फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर रूसी वैज्ञानिकों और पूरे परमाणु ऊर्जा उद्योग के भविष्य का एक अनूठा विकास है

शांतिपूर्ण परमाणु विश्व ऊर्जा के स्तंभों में से एक है, जिसके बिना आधुनिक समाज बस असंभव है। मौजूदा परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के सभी लाभों के बावजूद, मुख्य दोष रहा है और खर्च किए गए परमाणु ईंधन का निपटान।

ऐसा लगता है कि यह समस्या भी हल हो जाएगी - एक बंद परमाणु ईंधन चक्र के अनूठे रूसी विकास के लिए धन्यवाद, जिसका कार्यान्वयन तेजी से न्यूट्रॉन का उपयोग करके परमाणु रिएक्टरों में संभव है।

आधुनिक परमाणु ऊर्जा की समस्या क्या है

इसलिए, शांतिपूर्ण परमाणु दुनिया भर में बिजली पैदा करने के लिए एक दर्जन से अधिक वर्षों से मानवता की सेवा कर रहा है। लेकिन एक बहुत गंभीर समस्या है। परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में सभी प्राकृतिक यूरेनियम उपयुक्त नहीं हैं।

यूरेनियम -238 प्रकृति में व्यापक है (92 प्रोटॉन, 146 न्यूट्रॉन), और दुनिया के भंडार में इसकी हिस्सेदारी पृथ्वी पर कुल यूरेनियम का 99.3% है। लेकिन यह ईंधन के रूप में परमाणु रिएक्टरों के लिए उपयुक्त नहीं है।

दुनिया के केवल 0.7% यूरेनियम -235 (92 प्रोटॉन, 143 न्यूट्रॉन) के रूप में शेष आपूर्ति ईंधन के रूप में काम कर सकती है। लेकिन यहां तक ​​कि यूरेनियम के बचे हुए हिस्से को केवल रिएक्टर में नहीं ले जाया जा सकता है। यह पूर्व-समृद्ध होना चाहिए और यूरेनियम -238 के कुल द्रव्यमान में यूरेनियम -235 का हिस्सा लगभग 700 गुना बढ़ गया।

यह पता चला है कि विशाल विश्व भंडार के बावजूद, यूरेनियम जो वास्तव में ईंधन के लिए उपयुक्त है, औसतन गणना के अनुसार, 50 वर्षों के लिए पर्याप्त होगा।

सब कुछ उतना उदास नहीं है जितना पहली नज़र में लगता है। यूरेनियम -238 को अभी भी परमाणु रिएक्टरों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। सच है, इसके लिए यूरेनियम -238 को प्लूटोनियम -239 में बदलना आवश्यक है, और यह प्रक्रिया केवल तभी संभव है जब तेज न्यूट्रॉन के संपर्क में आए।

जैसा कि यह पता चला है, यह परिवर्तन आसान नहीं है। आखिरकार, अधिकांश आधुनिक रिएक्टर "धीमी" न्यूट्रॉन पर काम करते हैं, जो जानबूझकर धीमा हो जाते हैं, क्योंकि यूरेनियम -235 "फास्ट न्यूट्रॉन के साथ" संवाद नहीं करना चाहता है। लेकिन यूरेनियम -238, इसके विपरीत, धीमी न्यूट्रॉन पर परिवर्तन प्रक्रिया में शामिल नहीं है।

यूरेनियम -238 के परिवर्तन को प्लूटोनियम -239 में अलग-अलग करना आर्थिक रूप से संभव नहीं है। यह तथाकथित अतिरिक्त न्यूट्रॉन के लिए उपयोग करने के लिए बहुत अधिक कुशल है, जो क्षय प्रतिक्रिया के दौरान बनते हैं। इसलिए, आधुनिक रिएक्टरों में, उन्हें विशेष रूप से अवशोषक का उपयोग करके हटा दिया जाता है।

इसलिए हमें "रद्दी" यूरेनियम -238 और "सही" यूरेनियम -235 को एक स्थान पर मिलाने की जरूरत है - एक परमाणु रिएक्टर। और फिर दोनों बिजली उत्पन्न करना और रिएक्टरों के लिए "अनावश्यक" यूरेनियम -238 को नए परमाणु ईंधन में बदलना संभव होगा। लेकिन इसके लिए एक शर्त यह है कि यह (रिएक्टर) तेज न्यूट्रॉन पर काम करना चाहिए।

लेकिन वास्तव में तेजी से काम करने वाले न्यूट्रॉन रिएक्टर का निर्माण कई इंजीनियरों के लिए एक बड़ी समस्या बन गया। और केवल रूसी इंजीनियरों-वैज्ञानिकों ने कार्य का सामना किया।

फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर, उनकी विशेषता क्या है

इसलिए, हमें एक रिएक्टर की आवश्यकता है जो यूरेनियम -235 पर चलता है, और साथ ही, हमें इसे तेजी से न्यूट्रॉन पर काम करने की आवश्यकता है। इसे संभव बनाने के लिए, न्यूट्रॉन फ्लक्स के घनत्व में काफी वृद्धि करना आवश्यक है (ताकि यूरेनियम -235 तेजी से न्यूट्रॉन के साथ बातचीत करने के लिए अधिक इच्छुक हो जाए)।

इसका मतलब है कि एक अधिक समृद्ध ईंधन का उपयोग करना होगा, जबकि तापमान शासन और न्यूट्रॉन फ्लक्स काफी कठिन होंगे - अधिक स्थिर सामग्री की आवश्यकता होगी।

