडियोधर्मी क्षय, जहां रेडियोधर्मी नाभिक में एक न्यूट्रॉन या प्रोटॉन या तो कण, विद्युत चुम्बकीय विकिरण (गामा किरणें), या दोनों उत्सर्जित करके स्वचालित रूप से क्षय हो जाता है। ध्यान दें कि रेडियोधर्मी क्षय के लिए, बंधनकारी ऊर्जा का बढ़ना बिल्कुल आवश्यक नहीं है। जो अत्यंत आवश्यक है वह यह है कि द्रव्यमान कम हो जाए। यदि एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन में बदल जाता है और क्षय की ऊर्जा 0.782343 MeV से कम है, तो न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के द्रव्यमान के बीच का अंतर प्रकाश की गति से गुणा किया जाता है, (जैसे रूबिडियम -87 स्ट्रोंटियम 87 -87 में क्षय हो जाता है), प्रति न्यूक्लियॉन औसत बंधन ऊर्जा वास्तव में कम हो जाएगी।
 * परमाणु संलयन, दो परमाणु नाभिक आपस में जुड़कर एक भारी नाभिक बनाते हैं
 * परमाणु विखंडन, एक भारी नाभिक का दो (या शायद ही कभी तीन) हल्के नाभिक और कुछ न्यूट्रॉन में टूटना

प्रकाश तत्व ऊर्जा उत्पादक परमाणु अंतःक्रिया:

'विलय'
 * 1H+ 1H → 2वह  क्यू ≈ 1.44 मेव
 * 1H+ 2H → 3वह  क्यू ≈ 5.52 मेव
 * 2H+ 2H → 3H + p+ क्यू ≈ 4.08 मेव
 * 2H+ 2H → 3वह + एन क्यू ≈ 3.27 मेव
 * 2H+ 3H → 4वह + एन क्यू ≈ 17.53 मेव
 * 2H+ 3वह → 4वह + पी+ क्यू ≈ 18.34 मेव
 * 3वह+ 3वह → 4वह+प+ + पी+ क्यू ≈ 12.85 मेव
 * 3वह+ 6ली → 4वह+ 4वह + पी+   क्यू ≈ 22.36 मेव

विखंडन
 * 6ली + पी+ → 4वह+ 3वह   क्यू ≈ 4.02 मेव
 * 6ली+ 2H → 4वह+ 4वह    क्यू ≈ 11.18 मेव
 * 6ली+ 3वह → 4वह+ 4वह+प+   क्यू ≈ 0.94 मेव
 * 7ली + पी+ → 4वह+ 4वह    क्यू ≈ 17.34 मेव
 * 7ली+ 2H → 4वह+ 4वह + एन   क्यू ≈ 15.11 मेव
 * 11बी + पी+ → 4वह+ 4वह+  4वह   क्यू ≈ 8.68 मेव

परमाणुओं के लिए बंधनकारी ऊर्जा
किसी परमाणु की बंधन ऊर्जा (उसके इलेक्ट्रॉनों सहित) बिल्कुल परमाणु के नाभिक की बंधन ऊर्जा के समान नहीं होती है। आइसोटोप के मापे गए द्रव्यमान घाटे को हमेशा उस आइसोटोप के तटस्थ कण परमाणुओं के द्रव्यमान घाटे के रूप में सूचीबद्ध किया जाता है, और अधिकतर में $MeV/c2$. परिणामस्वरूप, सूचीबद्ध द्रव्यमान घाटा पृथक नाभिक की स्थिरता या बाध्यकारी ऊर्जा का माप नहीं है, बल्कि पूरे परमाणुओं के लिए है। इसका एक बहुत ही व्यावहारिक कारण है, अर्थात् भारी तत्वों को पूरी तरह से आयनित करना, यानी उनके सभी इलेक्ट्रॉनों को अलग करना बहुत कठिन है।

