परमाणु रिएक्टर और उनके प्रकार | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

परमाणु ऊर्जा रिएक्टर

• परमाणु रिएक्टर उन तत्वों के परमाणुओं को विभाजित करने से उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग करके भाप बनाने और बिजली उत्पन्न करने का कार्य करते हैं।
• अधिकांश परमाणु बिजली केवल दो प्रकार के रिएक्टरों का उपयोग करके उत्पन्न होती है, जिन्हें 1950 के दशक में विकसित किया गया था और तब से उन्हें सुधारा गया है।
• इन रिएक्टरों की पहली पीढ़ी को सभी को सेवानिवृत्त किया जा चुका है, और अधिकांश जो संचालित हैं, वे दूसरी पीढ़ी के हैं।
• नए डिज़ाइन सामने आ रहे हैं, बड़े और छोटे दोनों।
• दुनिया की लगभग 10% बिजली परमाणु ऊर्जा से उत्पन्न होती है।

यह पृष्ठ मुख्य पारंपरिक प्रकार के परमाणु रिएक्टरों के बारे में है। अधिक उन्नत प्रकारों के लिए, उन्नत परमाणु ऊर्जा रिएक्टर, छोटे परमाणु ऊर्जा रिएक्टर, तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर और पीढ़ी IV परमाणु रिएक्टर के पृष्ठ देखें।

परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है?

• एक परमाणु रिएक्टर कुछ तत्वों के परमाणुओं को विभाजित करने से उत्पन्न ऊर्जा को उत्पन्न और नियंत्रित करता है।
• एक परमाणु ऊर्जा रिएक्टर में, जारी ऊर्जा को भाप बनाने के लिए गर्मी के रूप में उपयोग किया जाता है, जिससे बिजली उत्पन्न होती है। (एक अनुसंधान रिएक्टर में मुख्य उद्देश्य मूल न्यूट्रॉनों का उपयोग करना होता है जो कोर में उत्पन्न होते हैं। अधिकांश नौसेना रिएक्टरों में, भाप सीधे प्रोपल्शन के लिए टरबाइन को चलाती है।)
• परमाणु ऊर्जा का उपयोग करके बिजली उत्पन्न करने के सिद्धांत अधिकांश रिएक्टरों के लिए समान होते हैं।
• ईंधन के परमाणुओं के निरंतर विखंडन से उत्पन्न ऊर्जा को या तो गैस या पानी में गर्मी के रूप में संचित किया जाता है और इसका उपयोग भाप उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।
• भाप का उपयोग टरबाइन को चलाने के लिए किया जाता है, जो बिजली उत्पन्न करते हैं (जैसे अधिकांश जीवाश्म ईंधन संयंत्रों में)।
• दुनिया के पहले परमाणु रिएक्टर लगभग दो अरब साल पहले एक यूरेनियम जमा में 'स्वाभाविक रूप से' कार्य करते थे।
• ये समृद्ध यूरेनियम अयस्कों में थे और वर्षा के पानी द्वारा मध्यमीकृत थे।
• पश्चिम अफ्रीका के ओक्लो में ज्ञात 17 रिएक्टर, जिनमें प्रत्येक की थर्मल क्षमता 100 kW से कम है, मिलकर लगभग छह टन यूरेनियम का उपभोग करते हैं।
• यह माना जाता है कि ये विश्व में अद्वितीय नहीं थे।
• आज, उन डिज़ाइन से निकले रिएक्टर जो मूल रूप से पनडुब्बियों और बड़े नौसेना जहाजों के लिए विकसित किए गए थे, दुनिया की परमाणु बिजली का लगभग 85% उत्पन्न करते हैं।
• मुख्य डिज़ाइन प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर (PWR) है, जिसमें प्राथमिक कूलिंग/हीट ट्रांसफर सर्किट में 300°C से अधिक का पानी दबाव में होता है, और एक माध्यमिक सर्किट में भाप उत्पन्न करता है।
• कम संख्या में होने वाले बॉयलिंग वॉटर रिएक्टर (BWR) प्राथमिक सर्किट में रिएक्टर कोर के ऊपर भाप उत्पन्न करते हैं, समान तापमान और दबाव पर।
• दोनों प्रकार पानी का उपयोग कूलेंट और मध्यमीकर्ता के रूप में करते हैं, ताकि न्यूट्रॉनों को धीमा किया जा सके।
• चूंकि पानी सामान्यतः 100°C पर उबलता है, इसलिए उच्च संचालन तापमान को सक्षम करने के लिए उनके पास मजबूत स्टील के दबाव वाहिकाएँ या ट्यूब होती हैं। (एक और प्रकार भारी पानी का उपयोग करता है, जिसमें ड्यूटेरियम परमाणु होते हैं, जिसे मध्यमीकर्ता के रूप में उपयोग किया जाता है। इसलिए 'लाइट वॉटर' शब्द का उपयोग किया जाता है।)

एक परमाणु रिएक्टर के घटक

अधिकांश प्रकार के रिएक्टरों में कई सामान्य घटक होते हैं:

ईंधन

• यूरेनियम मूल ईंधन है। आमतौर पर यूरेनियम ऑक्साइड (UO2) के पेलेट्स को ट्यूबों में व्यवस्थित किया जाता है ताकि ईंधन छड़ें बनाई जा सकें। ये छड़ें रिएक्टर कोर में ईंधन असेंबली में व्यवस्थित की जाती हैं। एक 1000 MWe वर्ग के PWR में 51,000 ईंधन छड़ें हो सकती हैं जिनमें 18 मिलियन से अधिक पेलेट्स होते हैं।
• नए रिएक्टर में नए ईंधन के साथ प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए एक न्यूट्रॉन स्रोत की आवश्यकता होती है। आमतौर पर यह बेरिलियम होता है जिसे पोलोनियम, रेडियम या अन्य अल्फा-उत्सर्जक के साथ मिलाया जाता है। इनका विघटन न्यूट्रॉनों के रिलीज का कारण बनता है जब बेरिलियम कार्बन-12 में परिवर्तित होता है। कुछ प्रयुक्त ईंधन के साथ रिएक्टर को पुनः प्रारंभ करने में इसकी आवश्यकता नहीं होती, क्योंकि नियंत्रक छड़ें हटाने पर महत्वपूर्णता हासिल करने के लिए पर्याप्त न्यूट्रॉन हो सकते हैं।

मॉडरेटर

• कोर में ऐसा पदार्थ जो विघटन से रिलीज होने वाले न्यूट्रॉनों को धीमा करता है ताकि वे अधिक विघटन का कारण बन सकें। यह आमतौर पर पानी होता है, लेकिन यह भारी पानी या ग्रेफाइट भी हो सकता है।