इसके अलावा, न्यूट्रॉन को धीमा करने वाली सामग्रियों से बचा जाना चाहिए। यही है, क्लासिक संस्करण - पानी - इस मामले में उपयुक्त नहीं है, क्योंकि यह न्यूट्रॉन को पूरी तरह से धीमा कर देता है।

यही कारण है कि पारा तेजी से रिएक्टरों को विकसित करने के शुरुआती चरणों में एक शीतलक के रूप में इस्तेमाल किया गया था, लेकिन धातु के उच्च विषाक्तता के कारण इस विकल्प को जल्दी से छोड़ दिया गया था।

प्रयोगों के अगले चरणों में, उन्होंने सीसा, बिस्मथ और सोडियम जैसी धातुओं की कोशिश की।

सबसे अधिक आशाजनक सामग्री सोडियम और सीसा पाई गई। और पहले चरण में, सोवियत इंजीनियरों ने "टैम" सोडियम का प्रबंधन किया।

पहला वाणिज्यिक, पूरी तरह से परिचालन तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर सोवियत बीएन -600 रिएक्टर था। और पहले से ही 2015 में, रोसाटॉम ने बीएन -800 (सोडियम) रिएक्टर लॉन्च किया। यह अपनी तरह का एक अनूठा रिएक्टर है, जो पहले से ही पूर्ण बंद प्रजनन चक्र के साथ प्लूटोनियम ईंधन पर काम करने के लिए अनुकूलित है।

फास्ट रिएक्टरों का क्या फायदा है

प्रारंभिक गणना से पता चलता है कि, इस तकनीक के कारण, रिएक्टरों के लिए उपयुक्त परमाणु ईंधन का प्रतिशत मामूली 0.7% से 30% तक तेजी से बढ़ जाता है।

नतीजतन, ईंधन का प्रभावी भंडार लगभग 43 गुना बढ़ जाएगा, जिसका अर्थ है कि उन्हें कुछ 50 वर्षों के लिए नहीं, बल्कि दो सहस्राब्दी से अधिक के लिए पर्याप्त होना चाहिए। मुझे लगता है कि बहुत अधिक मोटा गणना के साथ भी एक अंतर है।

इसके अलावा, ऐसे रिएक्टर "धीमी" से खर्च किए गए परमाणु ईंधन पर पूरी तरह से काम करने में सक्षम हैं रिएक्टर, जो पर्यावरणविदों के सबसे बड़े सिरदर्द के समाधान का वादा करते हैं - खर्च किए गए परमाणु का निपटान कैसे करें ईंधन।

इसके अलावा, ऐसे रिएक्टर ज्यादा सुरक्षित होते हैं। आखिरकार, वे उच्च दबाव में गर्म पानी के बजाय सोडियम का उपयोग करते हैं। सोडियम 100 डिग्री सेल्सियस पर तरल हो जाता है, और केवल 900 डिग्री पर उबलते चरण में चला जाता है।

आइए याद रखें कि शीतलन प्रणाली "पारंपरिक" परमाणु रिएक्टरों पर कैसे काम करती है। वहां, भारी दबाव में पानी शीतलक के रूप में कार्य करता है। जाहिर है, उच्च दबाव अवसाद और दुर्घटना का उच्च जोखिम है।

सोडियम के साथ ऐसी समस्याएं नहीं हैं। चूंकि उबलते बिंदु अधिक है, इसलिए इसे सामान्य दबाव में रखा जा सकता है, जिसका अर्थ है कि ब्रेकआउट और दुर्घटना की कोई संभावना नहीं है।

यहां तक ​​कि एक असामान्य स्थिति की स्थिति में, सोडियम की प्रतिक्रियाशीलता भी सुरक्षा के पक्ष में खेलेंगे। जब वायुमंडल में ऑक्सीजन और नमी वाष्प के साथ बातचीत होती है, तो सोडियम निरंतर रासायनिक में बाध्य होगा यौगिक जो स्टेशन के क्षेत्र पर बने रहेंगे, और रेडियोधर्मी फैलते हुए जिले के चारों ओर नहीं फैलेंगे प्रदूषण।

रूस बाकी हिस्सों से आगे है

विभिन्न देशों द्वारा कई प्रयासों के बावजूद, केवल रूस, और विशेष रूप से रोसाटॉम में, एक तेज न्यूट्रल रिएक्टर का पूर्ण-व्यावसायिक संस्करण है।

वास्तव में, यहां तक ​​कि फ्रांसीसी ("फीनिक्स रिएक्टर" के अपने आशाजनक विकास के साथ) ने सुरक्षा प्रणालियों के आवधिक संचालन की समस्या से निपटने के लिए प्रबंधन नहीं किया, और उन्होंने 2010 में परियोजना को रोक दिया।

जापानी ने अपने स्वयं के संस्करण का परीक्षण भी किया - मोनू रिएक्टर, लेकिन दुर्घटनाओं की एक श्रृंखला के बाद उन्होंने इसे अलग करने का फैसला किया।

भारतीय अपने स्वयं के फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर भी बनाना चाहते थे, लेकिन ऐसा कुछ नहीं हुआ।

रूस में, प्रौद्योगिकी सुचारू रूप से विकसित हो रही है, और बीएन -200 फास्ट रिएक्टर परियोजना पर पहले से ही काम चल रहा है, जिसमें पिघला हुआ सीसा शीतलक के रूप में उपयोग किया जाता है। योजना के अनुसार, यह 2030 तक पूरी तरह से चालू हो जाएगा।

यह पता चला कि रूस एकमात्र ऐसा देश है जो वास्तव में परमाणु ऊर्जा बना सकता है एक अद्वितीय डिजाइन के कारण कुशल और वास्तव में सुरक्षित - एक तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर।