टिकाऊ और कुशल ऊर्जा स्रोतों की वैश्विक मांग ने परमाणु शक्ति पर तेजी से ध्यान दिया है, विशेष रूप से उन्नत रिएक्टर प्रौद्योगिकियों जो अपशिष्ट और संसाधन उपयोग के बारे में लंबी चिंताओं को संबोधित करने का वादा करते हैं। इनमें तेजी से दबावित जल रिएक्टर (PWR) - एक ऐसी श्रेणी जिसमें सोडियम-ठंडा फास्ट रिएक्टर और लीड-कूल्ड फास्ट रिएक्टर शामिल हैं, कभी-कभी सामूहिक रूप से तेजी से रिएक्टरों के रूप में संदर्भित किया जाता है - परमाणु ईंधन चक्र को बंद करने की उनकी क्षमता के लिए बाहर खड़े हो जाओ। यह लेख पता लगाता है कि कैसे तेजी से पीडब्ल्यूआर प्रौद्योगिकी काम करती है, क्यों ईंधन चक्र के मामलों को बंद करती है, और व्यापक तैनाती के लिए क्या हासिल किया जाता है।

फास्ट पीडब्ल्यूआर रिएक्टर को समझना

आज ऑपरेशन में पारंपरिक परमाणु रिएक्टर - मुख्य रूप से हल्के पानी के रिएक्टरों (LWR) - यूरेनियम -235 के कब्जे को बनाए रखने के लिए थर्मल न्यूट्रॉन (पानी जैसे मॉडरेटरों द्वारा नीचे गिरा) का उपयोग करें। फास्ट रिएक्टर्स, इसके विपरीत, न्यूट्रॉन के साथ काम करते हैं जो मॉडरेट नहीं होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे बहुत अधिक गतिवान ऊर्जा को बनाए रखते हैं। न्यूट्रॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रम में यह परिवर्तन नाटकीय रूप से रिएक्टर कोर की भौतिकी को बदल देता है।

फास्ट पीडब्ल्यूआर रिएक्टर (कभी कभी-कभी तेजी से रिएक्टरों के लिए उपयोग किया जाता है जो पानी को एक शीतलक के रूप में उपयोग करते हैं लेकिन एक कठिन न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम के साथ, हालांकि अधिक सटीक रूप से वे कई प्रकार के शीतलक के साथ तेजी से रिएक्टर हैं) "बर्न" को व्यापक रेंज के राजनयिक आइसोटोप्स, जिसमें प्लूटोनियम-239 और अन्य ट्रांसयूरीनिक तत्व शामिल हैं जो सामान्य रिएक्टर ऑपरेशन के दौरान उत्पादित होते हैं। यह क्षमता लंबे समय तक चलने वाले रेडियोधर्मी अपशिष्ट को कम जीवन या स्थिर आइसोटोप में बदलने की कुंजी है।

तेजी से रिएक्टर का मुख्य डिजाइन अधिक कॉम्पैक्ट है, जो कि उच्च घनत्व वाली सामग्री का उपयोग कर रहा है। शीतलक-अक्सर तरल सोडियम, लीड, या लीड-बिस्मथ eutectic- को प्रभावी ढंग से न्यूट्रॉन को मॉडरेट किए बिना गर्मी को स्थानांतरित करना चाहिए। यह डिजाइन उच्च ऑपरेटिंग तापमान को भी सक्षम बनाता है, जो बिजली उत्पादन में थर्मल दक्षता में सुधार कर सकता है। ]1]]]]]]]]

परमाणु ईंधन चक्र को बंद करने की अवधारणा

वर्तमान "ओपन" परमाणु ईंधन चक्र में, यूरेनियम ईंधन का इस्तेमाल एक बार रिएक्टर में किया जाता है, और खर्च किए गए ईंधन को अनिश्चित रूप से अपशिष्ट के रूप में संग्रहीत किया जाता है। यह दृष्टिकोण केवल 1-2% मूल यूरेनियम की ऊर्जा क्षमता का ठीक हो जाता है। ईंधन चक्र को बंद करने में खर्च किए गए ईंधन से पुन: प्रयोज्य सामग्रियों को फिर से संसाधित करने और फिर उन्हें रिएक्टरों में वापस लाने में शामिल किया जाता है।

Spent परमाणु ईंधन में लगभग 95% यूरेनियम (अधिकतर यूरेनियम -238), 1% प्लूटोनियम और 4% फेशन उत्पाद और मामूली एक्टिनाइड शामिल हैं। एक बंद चक्र में, यूरेनियम और प्लूटोनियम को नए ईंधन तत्वों में पुनर्प्राप्त और निर्मित किया जाता है। सबसे उल्लेखनीय रूप से, प्लूटोनियम का उपयोग तेजी से रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में किया जा सकता है, जो लघु अभिनय के लिए "ट्रांसम्यूट" भी कर सकता है - कम आधे जीवन वाले परमाणु अपशिष्ट के सबसे अधिक रेडियोविषैले और सबसे लंबे समय तक चलने वाले घटक।

प्रोपोंट्स का तर्क है कि ईंधन चक्र को बंद करने से भूवैज्ञानिक निपटान की आवश्यकता वाले अपशिष्ट की मात्रा और विषाक्तता को काफी कम कर दिया जाएगा। शेष अपशिष्ट, मुख्य रूप से राजनयिक उत्पाद, में रेडियोटॉक्सिसिटी है जो दसियों हजारों के बजाय कुछ सौ वर्षों में पृष्ठभूमि के स्तर पर घटती है। 2]]]]]]]]]]]]

फास्ट पीडब्ल्यूआर रिएक्टर के लाभ

  • Efficient ईंधन उपयोग: फास्ट रिएक्टर यूरेनियम -238 का उपयोग कर सकते हैं - प्रचुर मात्रा में आइसोटोप जो प्राकृतिक यूरेनियम के 99% से अधिक बनाता है - न्यूट्रॉन कैप्चर के माध्यम से इसे प्लूटोनियम -239 में परिवर्तित करके, 60-100 के एक कारक द्वारा न्यूनतम यूरेनियम से ऊर्जा उपज को प्रभावी ढंग से गुणा कर सकता है। यह सदियों तक वैश्विक यूरेनियम संसाधनों का विस्तार करता है।
  • Waste कमी: ट्रांसयूरेनिक तत्वों को जलाकर, फास्ट रिएक्टरों ने अपशिष्ट की दीर्घकालिक रेडियोटॉक्सिसिटी को कम किया। अध्ययनों से पता चलता है कि पुन: प्रसंस्करण के साथ मिलकर फास्ट रिएक्टरों का एक बेड़े एक बार-बार चक्र की तुलना में 90% से अधिक उच्च स्तर के अपशिष्ट मात्रा को कम कर सकता है।
  • प्रोलिजन प्रतिरोध:] उन्नत पुन: प्रसंस्करण विधि, जैसे कि पाइरोप्रोसेसिंग या यूरेक्स + परिवार, को शुद्ध प्लूटोनियम को अलग करने से बचने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, बजाय एक मिश्रण बनाने के लिए लघु अभिनय के साथ प्लूटोनियम को सह-प्राप्त करना जो हथियारों के उपयोग के लिए कम आकर्षक है। यह पारंपरिक पुरेक्स पुन: प्रसंस्करण की तुलना में प्रसार प्रतिरोध में सुधार करता है।
  • Resource स्थिरता: प्रजनन क्षमताओं के साथ (उम्र से अधिक राजनयिक सामग्री पैदा करना), तेजी से रिएक्टरों एक स्वयं युक्त ईंधन चक्र सक्षम कर सकते हैं जिसे कई दशकों तक नए यूरेनियम खनन की आवश्यकता नहीं है।
  • ]Reduced निपटान बोझ: एक बंद चक्र से अंतिम अपशिष्ट धारा में ज्यादातर फेशन उत्पाद होते हैं, जो कुछ सौ वर्षों के भीतर क्षय करते हैं। यह डिजाइन को सरल बना सकता है और भूवैज्ञानिक भंडार के लिए आवश्यक संस्थागत निरीक्षण को कम कर सकता है।

चैलेंज्स फ़ेस फास्ट पीडब्लूआर तैनाती

तकनीकी और इंजीनियरिंग Hurdles

तेजी से न्यूट्रॉन के साथ एक रिएक्टर का संचालन करने से अद्वितीय सामग्री चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। उच्च न्यूट्रॉन प्रवाह संरचनात्मक मिश्र धातुओं में सूजन, embrittlement और रेंगना पैदा कर सकता है। सोडियम शीतलक, जबकि गर्मी हस्तांतरण में उत्कृष्ट, रासायनिक रूप से हवा और पानी के साथ प्रतिक्रियाशील होते हैं, जिसमें रिसाव और आग को रोकने के लिए जटिल सुरक्षा प्रणालियों की आवश्यकता होती है। लीड-कूल्ड डिज़ाइन इस प्रतिक्रिया को कम करते हैं लेकिन जंग और उच्च पिघलने बिंदुओं के साथ चेहरे के मुद्दों को कम करते हैं जो स्टार्टअप और शटडाउन ऑपरेशन को जटिल बनाते हैं।