नियंत्रण छड़ें या ब्लेड

• ये न्यूट्रॉन-शोषक सामग्री जैसे कैडमियम, हाफनियम या बोरॉन से बनी होती हैं, और प्रतिक्रिया की दर को नियंत्रित करने या इसे रोकने के लिए कोर में डाली या निकाली जाती हैं। कुछ PWR रिएक्टरों में विशेष नियंत्रण छड़ें उपयोग की जाती हैं ताकि कोर कुशलतापूर्वक कम स्तर की शक्ति बनाए रख सके। (द्वितीयक नियंत्रण प्रणालियों में अन्य न्यूट्रॉन शोषक होते हैं, आमतौर पर कूलेंट में बोरॉन – इसकी एकाग्रता को समय के साथ समायोजित किया जा सकता है क्योंकि ईंधन जलता है।) PWR नियंत्रण छड़ें ऊपर से डाली जाती हैं, जबकि BWR क्रूसिफॉर्म ब्लेड कोर के नीचे से।
• विघटन में, अधिकांश न्यूट्रॉन तुरंत रिलीज होते हैं, लेकिन कुछ विलंबित होते हैं। ये एक श्रृंखला प्रतिक्रिया प्रणाली (या रिएक्टर) को नियंत्रित करने और इसे सटीक रूप से महत्वपूर्ण बनाए रखने में महत्वपूर्ण होते हैं।

कूलेंट

कोर के माध्यम से ताप को स्थानांतरित करने के लिए एक तरल जो परिसंचरण करता है। हल्के पानी के रिएक्टरों में, पानी मॉडरेटर प्राथमिक कूलेंट के रूप में भी कार्य करता है। BWRs को छोड़कर, एक द्वितीयक कूलेंट सर्किट है जहां पानी भाप में परिवर्तित होता है। (प्राथमिक कूलेंट विशेषताओं पर बाद में अनुभाग भी देखें।) एक PWR में पंपों के साथ दो से चार प्राथमिक कूलेंट लूप होते हैं, जो या तो भाप या बिजली द्वारा संचालित होते हैं - चीन का हुलोंग वन डिज़ाइन तीन लूपों का है, प्रत्येक को 6.6 मेगावॉट इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा संचालित किया जाता है, प्रत्येक पंप सेट का वजन 110 टन होता है।

• कोर के माध्यम से ताप को स्थानांतरित करने के लिए एक तरल जो परिसंचरण करता है। हल्के पानी के रिएक्टरों में, पानी मॉडरेटर प्राथमिक कूलेंट के रूप में भी कार्य करता है। BWRs को छोड़कर, एक द्वितीयक कूलेंट सर्किट है जहां पानी भाप में परिवर्तित होता है। (प्राथमिक कूलेंट विशेषताओं पर बाद में अनुभाग भी देखें।)

दबाव बर्तन या दबाव ट्यूब

• आमतौर पर एक मजबूत स्टील का बर्तन होता है जिसमें रिएक्टर कोर और मॉडरेटर/कूलेंट होता है, लेकिन यह ईंधन को धारण करने वाले ट्यूबों की श्रृंखला भी हो सकती है और आसपास के मॉडरेटर के माध्यम से कूलेंट को संचारित कर सकती है।

भाप जनरेटर

• दबाव वाले पानी के रिएक्टरों (PWR & PHWR) के कूलिंग सिस्टम का एक हिस्सा जहां उच्च-दबाव वाला प्राथमिक कूलेंट जो रिएक्टर से ताप लाता है, उसे टरबाइन के लिए भाप बनाने के लिए एक द्वितीयक सर्किट में उपयोग किया जाता है। यह मूल रूप से एक हीट एक्सचेंजर है जैसे कि एक मोटर कार का रेडियेटर। रिएक्टर्स में छह तक 'लूप' होते हैं, प्रत्येक के साथ एक भाप जनरेटर होता है। 1980 के बाद से 110 से अधिक PWR रिएक्टरों के भाप जनरेटर को 20-30 वर्षों की सेवा के बाद बदल दिया गया है, जिनमें से आधे से अधिक अमेरिका में हैं।
• ये एक तरल से दूसरे तरल में ताप स्थानांतरित करने के लिए बड़े हीट एक्सचेंजर्स हैं - यहाँ PWR में उच्च-दबाव वाले प्राथमिक सर्किट से द्वितीयक सर्किट में जहां पानी भाप में बदलता है। प्रत्येक संरचना का वजन 800 टन तक होता है और इसमें 300 से 16,000 ट्यूब होते हैं जिनका व्यास लगभग 2 सेमी होता है, जो प्राथमिक कूलेंट के लिए होते हैं, जो नाइट्रोजन-16 (N-16, ऑक्सीजन के न्यूट्रॉन बमबारी से बने, जिसकी आधी आयु 7 सेकंड होती है) के कारण रेडियोधर्मी होता है।
• द्वितीयक पानी को ट्यूबों के लिए समर्थन संरचनाओं के माध्यम से प्रवाहित होना चाहिए। संपूर्ण प्रणाली को इस तरह से डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि ट्यूबों में कंपन और घर्षण न हो, इस प्रकार संचालित किया जाए कि जमा न हो और प्रवाह में बाधा न आए, और इसे रासायनिक रूप से इस तरह से बनाए रखा जाए कि जंग न लगे। जो ट्यूब विफल होते हैं और लीक करते हैं, उन्हें प्लग किया जाता है, और इसको ध्यान में रखते हुए अतिरिक्त क्षमता डिज़ाइन की जाती है। लीक को भाप जनरेटर से बाहर निकलने पर N-16 के स्तर की निगरानी करके पता लगाया जा सकता है।

संरक्षण

• रेएक्टर और संबंधित भाप जनरेटर का निर्माण इस प्रकार किया गया है कि यह बाहरी आक्रमण से इसकी रक्षा कर सके और किसी भी गंभीर खराबी की स्थिति में बाहरी लोगों को विकिरण के प्रभाव से बचा सके। यह आमतौर पर एक मीटर मोटी कंक्रीट और इस्पात की संरचना होती है।
• नए रूसी और कुछ अन्य रेएक्टर में कोर पिघलने की स्थानीयकरण उपकरण या 'कोर कैचर्स' को दबाव बर्तन के नीचे स्थापित किया जाता है ताकि किसी बड़ी दुर्घटना की स्थिति में पिघले हुए कोर सामग्री को पकड़ सकें।
• नीचे दी गई तालिका में विभिन्न प्रकार के रेएक्टर के बारे में बताया गया है।

