कल्पक्कमच्या ऐतिहासिक प्रोटोटाइप फास्ट ब्रीडर रिॲक्टर (PFBR) मध्ये “क्रिटिकलिटी” म्हणजे काय?
कल्पक्कम येथील प्रोटोटाइप फास्ट ब्रीडर रिॲक्टर (PFBR) चा इतिहास हा भारताच्या दीर्घ वैज्ञानिक प्रवासाचा आणि दूरदृष्टीचा परिणाम आहे. हा प्रकल्प एका दिवसात सुरू झाला नाही, तर अनेक दशकांच्या संशोधन, नियोजन आणि प्रयोगांनंतर तो साध्य झाला आहे. हा इतिहास 1950 च्या दशकापासून सुरू होतो, जेव्हा होमी जहांगीर भाभा यांनी भारतासाठी तीन-चरणीय अणुऊर्जा कार्यक्रमाची कल्पना केली होती. त्यांना समजले की भारताकडे मर्यादित युरेनियम आहे पण थोरियमचा प्रचंड साठा आहे, म्हणून त्यांनी एक योजना तयार केली ज्यामध्ये प्रथम युरेनियम वापरला जाईल, नंतर प्लुटोनियम आणि शेवटी थोरियम आधारित ऊर्जा विकसित होईल.
ही दृष्टी पुढे नेण्यासाठी, 1970 मध्ये कल्पक्कम येथे “फास्ट ब्रीडर टेस्ट रिएक्टर (FBTR)” बांधण्यात आले. ही छोटी अणुभट्टी भारतासाठी प्रयोगशाळेसारखी होती, जिथे शास्त्रज्ञांनी सोडियम कूलिंग, वेगवान न्यूट्रॉन तंत्रज्ञान आणि भौतिक विज्ञानाचा अनुभव घेतला. हा अनुभव पीएफबीआरचा आधार ठरला.
हेही वाचा: भारताला ऊर्जा क्षेत्रात मोठे यश: पंतप्रधान नरेंद्र मोदी याबद्दल काय म्हणाले?
त्यानंतर 2003 मध्ये, भारत सरकारने PFBR प्रकल्पाला अधिकृत मान्यता दिली आणि भारतीय नाभिकीय विद्युत निगम लिमिटेड (भविनी) ची स्थापना विशेषतः जलद ब्रीडर अणुभट्टी तयार करण्यासाठी केली गेली. PFBR चे बांधकाम 2004 मध्ये सुरू झाले आणि मूलतः ते 2010 पर्यंत पूर्ण होणार होते.
परंतु हा प्रकल्प “प्रथम-प्रथम” तंत्रज्ञान असल्याने त्याला अनेक तांत्रिक आव्हानांचा सामना करावा लागला. द्रव सोडियम शीतकरण प्रणाली, उच्च-तापमान सामग्री आणि जटिल आण्विक प्रणालींमुळे प्रकल्पाला विशेषतः विलंब झाला. 2012 मध्ये, प्रकल्पाच्या खर्चात पुन्हा सुधारणा करण्यात आली आणि अंतिम मुदतही पुढे ढकलण्यात आली.
कोर लोडिंग प्रक्रिया
पुढे सरकत, 2023 मध्ये, अणुभट्टीच्या मुख्य पात्रात हजारो टन द्रव सोडियम भरले गेले, ही एक महत्त्वाची तांत्रिक पायरी आहे. त्यानंतर 4 मार्च 2024 रोजी पंतप्रधानांनी “कोअर लोडिंग” प्रक्रिया सुरू केली, ज्यामध्ये रिॲक्टरमध्ये इंधन टाकले जाऊ लागले.
