परमाणु विखंडन और रिएक्टरों के प्रकार - UPSC PDF Download

• परमाणु विखंडन की खोज 1932 में इंग्लैंड में जेम्स चैडविक द्वारा न्यूट्रॉन की खोज के साथ शुरू हुई थी।
• भारी तत्वों के परमाणु विखंडन की खोज 1938 में जर्मन ओटो हैन और फ्रिट्ज़ स्ट्रैसमैन द्वारा की गई थी ।
• इसे सैद्धांतिक रूप से 1939 में Lise Meitner और Otto Robert Frisch ने समझाया था।
• परमाणु भौतिकी में, परमाणु विखंडन एक रेडियोधर्मी क्षय प्रक्रिया है जिसमें एक परमाणु का नाभिक छोटे भागों में विभाजित होता है [हल्का नाभिक]।
• विखंडन प्रक्रिया अक्सर मुक्त न्यूट्रॉन और गामा फोटॉनों [गामा किरणों] का उत्पादन करती है, और बहुत बड़ी मात्रा में ऊर्जा [एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया] जारी करती है।

[जब यूरिया पानी में घुल जाता है, तो पानी के घोल का तापमान गिर जाता है। इस प्रतिक्रिया को एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया कहा जाता है]।

एक्सोथर्मिक == एक प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी से मुक्ति। [CaCO ₃ (कैल्शियम कार्बोनेट या चूना) + H ₂ O (पानी) → Ca (OH) ₂ (कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड) + CO ₂ + HEAT]

एंडोथर्मिक == प्रतिक्रिया के दौरान ऊष्मा का अवशोषण। [यूरिया + पानी]

• परमाणु विखंडन प्रक्रिया कुछ मामलों में अनायास हो सकती है या विभिन्न कणों (न्यूट्रॉन, प्रोटॉन, ड्यूटर्सन, या अल्फा कण) के साथ या गामा किरणों के रूप में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ नाभिक के उत्तेजना से प्रेरित हो सकती है।
• विखंडन प्रक्रिया में, रेडियोधर्मी उत्पाद बनते हैं, और कई न्यूट्रॉन उत्सर्जित होते हैं।
• ये न्यूट्रॉन विखंडनीय सामग्री के पास के नाभिक में फिशियो एन को प्रेरित कर सकते हैं और एक चेन रिएक्शन के कारण अधिक न्यूट्रॉन जारी कर सकते हैं ।

विखंडनीय सामग्री → जो परमाणु विखंडन श्रृंखला अभिक्रिया से गुजर सकती है।

फिशाइल  → जो नियंत्रित या स्व-स्थाई परमाणु विखंडन श्रृंखला अभिक्रिया से गुजर सकता है।

• यदि एक परमाणु रिएक्टर में नियंत्रित किया जाता है, तो ऐसी श्रृंखला प्रतिक्रिया का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। अगर अनियंत्रित [परमाणु बम], तो यह एक बहुत बड़ा विस्फोट हो सकता है।
• यूरेनियम परमाणु रिएक्टरों और परमाणु हथियारों में इस्तेमाल होने वाली सबसे आम फिशाइल है।
• प्राकृतिक यूरेनियम में यूरेनियम समस्थानिक यूरेनियम -238 या U-238 या ²³⁸ U (99.27%) और यूरेनियम 235 या U-235 या ²³⁵ U (0.72%) हैं ।
• यूरेनियम -235 विखंडन से गुजर सकता है जब केवल धीमी न्यूट्रॉन के साथ बमबारी की जाती है।
• एक तेज न्यूट्रॉन पर कब्जा नहीं किया जाएगा, इसलिए न्यूट्रॉन को विखंडन रिएक्टरों में अपनी कब्जा संभावना को बढ़ाने के लिए संयम से धीमा करना होगा।
• अन्य आइसोटोप धीमी-न्यूट्रॉन बमबारी पर यूरेनियम -233 पर विखंडन से गुजर सकता है।
• यूरेनियम -238 तेजी से न्यूट्रॉन के साथ बमबारी होने पर विखंडन से गुजर सकता है।
• U-238 में सहज विखंडन के लिए एक छोटी सी संभावना है और तेज न्यूट्रॉन के साथ बमबारी होने पर विखंडन की एक छोटी सी संभावना भी है, लेकिन यह परमाणु ईंधन स्रोत के रूप में उपयोगी नहीं है ।
• अन्य भारी तत्वों के नाभिक, जैसे थोरियम भी विखंडनीय हैं, लेकिन तेज न्यूट्रॉन के साथ।

नाभिकीय विखंडन ऊर्जा कैसे जारी करता है?