यह अभ्यास अन्य कारणों से भी उपयोगी है: एक भारी अस्थिर नाभिक से सभी इलेक्ट्रॉनों को अलग करना (इस प्रकार एक नंगे नाभिक का निर्माण करना) नाभिक के जीवनकाल को बदल देता है, या एक स्थिर तटस्थ परमाणु का नाभिक भी अलग करने के बाद अस्थिर हो सकता है, जो दर्शाता है कि नाभिक का स्वतंत्र रूप से इलाज नहीं किया जा सकता है। इसके उदाहरण बीटा क्षय#बाउंड-स्टेट β− क्षय|बाउंड-स्टेट β क्षय प्रयोगों में दिखाए गए हैं, जो भारी आयन अनुसंधान के लिए जीएसआई हेल्महोल्त्ज़ केंद्र हेवी आयन एक्सेलेरेटर में किए गए हैं। यह इलेक्ट्रॉन कैप्चर जैसी घटनाओं से भी स्पष्ट है। सैद्धांतिक रूप से, भारी परमाणुओं के परमाणु कक्षीय मॉडल में, इलेक्ट्रॉन आंशिक रूप से नाभिक के अंदर परिक्रमा करता है (यह सख्त अर्थ में परिक्रमा नहीं करता है, लेकिन नाभिक के अंदर स्थित होने की एक गैर-लुप्त संभावना है)।

नाभिकीय क्षय नाभिक में होता है, जिसका अर्थ है कि घटना में नाभिक से संबंधित गुण बदल जाते हैं। भौतिकी के क्षेत्र में बाध्यकारी ऊर्जा के माप के रूप में द्रव्यमान की कमी की अवधारणा का अर्थ तटस्थ परमाणु (सिर्फ नाभिक नहीं) की द्रव्यमान की कमी है और यह पूरे परमाणु की स्थिरता का एक उपाय है।

परमाणु बंधन ऊर्जा वक्र
तत्वों की आवर्त सारणी में, हाइड्रोजन से सोडियम तक प्रकाश तत्वों की श्रृंखला में परमाणु द्रव्यमान बढ़ने के साथ-साथ प्रति न्यूक्लियॉन में आम तौर पर बढ़ती बाध्यकारी ऊर्जा देखी जाती है। यह वृद्धि नाभिक में प्रति न्यूक्लियॉन पर बल बढ़ने से उत्पन्न होती है, क्योंकि प्रत्येक अतिरिक्त न्यूक्लियॉन अन्य निकटवर्ती न्यूक्लियॉन द्वारा आकर्षित होता है, और इस प्रकार पूरे से अधिक मजबूती से बंध जाता है। हीलियम-4 और ऑक्सीजन-16 इस प्रवृत्ति के विशेष रूप से स्थिर अपवाद हैं (दाईं ओर चित्र देखें)। ऐसा इसलिए है क्योंकि उनमें दोगुना जादू है, जिसका अर्थ है कि उनके प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों अपने संबंधित परमाणु कोश को भरते हैं।

बढ़ती बंधनकारी ऊर्जा के क्षेत्र के बाद द्रव्यमान 30 से लेकर द्रव्यमान 90 तक क्रम में सापेक्ष स्थिरता (संतृप्ति) का क्षेत्र आता है। इस क्षेत्र में, नाभिक इतना बड़ा हो गया है कि परमाणु बल अब इसकी चौड़ाई में पूरी तरह से कुशलतापूर्वक विस्तार नहीं कर पाते हैं।. इस क्षेत्र में आकर्षक परमाणु बल, जैसे-जैसे परमाणु द्रव्यमान बढ़ता है, परमाणु संख्या बढ़ने पर प्रोटॉन के बीच विकर्षक विद्युत चुम्बकीय बलों द्वारा लगभग संतुलित हो जाते हैं।

अंत में, भारी तत्वों में, परमाणु संख्या बढ़ने पर प्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा में धीरे-धीरे कमी आती है। परमाणु आकार के इस क्षेत्र में, विद्युत चुम्बकीय प्रतिकारक बल मजबूत परमाणु बल आकर्षण पर काबू पाने लगे हैं।

