Session 2026–27 • English + Urdu • PECTAA Punjab Board textbook, Chapter 20
The nucleus is tiny — but it holds almost all of an atom's mass and an enormous store of energy. This chapter explains protons, neutrons and isotopes, radioactivity and half-life, fission and fusion, Einstein's E = mc², and how nuclear radiation is used — and handled safely.
مرکزہ بہت چھوٹا ہے — لیکن اس میں ایٹم کا تقریباً سارا ماس اور توانائی کا بہت بڑا ذخیرہ ہے۔ اس باب میں پروٹان، نیوٹران اور ہم جا، تابکاری اور نصف حیات، انشقاق اور امتزاج، آئن سٹائن کی E = mc²، اور نیوکلیائی شعاعوں کے استعمال — اور انہیں محفوظ طریقے سے سنبھالنے — کی وضاحت کی گئی ہے۔
An atom is mostly empty space: a tiny, dense nucleus at the centre holds the protons and neutrons (together called nucleons), while electrons orbit far away. The atomic number Z is the number of protons and fixes the element; the mass number A is protons + neutrons; the number of neutrons is N = A − Z. A nuclide is written ᴬZX, e.g. ²¹₉X has 9 protons and 21 − 9 = 12 neutrons. Protons and neutrons are held together by the strong nuclear force, which beats the electrical repulsion between protons at such short range.
ایٹم زیادہ تر خالی جگہ ہے: مرکز میں ایک چھوٹا، کثیف مرکزہ پروٹان اور نیوٹران (جنہیں مجموعی طور پر نیوکلیون کہتے ہیں) رکھتا ہے، جبکہ الیکٹران دور مداروں میں گھومتے ہیں۔ ایٹمی نمبر Z پروٹانوں کی تعداد ہے اور عنصر کو طے کرتا ہے؛ ماس نمبر A پروٹان + نیوٹران ہے؛ نیوٹرانوں کی تعداد N = A − Z ہے۔ کسی نیوکلائیڈ کو ᴬZX لکھا جاتا ہے، مثلاً ²¹₉X میں 9 پروٹان اور 21 − 9 = 12 نیوٹران ہیں۔ پروٹان اور نیوٹران مضبوط نیوکلیائی قوت سے جڑے رہتے ہیں، جو اتنے کم فاصلے پر پروٹانوں کے درمیان برقی دفع کو شکست دے دیتی ہے۔
Isotopes are atoms of the same element (same Z, same number of protons and electrons) with different numbers of neutrons, hence different mass numbers — e.g. carbon-12 and carbon-14, uranium-235 and uranium-238. Because chemistry depends on electrons, isotopes of one element have almost identical chemical properties, but their physical properties (mass, stability, radioactivity) differ. Some isotopes are stable; others are radioactive and decay. Isotopes are separated for uses from medicine to nuclear fuel.
ہم جا ایک ہی عنصر کے ایٹم ہیں (ایک ہی Z، پروٹانوں اور الیکٹرانوں کی ایک ہی تعداد) جن میں نیوٹرانوں کی تعداد مختلف ہوتی ہے، اس لیے ماس نمبر مختلف ہوتے ہیں — مثلاً کاربن-12 اور کاربن-14، یورینیم-235 اور یورینیم-238۔ چونکہ کیمسٹری الیکٹرانوں پر منحصر ہے، ایک عنصر کے ہم جا کی کیمیائی خصوصیات تقریباً ایک جیسی ہوتی ہیں، لیکن ان کی طبعی خصوصیات (ماس، استحکام، تابکاری) مختلف ہوتی ہیں۔ بعض ہم جا مستحکم ہوتے ہیں؛ دوسرے تابکار ہوتے ہیں اور انحطاط پذیر ہوتے ہیں۔ ہم جا کو طب سے لے کر نیوکلیائی ایندھن تک کے استعمال کے لیے الگ کیا جاتا ہے۔
Radioactivity is the spontaneous emission of radiation by an unstable nucleus. Alpha (α) particles are helium nuclei (2 protons + 2 neutrons): heavy, slow, strongly ionising, but stopped by paper or skin. Beta (β) particles are fast electrons from the nucleus: more penetrating, stopped by a few millimetres of aluminium. Gamma (γ) rays are high-energy electromagnetic waves: no charge or mass, weakly ionising but deeply penetrating, needing thick lead or concrete to stop. All three can damage living cells, which is why sources are shielded and handled carefully.