• नाभिक में नाभिक [न्यूट्रॉन + प्रोटॉन = द्रव्यमान संख्या] होते हैं।
• नाभिक का वास्तविक द्रव्यमान हमेशा नाभिकों के द्रव्यमान के योग से कम होता है।
• इस अंतर को द्रव्यमान दोष के रूप में जाना जाता है और यह नाभिक की कुल बाध्यकारी ऊर्जा (और, इसलिए, स्थिरता) का एक उपाय है।
• यह बाध्यकारी ऊर्जा एक नाभिक के गठन के दौरान जारी की जाती है।
• ऊर्जा के द्रव्यमान का यह रूपांतरण आइंस्टीन के समीकरण, E = mc ² , जहां E एक द्रव्यमान, m, और c के बराबर ऊर्जा है, प्रकाश का वेग है।

आम तंतु सामग्री

• यूरेनियम -233, यूरेनियम -235, प्लूटोनियम -239, प्लूटोनियम -241 , आदि आम फिशाइल सामग्री हैं।
• प्राकृतिक यूरेनियम 0.72% U-235 (विखंडन समस्थानिक) , 99.27% U-238 और एक ट्रेस मात्रा 0.0055% U-234 से बना है।
• 0.72% यू -235 एक आत्मनिर्भर महत्वपूर्ण श्रृंखला प्रतिक्रिया का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त नहीं है ।
• प्रकाश-जल रिएक्टरों के लिए, ईंधन को 2.5-3.5% U-235 में समृद्ध किया जाना चाहिए ।
• प्लूटोनियम -239 को यूरेनियम -238 से "प्रजनन" द्वारा उत्पादित किया जा सकता है।
• थोरियम -२३ एक उपजाऊ सामग्री है जो एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करने में सक्षम होती है और फिशाइल न्यूक्लाइड यूरेनियम -233 में संचारित होती है, जो थोरियम ईंधन चक्र का आधार है ।

यूरेनियम संवर्धन

• प्राकृतिक यूरेनियम केवल 0.7% U-235, विखंडनीय आइसोटोप है।
• अन्य 99.3% U-238 है जो विखंडनीय नहीं है।
• हल्के जल रिएक्टरों में उपयोग के लिए यूरेनियम आमतौर पर 2.5-3.5% U-235 से समृद्ध होता है।
• केन्द्रापसारक विभाजकों का उपयोग यूरेनियम संवर्धन में किया जाता है।
• विखंडन रिएक्टरों में प्रयुक्त समृद्ध यूरेनियम ईंधन का उपयोग बम बनाने के लिए नहीं किया जा सकता है।
• हथियारों के अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक तेज श्रृंखला प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए 90% से अधिक की वृद्धि होती है।
• ब्रीडर रिएक्टरों के लिए 15-30% तक की वृद्धि विशिष्ट है।

परमाणु भट्टी

• एक परमाणु रिएक्टर एक प्रणाली है जिसमें निरंतर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को समाहित और नियंत्रित किया जाता है।