न्यूक्लियर रेएक्टर के ईंधन भरना

• अधिकांश रेएक्टर को ईंधन भरने के लिए बंद करना पड़ता है, ताकि रेएक्टर का बर्तन खोला जा सके। इस स्थिति में, ईंधन भरने का समय 12, 18 या 24 महीने का होता है, जब एक चौथाई से एक तिहाई ईंधन असेंबली को ताजे से बदल दिया जाता है।
• CANDU और RBMK प्रकार के रेएक्टर में दबाव ट्यूब होती हैं (जो रेएक्टर कोर को घेरती नहीं हैं) और इन्हें लोड के तहत ईंधन भरने के लिए व्यक्तिगत दबाव ट्यूब को डिस्कनेक्ट करके पुनः ईंधन भरा जा सकता है।
• AGR को भी लोड के तहत ईंधन भरने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
• यदि ग्रेफाइट या भारी जल को मॉडरेटर के रूप में उपयोग किया जाता है, तो प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग करने पर पॉवर रेएक्टर चलाना संभव है। प्राकृतिक यूरेनियम में खनन के समय के समान तत्वीय संरचना होती है (0.7% U-235, 99.2% U-238 से अधिक), जबकि समृद्ध यूरेनियम में फिसाइल आइसोटोप (U-235) के अनुपात को समृद्धि प्रक्रिया द्वारा बढ़ाया गया है, आमतौर पर 3.5-5.0% तक।
• इस मामले में, मॉडरेटर सामान्य जल हो सकता है, और ऐसे रेएक्टर को सामूहिक रूप से लाइट वाटर रेएक्टर कहा जाता है।
• चूंकि लाइट वाटर न्यूट्रॉनों को अवशोषित करता है और उन्हें धीमा करता है, यह भारी जल या ग्रेफाइट की तुलना में एक मॉडरेटर के रूप में कम प्रभावी है।
• कुछ नए छोटे रेएक्टर डिज़ाइन उच्च-आसय कम समृद्ध यूरेनियम ईंधन की आवश्यकता करते हैं, जो लगभग 20% U-235 तक समृद्ध होता है।
• संचालन के दौरान, कुछ U-238 प्लूटोनियम में बदल जाता है, और Pu-239 लगभग एक तिहाई ऊर्जा प्रदान करता है जो ईंधन से प्राप्त होती है।
• अधिकांश रेएक्टर में ईंधन सिरेमिक यूरेनियम ऑक्साइड (UO2, जिसका गलनांक 2800°C है) होता है और अधिकांश समृद्ध होता है।
• ईंधन के पेलेट्स (आमतौर पर लगभग 1 सेमी व्यास और 1.5 सेमी लंबे) को आमतौर पर एक लंबे ज़िरकोनियम मिश्र धातु (ज़िरकालॉय) ट्यूब में व्यवस्थित किया जाता है ताकि एक ईंधन रॉड बनाई जा सके, जो कठोर, संक्षारण-प्रतिरोधी और न्यूट्रॉनों के प्रति पारदर्शी होती है।
• कई रॉड मिलकर एक ईंधन असेंबली बनाते हैं, जो एक खुला जाल होता है और इसे रेएक्टर कोर में ऊपर और नीचे उठाया जा सकता है।
• अधिकांश सामान्य रेएक्टर में ये लगभग 4 मीटर लंबे होते हैं। एक BWR ईंधन असेंबली में लगभग 320 किलोग्राम, एक PWR में 655 किलोग्राम हो सकती है, जिसमें क्रमशः 183 किलोग्राम यूरेनियम और 460 किलोग्राम यूरेनियम शामिल होते हैं।
• दोनों में लगभग 100 किलोग्राम ज़िरकालॉय शामिल होता है।
• ज़िरकोनियम एक महत्वपूर्ण खनिज है जिसका मुख्य उपयोग न्यूक्लियर पावर में होता है। इसे व्यापार पर नियंत्रण के अधीन रखा जाता है।
• यह सामान्यतः हाफ़्नियम से संदूषित होता है, जो एक न्यूट्रॉन अवशोषक होता है, इसलिए बहुत शुद्ध 'न्यूक्लियर ग्रेड' Zr का उपयोग ज़िरकालॉय बनाने में किया जाता है, जो लगभग 98% Zr और लगभग 1.5% टिन, साथ ही लोहे, क्रोमियम और कभी-कभी निकल को अपनी ताकत बढ़ाने के लिए शामिल करता है।

न्यूक्लियर रेएक्टर के मुख्य प्रकार

प्रेशराइज्ड वाटर रिएक्टर (PWR)

यह सबसे सामान्य प्रकार है, जिसमें लगभग 300 संचालन योग्य रिएक्टर विद्युत उत्पादन के लिए और कई सौ अन्य नौसेना propulsion के लिए उपयोग में हैं। PWR का डिज़ाइन एक पनडुब्बी पावर प्लांट के रूप में उत्पन्न हुआ। PWR साधारण पानी का उपयोग कूलेंट और मॉडरेटर दोनों के रूप में करता है। इस डिज़ाइन की विशेषता यह है कि इसमें एक प्राथमिक कूलिंग सर्किट होता है जो रिएक्टर के कोर के माध्यम से बहुत उच्च दबाव में बहता है, और एक द्वितीयक सर्किट जिसमें भाप उत्पन्न होती है जो टरबाइन को चलाने के लिए उपयोग की जाती है। रूस में इन्हें VVER प्रकार के रूप में जाना जाता है - पानी-मॉडरेटेड और -कूल्ड। प्रेशराइज्ड वाटर रिएक्टर

• एक PWR में 200-300 रॉड्स के ईंधन असेंबलियों का सेट होता है, जो कोर में लंबवत व्यवस्थित होते हैं।
• एक बड़े रिएक्टर में लगभग 150-250 ईंधन असेंबली होती हैं, जिनका कुल वजन 80-100 टन यूरेनियम होता है।
• रिएक्टर कोर में पानी का तापमान लगभग 325°C तक पहुँचता है, इसलिए इसे उबलने से रोकने के लिए लगभग 150 गुना वायुमंडलीय दबाव के तहत रखा जाना चाहिए।
• दबाव को एक प्रेशराइज़र में भाप द्वारा बनाए रखा जाता है (चित्र देखें)।
• प्राथमिक कूलिंग सर्किट में पानी भी मॉडरेटर है, और यदि इसका कोई हिस्सा भाप में बदल जाए, तो फिशन प्रतिक्रिया धीमी हो जाएगी।
• यह नकारात्मक फीडबैक प्रभाव इस प्रकार की एक सुरक्षा विशेषता है।
• द्वितीयक शटडाउन सिस्टम में प्राथमिक सर्किट में बोरॉन जोड़ना शामिल है।
• द्वितीयक सर्किट में दबाव कम होता है और यहां पानी गर्मी विनिमय यंत्रों में उबलता है, जो इस प्रकार भाप जनरेटर होते हैं।
• भाप टरबाइन को चलाती है जिससे बिजली उत्पन्न होती है, और फिर इसे संकुचित कर प्राथमिक सर्किट के संपर्क में गर्मी विनिमय यंत्रों में वापस भेजा जाता है।

उबलता पानी रिएक्टर (BWR)

बीजली उत्पादन रिएक्टर (BWR)