अंतिम इंधन लोडिंग 2025 मध्ये पूर्ण झाले आणि अणुभट्टी सर्व सुरक्षा तपासणीनंतर “गंभीरतेसाठी” तयार होती. अखेरीस, 6 एप्रिल 2026 रोजी, रात्री 8:25 वाजता, PFBR ने यशस्वीरित्या पहिली गंभीरता प्राप्त केली, म्हणजे नियंत्रित आणि स्थिर आण्विक साखळी प्रतिक्रिया सुरू झाली.
अशा प्रकारे, पीएफबीआरचा इतिहास तीन मुख्य टप्प्यांमध्ये विभागला जाऊ शकतो: 1. कल्पना आणि दृष्टी (1950-1970): भाभानी योजना आणि प्राथमिक संशोधन, 2. प्रयोग आणि विकास (1970-2003): एफबीटीआर आणि तंत्रज्ञानाची तयारी आणि 3. निर्मिती आणि यश (2004-2026): पीएफबीआरची निर्मिती आणि गंभीरता.
हा संपूर्ण प्रवास दाखवतो की PFBR ही केवळ एक अणुभट्टी नाही तर भारताची वैज्ञानिक बळ, संशोधन शक्ती आणि स्वावलंबनाचे जिवंत उदाहरण आहे. आज PFBR भारताला त्याच्या तीन-टप्प्यातील आण्विक कार्यक्रमाच्या दुसऱ्या टप्प्यात घेऊन जाते आणि भविष्यातील थोरियम-आधारित ऊर्जा युगाचा मार्ग मोकळा करते. या अणुभट्टीची रचना आणि संशोधन इंदिरा गांधी अणु संशोधन केंद्राने केले आहे.
आण्विक भौतिकशास्त्रात, “क्रिटिकलिटी” ही अशी स्थिती आहे ज्यामध्ये विखंडन साखळी प्रतिक्रिया उत्स्फूर्तपणे आणि नियंत्रित पद्धतीने पुढे जाते. प्रत्येक विखंडन घटनेदरम्यान, युरेनियम किंवा प्लुटोनियमचे अणू तुटतात आणि सुमारे 200 MeV ऊर्जा सोडली जाते. अणुभट्टीसाठी “क्रिटिकॅलिटी” ही एक अत्यंत महत्त्वाची वैज्ञानिक स्थिती आहे. सोप्या भाषेत समजल्यास, अणुभट्टीच्या आत अणुविखंडन होते, ज्यामध्ये अणू सोडणारी ऊर्जा आणि न्यूट्रॉन तोडतो. हे न्यूट्रॉन इतर रेणू तोडतात आणि ही प्रक्रिया साखळी प्रतिक्रिया म्हणून पुढे जाते.
हे देखील वाचा: क्षेपणास्त्र हल्ला, F-15E क्रॅश, बेपत्ता पायलट आणि 48 तासांची रोमांचकारी बचाव मोहीम
जेव्हा ही साखळी प्रतिक्रिया परिपूर्ण संतुलनात चालते, तेव्हा तिला “क्रिटिकलिटी” म्हणतात. या स्थितीत अणुभट्टीचा “गुणाकार घटक” k = 1 आहे. याचा अर्थ एका विखंडनात निर्माण झालेल्या सर्व न्यूट्रॉनपैकी फक्त तेच न्यूट्रॉन पुढील विखंडनासाठी उपयुक्त आहेत. म्हणजेच, प्रतिक्रिया वेगवान किंवा कमी होत नाही. ते अखंडपणे सुरू आहे. k 1 असल्यास, प्रतिक्रिया वेगाने पुढे जाते (सुपर-क्रिटिकल स्थिती), जी धोकादायक असू शकते. परंतु k = 1 वर अणुभट्टी पूर्ण नियंत्रणात राहते आणि सुरक्षितपणे सतत ऊर्जा निर्माण करते. अशा प्रकारे, “क्रिटिकलिटी” ही एक आदर्श स्थिती आहे ज्यामध्ये अणुभट्टी सुरक्षितपणे आणि स्थिरपणे कार्य करते, वीज निर्मितीसाठी सतत उर्जेचा पुरवठा करते.
