NucleiनाभिकNuclei

• Einstein: mass and energy are equivalent, E = mc² (c = 3 × 10⁸ m/s).
• 1 u = 1.66 × 10⁻²⁷ kg ≡ 931.5 MeV. 1 MeV = 1.6 × 10⁻¹³ J.
• Mass defect ΔM: the mass of a nucleus is always less than the total mass of its separate protons and neutrons: ΔM = [Zmₚ + (A − Z)mₙ] − M.
• This missing mass appears as binding energy: E_b = ΔM c².
• Q-value of a nuclear reaction = (total initial mass − total final mass) × c². Q > 0 means energy is released.
• Example: 1 g of matter fully converted gives E = 10⁻³ × (3 × 10⁸)² = 9 × 10¹³ J.
• Nuclear reactions release energy in MeV per nucleus; chemical reactions only a few eV per atom (about a million times less).

• आइंस्टीन: द्रव्यमान और ऊर्जा तुल्य हैं, E = mc² (c = 3 × 10⁸ m/s)।
• 1 u = 1.66 × 10⁻²⁷ kg ≡ 931.5 MeV। 1 MeV = 1.6 × 10⁻¹³ J।
• द्रव्यमान क्षति ΔM: नाभिक का द्रव्यमान उसके पृथक प्रोटॉनों व न्यूट्रॉनों के कुल द्रव्यमान से सदैव कम होता है: ΔM = [Zmₚ + (A − Z)mₙ] − M।
• यह लुप्त द्रव्यमान बंधन ऊर्जा के रूप में प्रकट होता है: E_b = ΔM c²।
• नाभिकीय अभिक्रिया का Q-मान = (कुल प्रारंभिक द्रव्यमान − कुल अंतिम द्रव्यमान) × c²। Q > 0 का अर्थ ऊर्जा मुक्त होती है।
• उदाहरण: 1 g द्रव्य पूर्णतः ऊर्जा में बदले तो E = 10⁻³ × (3 × 10⁸)² = 9 × 10¹³ J।
• नाभिकीय अभिक्रियाएँ प्रति नाभिक MeV में ऊर्जा देती हैं; रासायनिक अभिक्रियाएँ प्रति परमाणु केवल कुछ eV (लगभग दस लाख गुना कम)।

• Einstein: mass aur energy equivalent hain, E = mc² (c = 3 × 10⁸ m/s).
• 1 u = 1.66 × 10⁻²⁷ kg ≡ 931.5 MeV. 1 MeV = 1.6 × 10⁻¹³ J.
• Mass defect ΔM: nucleus ka mass uske alag protons aur neutrons ke total mass se hamesha kam hota hai: ΔM = [Zmₚ + (A − Z)mₙ] − M.
• Yeh gayab mass binding energy ban jaata hai: E_b = ΔM c².
• Nuclear reaction ka Q-value = (shuru ka total mass − baad ka total mass) × c². Q > 0 matlab energy nikalti hai.
• Example: 1 g matter poora energy bane toh E = 10⁻³ × (3 × 10⁸)² = 9 × 10¹³ J.
• Nuclear reactions har nucleus par MeV mein energy deti hain; chemical reactions har atom par sirf kuch eV (lagbhag das lakh guna kam).

💡 Multiply mass in u by 931.5 to get MeV directly; no need to use c².u में द्रव्यमान को 931.5 से गुणा करके सीधे MeV पाइए; c² लगाने की आवश्यकता नहीं।u wale mass ko 931.5 se guna karke seedha MeV paaiye; c² lagane ki zaroorat nahi.

• A nucleus has Z protons and N neutrons; together they are called nucleons. Mass number A = Z + N.
• Proton–neutron hypothesis: the nucleus is made of Z protons and (A − Z) neutrons. It replaced the older proton–electron idea after Chadwick discovered the neutron (1932).
• Notation: ᴬ_Z X (for example ¹⁹⁷₇₉Au).
• Isotopes: same Z, different A (¹H, ²H, ³H) — same chemical properties.
• Isobars: same A, different Z (³H and ³He).
• Isotones: same N, different Z (¹⁹⁸₈₀Hg and ¹⁹⁷₇₉Au, both N = 118).
• Atomic mass unit: 1 u = 1/12 of the mass of a ¹²C atom = 1.66 × 10⁻²⁷ kg.

