न्यूक्लियर फिशन और रिएक्टरों के प्रकार | यूपीएससी सीएसई के लिए भूगोल (Geography) - UPSC PDF Download

परमाणु विखंडन

• परमाणु विखंडन की खोज 1932 में इंग्लैंड में जेम्स चैडविक द्वारा न्यूट्रॉन की खोज के साथ शुरू हुई।
• भारी तत्वों का परमाणु विखंडन 1938 में जर्मन वैज्ञानिक ओटो हान और फ्रिट्ज़ स्ट्रासमैन द्वारा खोजा गया।
• इसकी सैद्धांतिक व्याख्या 1939 में लीज़ मीट्नर और ओटो रॉबर्ट फ्रिश द्वारा की गई।
• परमाणु भौतिकी में, परमाणु विखंडन एक रेडियोधर्मी अपघटन प्रक्रिया है जिसमें एक परमाणु का नाभिक छोटे भागों (हल्के नाभिकों) में विभाजित हो जाता है।
• विखंडन प्रक्रिया अक्सर मुक्त न्यूट्रॉनों और गामा फोटनों (गामा किरणें) का उत्पादन करती है, और एक बहुत बड़ी मात्रा में ऊर्जा (उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया) मुक्त करती है।

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

उष्माक्षेपी == प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी का विमोचन। [CaCO3 (कैल्शियम कार्बोनेट या चूना) + H2O (पानी) → Ca(OH)2 (कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड) + CO2 + गर्मी]

अंतःशीतलन == प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी का अवशोषण। [यूरिया पानी]

• परमाणु विखंडन की प्रक्रिया कुछ मामलों में स्व spontaneously हो सकती है या इसे न्यूट्रॉन, प्रोटॉन, ड्यूटेरॉन या अल्फा कणों जैसे विभिन्न कणों के साथ नाभिक के उत्तेजना द्वारा प्रेरित किया जा सकता है या गामा किरणों के रूप में विद्युतचुंबकीय विकिरण के माध्यम से।
• विखंडन प्रक्रिया में, रेडियोधर्मी उत्पाद बनते हैं, और कई न्यूट्रॉन उत्सर्जित होते हैं।
• ये न्यूट्रॉन निकटवर्ती विखंडनीय सामग्री के नाभिक में विखंडन उत्पन्न कर सकते हैं और अधिक न्यूट्रॉन छोड़ सकते हैं, जिससे एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है।

विखंडनीय सामग्री → वह सामग्री जो परमाणु विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया का सामना कर सकती है।

फिसाइल → वह जो नियंत्रित या आत्म-निरंतर परमाणु विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया में जा सकता है।

• यदि इसे न्यूक्लियर रिएक्टर में नियंत्रित किया जाए, तो ऐसी श्रृंखला प्रतिक्रिया का उपयोग ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।
• यदि यह अनियंत्रित हो (परमाणु बम), तो यह एक विशाल विस्फोट का कारण बन सकता है।
• यूरेनियम सबसे सामान्य फिसाइल सामग्री है जो न्यूक्लियर रिएक्टर्स और न्यूक्लियर हथियारों में उपयोग की जाती है।
• प्राकृतिक यूरेनियम में यूरेनियम आइसोटोप हैं: यूरेनियम-238 या U-238 या 238U (99.27%) और यूरेनियम-235 या U-235 या 235U (0.72%)।
• यूरेनियम-235 केवल धीमे न्यूट्रॉनों से बमबारी करने पर विखंडन कर सकता है।
• एक तेज न्यूट्रॉन को पकड़ नहीं जाएगा, इसलिए विखंडन रिएक्टर्स में उनके पकड़ने की संभावना बढ़ाने के लिए न्यूट्रॉनों को माडरेशन द्वारा धीमा करना आवश्यक है।
• दूसरा आइसोटोप जो धीमे न्यूट्रॉन बमबारी पर विखंडन कर सकता है वह यूरेनियम-233 है।
• यूरेनियम-238 केवल तेज न्यूट्रॉनों से बमबारी करने पर विखंडन कर सकता है।
• U-238 का स्व-स्फोटन के लिए छोटी संभावना होती है और तेज न्यूट्रॉनों से बमबारी करने पर भी इसकी विखंडन की संभावना कम होती है, लेकिन यह न्यूक्लियर ईंधन स्रोत के रूप में उपयोगी नहीं है।
• अन्य भारी तत्वों के नाभिक, जैसे कि थोरियम, भी विखंडनीय होते हैं, लेकिन तेज न्यूट्रॉनों के साथ।

न्यूक्लियर विखंडन ऊर्जा कैसे मुक्त करता है?

