ન્યુક્લિયર ફિશન : જેણે ન્યુક્લિયર બોમ્બ બનાવવાની દિશા બતાવી!

- ફયુચર સાયન્સ-કે.આર.ચૌધરી

બી જા વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન અમેરિકાએ જાપાનના નાગાસાકી અને હિરોશિમા ઉપર ન્યુક્લિયર બોમ્બ ફેંકીને હાહાકાર મચાવી દીધો હતો. હિરોશિમા શહેર પર અમેરિકાના વિનાશકારી અણુબોંબ હુમલાને ૭૯ વર્ષ પુરા થતા શહેરના શાંતિ સ્મારક ઉદ્યાનમાં પીડિતોની યાદમાં એક સભાનું આયોજન કરવામાં આવ્યું હતું. આ કાર્યક્રમમાં જાપાનના વડાપ્રધાન કિશિદા ફૂમિઓ સહિત અમેરિકા તથા બ્રિટન જેવા પરમાણુ શકિત સંપન્ન દેશો સહિત ૧૦૯ રાષ્ટ્રોના પ્રતિનિધિઓએ ભાગ લીધો હતો. સ્મારકની અંદર અણુબોંબથી પીડિતોની યાદી તૈયાર રાખવામાં આવી છે. વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન સૌ પ્રથમ પરમાણુ બોમ્બ બનાવવાનો કાર્યક્રમ જર્મનીમાં શરૂ કર્યો હતો. પરંતુ કેટલાક કારણોસર 'નાઝી ન્યુક્લિયર બોમ્બ' વાસ્તવિકતા બની શક્યો નહિ. પરિણામે બધી ક્રેડિટ અમેરિકા લઇ ગયું. ઘણા લોકોને ખબર નથી કે અમેરિકાએ જે ન્યુક્લિયર બોમ્બ બનાવ્યો, તેની પાછળ જર્મન વૈજ્ઞાાનિકોનું સંશોધન જવાબદાર હતું. ૧૯૩૮માં જર્મન વિજ્ઞાાનીઓ ઓટ્ટો હેન અને ફ્રિટ્ઝ સ્ટ્રાસમેન દ્વારા પરમાણુ વિભાજનની શોધ થઈ ન હોત તો, અમેરિકા ન્યુક્લિયર બોમ્બ બનાવી શક્યું ન હોત. અમેરિકાના ન્યુક્લિયર બોમ્બ બનાવવાના પ્રોજેક્ટમાં, જર્મનીના કેટલાક વિજ્ઞાાનીઓ, ઇજનેરો અને ટેકનિશિયનોએ મહત્વની ભૂમિકા ભજવી હતી. અમેરિકાએ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન સિક્રેટ ઓપરેશન ''ઓપરેશન પેપર ક્લિપ''દ્વારા ૧૬૦૦ જેટલા જર્મન વિજ્ઞાાનીઓ, ઇજનેરો અને ટેકનિશિયનોને ચોરી છુપીથી અમેરિકા ભેગા કરી દીધા હતા. તેમના કુટુંબીજનો સાથે સંખ્યા ગણવામાં આવે તો આંકડો ૬૦૦૦ ઉપર પહોંચી જાય છે. ખેર, અહીં આજે મૂળ વાત ન્યુક્લિયર ફિશનની શોધની કરવાની છે. જેણે વિશ્વને ન્યુક્લિયર બોમ્બ બનાવવાની નવી વિનાશક દિશા બતાવી હતી.

