जब लोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के बारे में सोचते हैं, तो उनका पहला विचार अक्सर रोकथाम वाहिकाओं, रिएक्टर दबाव वाहिकाओं और भाप जनरेटर जैसी विशाल संरचनाओं की ओर जाता है। हालाँकि, वास्तव में महत्वपूर्ण घटक रिएक्टर कोर के भीतर गहराई में स्थित वे साधारण "छोटी छड़ें" हैं।
इन वस्तुओं को परमाणु ईंधन छड़ों के रूप में जाना जाता है। प्रत्येक छड़ की लंबाई केवल तीन से चार मीटर होती है, लगभग एक मानव उंगली की मोटाई। फिर भी, इन अगोचर छड़ों में से एक एक औसत घर को दशकों तक बिजली देने के लिए पर्याप्त ऊर्जा उत्पन्न करती है।
रूस के रोस्तोव परमाणु ऊर्जा संयंत्र ने उन्नत ईंधन असेंबलियों का परीक्षण शुरू किया
परमाणु ईंधन का उपयोग सीधे जमीन से बाहर नहीं किया जा सकता
बहुत से लोग मानते हैं कि परमाणु ईंधन कोयले की तरह ही है - जिसे पृथ्वी से खोदा जा सकता है और तुरंत जलाया जा सकता है। ऐसा बिल्कुल नहीं है.
प्राकृतिक यूरेनियम अयस्क में मुख्य रूप से दो समस्थानिक होते हैं: यूरेनियम-238 और यूरेनियम-235। परमाणु विखंडन में सक्षम आइसोटोप यूरेनियम-235 है; हालाँकि, इसमें प्राकृतिक यूरेनियम का 1% से भी कम हिस्सा है। शेष में पूरी तरह से यूरेनियम-238 है, जिसका उपयोग सीधे ईंधन के रूप में नहीं किया जा सकता है।
यह काफी हद तक सूरजमुखी के बीज खाने की इच्छा के समान है: आपके पास बीजों का एक पूरा बैग हो सकता है, लेकिन केवल कुछ में ही खाने योग्य गुठली होती है, जबकि बाकी सिर्फ छिलका होता है।
नतीजतन, एक बार जब यूरेनियम अयस्क खदान से निकाला जाता है, तो इसे प्रक्रियाओं की एक जटिल श्रृंखला से गुजरना पड़ता है: कुचलना, पीसना, निक्षालन, निष्कर्षण, अवक्षेपण, संवर्धन, और बहुत कुछ। इनमें से कोई भी सरल कार्य नहीं है। संवर्धन चरण में, विशेष रूप से, यूरेनियम-235 को यूरेनियम-238 से अलग करने के लिए उच्च गति सेंट्रीफ्यूज के उपयोग की आवश्यकता होती है - दो पदार्थ जो भौतिक रूप से लगभग समान हैं। यह एक परिष्कृत तकनीक है जिसमें दुनिया भर के केवल कुछ ही राष्ट्र पूरी तरह से महारत हासिल कर पाए हैं।
चीन के यूरेनियम उद्योग ने प्रमुख पहलों की मजबूत शुरुआत हासिल की है
दबावयुक्त जल रिएक्टरों के लिए ईंधन "ऊर्जा पेंसिल" जैसा दिखता है
वर्तमान में, दुनिया भर में अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र दबावयुक्त जल रिएक्टरों (पीडब्ल्यूआर) का उपयोग करते हैं। इन रिएक्टरों में प्रयुक्त प्राथमिक परमाणु ईंधन यूरेनियम डाइऑक्साइड है।
यूरेनियम डाइऑक्साइड एक सिरेमिक सामग्री है। इसे छोटे बेलनाकार छर्रों में दबाया जाता है {{1}प्रत्येक लगभग एक औषधीय गोली के आकार का होता है, जिसका व्यास लगभग एक सेंटीमीटर होता है और ऊंचाई एक सेंटीमीटर से थोड़ी अधिक होती है। इन छोटे सिलेंडरों को परमाणु ईंधन "छर्रों" के रूप में जाना जाता है।
यूरेनियम डाइऑक्साइड तैयार करने की विधि और प्रक्रिया
फिर इन छर्रों को एक पतली, लम्बी धातु ट्यूब में लोड किया जाता है। यह ट्यूब साधारण धातु से नहीं, बल्कि जिरकोनियम मिश्र धातु से बनी है। ज़िरकोनियम मिश्र धातु में एक विशेष रूप से उल्लेखनीय गुण होता है: यह बहुत कम न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है। यह आवश्यक है कि न्यूट्रॉन न्यूनतम अवशोषण के साथ ट्यूब सामग्री से गुजरें ताकि वे यूरेनियम 235 परमाणुओं पर हमला कर सकें, जिससे परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया बनी रहे। यदि इसके स्थान पर न्यूट्रॉन अवशोषण की मजबूत क्षमता वाली एक अलग सामग्री का उपयोग किया जाता, तो रिएक्टर कार्य करने में असमर्थ होता।