• नाभिक न्यूक्लियन्स (न्यूट्रॉन और प्रोटॉन = द्रव्यमान संख्या) से मिलकर बने होते हैं।
• एक नाभिक का वास्तविक द्रव्यमान हमेशा न्यूक्लियन्स के द्रव्यमान के योग से कम होता है।
• यह अंतर द्रव्यमान दोष के रूप में जाना जाता है और यह नाभिक की कुल बाइंडिंग ऊर्जा (और, इसलिए, स्थिरता) का माप है।
• यह बाइंडिंग ऊर्जा एक नाभिक के निर्माण के दौरान मुक्त होती है।
• द्रव्यमान का ऊर्जा में परिवर्तन आइंस्टीन के समीकरण E = mc² का पालन करता है, जहां E एक द्रव्यमान, m, और c प्रकाश की गति का ऊर्जा समकक्ष है।

सामान्य फिसाइल सामग्री

यूरेनियम-233, यूरेनियम-235, प्लूटोनियम-239, प्लूटोनियम-241 आदि सामान्य विभाज्य पदार्थ हैं। प्राकृतिक यूरेनियम में 0.72% U-235 (जो कि विभाज्य समस्थानिक है), 99.27% U-238, और 0.0055% U-234 की एक ट्रेस मात्रा होती है। 0.72% U-235 स्वयं-निष्क्रिय महत्वपूर्ण श्रृंखला प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त नहीं है। हल्के पानी के रिएक्टरों के लिए, ईंधन को 2.5-3.5% U-235 तक समृद्ध करना आवश्यक है। प्लूटोनियम-239 का उत्पादन यूरेनियम-238 से "ब्रीडिंग" करके किया जा सकता है। थोरियम-232 एक उर्वर सामग्री है जो न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकती है और इसे विभाज्य न्यूक्लाइड यूरेनियम-233 में परिवर्तन कर सकती है, जो थोरियम ईंधन चक्र का आधार है।

यूरेनियम समृद्धि

• प्राकृतिक यूरेनियम केवल 0.7% U-235 है, जो कि विभाज्य समस्थानिक है।
• अन्य 99.3% U-238 है, जो विभाज्य नहीं है।
• हल्के पानी के रिएक्टरों के लिए यूरेनियम को 2.5-3.5% U-235 तक समृद्ध किया जाता है।
• यूरेनियम समृद्धि के लिए सेंट्रीफ्यूगल सेपरेटर का उपयोग किया जाता है।
• विभाजन रिएक्टरों में उपयोग किए जाने वाले समृद्ध यूरेनियम ईंधन का उपयोग बम बनाने के लिए नहीं किया जा सकता।
• हथियारों के अनुप्रयोगों के लिए तेजी से श्रृंखला प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए 90% से अधिक समृद्धि की आवश्यकता होती है।
• ब्रीडर रिएक्टरों के लिए 15-30% तक समृद्धि सामान्य है।

न्यूक्लियर रिएक्टर

• एक न्यूक्लियर रिएक्टर एक प्रणाली है जो निरंतर न्यूक्लियर श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित और समाहित करती है।

• ईंधन [समृद्ध यूरेनियम-235 या प्लूटोनियम-239] को रिएक्टर के बर्तन में एक छोटे न्यूट्रॉन स्रोत के साथ रखा जाता है।
• न्यूट्रॉन एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करते हैं जहां प्रत्येक परमाणु जो विभाजित होता है, अधिक न्यूट्रॉन छोड़ता है जो अन्य परमाणुओं को विभाजित करने के लिए प्रेरित करता है।
• हर बार जब एक परमाणु विभाजित होता है, तो वह गर्मी के रूप में बड़ी मात्रा में ऊर्जा छोड़ता है।
• गर्मी को कूलेंट द्वारा रिएक्टर से बाहर निकाला जाता है, जो सबसे सामान्यतः सामान्य पानी होता है।
• कूलेंट गर्म हो जाता है और एक टरबाइन की ओर जाता है ताकि वह जनरेटर या ड्राइव शाफ्ट को घुमा सके।
• कूलेंट वह सामग्री है जो कोर के माध्यम 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 कूलेंट से गर्मी को बिजली में परिवर्तित करता है, जैसे कि जीवाश्म-ईंधन संयंत्र में।
• संरक्षण वह संरचना है जो स्टील-प्रबलित कंक्रीट से बनी होती है और रिएक्टर को वातावरण से अलग करती है। चेरनोबिल में मजबूत संरक्षण संरचना नहीं थी।

न्यूक्लियर रिएक्टर कूलेंट

न्यूक्लियर रिएक्टर कूलेंट — आमतौर पर पानी या पिघला हुआ नमक — रिएक्टर कोर के पास से प्रवाहित किया जाता है ताकि वह उत्पन्न होने वाले गर्मी को अवशोषित कर सके। यह गर्मी रिएक्टर से हटाई जाती है और फिर भाप उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाती है।