• यह प्रकार का रिएक्टर PWR के कई समानताएँ रखता है, सिवाय इसके कि इसमें एक मात्र सर्किट होता है जिसमें पानी का दबाव कम होता है (लगभग 75 गुना वायुमंडलीय दबाव) जिससे यह कोर में लगभग 285°C पर उबलता है।
• रिएक्टर को इस प्रकार डिज़ाइन किया गया है कि कोर के ऊपरी भाग में 12-15% पानी भाप के रूप में होता है, और इसलिए वहाँ कम मध्यवर्ती प्रभाव और इस प्रकार कम दक्षता होती है।
• BWR इकाइयाँ PWR की तुलना में लोड-फॉलोइंग मोड में अधिक आसानी से कार्य कर सकती हैं।
• भाप कोर के ऊपर सूखी प्लेटों (भाप विभाजकों) के माध्यम से गुजरती है और फिर सीधे टरबाइनों की ओर जाती है, जो इस प्रकार रिएक्टर सर्किट का हिस्सा होती हैं।
• चूंकि रिएक्टर के चारों ओर का पानी हमेशा कणिकाओं के निशानों से प्रदूषित होता है, इसका मतलब है कि टरबाइन को सुरक्षा कवच प्रदान करना और रखरखाव के दौरान रेडियोलॉजिकल सुरक्षा की आवश्यकता होती है।
• इसकी लागत साधारण डिज़ाइन के कारण होने वाली बचत के साथ संतुलित होती है।
• पानी में अधिकांश रेडियोधर्मिता बहुत कम समय तक रहती है, इसलिए रिएक्टर बंद होने के तुरंत बाद टरबाइन हॉल में प्रवेश किया जा सकता है।
• अधिकतर यह N-16 होता है, जिसका आधा जीवन 7 सेकंड है।
• एक BWR ईंधन असेंबली में 90-100 ईंधन रॉड होते हैं, और रिएक्टर कोर में 750 तक असेंबली हो सकती हैं, जो 140 टन यूरेनियम रखती हैं।
• द्वितीयक नियंत्रण प्रणाली में कोर के माध्यम से पानी के प्रवाह को सीमित करना शामिल है ताकि ऊपरी भाग में अधिक भाप मध्यवर्तन को कम कर सके।

प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर रिएक्टर (PHWR)

• PHWR रिएक्टर का विकास 1950 के दशक में कनाडा में CANDU के रूप में किया गया था, और 1980 के दशक से भारत में भी।
• PHWR सामान्यतः प्राकृतिक यूरेनियम (0.7% U-235) ऑक्साइड को ईंधन के रूप में उपयोग करता है, इसलिए इसे एक अधिक कुशल मध्यवर्ती की आवश्यकता होती है, इस मामले में भारी पानी (D2O)।
• PHWR प्रति किलोग्राम खनन किए गए यूरेनियम के लिए अन्य डिज़ाइनों की तुलना में अधिक ऊर्जा उत्पन्न करता है, लेकिन प्रति यूनिट उत्पादन के लिए अधिक मात्रा में उपयोग किया गया ईंधन भी उत्पन्न करता है।
• CANDU प्रणाली में, मध्यवर्ती (यानी पानी) को समृद्ध किया जाता है न कि ईंधन – यह एक लागत व्यापार है।
• मध्यवर्ती एक बड़े टैंकर में होता है जिसे कैलेंड्रिया कहा जाता है, जिसमें कई सौ क्षैतिज दबाव ट्यूब होते हैं जो ईंधन के लिए चैनल बनाते हैं, जिन्हें उच्च दबाव (लगभग 100 गुना वायुमंडलीय दबाव) के तहत भारी पानी के प्रवाह से ठंडा किया जाता है, सामान्यतः 290°C तक पहुँचता है।
• PWR की तरह, प्राथमिक कूलेंट एक द्वितीयक सर्किट में भाप उत्पन्न करता है ताकि टरबाइन को चलाया जा सके।
• दबाव ट्यूब डिज़ाइन का अर्थ है कि रिएक्टर को बिना बंद किए क्रमिक रूप से फिर से ईंधन भरा जा सकता है, व्यक्तिगत दबाव ट्यूबों को कूलिंग सर्किट से अलग करके।
• इसे बड़े दबाव पात्रों के डिज़ाइनों की तुलना में बनाना भी कम लागत वाला है, लेकिन ट्यूबों ने उतनी टिकाऊ साबित नहीं की हैं।

• CANDU ईंधन असेंबली में 37 आधा मीटर लंबे ईंधन रॉड्स (जिरकालॉय ट्यूबों में सिरेमिक ईंधन पेलेट्स) का एक बंडल होता है और एक ईंधन चैनल में 12 बंडल एक-दूसरे के अंत में होते हैं।
• नियंत्रण रॉड्स कैलेंड्रिया में ऊर्ध्वाधर रूप से प्रवेश करती हैं, और एक द्वितीयक शटडाउन प्रणाली में मध्यवर्ती में गडोलिनियम जोड़ना शामिल है।
• कैलेंड्रिया वेसल के शरीर के माध्यम से प्रवाहित होने वाला भारी पानी का मध्यवर्ती भी कुछ गर्मी उत्पन्न करता है (हालांकि यह सर्किट ऊपर दिखाई नहीं दे रहा है)।
• नए PHWR डिज़ाइन जैसे कि Advanced Candu Reactor (ACR) में हल्के पानी की ठंडाई और थोड़े समृद्ध ईंधन का उपयोग किया जाता है।
• CANDU रिएक्टर विभिन्न प्रकार के ईंधनों को स्वीकार कर सकते हैं।
• वे पुनः प्रसंस्करण LWR उपयोग किए गए ईंधन से पुनर्नवीनीकरण किए गए यूरेनियम पर चलाए जा सकते हैं, या समृद्ध करने वाले संयंत्रों से बचे हुए नष्ट किए गए यूरेनियम के मिश्रण पर।
• लगभग 4000 MWe के PWR से 1000 MWe के CANDU क्षमता को ईंधन देने के लिए नष्ट किए गए यूरेनियम को जोड़ा जा सकता है।
• थोरियम भी ईंधन में उपयोग किया जा सकता है।

उन्नत गैस-कूल्ड रिएक्टर (AGR)

ये ब्रिटिश गैस-ठंडा रिएक्टरों की दूसरी पीढ़ी हैं, जो ग्रेफाइट संशोधक और कार्बन डाइऑक्साइड को प्राथमिक कूलेंट के रूप में उपयोग करते हैं। ईंधन यूरेनियम ऑक्साइड पैलेट्स हैं, जो 2.5 - 3.5% तक समृद्ध हैं, और स्टेनलेस स्टील की ट्यूबों में रखे जाते हैं। कार्बन डाइऑक्साइड कोर के माध्यम से संचारित होता है, जो 650°C तक पहुँचता है और फिर इसके बाहर भाप जनरेटर ट्यूबों के पास जाता है, लेकिन अभी भी कंक्रीट और स्टील के दबाव संवहनों के अंदर (इसलिए 'समग्र' डिज़ाइन)। नियंत्रण रॉड्स संशोधक में प्रवेश करती हैं और एक द्वितीयक बंद प्रणाली में कूलेंट में नाइट्रोजन का इंजेक्शन शामिल होता है। उच्च तापमान इसे उच्च थर्मल दक्षता प्रदान करता है - लगभग 41%। पुनः ईंधन भरना लोड पर किया जा सकता है।

उन्नत गैस ठंडा रिएक्टर

AGR को मैग्नॉक्स रिएक्टर से विकसित किया गया था। मैग्नॉक्स रिएक्टर भी ग्रेफाइट संशोधित और CO2 ठंडा थे, जो धातु रूप में प्राकृतिक यूरेनियम ईंधन का उपयोग करते थे, और जल को द्वितीयक कूलेंट के रूप में उपयोग करते थे। यूके का अंतिम मैग्नॉक्स रिएक्टर 2015 के अंत में बंद हुआ।