• नाभिक में Z प्रोटॉन तथा N न्यूट्रॉन होते हैं; इन्हें मिलाकर न्यूक्लिऑन कहते हैं। द्रव्यमान संख्या A = Z + N।
• प्रोटॉन-न्यूट्रॉन परिकल्पना: नाभिक Z प्रोटॉनों तथा (A − Z) न्यूट्रॉनों से बना है। चैडविक द्वारा न्यूट्रॉन की खोज (1932) के बाद इसने पुरानी प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन धारणा का स्थान लिया।
• संकेत: ᴬ_Z X (उदाहरण ¹⁹⁷₇₉Au)।
• समस्थानिक: समान Z, भिन्न A (¹H, ²H, ³H) — रासायनिक गुण समान।
• समभारिक: समान A, भिन्न Z (³H तथा ³He)।
• समन्यूट्रॉनिक: समान N, भिन्न Z (¹⁹⁸₈₀Hg तथा ¹⁹⁷₇₉Au, दोनों में N = 118)।
• परमाणु द्रव्यमान मात्रक: 1 u = ¹²C परमाणु के द्रव्यमान का 1/12 = 1.66 × 10⁻²⁷ kg।

• Nucleus mein Z protons aur N neutrons hote hain; dono ko milakar nucleons kehte hain. Mass number A = Z + N.
• Proton–neutron hypothesis: nucleus Z protons aur (A − Z) neutrons se bana hai. Chadwick ki neutron khoj (1932) ke baad isne purani proton–electron soch ki jagah li.
• Notation: ᴬ_Z X (jaise ¹⁹⁷₇₉Au).
• Isotopes: same Z, alag A (¹H, ²H, ³H) — chemical properties same.
• Isobars: same A, alag Z (³H aur ³He).
• Isotones: same N, alag Z (¹⁹⁸₈₀Hg aur ¹⁹⁷₇₉Au, dono mein N = 118).
• Atomic mass unit: 1 u = ¹²C atom ke mass ka 1/12 = 1.66 × 10⁻²⁷ kg.

• Binding energy per nucleon E_bn = E_b/A; it measures how tightly a nucleus is bound. Stability depends on E_bn.
• Curve of E_bn vs A: low for light nuclei, rises quickly, nearly constant (about 8 MeV) from A ≈ 30 to 170, maximum about 8.75 MeV near A = 56 (iron), then falls slowly for heavy nuclei (about 7.6 MeV for uranium).
• Flat middle part: nuclear force is short-range (saturation) — each nucleon binds only with its near neighbours.
• Heavy nuclei (A > 170) gain stability by splitting: fission releases energy.
• Light nuclei (A < 30) gain stability by joining: fusion releases energy.
• Example: ⁴He with E_bn = 7 MeV has total binding energy 4 × 7 = 28 MeV.

• प्रति न्यूक्लिऑन बंधन ऊर्जा E_bn = E_b/A; यह बताती है कि नाभिक कितनी दृढ़ता से बँधा है। स्थायित्व E_bn पर निर्भर करता है।
• E_bn तथा A का वक्र: हल्के नाभिकों के लिए कम, तेज़ी से बढ़ता, A ≈ 30 से 170 तक लगभग नियत (लगभग 8 MeV), A = 56 (लोहा) के पास अधिकतम लगभग 8.75 MeV, फिर भारी नाभिकों के लिए धीरे-धीरे घटता (यूरेनियम हेतु लगभग 7.6 MeV)।
• समतल मध्य भाग: नाभिकीय बल लघु परास (संतृप्ति) का है — प्रत्येक न्यूक्लिऑन केवल निकटतम पड़ोसियों से बँधता है।
• भारी नाभिक (A > 170) टूटकर अधिक स्थायी बनते हैं: विखंडन से ऊर्जा मुक्त।
• हल्के नाभिक (A < 30) जुड़कर अधिक स्थायी बनते हैं: संलयन से ऊर्जा मुक्त।
• उदाहरण: E_bn = 7 MeV वाले ⁴He की कुल बंधन ऊर्जा 4 × 7 = 28 MeV।

• BE per nucleon E_bn = E_b/A; yeh batata hai nucleus kitna mazbooti se bandha hai. Stability E_bn par depend karti hai.
• E_bn vs A curve: halke nuclei ke liye kam, tezi se badhta, A ≈ 30 se 170 tak lagbhag constant (lagbhag 8 MeV), A = 56 (iron) ke paas maximum lagbhag 8.75 MeV, phir bhaari nuclei ke liye dheere ghatta (uranium ke liye lagbhag 7.6 MeV).
• Flat beech ka hissa: nuclear force short range (saturation) hai — har nucleon sirf paas wale neighbours se bandhta hai.
• Bhaari nuclei (A > 170) toot kar zyada stable bante hain: fission se energy.
• Halke nuclei (A < 30) jud kar zyada stable bante hain: fusion se energy.
• Example: E_bn = 7 MeV wale ⁴He ki total BE = 4 × 7 = 28 MeV.