इन ज़िरकोनियम मिश्र धातु ट्यूबों की दीवारें वास्तव में एक मानक बैंक कार्ड की तुलना में मिलीमीटर मोटाई का कुछ दसवां हिस्सा ही पतली हैं। फिर भी, उन्हें रिएक्टर के भीतर चरम स्थितियों का सामना करना होगा: 300 डिग्री से अधिक तापमान, 100 वायुमंडल से अधिक दबाव, और न्यूट्रॉन की निरंतर, दीर्घकालिक बमबारी। विनिर्माण प्रक्रिया इतनी असाधारण सटीकता की मांग करती है कि, चीन के भीतर, इसे क्रियान्वित करने में सक्षम उद्यमों की संख्या उंगलियों पर गिनी जा सकती है।
एक एकल ईंधन रॉड में सैकड़ों ईंधन छर्रे एक के ऊपर एक रखे होते हैं।
लोडिंग प्रक्रिया एक सीख पर कैंडिड फलों को पिरोने के समान होती है।
सबसे पहले, यूरेनियम डाइऑक्साइड छर्रों को एक-एक करके ज़िरकोनियम मिश्र धातु ट्यूबों में डाला जाता है; एक एकल ट्यूब लगभग 300 छर्रों को समायोजित कर सकती है। छर्रों को एक दूसरे के सीधे संपर्क में नहीं रखा जा सकता; उनके बीच एक छोटा सा अंतर छोड़ा जाना चाहिए, क्योंकि परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान छर्रों का विस्तार होगा। फिर ट्यूब के सिरों को वेल्डिंग के माध्यम से अंत प्लग के साथ भली भांति बंद करके सील कर दिया जाता है, और आंतरिक भाग को हीलियम गैस से भर दिया जाता है। हीलियम में उत्कृष्ट तापीय चालकता होती है, जो ट्यूब के आंतरिक भाग से बाहरी वातावरण में छर्रों द्वारा उत्पन्न गर्मी के हस्तांतरण की सुविधा प्रदान करती है।
इस प्रकार, एक ईंधन रॉड पूरी हो जाती है।
हालाँकि, एक परमाणु रिएक्टर के लिए केवल एक या दो ईंधन छड़ों की ही नहीं, बल्कि एक या दो सौ की भी आवश्यकता होती है। एक उदाहरण के रूप में एक सामान्य घरेलू मिलियन {{2}किलोवाट - श्रेणी के दबावयुक्त जल रिएक्टर (पीडब्ल्यूआर) को लेते हुए, रिएक्टर कोर में 40,000 और 50,000 ईंधन छड़ें होनी चाहिए।
व्यक्तिगत रूप से 40,000 से 50,000 छड़ें डालना तार्किक रूप से असंभव है; ऐसी विधि में बहुत अधिक समय लगेगा{{4}और इससे उचित संरचनात्मक निर्धारण में बाधा आएगी। नतीजतन, इंजीनियरिंग अभ्यास में, इन छड़ों को "ईंधन असेंबलियों" में इकट्ठा किया जाता है।
एक ईंधन असेंबली आम तौर पर निम्नलिखित रूप लेती है: 200 से अधिक ईंधन छड़ों का एक बंडल एक साफ, सीधा बंडल बनाने के लिए ऊपरी और निचले अंत प्लेटों के साथ-साथ स्पेसर ग्रिड को शामिल करते हुए एक साथ बांधा जाता है। स्पेसर ग्रिड विशेष रूप से महत्वपूर्ण घटक हैं; वे ठंडे पानी के निर्बाध प्रवाह को सुनिश्चित करने के लिए छड़ों के बीच मिनट के अंतराल को बनाए रखते हुए 200 से अधिक छड़ों को उनकी सटीक, निर्दिष्ट स्थिति में मजबूती से रखते हैं।
एक एकल रिएक्टर कोर आमतौर पर 150 से अधिक ऐसी ईंधन असेंबलियों को समायोजित करता है।
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एयरोस्पेस मानकों के अनुरूप विनिर्माण परिशुद्धता
बहुत से लोग मानते हैं कि परमाणु ईंधन के निर्माण में साधारण मशीनिंग और संयोजन के अलावा और कुछ नहीं शामिल है; हालाँकि, वास्तविकता में, परिशुद्धता आवश्यकताएँ बहुत अधिक हैं।
उदाहरण के लिए, स्पेसर ग्रिड पर विचार करें: उनमें हजारों स्प्रिंग्स और प्रोट्रूशियंस होते हैं, जिनमें से प्रत्येक की आयामी सहनशीलता को मानव बाल की मोटाई के परिमाण के भीतर नियंत्रित किया जाना चाहिए। यदि यह थोड़ा सा भी दूर होता, तो ईंधन छड़ों पर समर्थन बल असमान होता; लंबी अवधि के संचालन के दौरान, इससे विकृति और कंपन हो सकता था।