تابکاری غیر مستحکم مرکزے سے شعاعوں کا خود بخود اخراج ہے۔ الفا (α) ذرات ہیلیم کے مرکزے ہیں (2 پروٹان + 2 نیوٹران): بھاری، سست، شدید آئنائز کرنے والے، لیکن کاغذ یا جلد سے رک جاتے ہیں۔ بیٹا (β) ذرات مرکزے سے نکلنے والے تیز الیکٹران ہیں: زیادہ نفوذ کرنے والے، چند ملی میٹر ایلومینیم سے رک جاتے ہیں۔ گاما (γ) شعاعیں زیادہ توانائی والی برقی مقناطیسی لہریں ہیں: نہ چارج نہ ماس، کم آئنائز کرنے والی لیکن گہرائی تک نفوذ کرنے والی، جنہیں روکنے کے لیے موٹا سیسہ یا کنکریٹ چاہیے۔ تینوں زندہ خلیوں کو نقصان پہنچا سکتی ہیں، اسی لیے ذرائع کو ڈھال سے محفوظ رکھا جاتا ہے اور احتیاط سے سنبھالا جاتا ہے۔
In radioactive decay an unstable nucleus transforms into a more stable one by emitting radiation. In alpha decay the nucleus loses 2 protons and 2 neutrons (A falls by 4, Z by 2). In beta decay a neutron turns into a proton and emits an electron (Z rises by 1, A unchanged). Gamma emission usually follows alpha or beta decay: the nucleus drops from an excited state to a lower energy state, releasing energy as a gamma photon without changing Z or A. Decay is random for any single nucleus but follows a predictable pattern for a large sample.
تابکارانہ انحطاط میں غیر مستحکم مرکزہ شعاعیں خارج کر کے زیادہ مستحکم مرکزے میں بدل جاتا ہے۔ الفا انحطاط میں مرکزہ 2 پروٹان اور 2 نیوٹران کھو دیتا ہے (A میں 4 کی کمی، Z میں 2 کی کمی)۔ بیٹا انحطاط میں ایک نیوٹران پروٹان میں بدل جاتا ہے اور ایک الیکٹران خارج کرتا ہے (Z میں 1 کا اضافہ، A میں کوئی تبدیلی نہیں)۔ گاما اخراج عام طور پر الفا یا بیٹا انحطاط کے بعد ہوتا ہے: مرکزہ پرجوش حالت سے کم توانائی والی حالت میں آتا ہے، اور Z یا A بدلے بغیر توانائی کو گاما فوٹان کے طور پر خارج کرتا ہے۔ کسی ایک مرکزے کے لیے انحطاط بے ترتیب ہے لیکن بڑے نمونے کے لیے قابل پیش گوئی نمونے کی پیروی کرتا ہے۔
Nuclear fission splits a heavy nucleus (e.g. uranium-235) into two smaller nuclei when it absorbs a neutron, releasing a huge amount of energy and more neutrons — which can split further nuclei in a chain reaction, controlled in a reactor and uncontrolled in a bomb. Nuclear fusion joins light nuclei, e.g. hydrogen into helium in the Sun, also releasing enormous energy; it needs temperatures of millions of degrees to overcome proton repulsion. Fusion powers the Sun and stars; fission powers today's nuclear power stations.
نیوکلیائی انشقاق بھاری مرکزے (مثلاً یورینیم-235) کو نیوٹران جذب کرنے پر دو چھوٹے مرکزوں میں توڑ دیتا ہے، جس سے بہت زیادہ توانائی اور مزید نیوٹران خارج ہوتے ہیں — جو مزید مرکزوں کو توڑ سکتے ہیں، ایک زنجیر تعامل میں، ری ایکٹر میں قابو شدہ اور بم میں بے قابو۔ نیوکلیائی امتزاج ہلکے مرکزوں کو جوڑتا ہے، مثلاً سورج میں ہائیڈروجن کو ہیلیم میں، جس سے بھی بہت زیادہ توانائی خارج ہوتی ہے؛ اس کے لیے پروٹانوں کی دفع کو شکست دینے کے لیے لاکھوں ڈگری درجہ حرارت چاہیے۔ امتزاج سورج اور ستاروں کو طاقت دیتا ہے؛ انشقاق آج کے نیوکلیائی بجلی گھروں کو چلاتا ہے۔
Einstein's equation E = mc² states that mass and energy are interchangeable: a small mass converts into an enormous amount of energy because c² is so large (1 kg ↔ 9 × 10¹⁶ J). In nuclear reactions the products weigh slightly less than the reactants — the missing mass defect appears as energy, and the energy per nucleon is the binding energy holding the nucleus together. Example: converting 4 µg of mass gives E = 4 × 10⁻⁹ × (3 × 10⁸)² = 3.6 × 10⁸ J = 360 MJ. The Sun shines because fusion converts about 4 million tonnes of its mass into energy every second.