• Radioactivity (discovered by Becquerel, 1896): spontaneous decay of an unstable nucleus with emission of α, β or γ radiation. It is a nuclear phenomenon — the rays come from the nucleus.
• α-decay: a helium nucleus ⁴₂He is emitted; Z decreases by 2, A by 4.
• β-decay: an electron (β⁻) or a positron (β⁺) is emitted; Z changes by 1, A stays the same.
• γ-decay: high-energy photons (hundreds of keV or more) are emitted; Z and A do not change. γ-rays have wavelengths shorter than X-rays.
• In a nuclear reaction, total charge (Z) and total nucleon number (A) are conserved on both sides — use this to find an unknown particle.
• Example: ⁴₂He + ¹⁴₇N → ¹⁷₈O + X ⇒ X has Z = 1, A = 1: a proton.

• रेडियोऐक्टिवता (बैकेरल, 1896): अस्थायी नाभिक का α, β या γ विकिरण उत्सर्जित करते हुए स्वतः क्षय। यह नाभिकीय परिघटना है — किरणें नाभिक से निकलती हैं।
• α-क्षय: हीलियम नाभिक ⁴₂He उत्सर्जित; Z में 2 तथा A में 4 की कमी।
• β-क्षय: इलेक्ट्रॉन (β⁻) या पॉज़िट्रॉन (β⁺) उत्सर्जित; Z में 1 का परिवर्तन, A अपरिवर्तित।
• γ-क्षय: उच्च ऊर्जा फोटॉन (सैकड़ों keV या अधिक) उत्सर्जित; Z व A अपरिवर्तित। γ-किरणों की तरंगदैर्ध्य X-किरणों से कम।
• नाभिकीय अभिक्रिया में दोनों ओर कुल आवेश (Z) तथा कुल न्यूक्लिऑन संख्या (A) संरक्षित — इससे अज्ञात कण ज्ञात कीजिए।
• उदाहरण: ⁴₂He + ¹⁴₇N → ¹⁷₈O + X ⇒ X का Z = 1, A = 1: प्रोटॉन।

• Radioactivity (Becquerel, 1896): unstable nucleus ka α, β ya γ radiation nikalte hue apne aap decay hona. Yeh nuclear phenomenon hai — rays nucleus se nikalti hain.
• α-decay: helium nucleus ⁴₂He nikalta hai; Z mein 2 aur A mein 4 ki kami.
• β-decay: electron (β⁻) ya positron (β⁺) nikalta hai; Z mein 1 ka badlav, A same.
• γ-decay: high energy photons (saikdon keV ya zyada) nikalte hain; Z aur A same. γ-rays ki wavelength X-rays se kam.
• Nuclear reaction mein dono taraf total charge (Z) aur total nucleon number (A) conserve — isse anjaan particle nikaliye.
• Example: ⁴₂He + ¹⁴₇N → ¹⁷₈O + X ⇒ X ka Z = 1, A = 1: proton.

• Fission: a heavy nucleus splits into two medium nuclei when hit by a slow neutron, releasing energy and 2–3 neutrons.
• Example: ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ²³⁶₉₂U → ¹⁴⁴₅₆Ba + ⁸⁹₃₆Kr + 3 ¹₀n + energy.
• Energy released ≈ 200 MeV per fission of uranium. Fission of 1 kg of uranium gives about 10¹⁴ J (burning 1 kg coal gives about 10⁷ J).
• The neutrons released can cause more fissions: chain reaction. Uncontrolled → atom bomb; controlled → nuclear reactor.
• A nuclear reactor works on controlled chain reaction of fission. Parts: fuel (enriched uranium), moderator (heavy water or graphite, slows neutrons), control rods (cadmium or boron, absorb extra neutrons), coolant (carries heat), shielding.