तेजी से रिएक्टर ईंधन के लिए प्रौद्योगिकी को पुन: प्रसंस्करण पारंपरिक एलडब्ल्यूआर ईंधन की तुलना में अधिक मांग है। मामूली एक्टिनाइड्स से उच्च विकिरण स्तर को भारी परिरक्षित गर्म कोशिकाओं और रिमोट हैंडलिंग उपकरण की आवश्यकता होती है। पाइरोप्रोसेसिंग - पिघला हुआ नमक का उपयोग करके एक विद्युत रासायनिक तकनीक - विकास के तहत रहता है और केवल पायलट पैमाने पर प्रदर्शित किया गया है।

आर्थिक व्यवहार्यता

तेजी से रिएक्टरों में अधिक जटिल प्रणालियों, उपन्यास सामग्री और साइट पर ईंधन निर्माण और पुन: प्रसंस्करण सुविधाओं की आवश्यकता के कारण एलडब्ल्यूआर की तुलना में अधिक पूंजी लागत होती है। अर्थशास्त्र केवल तभी अनुकूल हो जाते हैं जब यूरेनियम की कीमतें काफी बढ़ जाती हैं या जब अपशिष्ट निपटान बचत का मूल्य आंतरिक रूप से आंतरिक हो जाता है। वर्तमान में कम यूरेनियम की कीमतें और कई बाजारों में सस्ते प्राकृतिक गैस की उपलब्धता ने अपफ्रंट निवेश को सही ठहराना मुश्किल बना दिया है।

हालांकि, जीवन चक्र विश्लेषण से पता चलता है कि तेजी से रिएक्टरों को तैनात करने से अंततः कुल सिस्टम लागत को कम कर सकता है, आवश्यक भूवैज्ञानिक भंडारों की संख्या को कम कर सकता है और ईंधन संसाधनों को बढ़ाकर। कुछ देशों-फ्रांस, जापान, रूस और भारत- ने तेजी से रिएक्टर कार्यक्रमों में भारी निवेश किया है, रूस के बीएन-800 रिएक्टर 2016 के बाद से व्यावसायिक रूप से काम कर रहा है।

नियामक और राजनीतिक कारक

तेजी से रिएक्टर लाइसेंसिंग एक धीमी प्रक्रिया है क्योंकि इसमें कोई व्यापक ऑपरेटिंग इतिहास के साथ एक नया डिज़ाइन शामिल है। नियामकों को दुर्घटना परिदृश्यों की एक विस्तृत श्रृंखला के तहत सुरक्षा का प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, जिसमें सोडियम या लीड कूलेंट सिस्टम के लिए अद्वितीय शामिल है। सार्वजनिक स्वीकृति भी एक बाधा बनी हुई है, विशेष रूप से पुन: प्रसंस्करण और अत्यधिक रेडियोधर्मी सामग्रियों के परिवहन के बारे में।

अंतर्राष्ट्रीय सहयोग और डिजाइन कोड का मानकीकरण अनुमोदन में तेजी ला सकता है। अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी (आईएईए) ने तेजी से रिएक्टर सुरक्षा के लिए दिशानिर्देश विकसित किए हैं, लेकिन राष्ट्रीय मतभेद बने रहे हैं।

भविष्य आउटलुक और चल अनुसंधान

वैश्विक कार्यक्रम और प्रदर्शन

कई देशों में सक्रिय रूप से तेजी से रिएक्टर प्रौद्योगिकी विकसित कर रहे हैं। रूस BN-600 और BN-800 (सोडियम-ठंडा) के साथ नेतृत्व करता है और यह साइबेरियाई रासायनिक संयोजन में BREST-300 (लीड-ठंडा) का निर्माण कर रहा है। भारत FBTR संचालित करता है और 500 MW प्रोटोटाइप फास्ट ब्रीडर रिएक्टर का निर्माण कर रहा है। चीन के CEFR ऑपरेशन में रहा है, और फ्रांस को Phénix और Superphénix रिएक्टरों के साथ लंबे अनुभव है।

जापान की मंजू को 2016 में स्थायी रूप से बंद कर दिया गया था, लेकिन अनुसंधान JAEA पर जारी रहा है। संयुक्त राज्य अमेरिका, वर्तमान में एक तेजी से रिएक्टर का संचालन नहीं करते थे, जबकि वेर्साटाइल टेस्ट रिएक्टर (VTR) परियोजना को ईंधन और सामग्री परीक्षण के लिए तेजी से न्यूट्रॉन विकिरण क्षमता प्रदान करने के लिए धन प्रदान करते हैं।