آئن سٹائن کی مساوات E = mc² بتاتی ہے کہ مادہ اور توانائی ایک دوسرے میں بدل سکتے ہیں: تھوڑا سا ماس بہت زیادہ توانائی میں بدل جاتا ہے کیونکہ c² بہت بڑا ہے (1 kg ↔ 9 × 10¹⁶ J)۔ نیوکلیائی تعاملات میں مصنوعات کا وزن تعامل کنندگان سے تھوڑا کم ہوتا ہے — غائب ماس کی کمی توانائی کے طور پر ظاہر ہوتی ہے، اور فی نیوکلیون توانائی بائنڈنگ انرجی ہے جو مرکزے کو جوڑے رکھتی ہے۔ مثال: 4 µg ماس بدلنے سے E = 4 × 10⁻⁹ × (3 × 10⁸)² = 3.6 × 10⁸ J = 360 MJ ملتا ہے۔ سورج اس لیے چمکتا ہے کیونکہ امتزاج ہر سیکنڈ اس کے تقریباً 40 لاکھ ٹن ماس کو توانائی میں بدل دیتا ہے۔
The half-life of a radioactive isotope is the time for half of its nuclei to decay. After one half-life half remains, after two a quarter, after three an eighth — the amount follows (1/2)ⁿ. Example: 400 g with a 10-year half-life leaves 50 g after 30 years (three half-lives: 400 → 200 → 100 → 50 g). Carbon dating uses carbon-14 (half-life about 5730 years): living things keep a steady C-14 level, but after death no new C-14 is taken in, so the remaining fraction dates the sample — a fossil with 25% of living C-14 is about two half-lives, roughly 11,460 years old.
کسی تابکار ہم جا کی نصف حیات وہ وقت ہے جس میں اس کے آدھے مرکزے انحطاط پذیر ہو جاتے ہیں۔ ایک نصف حیات کے بعد آدھا باقی رہتا ہے، دو کے بعد ایک چوتھائی، تین کے بعد ایک آٹھواں — مقدار (1/2)ⁿ کی پیروی کرتی ہے۔ مثال: 10 سال کی نصف حیات والا 400 g 30 سال بعد 50 g رہ جاتا ہے (تین نصف حیات: 400 → 200 → 100 → 50 g)۔ کاربن ڈیٹنگ کاربن-14 (نصف حیات تقریباً 5730 سال) استعمال کرتی ہے: زندہ چیزیں C-14 کی مستحکم سطح رکھتی ہیں، لیکن موت کے بعد نیا C-14 جذب نہیں ہوتا، اس لیے باقی ماندہ حصہ نمونے کی عمر بتاتا ہے — زندہ C-14 کا 25% رکھنے والا فوسل تقریباً دو نصف حیات، یعنی تقریباً 11,460 سال پرانا ہے۔
Nuclear radiation is a tool as well as a hazard. In medicine it is used for imaging (tracers that show how organs work) and for treating cancer (gamma rays killing tumour cells). In industry it checks welds and measures thickness without opening anything; in agriculture it preserves food and creates new crop varieties; and in energy fission reactors generate a large share of the world's low-carbon electricity. The same radiation harms living tissue by ionising molecules and damaging DNA, so doses are kept as low as possible and workers are monitored.
نیوکلیائی شعاعیں خطرہ ہونے کے ساتھ ساتھ ایک آلہ بھی ہیں۔ طب میں یہ تصویر کشی (ٹریسر جو دکھاتے ہیں کہ اعضا کیسے کام کرتے ہیں) اور کینسر کے علاج (گاما شعاعیں ٹیومر کے خلیوں کو مارتی ہیں) کے لیے استعمال ہوتی ہیں۔ صنعت میں یہ بغیر کچھ کھولے ویلڈز کی جانچ اور موٹائی ماپنے کے لیے استعمال ہوتی ہیں؛ زراعت میں یہ خوراک محفوظ کرتی ہیں اور فصلوں کی نئی اقسام بناتی ہیں؛ اور توانائی میں انشقاق ری ایکٹر دنیا کی کم کاربن بجلی کا بڑا حصہ پیدا کرتے ہیں۔ یہی شعاعیں مالیکیولز کو آئنائز کر کے اور ڈی این اے کو نقصان پہنچا کر زندہ بافتوں کو نقصان پہنچاتی ہیں، اس لیے خوراکیں جتنی ممکن ہو کم رکھی جاتی ہیں اور کارکنوں کی نگرانی کی جاتی ہے۔
We always live with background radiation from natural sources: cosmic rays from space (stronger for airline pilots at altitude), terrestrial radiation from rocks and soil, radon gas seeping into buildings, and even tiny amounts in food. Human activities add a little more: medical X-rays and nuclear power, and accidents or leaks can add much more locally. Protection follows three rules: spend less time near a source, keep your distance, and use shielding (paper for alpha, aluminium for beta, lead or concrete for gamma). Radioactive waste must be stored safely for a very long time, and misused material — such as in weapons — is a grave danger.
ہم ہمیشہ قدرتی ذرائع سے پس منظر کی شعاعوں کے ساتھ رہتے ہیں: خلا سے کائناتی شعاعیں (اونچائی پر ہوائی جہاز کے پائلٹوں کے لیے زیادہ)، چٹانوں اور مٹی سے زمینی شعاعیں، عمارتوں میں رسنے والی ریڈان گیس، اور خوراک میں بھی تھوڑی مقدار۔ انسانی سرگرمیاں تھوڑا اور اضافہ کرتی ہیں: طبی ایکس ریز اور نیوکلیائی بجلی، اور حادثات یا رساؤ مقامی طور پر بہت زیادہ اضافہ کر سکتے ہیں۔ حفاظت تین اصولوں کی پیروی کرتی ہے: ماخذ کے قریب کم وقت گزاریں، فاصلہ رکھیں، اور ڈھال استعمال کریں (الفا کے لیے کاغذ، بیٹا کے لیے ایلومینیم، گاما کے لیے سیسہ یا کنکریٹ)۔ تابکار فضلے کو بہت لمبے عرصے تک محفوظ طریقے سے ذخیرہ کرنا چاہیے، اور غلط استعمال شدہ مواد — جیسے ہتھیاروں میں — ایک سنگین خطرہ ہے۔
These are تھے official exercise questions of PECTAA Class 10 Physics, Chapter 20 (Atomic and Nuclear Physics), with answers. ہر topic کو Urdu ترجمے کے ساتھ سمجھایا گیا ہے تاکہ student اچھی طرح سمجھ سکے.
1. The atomic number of an element represents:
Answer: Atomic number Z = number of protons; it fixes the element's identity.
2. Which type of radiation is positively charged and consists of two protons and two neutrons?
Answer: An alpha particle is a helium nucleus: 2 protons + 2 neutrons.
3. The process by which an unstable nucleus emits radiation and transforms into a more stable nucleus is called:
Answer: Radioactive decay is the spontaneous move to stability by emitting radiation.
4. Nuclear fission involves:
Answer: Fission splits heavy nuclei; fusion combines light ones.
5. What does Einstein's equation; E=mc²; explain?
Answer: E = mc² says mass and energy are two forms of the same thing.
6. Which of the following is a practical application of nuclear radiations?
Answer: Nuclear radiation is used for medical imaging and radiotherapy.
7. A significant source of background radiation is:
Answer: Cosmic rays from space are a major natural background source.
Answer: Hydrogen (about 73%) and helium (about 25%), which fuse in the Sun's core.
Answer: The small, dense centre of an atom containing protons and neutrons. Its characteristics: it holds almost all the atom's mass, and it is positively charged (due to protons).
Answer: Alpha is a helium nucleus (2p + 2n), heavy, slow, strongly ionising but stopped by paper. Beta is a fast electron, lighter, more penetrating, stopped by a few millimetres of aluminium.
Answer: Nuclear fusion — hydrogen nuclei fusing into helium in the core, converting mass into energy by E = mc².
Answer: E = mc², where E is energy, m is mass and c is the speed of light.
Answer: Living things maintain a constant carbon-14 level; after death C-14 decays with a 5730-year half-life and is not replaced. Measuring the remaining fraction dates once-living remains up to about 50,000 years old.
Answer: Fusion is the joining of light nuclei into a heavier nucleus with release of energy — e.g. hydrogen nuclei fusing into helium in the Sun.
Answer: The low-level radiation always present in the environment. Natural sources: cosmic rays from space, radioactive rocks and soil, radon gas, and trace radioactivity in food and the body.
Answer: Because of electrical repulsion: the electrons of your atoms repel the electrons of the wall's atoms, and the electromagnetic force at atomic scale is enormously strong. The nucleus's tiny size does not mean matter is 'nothing' — the electron clouds fill the space and resist each other.
Answer: By measuring its decay constant: count decays per second in a known sample and use the activity law (activity = λN). From λ, half-life = 0.693/λ — so even a very long half-life can be found from a short, precise measurement.
Answer: Gamma rays are highly penetrating and ionising: they knock electrons from molecules and damage DNA in living cells, which can cause cancer even though the nucleus itself is unchanged.