ઓટ્ટો હેન અને ફ્રિટ્ઝ સ્ટ્રાસમેનનો પ્રયોગ 

૧૯૩૮માં પ્રયોગશાળામાં સૌપ્રથમવાર ન્યુક્લિયર ફિશન એટલે કે નાભીકીય વિખંડન કરવામાં, જર્મન વિજ્ઞાાનીઓ ઓટ્ટો હેન અને ફ્રિટ્ઝ સ્ટ્રાસમેનને સફળતા મળી હતી. આ ઘટનાની થિયરી એટલે કે સૈદ્ધાંતિક સમજૂતી, ઓસ્ટ્રેલિયામાં જન્મેલા મહિલા વિજ્ઞાાની લિસ મીટનર અને ઓટ્ટો ફ્રિશ દ્વારા આપવામાં આવી હતી. આ શોધ દ્વારા માત્ર પરમાણુ ભૌતિક શાસ્ત્રમાં જ ક્રાંતિ આવી છે તેવું નથી. ન્યુક્લિયર ફિશનના કારણે ઉર્જા ઉત્પાદન, લશ્કરી ટેકનોલોજી અને તબીબી સારવારમાં તેનો ઉપયોગ થઈ રહ્યો છે. પરમાણુ વિભાજનની શોધ થઈ તે પહેલા જ, છેલ્લા કેટલાક દાયકાથી વિજ્ઞાાનીઓ પરમાણુ અને તેના નાભિ કેન્દ્રને સમજવાની કોશિશ કરી રહ્યા હતા. ૨૦મી સદીની શરૂઆતમાં અર્નેસ્ટ રધરફોર્ડ જેવા ભૌતિકશાસ્ત્રીએ પરમાણુનું નાભિકીય મોડલ રજૂ કર્યું હતું. 

૧૯૩૦ના દાયકામાં વિજ્ઞાાનીઓ સમજી ચૂક્યા હતા કે ''પરમાણુના નાભી કેન્દ્ર, પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનું બનેલું છે. જો આ નાભિ કેન્દ્રમાં ફેરફાર કરવામાં આવે તો પરમાણુ ને તોડવાનું શક્ય બને તેમ છે. આ પ્રક્રિયામાં વિકિરણ એટલે કે રેડીએશન પેદા થાય છે.'' ૧૯૩૪માં, ઇટાલિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી એનરિકો ફર્મીએ યુરેનિયમ ઉપર ન્યુટ્રોનનો બોમ્બમારો કરવાના પ્રયોગો હાથ ધર્યા હતા. આ ઘટનામાં નવા તત્વોની રચના થતી જોવા મળી હતી. ફર્મીના પરિણામોએ વિશ્વને બતાવવી આપ્યું હતું કે યુરેનિયમની ઉપર ન્યુટ્રોનનો મારો ચલાવવામાં આવે તો, યુરેનિયમ કરતા ભારે તત્વોની રચના કરી શકાય છે.  

બર્લિનમાં, કેસર વિલ્હેમ ઇન્સ્ટિટયૂટ ફોર કેમિસ્ટ્રીમાં કામ કરતા ઓટ્ટો હેન અને ફ્રિટ્ઝ સ્ટ્રાસમેન પણ યુરેનિયમ પર ન્યુટ્રોન બોમ્બાર્ડમેન્ટની અસરોની તપાસ કરવાના પ્રયોગો કરી રહ્યા હતા. ૧૭ ડિસેમ્બર, ૧૯૩૮ના રોજ, હેન અને સ્ટ્રાસમેને એક પ્રયોગ હાથ ધર્યો હતો. તેઓએ ન્યુટ્રોન સાથે યુરેનિયમ પર બોમ્બમારો કર્યો. પ્રયોગના અંતે જે પદાર્થ મળ્યો તેનું રાસાયણિક વિશ્લેષણ કર્યું. ઓટ્ટો હેન અને ફ્રિટ્ઝ સ્ટ્રાસમેનએ શોધ્યું કે પ્રયોગના અંતે ઉત્પાદનમાં બેરિયમ તત્વ બન્યું હતું. જે યુરેનિયમ કરતાં વજનમાં ઘણું હલકું તત્વ હતું. 

એક દ્વાર મનુષ્યને વિનાશ તરફ લઈ જાય છે! 