बाइंडिंग एनर्जी के चरम पर, निकेल-62 सबसे मजबूती से बंधा हुआ नाभिक (प्रति न्यूक्लियॉन) है, इसके बाद आयरन-58 और आयरन-56 हैं। यह अनुमानित बुनियादी कारण है कि ग्रहों के कोर में लोहा और निकल बहुत आम धातुएं हैं, क्योंकि वे सुपरनोवा में अंतिम उत्पादों के रूप में और सितारों में सिलिकॉन जलने के अंतिम चरण में प्रचुर मात्रा में उत्पादित होते हैं। हालाँकि, यह प्रति परिभाषित न्यूक्लियॉन (जैसा कि ऊपर परिभाषित है) के लिए बाध्यकारी ऊर्जा नहीं है, जो नियंत्रित करता है कि वास्तव में कौन से नाभिक बने हैं, क्योंकि तारों के भीतर, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन प्रति जेनेरिक न्यूक्लियॉन और भी अधिक ऊर्जा जारी करने के लिए अंतर-परिवर्तित हो सकते हैं। वास्तव में, यह तर्क दिया गया है कि प्रकाश विघटन 62नी बनाने के लिए 56न्यूट्रॉन के प्रोटॉन में इस बीटा क्षय रूपांतरण के कारण, अत्यंत गर्म तारे के कोर में Fe ऊर्जावान रूप से संभव हो सकता है। यह सृजन का पक्षधर है 56Fe, प्रति न्यूक्लियॉन सबसे कम द्रव्यमान वाला न्यूक्लाइड। हालाँकि, उच्च तापमान पर सभी पदार्थ न्यूनतम ऊर्जा अवस्था में नहीं होंगे। मान लीजिए, यह ऊर्जावान अधिकतम परिवेशीय स्थितियों के लिए भी होना चाहिए T = 298 K और p = 1 atm, तटस्थ संघनित पदार्थ से युक्त के लिए 56Fe परमाणु - हालाँकि, इन स्थितियों में परमाणुओं के नाभिक को पदार्थ की सबसे स्थिर और कम ऊर्जा अवस्था में संलयन से रोका जाता है।

प्रति न्यूक्लियॉन उच्च बाध्यकारी ऊर्जा वाले तत्व, जैसे लोहा और निकल, विखंडन से नहीं गुजर सकते हैं, लेकिन वे सैद्धांतिक रूप से हाइड्रोजन, ड्यूटेरियम, हीलियम और कार्बन के साथ संलयन से गुजर सकते हैं, उदाहरण के लिए:
 * $62$ + में $62$सी → $12$से क्यू = 5.467 मेव

आम तौर पर यह माना जाता है कि यंत्रवत कारणों से ब्रह्मांड में आयरन-56 निकल-56 आइसोटोप की तुलना में अधिक आम है, क्योंकि इसका अस्थिर पूर्वज निकेल-56 सुपरनोवा के अंदर 14 हीलियम नाभिकों के चरणबद्ध निर्माण द्वारा प्रचुर मात्रा में बनाया गया है, जहां इसके क्षय होने का समय नहीं है। कुछ ही मिनटों में अंतरतारकीय माध्यम में छोड़े जाने से पहले इस्त्री किया जाता है, क्योंकि सुपरनोवा विस्फोट होता है। हालाँकि, निकेल-56 फिर कुछ ही हफ्तों में कोबाल्ट-56 में बदल जाता है, फिर यह रेडियोआइसोटोप अंततः लगभग 77.3 दिनों के आधे जीवन के साथ आयरन-56 में बदल जाता है। ऐसी प्रक्रिया का रेडियोधर्मी क्षय-संचालित प्रकाश वक्र एसएन 1987ए जैसे प्रकार II सुपरनोवा में घटित होता देखा गया है। किसी तारे में, अल्फा-अतिरिक्त प्रक्रियाओं द्वारा निकेल-62 बनाने का कोई अच्छा तरीका नहीं है, अन्यथा संभवतः ब्रह्मांड में इस अत्यधिक स्थिर न्यूक्लाइड की संख्या अधिक होगी।