Answer: New carbon-14 would stop entering living things, so the 'starting level' assumption would break: samples would appear older than they are, and after a few half-lives the method would become unreliable and eventually unusable.
Answer: Cosmic rays constantly arrive from space and terrestrial sources (rocks, radon) constantly decay in the ground — both are natural and continuous, so background never reaches zero. Human additions are usually small compared with these steady natural sources, though local accidents can spike it.
Answer: Protons fix the element (Z); electrons — especially the outer shell — decide bonding and reactions. Neutrons change only mass and stability, so isotopes share chemistry. That is why elements are arranged by proton number and electron shells in the periodic table.
Answer: Natural: cosmic rays, terrestrial rocks and soil, radon gas, internal radioactivity in food. Human: medical X-rays and nuclear medicine, nuclear power (tiny routine releases), fallout from weapons testing, and accidents or poor waste handling, which can raise local levels sharply.
Answer: An unstable nucleus seeks a more stable neutron–proton balance. Too heavy: it ejects an alpha particle. Too many neutrons: a neutron becomes a proton, emitting a beta electron. Left excited: it sheds energy as a gamma photon. Each step moves the nucleus closer to stability.
Answer: Chemical behaviour is set by electron arrangement, which is the same for all isotopes of an element. Physical properties such as mass, density and stability depend on the nucleus, which differs in neutron number — so isotopes differ physically and in radioactivity.
Answer: Living things hold a steady C-14/C-12 ratio; after death C-14 decays (half-life 5730 years) while C-12 stays. The remaining ratio gives the time since death. It is reliable for roughly 50,000 years; beyond that too little C-14 remains, and contamination or past changes in atmospheric C-14 can shift results, so samples are carefully cleaned and calibrated.
Answer: Protons = Z = 9. Neutrons = A − Z = 21 − 9 = 12.
Answer: 25% is (1/2)², i.e. two half-lives. 2 × 5730 ≈ 11,460 years old.
Answer: 30 years is three half-lives: 400 → 200 → 100 → 50 g remains.
Answer: E = mc² = 4 × 10⁻⁹ × (3 × 10⁸)² = 4 × 10⁻⁹ × 9 × 10¹⁶ = 3.6 × 10⁸ J = 360 MJ.
Answer: One-eighth is (1/2)³, so 420 days is three half-lives: half-life = 420/3 = 140 days.
In this chapter (Atomic and Nuclear Physics) you studied: Atomic Nucleus, Isotopes, Radioactivity, Radioactive Decay, Nuclear Reactions, Interconversion of Matter and Energy, Half-Life, Effects and Uses of Nuclear Radiation, Radiation Exposure. Revise the definitions and formulas first, then practise the exercise questions without looking at the answers, and finally attempt the numerical problems with full working. In the board paper, MCQs test definitions and formulas, short questions test understanding, and numericals test working — so practise all three kinds.
اس باب (نیوکلیئر فزکس) میں آپ نے پڑھا: ایٹمی مرکزہ, ہم جا, تابکاری, تابکارانہ انحطاط, نیوکلیائی تعاملات, مادے اور توانائی کا باہمی تبادلہ, نصف حیات, نیوکلیائی شعاعوں کے اثرات اور استعمال, شعاعوں کا سامنا۔ پہلے تعریفیں اور فارمولے یاد کریں، پھر جوابات دیکھے بغیر مشق کے سوالات حل کریں، اور آخر میں عددی مسائل مکمل حل کے ساتھ کریں۔ بورڈ کے پرچے میں معروضی سوالات تعریفوں اور فارمولوں کو جانچتے ہیں، مختصر سوالات سمجھ کو جانچتے ہیں، اور عددی مسائل حل کرنے کی مہارت کو — اس لیے تینوں اقسام کی مشق کریں۔
اس باب کے موضوعات: ایٹمی مرکزہ · ہم جا · تابکاری · تابکارانہ انحطاط · نیوکلیائی تعاملات · مادے اور توانائی کا باہمی تبادلہ · نصف حیات · نیوکلیائی شعاعوں کے اثرات اور استعمال · شعاعوں کا سامنا
Revision guidance: پہلے definitions اور formulas یاد کرو, پھر MCQs خود حل کرو, پھر short اور long questions اپنے الفاظ میں لکھ کر practise کرو, اور numericals step-by-step حل کرو.
Chapter-wise tests, fresh random papers اور instant score کے لیے PunjabTest.com کا میں test section دیکھو:
PunjabTest.com — Complete Guide Book • Class 10 Physics, Chapter 20 (Session 2026–27) • English + Urdu