લિસ મીટનરનો જન્મ ૭ નવેમ્બર, ૧૮૭૮ ના રોજ વિયેના, ઓસ્ટ્રિયામાં થયો હતો. તે યહૂદી પરિવારના આઠ બાળકોમાં ત્રીજી હતી. મીટનરે નાની ઉંમરથી ગણિત અને ભૌતિકશાસ્ત્ર માટે મજબૂત અભિરુચિ દર્શાવી હતી. તેણીએ વિયેના યુનિવર્સિટીમાં એક અગ્રણી ભૌતિકશાસ્ત્રી લુડવિગ બોલ્ટ્ઝમેનનાં માર્ગદર્શન હેઠળ ભૌતિકશાસ્ત્રનો અભ્યાસ કર્યો હતો. ૧૯૦૬માં ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ડોક્ટરેટની પદવી પ્રાપ્ત કરી હતી. .

લિસ મેટનર, ઓસ્ટ્રિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી અને ઓટ્ટો હેનના લાંબા સમયના સહયોગી રહી ચૂક્યા હતા. જ્યારે વિશ્વ ઉપર બીજા વિશ્વયુદ્ધના વાદળો ઘેરાઈ ચૂક્યા હતા ત્યારે, તેઓ યહૂદી હોવાના કારણે નાઝી જર્મનીથી છોડીને સ્વીડન ભાગી ગયા હતા. લિસ મેટનર દેશનિકાલમાં હોવા છતાં, ઓટ્ટો હેન સાથે સંપર્કમાં રહ્યા હતાં. એટલું જ નહીં તેમણે કરેલા પ્રયોગોના પરિણામો વિશે ઊંડાણપૂર્વક વિચારવાનું ચાલુ રાખ્યું. ૧૯૩૮ના નાતાલની રજા દરમિયાન, મેટનેરે તેના ભત્રીજા ઓટ્ટો ફ્રિશ સાથે, ઓટ્ટો હેનના પરિણામોની ચર્ચા કરી હતી. ઓટ્ટો ફ્રિશ ભૌતિકશાસ્ત્રી હતા.

મીટનર અને ફ્રિશને સમજાયું કે યુરેનિયમ ન્યુક્લિયસના વિભાજનને ન્યુક્લિયસના લિક્વિડ-ડ્રોપ મોડલનો ઉપયોગ કરીને સમજાવી શકાય છે. આ મોડેલ મુજબ, પરમાણુનું નાભીકેન્દ્ર પ્રવાહીના ટીપાની જેમ વર્તે છે. અમુક પરિસ્થિતિઓમાં તે વિસ્તરણ પામે છે. છેવટે બે નાના ટીપાંમાં વિભાજિત થઈ શકે છે. મિટનર અને ફ્રિશે આ પ્રક્રિયા દરમિયાન બહાર પડતી ઊર્જાની ગણતરી કરી. જે પ્રચંડ હોવાનું જણાયું હતું.

તેમની આ ગણતરીએ સાબિત કરી આપ્યું કે 'યુરેનિયમ ન્યુક્લિયસનું વિભાજન, એક એવી ભૌતિક પ્રક્રિયા હતી. જેમાં પુષ્કળ માત્રામાં ઊર્જા મુક્ત થતી હતી. પરમાણુ વિભાજનની શોધની તાત્કાલિક અને દૂરગામી અસરો થવાની હતી. પરમાણુ નાભીકેન્દ્રને વિભાજીત કરીને મોટી માત્રામાં ઉર્જા મુક્ત થઈ શકે છે. તે અનુભૂતિએ ઉર્જા ઉત્પાદન અને લશ્કરી શસ્ત્રો, બંને માટે નવી શક્યતાઓના દ્વાર ખોલી આપ્યા હતા. જેમાંનું એક દ્વાર મનુષ્યને વિનાશ તરફ લઈ જતું હતું.'