बाध्यकारी ऊर्जा और न्यूक्लाइड द्रव्यमान
तथ्य यह है कि अधिकतम बाध्यकारी ऊर्जा मध्यम आकार के नाभिक में पाई जाती है, यह दो विरोधी ताकतों के प्रभावों में व्यापार-बंद का परिणाम है जिनकी अलग-अलग सीमा विशेषताएँ हैं। आकर्षक परमाणु बल (मजबूत परमाणु बल), जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक-दूसरे से समान रूप से बांधता है, दूरी के साथ इस बल में तेजी से घातीय कमी के कारण इसकी सीमा सीमित होती है। हालाँकि, विकर्षक विद्युत चुम्बकीय बल, जो नाभिक को अलग करने के लिए प्रोटॉन के बीच कार्य करता है, दूरी के साथ बहुत धीरे-धीरे कम हो जाता है (दूरी के व्युत्क्रम वर्ग के रूप में)। व्यास में लगभग चार न्युक्लियोन से बड़े नाभिक के लिए, अतिरिक्त प्रोटॉन का अतिरिक्त प्रतिकारक बल किसी भी बाध्यकारी ऊर्जा को ऑफसेट करता है जो अतिरिक्त मजबूत बल इंटरैक्शन के परिणामस्वरूप आगे जोड़े गए न्यूक्लियॉन के बीच होता है। जैसे-जैसे उनका आकार बढ़ता है, ऐसे नाभिक कम मजबूती से बंधे होते हैं, हालांकि उनमें से अधिकांश अभी भी स्थिर हैं। अंत में, 209 से अधिक न्यूक्लियॉन (व्यास में लगभग 6 न्यूक्लियॉन से बड़े) वाले सभी नाभिक स्थिर होने के लिए बहुत बड़े होते हैं, और छोटे नाभिकों में स्वतःस्फूर्त क्षय के अधीन होते हैं।

परमाणु संलयन सबसे हल्के तत्वों को अधिक मजबूती से बंधे तत्वों (जैसे हाइड्रोजन को हीलियम में) में मिलाकर ऊर्जा पैदा करता है, और परमाणु विखंडन सबसे भारी तत्वों (जैसे यूरेनियम और प्लूटोनियम) को अधिक मजबूती से बंधे तत्वों (जैसे बेरियम और) में विभाजित करके ऊर्जा पैदा करता है। क्रीप्टोण )। कुछ हल्के तत्वों (जैसे लिथियम) का परमाणु विखंडन इसलिए होता है क्योंकि हीलियम-4 एक उत्पाद है और थोड़े भारी तत्वों की तुलना में अधिक मजबूती से बंधा हुआ तत्व है। दोनों प्रक्रियाएँ ऊर्जा उत्पन्न करती हैं क्योंकि उत्पादों के द्रव्यमान का योग प्रतिक्रियाशील नाभिक के द्रव्यमान के योग से कम होता है।

जैसा कि ऊपर ड्यूटेरियम के उदाहरण में देखा गया है, परमाणु बंधन ऊर्जाएं इतनी बड़ी हैं कि उन्हें द्रव्यमान और ऊर्जा की समानता के अनुसार, आंशिक द्रव्यमान घाटे के रूप में आसानी से मापा जा सकता है। परमाणु बंधन ऊर्जा बस जारी ऊर्जा (और द्रव्यमान) की मात्रा है, जब मुक्त न्यूक्लियॉन का एक संग्रह परमाणु नाभिक बनाने के लिए एक साथ जुड़ जाता है।