• ईंधन [समृद्ध यूरेनियम -235 या प्लूटोनियम -239] को एक छोटे न्यूट्रॉन स्रोत के साथ रिएक्टर पोत में रखा गया है ।
• न्यूट्रॉन एक चेन रिएक्शन शुरू करते हैं जहां प्रत्येक परमाणु जो विभाजित होता है वे अधिक न्यूट्रॉन छोड़ते हैं जो अन्य परमाणुओं को विभाजित करते हैं।
• हर बार जब एक परमाणु विभाजित होता है, तो यह गर्मी के रूप में बड़ी मात्रा में ऊर्जा जारी करता है।
• गर्मी को शीतलक द्वारा रिएक्टर से बाहर किया जाता है, जो आमतौर पर सिर्फ सादे पानी है।
• शीतलक एक जनरेटर या ड्राइव शाफ्ट को स्पिन करने के लिए टरबाइन तक जाता है।
• शीतलक वह सामग्री है जो कोर से गुजरती है, ईंधन से टरबाइन तक गर्मी को स्थानांतरित करती है। यह पानी, भारी पानी, तरल सोडियम, हीलियम या कुछ और हो सकता है।
• टरबाइन शीतलक से बिजली की तरह ताप स्थानांतरित करता है, ठीक उसी तरह जैसे जीवाश्म-ईंधन संयंत्र में होता है।
• कंस्ट्रक्शन स्टील-प्रबलित कंक्रीट से बना संरचना है जो रिएक्टर को पर्यावरण से अलग करता है। चेरनोबिल में मजबूत संरचना नहीं थी।

परमाणु रिएक्टर शीतलक

• एक परमाणु रिएक्टर शीतलक - आमतौर पर पानी या पिघला हुआ नमक - जो गर्मी उत्पन्न करता है, उसे अवशोषित करने के लिए रिएक्टर कोर के ऊपर परिचालित किया जाता है।
• गर्मी को रिएक्टर से दूर ले जाया जाता है और फिर भाप उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है।

न्यूट्रॉन मॉडरेटर

• न्यूट्रॉन मॉडरेटर एक ऐसा माध्यम है जो तेज न्यूट्रॉन की गति को कम करता है , जिससे वे थर्मल न्यूट्रॉन में बदल जाते हैं जो परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने में सक्षम हैं।
• जब यूरेनियम -235 या प्लूटोनियम -239 जैसे एक बड़े फिशाइल परमाणु नाभिक एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है, तो यह परमाणु विखंडन से गुजर सकता है।
• भारी नाभिक दो या अधिक लाइटर नाभिकों (विखंडन उत्पादों) में विभाजित होकर गतिज ऊर्जा, गामा विकिरण और मुक्त न्यूट्रॉन को मुक्त करता है।
• इन न्यूट्रॉन का एक हिस्सा बाद में अन्य विदारक परमाणुओं द्वारा अवशोषित किया जा सकता है और आगे विखंडन की घटनाओं को ट्रिगर कर सकता है, जो अधिक न्यूट्रॉन जारी करता है, और इसी तरह। इसे परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के रूप में जाना जाता है ।
• इस तरह की परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने के लिए, न्यूट्रॉन जहर और न्यूट्रॉन मध्यस्थ न्यूट्रॉन के हिस्से को बदल सकते हैं जो कि अधिक विखंडन का कारण बनेंगे
• आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले मॉडरेटर्स में नियमित (हल्का) पानी (दुनिया के 74.8% रिएक्टरों में), ठोस ग्रेफाइट (रिएक्टरों का 20%), भारी पानी  (5% रिएक्टर) और

नियंत्रण छड़ या प्रतिक्रियाशीलता नियंत्रण

• रिएक्टर की शक्ति आउटपुट को नियंत्रित करके समायोजित किया जाता है कि कितने न्यूट्रॉन अधिक मिशन बनाने में सक्षम हैं।
• नियंत्रण छड़ें जो एक न्यूट्रॉन जहर से बनी होती हैं, उनका उपयोग न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए किया जाता है ।

मॉडरेटर न्यूट्रॉन को धीमा कर देते हैं

नियंत्रण छड़ें न्यूट्रॉन को अवशोषित करती हैं

मॉडरेटर त्वरक की तरह होते हैं

नियंत्रण छड़ें ली के ब्रेक हैं

• एक नियंत्रण रॉड में अधिक न्यूट्रॉन को अवशोषित करने का मतलब है कि विखंडन पैदा करने के लिए कम न्यूट्रॉन उपलब्ध हैं।
• इसलिए रिएक्टर में कंट्रोल रॉड को गहराई से धकेलने से इसका पावर आउटपुट कम हो जाएगा, और कंट्रोल रॉड निकालने से इसमें वृद्धि होगी।
• नियंत्रण छड़ें बोरॉन, चांदी, इंडियम और कैडमियम जैसे रासायनिक तत्वों से बनी होती हैं ।

क्रांतिक द्रव्यमान

• एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान एक निरंतर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक छोटी मात्रा में विखंडनीय सामग्री है।
• एक विखंडनीय सामग्री का महत्वपूर्ण द्रव्यमान उसके परमाणु गुणों, उसके घनत्व, उसके आकार, उसके संवर्धन, उसकी शुद्धता, उसके तापमान और उसके परिवेश पर निर्भर करता है।
• जब फिशाइल सामग्री के द्रव्यमान में एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया आत्मनिर्भर होती है, तो द्रव्यमान को एक महत्वपूर्ण स्थिति में कहा जाता है जिसमें बिजली, तापमान या न्यूट्रॉन आबादी में कोई वृद्धि या कमी नहीं होती है।

निर्णायक मोड़

• आलोचना एक परमाणु शब्द है जो सिस्टम में न्यूट्रॉन के संतुलन  को संदर्भित करता है।
• न्यूट्रॉन का संतुलन मध्यस्थों और नियंत्रण छड़ का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।
• "सबक्रिटिकल" एक ऐसी प्रणाली को संदर्भित करता है जहां न्यूट्रॉन की हानि दर न्यूट्रॉन की उत्पादन दर से अधिक है और इसलिए समय के साथ न्यूट्रॉन की आबादी कम हो जाती है।
• "सुपरक्रिटिकल" एक ऐसी प्रणाली को संदर्भित करता है, जहां न्यूट्रॉन की उत्पादन दर न्यूट्रॉन की हानि दर से अधिक है और इसलिए न्यूट्रॉन की आबादी बढ़ जाती है।
• जब न्यूट्रॉन आबादी स्थिर रहती है, इसका मतलब उत्पादन दर और हानि दर के बीच एक सही संतुलन है, और परमाणु प्रणाली को "महत्वपूर्ण" कहा जाता है । "
• जब एक रिएक्टर शुरू हो रहा होता है, तो न्यूट्रॉन की आबादी को नियंत्रित तरीके से धीरे-धीरे बढ़ाया जाता है, ताकि खो जाने की तुलना में अधिक न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं, और परमाणु रिएक्टर सुपरक्रिटिकल हो जाता है।
• जब वांछित शक्ति स्तर प्राप्त होता है, तो न्यूट्रॉन की आबादी और शक्ति को स्थिर रखने के लिए परमाणु रिएक्टर को एक महत्वपूर्ण विन्यास में रखा जाता है।
• अंत में, शटडाउन के दौरान, रिएक्टर को एक उप-राजनीतिक विन्यास में रखा जाता है ताकि न्यूट्रॉन की आबादी और शक्ति कम हो जाए।
• इसलिए, जब एक रिएक्टर को " महत्वपूर्ण हो गया " कहा जाता है , तो इसका वास्तव में मतलब है कि यह स्थिर कॉन्फ़िगरेशन में एक स्थिर शक्ति है।
  (i) सुपरक्रिटिकल  == कार [परमाणु रिएक्टर] में तेजी आ रही है।
  (ii) क्रिटिकल == कार निरंतर गति से जा रही है।
  (iii) उप क्रिटिकल == कार धीमी हो रही है।

न्यूट्रॉन जहर

• न्यूट्रॉन जहर (जिसे न्यूट्रॉन अवशोषक या परमाणु जहर भी कहा जाता है ) एक बड़ा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस-सेक्शन वाला पदार्थ है , जो परमाणु रिएक्टर जैसे अनुप्रयोगों में होता है।

परमाणु रिएक्टरों के प्रकार

• विभिन्न प्रकार के रिएक्टर हैं जिनका उपयोग मॉडरेटरों, कूलेंट, प्रौद्योगिकियों पर आधारित है।
• सभी वाणिज्यिक बिजली रिएक्टर परमाणु विखंडन पर आधारित हैं।
• वे आम तौर पर परमाणु ईंधन के रूप में यूरेनियम और उसके उत्पाद प्लूटोनियम का उपयोग करते हैं, हालांकि एक थोरियम ईंधन चक्र भी संभव है।
• विखंडन रिएक्टर को दो वर्गों में विभाजित किया जा सकता है, यह न्यूट्रॉन की ऊर्जा पर निर्भर करता है जो विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखते हैं: थर्मल रिएक्टर और फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर।

थर्मल रिएक्टर और फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर [ब्रीडर रिएक्टर]

लाइट-वाटर रिएक्टर (LWR)

• लाइट वाटर रिएक्टर [LWR] और हार्ड वाटर रिएक्टर [HWR] कूलेंट और मॉडरेटर के आधार पर रिएक्टर हैं।
• प्रकाश-जल रिएक्टर (LWR) एक प्रकार का थर्मल-न्यूट्रॉन रिएक्टर है, जो कि नॉर्मल वॉटर का उपयोग करता है , क्योंकि इसके शीतलक और न्यूट्रॉन दोनों के रूप में भारी पानी का विरोध किया जाता है।
• थर्मल-न्यूट्रॉन रिएक्टर सबसे आम प्रकार के परमाणु रिएक्टर हैं, और लाइट-वाटर रिएक्टर थर्मल-न्यूट्रॉन रिएक्टर के सबसे सामान्य प्रकार हैं।
• प्रकाश-जल रिएक्टरों की तीन किस्में हैं: दबावयुक्त पानी रिएक्टर (पीडब्लूआर), उबलते पानी के रिएक्टर (बीडब्ल्यूआर), और सुपरक्रिटिकल वाटर रिएक्टर (एससीडब्ल्यूआर) के अधिकांश डिजाइन।

दबावयुक्त पानी रिएक्टर (पीडब्ल्यूआर)

• पीडब्ल्यूआर कूलेंट के रूप में नियमित पानी का उपयोग करता है।
• प्राथमिक शीतलन पानी को बहुत अधिक दबाव में रखा जाता है ताकि यह उबाल न जाए।
• दबाव वाले पानी के रिएक्टर (पीडब्लूआर) सभी पश्चिमी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के बड़े हिस्से का गठन करते हैं।
• PWR में, प्राथमिक शीतलक (पानी) को रिएक्टर कोर को उच्च दबाव में पंप किया जाता है, जहां इसे परमाणुओं के विखंडन से उत्पन्न ऊर्जा द्वारा गर्म किया जाता है।
• गर्म पानी तब भाप जनरेटर में प्रवाहित होता है, जहां वह अपनी तापीय ऊर्जा को एक द्वितीयक प्रणाली में स्थानांतरित करता है, जहां भाप उत्पन्न होती है और टरबाइनों में प्रवाहित होती है, जो बदले में, एक विद्युत जनरेटर को स्पिन करती है।
• एक उबलते पानी के रिएक्टर के विपरीत, प्राथमिक शीतलक लूप में दबाव रिएक्टर के भीतर पानी को उबलने से रोकता है।
• PWR को मूल रूप से परमाणु पनडुब्बियों के लिए परमाणु समुद्री प्रणोदन के रूप में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया था

➤ दबाव जल रिएक्टर के लाभ (PWR)

• तापमान में वृद्धि के रूप में कम शक्ति का उत्पादन करने की उनकी प्रवृत्ति के कारण बहुत स्थिर है। स्थिरता के दृष्टिकोण से संचालित करना आसान है।
• पीडब्ल्यूआर टरबाइन चक्र लूप प्राथमिक लूप से अलग होता है, इसलिए द्वितीयक लूप में पानी रेडियोधर्मी पदार्थों द्वारा दूषित नहीं होता है।
• बिजली की विफलता के दौरान नियंत्रण छड़ विद्युत चुम्बकों द्वारा धारण की जाती है और गुरुत्वाकर्षण द्वारा गिरती है। पूर्ण सम्मिलन सुरक्षित रूप से प्राथमिक परमाणु प्रतिक्रिया को बंद कर देता है।
• PWR कॉम्पैक्ट रिएक्टर हैं जो परमाणु पनडुब्बियों और परमाणु जहाजों में अच्छी तरह से फिट होते हैं।

प्रेशराइज्ड वाटर रिएक्टर (PWR) के नुकसान

• उच्च तापमान पर तरल रहने के लिए शीतलक पानी पर अत्यधिक दबाव होना चाहिए।
• इसके लिए उच्च शक्ति पाइपिंग और एक भारी दबाव पोत की आवश्यकता होती है और इसलिए निर्माण लागत बढ़ जाती है।
• उच्च दबाव एक हानि-शीतलक दुर्घटना के परिणामों को बढ़ा सकता है।
• इसमें घुलने वाले बोरिक एसिड के साथ उच्च तापमान वाला पानी शीतलक कार्बन स्टील (लेकिन स्टेनलेस स्टील नहीं) के लिए संक्षारक होता है और विकिरण के संपर्क में आ सकता है।
• यूरेनियम ईंधन को [2-5%] समृद्ध करना आवश्यक है, जो ईंधन उत्पादन की लागत को काफी बढ़ाता है।
• PWRs के लिए ईंधन को समृद्ध करने की आवश्यकता एक गंभीर प्रसार जोखिम भी प्रस्तुत करती है।
• PWR स्केलेबल नहीं हैं।

उबलते पानी रिएक्टर (BWR)

• यह दबाव वाले पानी के रिएक्टर (पीडब्लूआर) के बाद दूसरा सबसे आम प्रकार का बिजली पैदा करने वाला परमाणु रिएक्टर है।
• बीडब्ल्यूआर और पीडब्लूआर के बीच मुख्य अंतर यह है कि बीडब्ल्यूआर में, रिएक्टर कोर पानी को गर्म करता है, जो भाप में बदल जाता है और फिर भाप टरबाइन को चलाता है। एक PWR में, रिएक्टर कोर पानी को गर्म करता है, जो उबाल नहीं करता है।
• यह गर्म पानी फिर निम्न दबाव की पानी प्रणाली के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करता है, जो टरबाइन को भाप और ड्राइव करता है।

उबलते पानी रिएक्टर (BWR) के लाभ

• पीडब्लूआर की तुलना में रिएक्टर पोत और संबंधित घटक काफी कम दबाव में काम करते हैं।
• पीडब्लूआर की तुलना में दबाव पोत काफी कम विकिरण के अधीन है।
• एक कम परमाणु ईंधन तापमान पर काम करता है।
• स्टीम जनरेटर नहीं होने और कोई प्रेशराइज़र पोत नहीं होने के कारण कम घटक।
• पीडब्ल्यूआर की तुलना में शीतलक के नुकसान के कारण एक टूटना का कम जोखिम (संभावना)।
• मजबूर प्रवाह के बिना प्राकृतिक संचलन का उपयोग करके कम कोर बिजली घनत्व स्तर पर काम कर सकते हैं।
• BWRs रिएक्टर पोत और पाइपिंग के भीतर जंग की कम संभावना के लिए अग्रणी ट्रिटियम के उत्पादन से बचने के लिए विखंडन जलने को नियंत्रित करने के लिए बोरिक एसिड का उपयोग नहीं करते हैं ।
• बीडब्ल्यूआर आदर्श रूप से कम लागत, सादगी और सुरक्षा फोकस के कारण बिजली उत्पादन, और डिसैलिनेशन जैसे शांतिपूर्ण उपयोगों के लिए अनुकूल हैं, जो बड़े आकार और थोड़े कम तापीय दक्षता की कीमत पर आते हैं।