या ऊर्जेचे थर्मल एनर्जीमध्ये रूपांतर होते आणि शेवटी स्टीम टर्बाइनद्वारे विजेमध्ये रुपांतर होते. PFBR मध्ये “वेगवान न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम” आहे, म्हणजेच सुमारे 1 MeV किंवा त्याहून अधिक न्यूट्रॉन ऊर्जा आहे, ज्यामुळे प्रजनन प्रक्रिया अधिक प्रभावी होते. पीएफबीआरच्या कार्यपद्धतीतील सर्वात महत्त्वाचा घटक म्हणजे “प्रजनन गुणोत्तर”. अणुभट्टीचे प्रजनन गुणोत्तर 1 पेक्षा जास्त असल्यास, ते अणुभट्टीपेक्षा जास्त विखंडन सामग्री तयार करते. PFBR मध्ये, युरेनियम-238 चा एक घोंगडा गाभ्याभोवती ठेवला जातो, जो जलद न्यूट्रॉन शोषून घेतो आणि प्लुटोनियम-239 बनतो. या प्रक्रियेत दोन बीटा-क्षय होतात, ज्यामुळे शेवटी प्लुटोनियम-२३९ तयार होतो. ही प्रक्रिया PFBR ला “इंधन कारखाना” बनवते.
द्रव सोडियम शीतलक
PFBR मध्ये “लिक्विड सोडियम कूलंट” वापरले जाते, ज्याची थर्मल चालकता पाण्यापेक्षा खूप जास्त आहे. सोडियमचा उत्कलन बिंदू अंदाजे 883°C आहे, त्यामुळे ते अगदी उच्च तापमानातही द्रव राहते. हे अणुभट्टीला उच्च-तापमान ऑपरेशन्स अधिक कार्यक्षमतेने करण्यास अनुमती देते. पण सोडियम हवा आणि पाण्यावर खूप प्रतिक्रियाशील आहे, म्हणून सोडियम गळती रोखण्यासाठी “डबल लूप सिस्टम” आणि निष्क्रिय वायू (जसे की आर्गॉन) वापरल्या जातात.
PFBR मध्ये “न्यूट्रॉन इकॉनॉमी” खूप महत्वाची आहे. येथे, न्यूट्रॉनचे नुकसान कमी करण्यासाठी, पाण्यासारखा नियंत्रक वापरला जात नाही. त्यामुळे अधिक न्यूट्रॉन उपलब्ध होतात, जे प्रजननासाठी उपयुक्त ठरतात. तसेच, अणुभट्टीमध्ये “कंट्रोल रॉड्स” (बोरॉन किंवा कॅडमियम) वापरून, न्यूट्रॉन शोषले जातात आणि अणुभट्टीची शक्ती नियंत्रित केली जाते.
“नकारात्मक प्रतिक्रिया गुणांक” हा PFBR मध्ये सुरक्षिततेच्या दृष्टिकोनातून एक महत्त्वाचा वैज्ञानिक घटक आहे. जेव्हा अणुभट्टीचे तापमान वाढते, तेव्हा विखंडन दर कमी होतो, ज्यामुळे अणुभट्टी आपोआप स्थिर होते. याला “उपजत सुरक्षा” म्हणतात. याव्यतिरिक्त, पीएफबीआरमध्ये “क्षय हीट रिमूव्हल सिस्टीम” देखील आहे जी अणुभट्टी बंद झाल्यानंतरही निर्माण होणारी उष्णता काढून टाकते. भारताचा तीन-टप्प्याचा अणु कार्यक्रम होमी जहांगीर भाभा यांनी तयार केला आहे, ज्यामध्ये PFBR हे दुसऱ्या टप्प्याचे मुख्य केंद्र आहे. या चरणात, थोरियम-232 प्लुटोनियम वापरून युरेनियम-233 मध्ये रूपांतरित केले जाते. हे युरेनियम-२३३ तिसऱ्या टप्प्यातील अणुभट्ट्यांसाठी मुख्य इंधन बनेल. वैज्ञानिकदृष्ट्या बोलायचे झाल्यास, U-233 चे न्यूट्रॉन उत्पादन अधिक प्रभावी आहे, ज्यामुळे ते उत्कृष्ट विखंडन सामग्री बनते.