परमाणु बंधन ऊर्जा की गणना नाभिक के द्रव्यमान में अंतर और नाभिक बनाने वाले मुक्त न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की संख्या के द्रव्यमान के योग से की जा सकती है। एक बार जब यह द्रव्यमान अंतर, जिसे द्रव्यमान दोष या द्रव्यमान कमी कहा जाता है, ज्ञात हो जाता है, तो आइंस्टीन का द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता सूत्र E = mc2 का उपयोग किसी भी नाभिक की बंधन ऊर्जा की गणना करने के लिए किया जा सकता है। प्रारंभिक परमाणु भौतिक विज्ञानी इस मान की गणना को पैकिंग अंश गणना के रूप में संदर्भित करते थे।

उदाहरण के लिए, डाल्टन (इकाई) (1 Da) को किसी के द्रव्यमान के 1/12 के रूप में परिभाषित किया गया है 12C परमाणु—लेकिन a का परमाणु द्रव्यमान 1H परमाणु (जो एक प्रोटॉन प्लस इलेक्ट्रॉन है) 1.007825 Da है, इसलिए प्रत्येक न्यूक्लियॉन 12C ने बंधनकारी ऊर्जा के रूप में औसतन अपने द्रव्यमान का लगभग 0.8% खो दिया है।

परमाणु बंधन ऊर्जा के लिए अर्धअनुभवजन्य सूत्र
Z प्रोटॉन और N न्यूट्रॉन सहित A न्यूक्लियॉन वाले नाभिक के लिए, एक अर्ध-अनुभवजन्य द्रव्यमान सूत्र|बाध्यकारी ऊर्जा (E) के लिए अर्ध-अनुभवजन्य सूत्रB) प्रति न्यूक्लियॉन है: $$\frac{E_\text{B}}{A \cdot \text{MeV}} = a - \frac{b}{A^{1/3}} - \frac{c Z^2}{A^{4/3}} - \frac{d \left(N - Z\right)^2}{A^2} \pm \frac{e}{A^{7/4}}$$ जहां गुणांक दिए गए हैं: $$a = 14.0$$; $$b = 13.0$$; $$c = 0.585$$; $$d = 19.3$$; $$e = 33$$.

पहला पद $$a$$ इसे संतृप्ति योगदान कहा जाता है और यह सुनिश्चित करता है कि प्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा पहले सन्निकटन तक सभी नाभिकों के लिए समान है। शब्द $$-b/A^{1/3}$$ एक सतह तनाव प्रभाव है और यह परमाणु सतह पर स्थित न्यूक्लियॉन की संख्या के समानुपाती होता है; यह हल्के नाभिकों के लिए सबसे बड़ा है। शब्द $$-cZ^2/A^{4/3}$$ कूलम्ब इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण है; यह इसलिए और भी महत्वपूर्ण हो जाता है $$Z$$ बढ़ती है। समरूपता सुधार शब्द $$-d(N-Z)^2/A^2$$ इस तथ्य को ध्यान में रखता है कि अन्य प्रभावों की अनुपस्थिति में सबसे स्थिर व्यवस्था में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की समान संख्या होती है; इसका कारण यह है कि नाभिक में एन-पी इंटरैक्शन एन-एन या पी-पी इंटरैक्शन से अधिक मजबूत है। युग्म शब्द $$\pm e/A^{7/4}$$ विशुद्ध रूप से अनुभवजन्य है; यह सम-सम नाभिक के लिए + है|सम-सम नाभिक के लिए और − विषम-विषम नाभिक के लिए है। जब A विषम होता है, तो युग्म पद समान रूप से शून्य होता है।