ईंधन और पुन: प्रसंस्करण में नवाचार

उन्नत ईंधन जैसे धातु मिश्र धातु, नाइट्राइड ईंधन, और उच्च घनत्व ऑक्साइड ईंधन - प्रदर्शन, सुरक्षा मार्जिन और जल निकासी में सुधार की जांच के तहत हैं। विभाजन और transmutation (P&T) अनुसंधान का उद्देश्य उन प्रक्रियाओं को विकसित करना है जो उच्च दक्षता वाले नाबालिग actinides को अलग करते हैं और फिर उन्हें फास्ट रिएक्टरों के लिए ईंधन में शामिल करते हैं।

बेल्जियम (एक बहुउद्देशीय हाइब्रिड अनुसंधान रिएक्टर) में MYRRHA परियोजना और यूरोप में ALLEGRO परियोजना अगली पीढ़ी के तेज स्पेक्ट्रम सुविधाओं के उदाहरण हैं जो प्रतिनिधि स्थितियों के तहत सामग्री और ईंधन का परीक्षण करेंगे।

अक्षय ऊर्जा के साथ एकीकरण

फास्ट रिएक्टरों को आम तौर पर आधार लोड ऑपरेशन के लिए डिज़ाइन किया गया है, लेकिन कुछ अवधारणाओं में चर नवीनीकरण के पूरक के लिए लोड-अनुमोदन क्षमताओं या थर्मल ऊर्जा भंडारण शामिल है। भविष्य में ऊर्जा प्रणाली में जहां सौर और पवन हावी हो जाते हैं, तेज रिएक्टर मौजूदा रिएक्टरों से परमाणु अपशिष्ट को प्रबंधित करते समय स्थिर, प्रेषणीय शक्ति प्रदान कर सकते हैं।

लघु मॉड्यूलर फास्ट रिएक्टरों के लिए संभावित

कई स्टार्टअप और अनुसंधान संगठन 10-300 MWe के आउटपुट के साथ छोटे मॉड्यूलर फास्ट रिएक्टरों (SMFRs) की खोज कर रहे हैं। ये कारखाने के लिए तैयार हो जाएंगे, साइट निर्माण लागत को कम करेगा और रिमोट क्षेत्रों में तैनाती को सक्षम करेगा या विशेष अनुप्रयोगों के लिए (जैसे, हाइड्रोजन उत्पादन के लिए प्रक्रिया गर्मी)। उदाहरणों में ओकलो अरोड़ा (गर्मी पाइप के साथ तेज रिएक्टर) और वेस्टिंगहाउस एलएफआर (लीड-कूल्ड) शामिल हैं।

निष्कर्ष

तेजी से पीडब्ल्यूआर रिएक्टरों की क्षमता - और सामान्य रूप से तेजी से रिएक्टर - परमाणु ईंधन चक्र को बंद करने के लिए पर्याप्त है। वे लगभग बेकार-मुक्त परमाणु ऊर्जा के लिए एक मार्ग प्रदान करते हैं, नाटकीय रूप से कम दीर्घकालिक रेडियोविषाक्तता और अधिक टिकाऊ ईंधन आपूर्ति के साथ। हालांकि, तकनीकी, आर्थिक और नियामक चुनौतियां महत्वपूर्ण रहती हैं। प्रदर्शन रिएक्टरों, उन्नत ईंधन चक्रों में निरंतर निवेश, और अंतर्राष्ट्रीय सहयोग इन प्रौद्योगिकियों को प्रयोगात्मक से वाणिज्यिक वास्तविकता तक ले जाने के लिए आवश्यक है।

यदि इन चुनौतियों को दूर किया जा सकता है, तो तेजी से रिएक्टर परमाणु शक्ति को लगभग अतुलनीय, कम कार्बन ऊर्जा स्रोत में बदल सकते हैं जो इसे बढ़ाने के बजाय अपशिष्ट समस्या को हल करता है। अनुसंधान और प्रदर्शन के अगले दशक में यह निर्धारित करने में महत्वपूर्ण होगा कि यह दृष्टि वैश्विक ऊर्जा रणनीति का एक आधार बन गया है।

1 फास्ट रिएक्टर भौतिकी पर अधिक के लिए, ]IAEA फास्ट रिएक्टर नॉलेज पोर्टल ] देखें।

2विश्व परमाणु संघ ]Used Nuclear Fuel]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]2 ]]]]]]]]]2 ]]]]]

अतिरिक्त रीडिंग: जेनरेशन IV इंटरनेशनल फोरम - फास्ट रिएक्टर और NRC एडवांस्ड रिएक्टर ]]]]