लाइट वाटर ग्रेफाइट-मार्जिन रिएक्टर (LWGR)

मुख्य LWGR डिज़ाइन RBMK है, जो एक सोवियत डिज़ाइन है, जिसे प्लूटोनियम उत्पादन रिएक्टरों से विकसित किया गया है। यह ग्रेफाइट संशोधक के माध्यम से चलने वाली लंबी (7 मीटर) ऊर्ध्वाधर दबाव ट्यूबों का उपयोग करता है, और इसे जल द्वारा ठंडा किया जाता है, जिसे कोर में 290°C पर उबलने की अनुमति दी जाती है और लगभग 6.9 MPa पर, जैसे कि BWR में। ईंधन कम समृद्ध यूरेनियम ऑक्साइड है, जिसे 3.5 मीटर लंबे ईंधन असेंबलियों में बनाया गया है। संशोधन मुख्यतः निश्चित ग्रेफाइट के कारण होता है, अतिरिक्त उबाल केवल ठंडा करने और न्यूट्रॉन अवशोषण को कम करता है बिना विखंडन प्रतिक्रिया को रोकता है, और सकारात्मक फीडबैक समस्या उत्पन्न हो सकती है, यही कारण है कि इन्हें कभी भी सोवियत संघ के बाहर नहीं बनाया गया। आगे की जानकारी के लिए RBMK रिएक्टरों पर परिशिष्ट देखें।

फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर (FNR)

कुछ रिएक्टरों में कोई मॉडरेटर नहीं होता है और ये तेज न्यूट्रॉनों का उपयोग करते हैं, जिससे प्लूटोनियम से ऊर्जा उत्पन्न होती है, जबकि ईंधन में या उसके आस-पास यू-238 आइसोटोप से अधिक प्लूटोनियम बनाया जाता है। ये सामान्य रिएक्टरों की तुलना में मूल यूरेनियम से 60 गुना अधिक ऊर्जा प्राप्त करते हैं, लेकिन इन्हें बनाना महंगा है। इनका आगे का विकास अगले दशक में संभावित है, और मुख्य डिज़ाइन जो अगले दो दशकों में बनने की अपेक्षा है, वे FNRs हैं। अगर इन्हें इस तरह से कॉन्फ़िगर किया गया है कि ये अपनी खपत से अधिक फिशाइल सामग्री (प्लूटोनियम) का उत्पादन करें, तो इन्हें फास्ट ब्रीडर रिएक्टर (FBR) कहा जाता है। फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर्स और छोटे न्यूक्लियर पावर रिएक्टर्स के पेपर पर भी देखें।

संचालन योग्य न्यूक्लियर पावर प्लांट्स

निर्माणाधीन रिएक्टरों के लिए, दुनिया भर में नए रिएक्टरों की योजनाओं की जानकारी पृष्ठ देखें।

उन्नत रिएक्टर

• कई पीढ़ियों के रिएक्टर आमतौर पर भिन्न किए जाते हैं। पीढ़ी I के रिएक्टर 1950-60 के दशक में विकसित किए गए थे और उनका अंतिम रिएक्टर (यूके में वाय्ल्फा 1) 2015 के अंत में बंद हो गया। ये ज्यादातर प्राकृतिक यूरेनियम ईंधन का उपयोग करते थे और ग्रेफाइट को मॉडरेटर के रूप में इस्तेमाल करते थे।
• पीढ़ी II के रिएक्टर वर्तमान अमेरिका के बेड़े का प्रतिनिधित्व करते हैं और ज्यादातर अन्य स्थलों पर संचालित होते हैं। ये आमतौर पर समृद्ध यूरेनियम ईंधन का उपयोग करते हैं और ज्यादातर जल द्वारा शीतलन और मॉडरेशन करते हैं।
• पीढ़ी III के रिएक्टर इनसे विकसित उन्नत रिएक्टर हैं, जिनमें से पहले कुछ जापान, चीन, रूस और UAE में संचालित होते हैं। अन्य निर्माणाधीन हैं और ऑर्डर के लिए तैयार हैं। ये दूसरे पीढ़ी के विकास हैं जिनमें सुरक्षा को बढ़ाया गया है।
• पीढ़ी IV के डिज़ाइन अभी ड्रॉइंग बोर्ड पर हैं। इनमें बंद ईंधन चक्र होने की संभावना है और ये लंबे समय तक जीवित रहने वाले एक्टिनाइड्स को जलाते हैं, जिससे फिशन उत्पाद ही एकमात्र उच्च-स्तरीय अपशिष्ट होते हैं।
• अंतरराष्ट्रीय सहयोग के साथ विकासाधीन सात डिज़ाइनों में से चार या पाँच फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर होंगे। चार फ्लोराइड या तरल धातु शीतलन का उपयोग करेंगे, जिससे ये कम दबाव पर संचालित होंगे।
• अधिकतर आज के जल-शीतलन रिएक्टरों की तुलना में बहुत उच्च तापमान पर चलेंगे।

एक दर्जन से अधिक (पीढ़ी III) उन्नत रिएक्टर डिज़ाइन विभिन्न विकास चरणों में हैं। कुछ PWR, BWR और CANDU डिज़ाइन से विकासात्मक हैं, जबकि कुछ अधिक कट्टरपंथी हैं। पूर्व में उन्नत उबालने वाले पानी के रिएक्टर शामिल हैं, जिनमें से कुछ अब संचालित हो रहे हैं जबकि अन्य निर्माणाधीन हैं। उन्नत PWRs चीन, रूस और UAE में संचालित होते हैं, और अन्य निर्माणाधीन हैं। सबसे प्रसिद्ध कट्टरपंथी नए डिज़ाइन में ईंधन के रूप में बड़े 'गेंदों' का उपयोग होता है और यह हीलियम को शीतलन के रूप में उपयोग करता है, बहुत उच्च तापमान पर, संभवतः सीधे टरबाइन को चलाने के लिए।