उबलते पानी रिएक्टर (BWR) के नुकसान

• BWR को परमाणु ईंधन की खपत के प्रबंधन के लिए अधिक जटिल गणना की आवश्यकता होती है। इसके लिए रिएक्टर कोर में अधिक इंस्ट्रूमेंटेशन की भी आवश्यकता होती है।
• फुकुशिमा I परमाणु दुर्घटनाओं के बाद दबाव नियंत्रण की क्षमता के बारे में चिंताएं व्यक्त की गई हैं ।
• नियंत्रण की छड़ें वर्तमान BWR डिजाइनों के लिए नीचे से डाली गई हैं। बिजली की विफलता के मामले में, रिएक्टर कोर महत्वपूर्ण क्षति से गुजर सकता है और विनाशकारी हो सकता है।

सुपरक्रिटिकल वॉटर रिएक्टर (SCWR)

• सुपरक्रिटिकल वॉटर रिएक्टर (SCWR) सुपरक्रिटिकल पानी का उपयोग कार्यशील तरल के रूप में करता है।

सुपरक्रिटिकल जल ऑक्सीकरण या एससीडब्ल्यूओ एक ऐसी प्रक्रिया है जो तापमान पर पानी में होती है और मिश्रण के थर्मोडायनामिक महत्वपूर्ण बिंदु से ऊपर दबाव बनाती है।

इन परिस्थितियों में पानी अद्वितीय गुणों के साथ एक तरल पदार्थ बन जाता है जिसका उपयोग खतरनाक कचरे के विनाश में लाभ के लिए किया जा सकता है।

• SCWRs हल्के पानी के रिएक्टरों (LWRs) से मिलते जुलते हैं, लेकिन दबाव वाले पानी के रिएक्टर (PWR) की तरह उच्च दबाव और तापमान पर काम करते हैं और उबलते पानी के रिएक्टर (BWR) की तरह एक बार सीधे चक्र से गुजरते हैं।
• SCWR अपनी उच्च तापीय क्षमता और सरल डिजाइन के कारण एक आशाजनक उन्नत परमाणु प्रणाली है।
• यह अभी भी विकास के चरण में है।

सुपरक्रिटिकल वॉटर रिएक्टर (SCWR) के लाभ

• सुपरक्रिटिकल पानी में उत्कृष्ट गर्मी हस्तांतरण गुण हैं जो एक उच्च शक्ति घनत्व, एक छोटा कोर, और एक छोटी सी संरचना की अनुमति देता है।
• PWR की तुलना में BWR सरल है, SCWR कम-कुशल BWR की तुलना में बहुत सरल और अधिक कॉम्पैक्ट है।
• स्टीम सेपरेटर, स्टीम ड्रायर्स, आंतरिक रीसर्क्युलेशन पंप या दबाव पोत के अंदर रिसर्क्युलेशन फ्लो नहीं होते हैं।
• छोटे कोर में संग्रहीत थर्मल और रेडियोलॉजिक ऊर्जा भी BWR या PWR की तुलना में कम होगी।
• कमरे के तापमान पर पानी तरल है, सस्ते, गैर विषैले और पारदर्शी, निरीक्षण और मरम्मत को सरल बनाते हैं।
• एक तेज़ SCWR एक प्रजनक रिएक्टर हो सकता है, जैसे प्रस्तावित स्वच्छ और पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित उन्नत रिएक्टर।
• प्लूटोनियम प्रजनकों पर प्रसार प्रतिरोध के साथ एक भारी-जल SCWR थोरियम (यूरेनियम की तुलना में 4 गुना अधिक) से ईंधन का उत्पादन कर सकता है।

दबाव भारी पानी रिएक्टर (PHWR)

• इसके शीतलक और न्यूट्रॉन मध्यस्थ के रूप में भारी पानी (ड्यूटेरियम ऑक्साइड डी ₂ ओ) का उपयोग करता है ।
• भारी पानी के शीतलक को दबाव में रखा जाता है, जिससे इसे उबलते बिना उच्च तापमान पर गर्म किया जा सकता है, जितना कि एक दबाव वाले पानी के रिएक्टर में।
• जबकि साधारण जल की तुलना में भारी पानी काफी अधिक महंगा होता है, यह बहुत बढ़ी हुई न्यूट्रॉन अर्थव्यवस्था बनाता है , जिससे रिएक्टर को ईंधन-संवर्धन सुविधाओं (भारी पानी के अतिरिक्त खर्च की भरपाई) के बिना काम करने की अनुमति मिलती है और रिएक्टर की क्षमता में वृद्धि होती है। वैकल्पिक ईंधन चक्र।