प्रयोगात्मक रूप से मापे गए परमाणु न्यूक्लाइड द्रव्यमान से निकाले गए उदाहरण मान
निम्न तालिका कुछ बाध्यकारी ऊर्जाओं और द्रव्यमान दोष मूल्यों को सूचीबद्ध करती है। यह भी ध्यान दें कि हम 1 डाल्टन (इकाई) = का उपयोग करते हैं$74$. बंधन ऊर्जा की गणना करने के लिए हम सूत्र Z (m) का उपयोग करते हैंp+ एमe) + एन एमn−एमnuclide जहां Z न्यूक्लाइड में प्रोटॉन की संख्या को दर्शाता है और N न्यूट्रॉन की संख्या को दर्शाता है। हम लेते हैं mp = $931.494 MeV/c2$, me = $938.272 MeV/c2$ और mn = $0.511 MeV/c2$. अक्षर A, Z और N (न्यूक्लाइड में न्यूक्लियॉन की संख्या) के योग को दर्शाता है। यदि हम मानते हैं कि संदर्भ न्यूक्लियॉन में न्यूट्रॉन का द्रव्यमान है (ताकि गणना की गई सभी कुल बाध्यकारी ऊर्जा अधिकतम हो) तो हम कुल बाध्यकारी ऊर्जा को नाभिक के द्रव्यमान और ए मुक्त न्यूट्रॉन के संग्रह के द्रव्यमान के अंतर के रूप में परिभाषित कर सकते हैं . दूसरे शब्दों में, यह (Z+N)m होगाn−एमnuclide. प्रति न्यूक्लियॉन कुल बंधन ऊर्जा ए से विभाजित इस मान के बराबर होगी।

56Fe में इस तालिका में सूचीबद्ध चार न्यूक्लाइडों में से सबसे कम न्यूक्लियॉन-विशिष्ट द्रव्यमान है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि यह प्रति हैड्रॉन सबसे मजबूत बाध्य परमाणु है, जब तक कि शुरुआती हैड्रॉन का विकल्प पूरी तरह से मुफ़्त न हो। यदि न्यूक्लाइड बनाने के लिए 56 न्यूक्लिऑन की अनुमति दी जाती है तो आयरन सबसे बड़ी ऊर्जा छोड़ता है - यदि आवश्यक हो तो एक को दूसरे में बदलना, प्रति हैड्रॉन में उच्चतम बाध्यकारी ऊर्जा, हैड्रॉन में प्रोटॉन Z की समान संख्या और कुल न्यूक्लियॉन A के रूप में शुरू होता है जैसा कि बाध्य नाभिक में होता है।, है 62नि. इस प्रकार, किसी नाभिक की कुल बंधन ऊर्जा का वास्तविक निरपेक्ष मान इस बात पर निर्भर करता है कि हमें किस चीज़ से नाभिक का निर्माण करने की अनुमति है। यदि द्रव्यमान संख्या A के सभी नाभिकों को A न्यूट्रॉन से निर्मित करने की अनुमति दी जाए, तो 56Fe प्रति न्यूक्लियॉन सबसे अधिक ऊर्जा जारी करेगा, क्योंकि इसमें प्रोटॉन का बड़ा अंश है 62नि. हालाँकि, यदि नाभिक का निर्माण केवल उतनी ही संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से किया जाना आवश्यक है, जो उनमें मौजूद हैं, तो प्रति न्यूक्लियॉन निकल -62 सबसे कसकर बंधा हुआ नाभिक है।

उपरोक्त तालिका में यह देखा जा सकता है कि न्यूट्रॉन के क्षय के साथ-साथ ट्रिटियम के हीलियम-3 में परिवर्तन से ऊर्जा निकलती है; इसलिए, समान संख्या में न्यूट्रॉन के द्रव्यमान (और कुल हैड्रोन की संख्या के अनुसार एक हल्की स्थिति) के विरुद्ध मापा जाने पर यह एक मजबूत बाध्य नई स्थिति को प्रकट करता है। इस तरह की प्रतिक्रियाएं न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की पहले से तय एन और जेड संख्या से गणना की गई बाध्यकारी ऊर्जा में बदलाव से प्रेरित नहीं होती हैं, बल्कि प्रतिक्रिया के साथ न्यूक्लाइड/प्रति न्यूक्लियॉन के कुल द्रव्यमान में कमी आती हैं। (ध्यान दें कि हाइड्रोजन-1 के लिए ऊपर दी गई बाइंडिंग एनर्जी परमाणु बाइंडिंग ऊर्जा है, न कि परमाणु बाइंडिंग ऊर्जा जो शून्य होगी।)

बाहरी संबंध


ആണവോർജ്ജം