फ्लोटिंग न्यूक्लियर पावर प्लांट्स

• 200 से अधिक परमाणु रिएक्टर विभिन्न प्रकार के जहाजों को शक्ति प्रदान कर रहे हैं, रूस में रोसाटॉम ने तैरते हुए परमाणु बिजली संयंत्रों की आपूर्ति के लिए एक सहायक कंपनी स्थापित की है, जो 70 से 600 MWe तक के आकार में होती हैं।
• ये संयंत्र बड़े बार्ज पर जोड़े में स्थापित किए जाएंगे, जिन्हें उस स्थान पर स्थायी रूप से लंगर डाला जाएगा, जहां बिजली की आवश्यकता होती है और संभवतः किनारे के बस्ती या औद्योगिक परिसर को कुछ नमकीन पानी के लिए भी।
• पहला संयंत्र दो 40 MWe रिएक्टरों के साथ है, जो बर्फ तोड़ने वाले जहाजों पर आधारित हैं और यह साइबेरिया के एक दूरस्थ स्थान पर कार्य करता है।
• बिजली की लागत मौजूदा विकल्पों की तुलना में बहुत कम होने की उम्मीद है। अधिक जानकारी के लिए रूस में परमाणु ऊर्जा के पृष्ठ पर देखें।
• रूसी KLT-40S एक ऐसा रिएक्टर है जो बर्फ तोड़ने वाले जहाजों में सिद्ध हो चुका है। यहां एक 150 MWt इकाई 35 MWe (सकल) और नमकीन पानी के लिए या जिले की हीटिंग के लिए 35 MW तक गर्मी उत्पन्न करती है।
• इन्हें 3-4 वर्षों में ईंधन भरने के बीच चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया है और यह कल्पना की गई है कि इन्हें आउटेज की अनुमति देने के लिए जोड़े में चलाया जाएगा, जिसमें ऑन-बोर्ड ईंधन भरने की क्षमता और उपयोग किया गया ईंधन भंडारण होगा।
• 12 वर्षों के संचालन चक्र के अंत में, पूरे संयंत्र को केंद्रित सुविधा में दो साल के ओवरहाल और उपयोग किए गए ईंधन को हटाने के लिए ले जाया जाएगा, फिर सेवा में लौटाया जाएगा।
• दूसरी पीढ़ी के रूसी FNPPs में दो 175 MWt, 50 MWe RITM-200M रिएक्टर इकाइयां होंगी, जो KLT-40S की तुलना में लगभग 1500 टन हल्की लेकिन अधिक शक्तिशाली होंगी, और इसलिए बहुत छोटे बार्ज पर – लगभग 12,000 टन की विस्थापन की बजाय 21,000 टन।
• ईंधन भरने की प्रक्रिया हर 10-12 वर्षों में होगी। बहुत समान RITM-200 रिएक्टर नवीनतम रूसी बर्फ तोड़ने वालों को शक्ति प्रदान करते हैं।

परमाणु रिएक्टर की शक्ति रेटिंग

न्यूक्लियर प्लांट रिएक्टर की शक्ति उत्पादन को तीन तरीकों से व्यक्त किया जाता है:

• थर्मल MWt, जो वास्तविक न्यूक्लियर रिएक्टर के डिज़ाइन पर निर्भर करता है, और यह उस भाप की मात्रा और गुणवत्ता से संबंधित है जो यह उत्पन्न करता है।
• ग्रॉस इलेक्ट्रिकल MWe, जो जुड़े हुए भाप टरबाइन और जनरेटर द्वारा उत्पन्न शक्ति को दर्शाता है, और यह कंडेंसर सर्किट के लिए परिवेश के तापमान को भी ध्यान में रखता है (ठंडा मतलब अधिक इलेक्ट्रिक शक्ति, गर्म मतलब कम)। रेटेड ग्रॉस पावर कुछ शर्तों को मानती है।
• नेट इलेक्ट्रिकल MWe, जो प्लांट से ग्रिड में भेजी जाने वाली शक्ति है, रिएक्टर को चलाने के लिए आवश्यक विद्युत शक्ति (कूलिंग और फीडवाटर पंप, आदि) और प्लांट के बाकी हिस्से को घटाने के बाद।

नेट इलेक्ट्रिकल MWe और ग्रॉस MWe गर्मी से सर्दी के बीच थोड़ा भिन्न होते हैं, इसलिए सामान्यतः गर्मियों का निम्न आंकड़ा, या औसत आंकड़ा, उपयोग किया जाता है। यदि गर्मियों का आंकड़ा दिया गया है, तो प्लांट ठंडे समय में 100% से अधिक क्षमता कारक दिखा सकते हैं। टेनेस्सी में वॉट्स बार PWR की रिपोर्ट है कि यह गर्मियों में लगभग 1125 MWe और सर्दियों में लगभग 1165 MWe नेट पर चलता है, जो कंडेंसर कूलिंग पानी के तापमान में अंतर के कारण है। कुछ डिज़ाइन विकल्प, जैसे कि मुख्य बड़े फीडवाटर पंपों को इलेक्ट्रिक मोटर्स से चलाना (जैसे EPR या हुआलोंग वन में) बजाय भाप टरबाइनों के (मुख्य टरबाइन-जनरेटर से पहले भाप लेना), विभिन्न रिएक्टर प्रकारों के बीच कुछ ग्रॉस से नेट के अंतर को स्पष्ट करता है। EPR के लिए ग्रॉस से नेट MWe में अपेक्षाकृत बड़ा अंतर है, और जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, हुआलोंग वन को अपने प्राथमिक पंपों को चलाने के लिए 20 MWe की आवश्यकता होती है।

इनके बीच संबंध को दो तरीकों से व्यक्त किया जाता है:

• थर्मल दक्षता%, जो कि कुल MWe और MWt का अनुपात है। यह रिएक्टर से भाप और कूलिंग पानी के बीच तापमान के अंतर से संबंधित है। यह आमतौर पर हल्के पानी के रिएक्टर्स में 33-37% होता है, जबकि नवीनतम PWRs में यह 38% तक पहुँच सकता है।
• नेट दक्षता%, जो कि प्राप्त नेट MWe और MWt का अनुपात है। यह थोड़ा कम होता है और संयंत्र के उपयोग की अनुमति देता है।

विश्व परमाणु संघ की जानकारी पृष्ठों और आंकड़ों तथा विश्व परमाणु समाचार में, सामान्यतः परिचालन संयंत्रों के लिए नेट MWe का उपयोग किया जाता है, और निर्माणाधीन या प्रस्तावित संयंत्रों के लिए कुल MWe का।