फिर ईंधन छर्रों के घनत्व को नियंत्रित करने की बात आती है। यूरेनियम डाइऑक्साइड छर्रों को पर्याप्त घनत्व तक दबाया जाना चाहिए -फिर भी *बहुत* सघन नहीं। यदि घनत्व बहुत कम है, तो परमाणु प्रतिक्रिया दक्षता प्रभावित होती है; यदि यह बहुत अधिक है, तो विकिरण के तहत विस्तार के लिए अपर्याप्त जगह है, जिससे क्लैडिंग में दरार आ सकती है। यह "बिल्कुल सही" सीमा बेहद संकीर्ण है, स्थिर उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए अत्यधिक परिपक्व विनिर्माण प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है।
**दबावयुक्त जल रिएक्टर ईंधन असेंबलियों के लिए हमारे देश की सबसे बड़ी उत्पादन लाइन: जहां युग का जुनून बहता है**
उन्नत विनिर्माण के परिप्रेक्ष्य से, परमाणु ईंधन निर्माण, संक्षेप में, कई विषयों का एक उच्च {{0}अंत एकीकरण है। पाउडर धातुकर्म, परिशुद्धता मशीनिंग, विशेष वेल्डिंग, गैर-{2}विनाशकारी परीक्षण{{3}प्रत्येक व्यक्तिगत चरण तकनीकी उत्कृष्टता के शिखर का प्रतिनिधित्व करता है।
**ख़र्च हुआ ईंधन कहाँ जाता है?**
परमाणु ईंधन आम तौर पर एक रिएक्टर में तीन से पांच चक्रों तक रहता है, प्रत्येक चक्र लगभग अठारह महीने तक चलता है। इस अवधि के दौरान, यूरेनियम 235 का धीरे-धीरे उपभोग किया जाता है, जबकि प्लूटोनियम-239 जैसे नए न्यूक्लाइड एक साथ उत्पन्न होते हैं। एक बार जब ऊर्जा क्षमता काफी हद तक समाप्त हो जाती है, तो यह ईंधन "खर्च किए गए ईंधन" के रूप में जाना जाता है।
खर्च किया गया ईंधन बर्बादी नहीं है। इसमें अभी भी बिना जला हुआ यूरेनियम 235 और साथ ही नव निर्मित प्लूटोनियम 239 शामिल हैं - ये दोनों मूल्यवान परमाणु संसाधन हैं। अंतरराष्ट्रीय स्तर पर, कुछ राष्ट्र इन सामग्रियों को पुनर्प्राप्त करने और पुन: उपयोग करने के लिए पुन: प्रसंस्करण में लगे हुए हैं। हमारा देश भी "बंद-चक्र" दृष्टिकोण अपना रहा है: नई ईंधन असेंबलियों के निर्माण के लिए खर्च किए गए ईंधन से उपयोगी घटकों को निकालना।
**घरेलू रूप से उत्पादित खर्च किए गए ईंधन परिवहन पीपे विदेशी एकाधिकार को तोड़ने के लिए तैयार हैं: प्रोटोटाइप ने स्वीकृति परीक्षण पास कर लिया है और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए तैयार है**
**एक विचारणीय प्रश्न**
जैसा कि मैं यह लिख रहा हूं, मेरे मन में एक विचार आता है: नए परमाणु ईंधन की वैश्विक मांग सालाना हजारों टन तक है; फिर भी, जब मुख्य घटकों की बात आती है, जैसे कि उच्च परिशुद्धता वाले ज़िरकोनियम मिश्र धातु ट्यूब और उच्च प्रदर्शन वाले स्पेसर ग्रिड, तो केवल कुछ मुट्ठी भर देशों के पास ही इन्हें बनाने की क्षमता होती है।
पिछले कुछ वर्षों में, हमारी घरेलू क्षमताएं तेजी से आगे बढ़ी हैं; हम पूरी तरह से आयात पर निर्भर होने से हटकर इनमें से अधिकांश घटकों का निर्माण स्वयं करने में सक्षम हो गए हैं। फिर भी, ज़िरकोनियम मिश्रधातुओं के कुछ विशिष्ट ग्रेडों के साथ-साथ कुछ प्रकार के निरीक्षण उपकरणों के लिए हमें अभी भी उन्हें विदेश से खरीदने की आवश्यकता महसूस होती है।
मेरा हमेशा से मानना रहा है कि, परमाणु ईंधन निर्माण के क्षेत्र में, सफलता का अंतिम निर्धारक बुनियादी उद्योगों में एक राष्ट्र की अंतर्निहित नींव है। बेहतर पाउडर धातु विज्ञान तकनीकों के बिना, ईंधन छर्रों की गुणवत्ता को ऊंचा नहीं किया जा सकता है; उच्च परिशुद्धता मशीनिंग क्षमताओं के बिना, पोजिशनिंग ग्रिड आवश्यक मानकों को पूरा नहीं कर सकते हैं; और कठोर गुणवत्ता प्रबंधन प्रणाली के बिना, घटकों को परमाणु रिएक्टर में स्थापना के लिए भी साफ़ नहीं किया जा सकता है।
अंततः, उन्नत विनिर्माण की मुख्य प्रतिस्पर्धात्मकता केवल एक विशिष्ट घटक का उत्पादन करने की क्षमता में निहित नहीं है, बल्कि संपूर्ण औद्योगिक श्रृंखला को पूरी तरह से एकीकृत करने और इसके स्थिर, विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने की क्षमता में निहित है।