दबाव वाले भारी पानी रिएक्टर (PHWR) के लाभ

• इसे महंगे यूरेनियम संवर्धन सुविधाओं के बिना संचालित किया जा सकता है।
• यांत्रिक व्यवस्था कम तापमान पर अधिकांश मॉडरेटर को रखती है। परिणामी थर्मल न्यूट्रॉन PHWR को और अधिक कुशल बनाते हुए "अधिक थर्मल" हैं। इसलिए, PHWR ईंधन का अधिक कुशलता से उपयोग करता है।
• चूंकि समृद्ध यूरेनियम ईंधन समृद्ध यूरेनियम ईंधन की तुलना में विखंडन उत्पादों का कम घनत्व जमा करता है, यह कम गर्मी उत्पन्न करता है, जिससे अधिक कॉम्पैक्ट भंडारण की अनुमति मिलती है।

➤दबाव वाले भारी जल रिएक्टर (PHWR) के नुकसान

• समृद्ध यूरेनियम की तुलना में प्राकृतिक यूरेनियम की कम ऊर्जा सामग्री ईंधन के अधिक लगातार प्रतिस्थापन की आवश्यकता है।
• रिएक्टर के माध्यम से ईंधन की आवाजाही की बढ़ी हुई दर भी समृद्ध यूरेनियम को नियुक्त करने वाले एलडब्ल्यूआर की तुलना में खर्च किए गए ईंधन की उच्च मात्रा में होती है।

➤ परमाणु प्रसार और PHWR

• भारी जल रिएक्टरों के विरोधियों का सुझाव है कि ऐसे रिएक्टरों में तुलनीय प्रकाश जल रिएक्टरों की तुलना में परमाणु प्रसार का अधिक खतरा होता है।
• प्राकृतिक यूरेनियम -238 फिशाइल [क्योंकि संवर्धन की आवश्यकता नहीं है] एक भारी-पानी रिएक्टर को प्लूटोनियम -239 में परिवर्तित कर दिया जाता है, जो कि परमाणु हथियारों में उपयोग के लिए उपयुक्त एक फिसल सामग्री है।
• नतीजतन, अगर एक भारी पानी वाले रिएक्टर के ईंधन को अक्सर बदल दिया जाता है, तो परमाणु पुनर्संसाधन द्वारा विकिरणित प्राकृतिक यूरेनियम ईंधन से महत्वपूर्ण मात्रा में हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम को रासायनिक रूप से निकाला जा सकता है [पाकिस्तान इस पर बहुत अच्छा है]।
• इस तरह, परमाणु हथियार बनाने के लिए आवश्यक सामग्री बिना किसी यूरेनियम संवर्धन के प्राप्त की जा सकती है।
• इसके अलावा, एक मॉडरेटर के रूप में भारी पानी के उपयोग से ट्रिटियम की थोड़ी मात्रा का उत्पादन होता है जब भारी पानी में ड्यूटेरियम नाभिक न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है।
• ट्रिटियम बढ़े हुए विखंडन हथियारों के उत्पादन के लिए आवश्यक है, जो न्यूट्रॉन बमों सहित थर्मोन्यूक्लियर हथियारों के आसान उत्पादन को सक्षम करते हैं।
• भारी जल रिएक्टरों के प्रसार जोखिम का प्रदर्शन किया गया था जब भारत ने CIRUS रिएक्टर के रूप में जाना जाने वाले भारी-पानी अनुसंधान रिएक्टर के खर्च किए गए ईंधन से निष्कर्षण द्वारा ऑपरेशन स्माइलिंग बुद्धा के लिए प्लूटोनियम का उत्पादन किया था।