न्यूक्लियर रिएक्टर्स का जीवनकाल

• आज के अधिकांश परमाणु संयंत्रों को मूल रूप से 30 या 40 वर्ष के संचालन जीवन के लिए डिज़ाइन किया गया था। हालाँकि, सिस्टम, संरचनाओं और घटकों में प्रमुख निवेश के साथ, संचालन का जीवनकाल बढ़ाया जा सकता है, और कई देशों में संचालन को बढ़ाने के लिए सक्रिय कार्यक्रम हैं। अमेरिका में लगभग सभी 100 रिएक्टर्स को 40 से 60 वर्षों तक संचालन लाइसेंस विस्तार दिया गया है। यह सिस्टम और घटकों के उन्नयन में महत्वपूर्ण पूंजी व्यय को उचित ठहराता है, जिसमें अतिरिक्त प्रदर्शन सीमाएं बनाना शामिल है। कुछ रिएक्टर्स 80 वर्ष या उससे अधिक समय तक संचालन करेंगे।
• कुछ घटक बस घिस जाते हैं, जंग लग जाते हैं या दक्षता के निम्न स्तर तक degrade हो जाते हैं। इनकी जगह लेनी होती है। भाप जनरेटर इनमें सबसे प्रमुख और महंगे होते हैं, और कई को लगभग 30 वर्षों के बाद बदल दिया गया है जबकि रिएक्टर अन्यथा 60 या अधिक वर्षों तक चलने की संभावना रखते हैं। यह मूल रूप से एक आर्थिक निर्णय है। कम महत्वपूर्ण घटक जब उम्र के साथ deteriorate होते हैं तो उन्हें बदलना अधिक सरल होता है। Candu रिएक्टर्स में, कुछ संयंत्रों में लगभग 30 वर्षों के संचालन के बाद दबाव ट्यूब का प्रतिस्थापन किया गया है।
• एक दूसरी समस्या पुरानी तकनीक की है। उदाहरण के लिए, पुराने रिएक्टर्स में एनालॉग उपकरण और नियंत्रण प्रणाली होती है। कुछ को डिजिटल सिस्टम से बदल दिया गया है। तीसरी बात यह है कि सामग्री की विशेषताएँ उम्र के साथ degrade हो सकती हैं, विशेष रूप से गर्मी और न्यूट्रॉन विकिरण के साथ। इन सभी पहलुओं के संबंध में, विश्वसनीयता और सुरक्षा बनाए रखने के लिए निवेश की आवश्यकता है। इसके अलावा, अंतर्राष्ट्रीय सुरक्षा सम्मेलनों और सिद्धांतों के अनुसार पुराने संयंत्रों पर समय-समय पर सुरक्षा समीक्षाएँ की जाती हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सुरक्षा सीमाएँ बनाए रखी गई हैं।
• एक और महत्वपूर्ण मुद्दा ज्ञान प्रबंधन है, जो रिएक्टर्स और अन्य सुविधाओं के डिज़ाइन से लेकर निर्माण, संचालन और डिकमीशनिंग के पूरे जीवनचक्र के लिए है। यह एक सदी तक फैला हो सकता है और कई देशों को शामिल कर सकता है, और कई कंपनियों की एक श्रृंखला शामिल हो सकती है। संयंत्र का जीवनकाल इंजीनियर्स की कई पीढ़ियों को कवर करेगा। डेटा को कई पीढ़ियों के सॉफ़्टवेयर और IT हार्डवेयर में स्थानांतरित करने योग्य होना चाहिए, साथ ही समान संयंत्रों के अन्य ऑपरेटरों के साथ साझा किया जाना चाहिए।
• महत्वपूर्ण संशोधन संयंत्र के जीवनकाल के दौरान डिज़ाइन में किए जा सकते हैं, इसलिए मूल दस्तावेज़ पर्याप्त नहीं होते हैं, और डिज़ाइन आधार ज्ञान का नुकसान बड़े निहितार्थ रख सकता है (जैसे कि पिकरिंग A और ब्रूस A, ओंटारियो)। ज्ञान प्रबंधन अक्सर एक साझा जिम्मेदारी होती है और प्रभावी निर्णय लेने और संयंत्र की सुरक्षा और अर्थशास्त्र की उपलब्धि के लिए आवश्यक है। ISO15926 जीवनचक्र खुले डेटा मानक के लिए पोर्टेबिलिटी और इंटरऑपरेबिलिटी को कवर करता है। इसके अलावा, EPRI ने 2013 में "Advanced Nuclear Technology: New Nuclear Power Plant Information Handover Guide" प्रकाशित किया।

प्राथमिक कूलेंट्स

• पानी या भारी पानी को बहुत उच्च दबाव (1000-2200 psi, 7-15 MPa, 150 वायुमंडल) पर बनाए रखा जाना चाहिए ताकि यह 100°C से ऊपर, 345°C तक अच्छी तरह से कार्य कर सके, जैसा कि वर्तमान न्यूक्लियर रिएक्टर्स में होता है। इसका रिएक्टर इंजीनियरिंग पर बड़ा प्रभाव पड़ता है। हालांकि, लगभग 25 MPa पर सुपरक्रिटिकल पानी 45% थर्मल दक्षता प्रदान कर सकता है - जैसे कि आज के कुछ जीवाश्म ईंधन पावर प्लांट्स में 600°C के आउटलेट तापमान पर, और अल्ट्रा सुपरक्रिटिकल स्तर (30 MPa) पर 50% प्राप्त किया जा सकता है।
• नमक: फ्लोराइड नमक वायुमंडलीय दबाव पर लगभग 1400°C पर उबलते हैं, इसलिए ताप का उपयोग करने के लिए कई विकल्प प्रदान करते हैं, जिसमें हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए 750°C पर 48% से 1000°C पर 59% की थर्मल दक्षता के साथ हीलियम का उपयोग करना शामिल है। फ्लोराइड नमकों का उबलने का तापमान बहुत उच्च है, और ये रेड हीट पर भी बहुत कम वाष्प दबाव रखते हैं। इनकी ऊष्मीय क्षमता (4670 kJ/m3 FLiBe के लिए, 75 atm दबाव पर पानी से अधिक) बहुत उच्च है।
• लिथियम-बेरिलियम फ्लोराइड Li2BeF4 (FLiBe) नमक, LiF (2LiF BeF2) का एक यूटेक्टिक संस्करण है, जो 459°C पर ठोस हो जाता है और 1430°C पर उबलता है। इसे MSR और AHTR/FHR प्राथमिक ठंडक में पसंद किया जाता है और जब यह अव्यवस्थित होता है, तो इसका संक्षारण प्रभाव कम होता है। LiF बिना विषैले बेरिलियम के लगभग 500°C पर ठोस हो जाता है और लगभग 1200°C पर उबलता है। FLiNaK (LiF-NaF-KF) भी यूटेक्टिक है और 454°C पर ठोस होता है और 1570°C पर उबलता है।
• सभी निम्न दबाव वाले तरल ठंडक उच्च तापमान पर अपनी सभी गर्मी को वितरित करने की अनुमति देते हैं, क्योंकि हीट एक्सचेंजर्स में तापमान में गिरावट गैस ठंडक की तुलना में कम होती है। इसके अलावा, संचालन और उबलने के तापमान के बीच एक अच्छा मार्जिन होने पर डिके हीट के लिए निष्क्रिय ठंडक आसानी से प्राप्त की जा सकती है।
• निष्क्रिय डिके हीट का निष्कासन प्राथमिक ठंडक प्रणालियों की एक महत्वपूर्ण विशेषता है, जो काम करने के लिए गर्मी के हस्तांतरण से परे है। जब विखंडन प्रक्रिया रुकती है, तो विखंडन उत्पादों का विघटन जारी रहता है और कोर में एक substantial मात्रा में गर्मी जुड़ जाती है।