होमी जहांगीर भाभा यांनी या संपूर्ण कार्यक्रमाची रचना करताना भारतातील संसाधनांचे सखोल विश्लेषण केले होते. त्याला समजले की भारताकडे मर्यादित युरेनियम आहे परंतु थोरियमचा मोठा साठा आहे, विशेषत: दक्षिण भारताच्या किनारपट्टीवरील मोनाझाईट वाळूमध्ये. त्यांच्या मते, फास्ट ब्रिज रिॲक्टर हे एक “ब्रिज तंत्रज्ञान” आहे जे युरेनियम-आधारित प्रणालीपासून थोरियम-आधारित ऊर्जा प्रणालीमध्ये बदल घडवून आणते.
हेही वाचा: VIDEO: उत्तर प्रदेशात दोन दिवसांत महिलांसह 10,000 हून अधिक दलितांनी जानोई दत्तक घेतली.
PFBR व्यतिरिक्त, मद्रास अणुऊर्जा केंद्रावर अनेक अणु सुविधा आहेत, ज्यात इंधन पुनर्प्रक्रिया संयंत्र आणि PHWR अणुभट्ट्या आहेत. हे संपूर्ण कॉम्प्लेक्स “क्लोज्ड न्यूक्लियर फ्युएल सायकल” साठी पूर्ण प्रयोगशाळेसारखे आहे, जिथे इंधन एकाच ठिकाणी तयार केले जाते, वापरले जाते आणि पुन्हा प्रक्रिया केली जाते.
वैज्ञानिक दृष्टिकोनातून, PFBR हे केवळ वीज निर्मितीचे साधन नाही, तर अणु भौतिकशास्त्र, थर्मोडायनामिक्स, मटेरियल सायन्स आणि रासायनिक अभियांत्रिकी यांचा मेळ घालणारे एकात्मिक तंत्रज्ञान मंच आहे. या प्रकल्पाद्वारे, भारताने उच्च-तापमान मिश्र धातु, रेडिएशन प्रतिरोधक साहित्य, सोडियम हाताळणी तंत्रज्ञान आणि प्रगत अणुभट्टी नियंत्रण प्रणालींमध्ये लक्षणीय प्रगती केली आहे.
अशा प्रकारे पाहिल्यास, PFBR ही केवळ भारतासाठीच नव्हे तर संपूर्ण जगासाठी एक महत्त्वपूर्ण वैज्ञानिक कामगिरी आहे. हे दर्शविते की भविष्यात ऊर्जा उत्पादनासाठी अधिक कार्यक्षम, टिकाऊ आणि पर्यावरणास अनुकूल तंत्रज्ञान विकसित केले जात आहे. PFBR द्वारे, भारत आता थोरियम युगाकडे वाटचाल करत आहे, ज्यामुळे ते ऊर्जा स्वातंत्र्य आणि जागतिक नेतृत्वाकडे नेईल.
!function(f,b,e,v,n,t,s) {if(f.fbq)return;n=f.fbq=function(){n.callMethod? n.callMethod.apply(n,arguments):n.queue.push(arguments)}; if(!f._fbq)f._fbq=n;n.push=n;n.loaded=!0;n.version='2.0'; n.queue=();t=b.createElement(e);t.async=!0; t.src=v;s=b.getElementsByTagName(e)(0); s.parentNode.insertBefore(t,s)}(विंडो, दस्तऐवज,'स्क्रिप्ट', ' fbq('init', '1078143830140111'); fbq('track', 'PageView');
Comments are closed.