ન્યુક્લિયર ફિશન: નાભીકીય વિખંડન

હેન અને સ્ટ્રાસમેન શરૂઆતમાં આ પરિણામથી હેરાન થઈ ગયા હતા. પ્રવર્તમાન વૈજ્ઞાાનિક સિદ્ધાંતો સમજાવી શક્યા નથી કે કેવી રીતે ભારે યુરેનિયમ ન્યુક્લિયસ બે વધુ હળવા ન્યુક્લિયસમાં વિભાજિત થઈ શકે છે. તેમની મૂંઝવણ હોવા છતાં, હેન અને સ્ટ્રાસમેને જાન્યુઆરી ૧૯૩૯માં વૈજ્ઞાાનિક જર્નલ ''ડાઇ નેચરવિસેન્સચાફ્ટન'' માં તેમના તારણો પ્રકાશિત કર્યા, જેમાં બેરિયમના ઉત્પાદનનો અહેવાલ આપ્યો અને સૂચવ્યું કે યુરેનિયમ ન્યુક્લિયસ કોઈક રીતે અલગ થઈ ગયું છે.

૧૯૩૮માં ઓટ્ટો હેન અને ફ્રિટ્ઝએ જે પ્રયોગ કર્યો તેના પરિણામો જોઈને તેઓ આશ્ચર્યચકિત અને હેરાન થઈ ગયા હતા. આ પહેલા એનરીકો ફર્મીએ યુરેનિયમ ઉપર ન્યુટ્રોનનો મારો ચલાવ્યો હતો. પરિણામે યુરેનિયમ કરતા ભારે તત્વોની રચના થઈ હતી. જ્યારે ઓટ્ટો હેન અને ફ્રિટ્ઝએ કરેલા પ્રયોગના પરિણામે, યુરેનિયમ કરતા હલકા તત્વોની રચના થતી જોવા મળી હતી. આવું શા માટે થયું? શરૂઆતમાં આ પરિણામ તેઓ સમજી શક્યા ન હતા. આ ઘટનાનું સૈદ્ધાંતિક મહત્વ ત્યારબાદ, તેમના સહકાર્યકર લિસ મેટનર અને ઓટ્ટો ફ્રિશએ સમજાવ્યું હતું. જે દ્વારા તેઓ સમજી શક્યા કે 'તેમને વિજ્ઞાાનના ઇતિહાસમાં પ્રથમવાર પરમાણુના નાભીકેન્દ્રને તોડવામાં સફળતા મળી હતી.' જેને વિજ્ઞાાનીઓ આજે ન્યુક્લિયર ફિશન તરીકે ઓળખે છે. ગુજરાતીમાં તેને નાભીકીય વિખંડન કહેવામાં આવે છે.

શરૂઆતમાં હેન અને સ્ટ્રાસમેન, પ્રવર્તમાન વૈજ્ઞાાનિક સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરીને સમજાવી શક્યા ન હતા કે 'કેવી રીતે ભારે યુરેનિયમ ન્યુક્લિયસ બે વધુ હળવા ન્યુક્લિયસમાં વિભાજિત થઈ શકે છે?' તેમની મૂંઝવણનો ઉકેલ પણ મળ્યો ન હતો. છતાં જાન્યુઆરી ૧૯૩૯માં હેન અને સ્ટ્રાસમેને વૈજ્ઞાાનિક જર્નલ ''ડાઇ નેચરવિસેન્સચાફ્ટન''માં તેમના પ્રયોગના તારણો પ્રકાશિત કર્યા હતાં. જેમાં બેરિયમના સર્જનનો અહેવાલ આપ્યો હતો. તેમને સૂચવ્યું કે ''તેમના પ્રયોગોમાં યુરેનિયમનું ન્યુક્લિયસ કોઈક રીતે અલગ થઈ ગયું છે.''