लोड-फॉलोइंग क्षमता

• परमाणु ऊर्जा संयंत्रों को ग्रिड प्रणाली में बेस-लोड मांग को पूरा करने के लिए उच्च क्षमता पर लगातार चलाना सबसे अच्छा है। यदि उनकी शक्ति उत्पादन को दैनिक और साप्ताहिक आधार पर बढ़ाया और घटाया जाता है, तो दक्षता प्रभावित होती है, और इस संबंध में वे अधिकांश कोयला-चालित संयंत्रों के समान होते हैं। (उन्हें पूर्ण क्षमता से कम पर चलाना आर्थिक रूप से भी लाभदायक नहीं है, क्योंकि उनका निर्माण महंगा है लेकिन संचालन सस्ता है।) हालाँकि, कुछ स्थितियों में, जैसे कि फ्रांस में जहाँ परमाणु ऊर्जा पर बहुत अधिक निर्भरता है, नियमित रूप से दैनिक और साप्ताहिक लोड चक्रों के अनुसार उत्पादन को बदलना आवश्यक होता है।
• BWRs को बिना कोर को असमान रूप से जलाए लोड का पालन करने के लिए सापेक्ष रूप से आसानी से बनाया जा सकता है, जिसे कूलेंट प्रवाह दर को बदलकर किया जाता है। PWR में लोड का पालन करना उतना आसान नहीं है, लेकिन विशेष रूप से 1981 से फ्रांस में 'ग्रे' नियंत्रण रॉड का उपयोग किया जाता है। PWR की क्षमता कई बार पूर्ण शक्ति से कम चलने की निर्भरता इस बात पर होती है कि यह 18 से 24 महीने के ईंधन भरने के चक्र के प्रारंभिक भाग में है या इसके अंत में, और क्या इसे विशेष नियंत्रण रॉड के साथ डिज़ाइन किया गया है जो कोर में शक्ति स्तर को बिना बंद किए कम करते हैं। इस प्रकार, हालांकि किसी विशेष PWR रिएक्टर की क्षमता लंबे समय तक कम शक्ति पर चलने की चक्र के माध्यम से प्रगति करते समय विशेष रूप से घटती है, लेकिन लोड-फॉलोइंग मोड में रिएक्टरों के एक बेड़े को चलाने के लिए पर्याप्त गुंजाइश है।

प्रक्रिया गर्मी के लिए परमाणु रिएक्टर

भाप का उत्पादन टरबाइन और जनरेटर को चलाने के लिए अपेक्षाकृत आसान है, और 350°C पर चलने वाला एक हल्का पानी रिएक्टर यह आसानी से करता है। जैसा कि उपरोक्त अनुभाग और चित्र दिखाते हैं, उच्च तापमान के लिए अन्य प्रकार के रिएक्टर की आवश्यकता होती है। 2010 के एक अमेरिकी ऊर्जा विभाग के दस्तावेज़ में एक तरल धातु ठंडा रिएक्टर (FNR) के लिए 500°C, एक पिघले हुए नमक रिएक्टर (MSR) के लिए 860°C, और एक उच्च तापमान गैस-ठंडा रिएक्टर (HTR) के लिए 950°C का उल्लेख किया गया है। कम तापमान वाले रिएक्टरों का उपयोग उच्च तापमान प्राप्त करने के लिए सहायक गैस हीटिंग के साथ किया जा सकता है, हालांकि एक LWR का उपयोग करना व्यावहारिक या आर्थिक नहीं होगा। DOE ने कहा कि अगले पीढ़ी के नाभिकीय संयंत्र के लिए सभी अंतिम उपयोगकर्ता आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए 750 से 950°C के बीच उच्च रिएक्टर आउटलेट तापमान की आवश्यकता है। अधिक जानकारी के लिए देखें पृष्ठ पर नाभिकीय प्रक्रिया ताप उद्योग के लिए।

• भाप का उत्पादन टरबाइन और जनरेटर को चलाने के लिए अपेक्षाकृत आसान है, और 350°C पर चलने वाला एक हल्का पानी रिएक्टर यह आसानी से करता है। जैसा कि उपरोक्त अनुभाग और चित्र दिखाते हैं, उच्च तापमान के लिए अन्य प्रकार के रिएक्टर की आवश्यकता होती है। 2010 के एक अमेरिकी ऊर्जा विभाग के दस्तावेज़ में एक तरल धातु ठंडा रिएक्टर (FNR) के लिए 500°C, एक पिघले हुए नमक रिएक्टर (MSR) के लिए 860°C, और एक उच्च तापमान गैस-ठंडा रिएक्टर (HTR) के लिए 950°C का उल्लेख किया गया है। कम तापमान वाले रिएक्टरों का उपयोग उच्च तापमान प्राप्त करने के लिए सहायक गैस हीटिंग के साथ किया जा सकता है, हालांकि एक LWR का उपयोग करना व्यावहारिक या आर्थिक नहीं होगा।

प्रारंभिक रिएक्टर

• दुनिया के सबसे पुराने ज्ञात नाभिकीय रिएक्टर वर्तमान में ओक्लो, गैबोन, पश्चिम अफ्रीका में संचालित होते थे। लगभग 2 अरब वर्ष पहले, कम से कम 16 प्राकृतिक नाभिकीय रिएक्टरों ने यूरेनियम अयस्क के उच्च-ग्रेड जमा में महत्वपूर्णता प्राप्त की (एक 17वां बैंगोम्बे जमा में 30 किमी दूर था)। प्रत्येक ने लगभग 20 kW थर्मल पर बेतरतीब ढंग से काम किया, प्रतिक्रिया तब रुक जाती थी जब पानी भाप में बदल जाता था, जिससे यह माडरेटर के रूप में कार्य करना बंद कर देता था। उस समय, सभी प्राकृतिक यूरेनियम में U-235 का घनत्व लगभग 3.6% था, जबकि वर्तमान में यह 0.7% है। (U-235, U-238 की तुलना में बहुत तेजी से विघटित होता है, जिसकी आधी-जीवन लगभग पृथ्वी की आयु के बराबर है। जब पृथ्वी बनी थी, तो U-235 लगभग 30% यूरेनियम था।)
• ये प्राकृतिक श्रृंखला प्रतिक्रियाएँ स्वचालित रूप से प्रारंभ हुईं और कुल मिलाकर एक या दो मिलियन वर्षों तक चलीं, अंततः समाप्त हो गईं। ऐसा प्रतीत होता है कि प्रत्येक रिएक्टर लगभग 30 मिनट के पुल्स में संचालित होता था। अनुमान है कि लगभग 130 TWh ताप उत्पन्न हुआ। (ये रिएक्टर तब खोजे गए जब खनन किए गए यूरेनियम के अस्से में केवल 0.717% U-235 पाया गया, जबकि दूसरे स्थानों पर यह 0.720% था। आगे की जांच में विशेष रिएक्टर ज़ोन की पहचान की गई जिनमें U-235 का स्तर 0.44% तक था। यूरेनियम और प्लूटोनियम दोनों के विघटन उत्पादों से महत्वपूर्ण मात्रा में विघटन न्यूक्लाइड का भी संचय हुआ था।)
• इस लंबे प्रतिक्रिया काल के दौरान लगभग 5.4 टन विघटन उत्पादों के साथ-साथ अन्य ट्रांसुरेनिक तत्वों के साथ मिलकर 2 टन तक प्लूटोनियम उत्पन्न हुआ। प्रारंभिक रेडियोधर्मी उत्पाद लंबे समय से स्थिर तत्वों में विघटित हो चुके हैं, लेकिन इनकी मात्रा और स्थान का निकटता से अध्ययन करने से यह स्पष्ट होता है कि नाभिकीय प्रतिक्रियाओं के दौरान और बाद में रेडियोधर्मी अपशिष्टों का बहुत कम आंदोलन हुआ। प्लूटोनियम और अन्य ट्रांसुरेनिक तत्व स्थिर रहे।