શ્રેણીબદ્ધ પ્રક્રિયા (chain reaction) : એક વખત શરૂ કરેલી એવી રાસાયણિક કે ન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયા, જે આગળ વધતાં સ્વનિર્ભર બને. 235U જેવા વિખંડ્ય (fissile) દ્રવ્યનું ન્યૂટ્રૉનના વર્ષણ (મારા) વડે કરવામાં આવતું પ્રગામી(progressive fission) (વિખંડન)થી ન્યૂટ્રૉન પેદા થતા હોય છે, જેના વડે યોગ્ય પરિસ્થિતિમાં વધુ ને વધુ વિખંડનો પેદા કરી શકાય છે.
ન્યૂક્લિયર-વિખંડન શ્રેણીબદ્ધ પ્રક્રિયાનો પાયાનો સિદ્ધાંત છે. યુરેનિયમ જેવી ભારે ન્યૂક્લિયસ ઉપર પૂરતી ઊર્જાવાળા ન્યૂટ્રૉનને અથડાવવામાં આવે તો ભારે ન્યૂક્લિયસનું લગભગ બે સમાન ટુકડામાં વિખંડન થાય છે. આ સાથે ન્યૂટ્રૉન, વિદ્યુતભારિત કણો અને ઊર્જા મુક્ત થાય છે. આ રીતે છૂટા પડતા ન્યૂટ્રૉન વડે બીજી ભારે ન્યૂક્લિયસનું વિખંડન કરી શકાય છે. આ રીતે છૂટા પડતાં ન્યૂટ્રૉન વડે વિખંડનની પ્રક્રિયા આગળ ધપાવી શકાય છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રચંડ ઊર્જા મુક્ત થાય છે, જે ઉષ્મા સ્વરૂપે હોય છે.
ન્યૂક્લિયર રિએક્ટરમાં શ્રેણીબદ્ધ ન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયા ચાલુ કરીને પેદા થતી ઉષ્મા વડે વિદ્યુતનું ઉત્પાદન કરી શકાય છે. આ સમગ્ર પ્રક્રિયા આકૃતિ(જુઓ રંગીન આકૃતિ)માં દર્શાવી છે.
નારંગી રંગના પરમાણુઓ યુરેનિયમના છે. તેના ઉપર પૂરતી ઊર્જાવાળા ન્યૂટ્રૉનને જોરથી તાકતાં આ ભારે પરમાણુનું બે ટુકડા (વાદળી અને લીલા)માં વિભાજન થાય છે. આ સાથે બે કે વધુ ન્યૂટ્રૉન છૂટા પડે છે. આ બે ન્યૂટ્રૉનનો બીજા બે યુરેનિયમ પરમાણુના વિખંડનમાં ઉપયોગ થાય છે. મુક્ત થતા બધા જ ન્યૂટ્રૉન વિખંડનની પ્રક્રિયામાં કામે લાગે તેવું નથી હોતું. બીજા બે પરમાણુઓ તૂટતાં વધુ ન્યૂટ્રૉન છૂટા પડે છે તે બીજા પરમાણુઓના વિખંડનમાં કામ લાગે છે. આ રીતે ભારે પરમાણુનું વિખંડન થતું જાય, વધુ ને વધુ ન્યૂટ્રૉન છૂટા પડતા જાય અને તે રીતે સમગ્ર પ્રક્રિયા આગળ વધતી જાય છે. જો પૂરતા પ્રમાણમાં ભારે તત્વ (યુરેનિયમ) હોય તો સમગ્ર પ્રક્રિયા સ્વનિર્ભર (self-sustained) બને છે. જે શ્રેણીબદ્ધ પ્રક્રિયામાં પરિણમે છે.
જ્યારે એક પરિવર્તન (transformation) સરેરાશ એક બીજું પરિવર્તન કરે તો તેવી પ્રક્રિયાને ક્રાંતિક (critical) કહે છે. જો સરેરાશ પરિવર્તન એકથી ઓછું હોય તો પ્રક્રિયા ઉપક્રાંતિક (subcritical) કહેવાય છે અને એકથી વધુ પરિવર્તનો થાય તો તેને અતિક્રાંતિક (supercritical) કહે છે.
પ્રક્રિયા ઉપક્રાંતિક હોય તો થોડાક જ સમયમાં વિખંડન અટકી પડે છે. ક્રાંતિક હોય ત્યારે વિખંડન એકધારું ચાલુ રહે છે. જો પ્રક્રિયા અતિક્રાંતિક હોય તો વિખંડનની ઘટના નિરંકુશિત બને છે, પરિણામે ન્યૂક્લિયર-વિસ્ફોટ થાય છે અને વિપુલ ઊર્જા મુક્ત થાય છે. આવી ઘટના પરમાણુ-બૉમ્બનો પાયો બને છે.
શ્રેણીબદ્ધ પ્રક્રિયાને વિમંદક (moderated) બનાવી નિયંત્રણમાં રાખવામાં આવે તો પેદા થતી વિપુલ ઊર્જા વડે પાણીને ગરમ કરી તેનું વરાળમાં રૂપાંતર કરી ટર્બાઇન વડે વિદ્યુત પેદા કરી શકાય છે. આ રીતે ન્યૂક્લિયર વિદ્યુતમથક કાર્યરત બને છે.
શીતલ આનંદ પટેલ