• विखंडन: मंद न्यूट्रॉन के टकराने पर भारी नाभिक दो मध्यम नाभिकों में टूटता है, ऊर्जा तथा 2–3 न्यूट्रॉन मुक्त होते हैं।
• उदाहरण: ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ²³⁶₉₂U → ¹⁴⁴₅₆Ba + ⁸⁹₃₆Kr + 3 ¹₀n + ऊर्जा।
• प्रति विखंडन मुक्त ऊर्जा ≈ 200 MeV (यूरेनियम)। 1 kg यूरेनियम के विखंडन से लगभग 10¹⁴ J (1 kg कोयला जलाने से लगभग 10⁷ J)।
• मुक्त न्यूट्रॉन और विखंडन कराते हैं: श्रृंखला अभिक्रिया। अनियंत्रित → परमाणु बम; नियंत्रित → नाभिकीय रिएक्टर।
• नाभिकीय रिएक्टर नियंत्रित विखंडन श्रृंखला अभिक्रिया पर कार्य करता है। भाग: ईंधन (संवर्धित यूरेनियम), मंदक (भारी जल या ग्रेफ़ाइट, न्यूट्रॉन धीमे करता है), नियंत्रक छड़ें (कैडमियम या बोरॉन, अतिरिक्त न्यूट्रॉन सोखती हैं), शीतलक (ऊष्मा ले जाता है), परिरक्षण।

• Fission: slow neutron takrane par bhaari nucleus do beech wale nuclei mein toot-ta hai, energy aur 2–3 neutrons nikalte hain.
• Example: ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ²³⁶₉₂U → ¹⁴⁴₅₆Ba + ⁸⁹₃₆Kr + 3 ¹₀n + energy.
• Har fission par energy ≈ 200 MeV (uranium). 1 kg uranium ke fission se lagbhag 10¹⁴ J (1 kg koyla jalane se lagbhag 10⁷ J).
• Nikle neutrons aur fission karate hain: chain reaction. Uncontrolled → atom bomb; controlled → nuclear reactor.
• Nuclear reactor controlled fission chain reaction par chalta hai. Parts: fuel (enriched uranium), moderator (heavy water ya graphite, neutrons dheeme karta hai), control rods (cadmium ya boron, extra neutrons sokhti hain), coolant (garmi le jaata hai), shielding.

• Fusion: two light nuclei combine to form a heavier nucleus, releasing energy.
• It needs extremely high temperature so that nuclei can overcome Coulomb repulsion: thermonuclear fusion.
• Example: ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n + 17.59 MeV.
• Energy of the Sun and stars comes from fusion of hydrogen into helium (proton–proton cycle): 4 ¹H + 2e⁻ → ⁴He + 2ν + 6γ + 26.7 MeV.
• Fission vs fusion: heavy nucleus splits vs light nuclei join; possible at ordinary temperature with slow neutrons vs needs very high temperature; radioactive waste vs almost no waste; controlled in reactors vs controlled fusion not yet achieved for power.

• संलयन: दो हल्के नाभिक जुड़कर भारी नाभिक बनाते हैं तथा ऊर्जा मुक्त होती है।
• कूलॉम प्रतिकर्षण पार करने हेतु अत्यधिक उच्च ताप चाहिए: तापनाभिकीय संलयन।
• उदाहरण: ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n + 17.59 MeV।
• सूर्य व तारों की ऊर्जा हाइड्रोजन के हीलियम में संलयन (प्रोटॉन-प्रोटॉन चक्र) से: 4 ¹H + 2e⁻ → ⁴He + 2ν + 6γ + 26.7 MeV।
• विखंडन बनाम संलयन: भारी नाभिक टूटता है बनाम हल्के जुड़ते हैं; मंद न्यूट्रॉन से सामान्य ताप पर संभव बनाम अति उच्च ताप चाहिए; रेडियोऐक्टिव अपशिष्ट बनाम लगभग अपशिष्ट नहीं; रिएक्टरों में नियंत्रित बनाम नियंत्रित संलयन से विद्युत अभी तक संभव नहीं।

• Fusion: do halke nuclei jud kar bhaari nucleus banate hain aur energy nikalti hai.
• Coulomb repulsion paar karne ke liye bahut zyada temperature chahiye: thermonuclear fusion.
• Example: ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n + 17.59 MeV.
• Sun aur taaron ki energy hydrogen ke helium mein fusion (proton–proton cycle) se: 4 ¹H + 2e⁻ → ⁴He + 2ν + 6γ + 26.7 MeV.
• Fission vs fusion: bhaari nucleus toot-ta hai vs halke judte hain; slow neutron se normal temperature par vs bahut high temperature chahiye; radioactive waste vs lagbhag waste nahi; reactors mein controlled vs controlled fusion se bijli abhi nahi.