રસાયણશાસ્ત્રનું નોબેલ પારિતોષિક

જાન્યુઆરી ૧૯૩૯માં, મિટનર અને ફ્રિશે, ઓટ્ટો હેન અને ફ્રિટ્ઝ સ્ટ્રાસમેનના પ્રયોગોની સૈદ્ધાંતિક સમજૂતી જર્નલ ''નેચર''માં પ્રકાશિત કરી હતી. આ પ્રયોગમાં થયેલી પ્રક્રિયાને વર્ણવવા માટે તેમણે ''પરમાણુ વિચ્છેદન''શબ્દ વાપર્યો હતો. ડિસેમ્બર ૧૯૪૨માં, અમેરિકાની યુનિવર્સિટી ઓફ શિકાગોમાં, એનરિકો ફર્મી અને તેમની ટીમ દ્વારા, પ્રયોગશાળામાં કંટ્રોલ એટલે કે નિયંત્રિત અવસ્થામાં પ્રથમ અંકુશિત પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયા- એટલે કે કંટ્રોલ ન્યુક્લિયર ચેન્જ રિએક્શન પેદા કરવામાં સફળતા મળી હતી. આ ઘટના આગળ જતા ન્યુક્લિયર બોમ્બ બનાવવામાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવવાનું હતું. કદાચ પરમાણુ વિભાજનની શોધનો સૌથી ગહન અને વિવાદાસ્પદ ઉપયોગ, યુદ્ધના ખતરનાક પરમાણુ શાસ્ત્ર બનાવવા માટે કરવામાં આવ્યો છે. નાભીકીય ઉર્જા દ્વારા કેટલો વિનાશ થઈ શકે છે? તે જાણી ચૂકેલા અમેરિકાએ, બીજા વિશ્વયુદ્ધમાં પોતાની મોનોપોલી સ્થાપવા માટે પરમાણુ બોમ્બ વિકસાવવાનું નક્કી કર્યું. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સે મેનહટન પ્રોજેક્ટ શરૂ કર્યો, જેની આગેવાની જે. ઓપનહાઇમરને સોંપવામાં આવી હતી. એક વર્ષ પહેલા જ ઓપનહાઇમર ફિલ્મ રજૂ થઈ ચૂકી છે. જેમાં પરમાણુ બોમ્બ વિકસાવવાની ઘટનાનું ચિત્રાંકન કરવામાં આવ્યું છે. છેવટે અમેરિકા નાભીકીય ઉર્જા સંચાલિત પરમાણુ બોમ્બ બનાવવામાં સફળ રહે છે. 

ઓગસ્ટ ૧૯૪૫માં હિરોશિમા અને નાગાસાકી ઉપર પરમાણુ બોમ્બ વિસ્ફોટની વિનાશક શક્તિનું પ્રદર્શન થયું હતું. જાપાનને સંપૂર્ણ શરણાગતિ સ્વીકારી લીધી. જર્મની સંપૂર્ણ તબાહ થઈ ચૂક્યું હતું. બીજા વિશ્વયુદ્ધના પરિણામે,એક સમય એક બીજાનાં સાથી રહેલાં, અમેરિકા અને રશિયાને એકબીજાની સામે આવી ગયાં. અમેરિકાને રશિયા વચ્ચે શિતયુદ્ધ શરૂ થયું. નવા નવા પરમાણુ શસ્ત્રો વિકસાવવાની એક નવી રેસ શરૂ થઈ. વિશ્વના ઘણા દેશોએ મરજી ન હોવા છતાં પણ આ ક્ષેત્રમાં ઝંપલાવવું પડયું. આમ પરમાણુ યુગની શરૂઆત થઈ. જેનો પાયો ૧૭ ડિસેમ્બર, ૧૯૩૮ના રોજ, ઓટ્ટો હેન અને ફ્રિટ્ઝ સ્ટ્રાસમેનનાં એક પ્રયોગે નાખ્યો હતો. જેના માટે માત્ર ઓટ્ટો હેનને ૧૯૪૪નું રસાયણશાસ્ત્રનું નોબેલ પારિતોષિક એનાયત કરવામાં આવ્યું હતું.