न्यूट्रॉन मध्यस्थ

• न्यूट्रॉन मध्यस्थ एक ऐसा माध्यम है जो तेज न्यूट्रॉनों की गति को कम करता है, जिससे वे थर्मल न्यूट्रॉन में बदल जाते हैं, जो न्यूक्लियर चेन रिएक्शन को बनाए रखने में सक्षम होते हैं।
• जब कोई बड़ा फिसाइल परमाणु नाभिक, जैसे कि यूरेनियम-235 या प्लूटोनियम-239, एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है, तो यह न्यूक्लियर फिशन का सामना कर सकता है।
• भारी नाभिक दो या अधिक हल्के नाभिकों (फिशन उत्पादों) में विभाजित हो जाता है, जिससे काइनेटिक ऊर्जा, गामा विकिरण, और मुक्त न्यूट्रॉन मुक्त होते हैं।
• इन न्यूट्रॉनों में से कुछ बाद में अन्य फिसाइल परमाणुओं द्वारा अवशोषित हो सकते हैं और आगे के फिशन घटनाओं को उत्प्रेरित कर सकते हैं, जो अधिक न्यूट्रॉन उत्पन्न करते हैं, और इसी तरह। इसे न्यूक्लियर चेन रिएक्शन कहा जाता है।
• इस तरह के न्यूक्लियर चेन रिएक्शन को नियंत्रित करने के लिए, न्यूट्रॉन जहर और न्यूट्रॉन मध्यस्थ का उपयोग किया जा सकता है ताकि न्यूट्रॉनों का वह हिस्सा बदल सके जो आगे अधिक फिशन का कारण बनेगा।
• सामान्यतः उपयोग में आने वाले मध्यस्थों में शामिल हैं: सामान्य (हल्का) पानी (दुनिया के 74.8% रिएक्टरों में), ठोस ग्रेफाइट (20% रिएक्टरों में), भारी पानी (5% रिएक्टरों में) और

नियंत्रण छड़ें या प्रतिक्रिया नियंत्रण

• रिएक्टर की शक्ति उत्पादन को इस बात से समायोजित किया जाता है कि कितने न्यूट्रॉन अधिक फिशन उत्पन्न करने में सक्षम हैं।
• न्यूट्रॉन जहर से बनी नियंत्रण छड़ें न्यूट्रॉनों को अवशोषित करने के लिए उपयोग की जाती हैं।

मध्यस्थ न्यूट्रॉनों की गति को धीमा करते हैं।

नियंत्रण रॉड्स न्यूट्रॉन्स को अवशोषित करती हैं

मोडरेटर त्वरण करने वालों के समान होते हैं

नियंत्रण रॉड्स ब्रेक के समान होती हैं

• नियंत्रण रॉड में अधिक न्यूट्रॉन्स का अवशोषण करने का मतलब है कि विघटन के लिए उपलब्ध न्यूट्रॉन्स की संख्या कम हो जाती है। इसलिए, नियंत्रण रॉड को रिएक्टर में गहरा धकेलने से इसकी ऊर्जा उत्पादन कम होती है, और नियंत्रण रॉड को निकालने से यह बढ़ती है। नियंत्रण रॉड्स बोरॉन, सिल्वर, इंडियम और कैडमियम जैसे रासायनिक तत्वों से बनी होती हैं।

महत्वपूर्ण द्रव्यमान

• महत्वपूर्ण द्रव्यमान वह न्यूनतम मात्रा है जो विघटनशील सामग्री की आवश्यकता होती है ताकि एक निरंतर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया हो सके। यह महत्वपूर्ण द्रव्यमान विघटन योग्य सामग्री की परमाणु विशेषताओं, इसकी घनत्व, आकार, समृद्धि, शुद्धता, तापमान, और उसके चारों ओर के वातावरण पर निर्भर करता है। जब विघटन योग्य सामग्री के द्रव्यमान में परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया आत्म-निर्भर होती है, तो इसे महत्वपूर्ण स्थिति में माना जाता है जिसमें ऊर्जा, तापमान या न्यूट्रॉन जनसंख्या में कोई वृद्धि या कमी नहीं होती।

महत्वपूर्णता

• महत्वपूर्णता एक परमाणु शब्द है जो प्रणाली में न्यूट्रॉन्स के संतुलन को संदर्भित करता है। न्यूट्रॉन्स का संतुलन मोडरेटर और नियंत्रण रॉड्स का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।
  • “उप-क्रिटिकल” उस प्रणाली को संदर्भित करता है जहाँ न्यूट्रॉन्स की हानि की दर उत्पादन दर से अधिक होती है, और इसलिए न्यूट्रॉन जनसंख्या समय के साथ कम होती जाती है।
  • “सुपरक्रिटिकल” उस प्रणाली को संदर्भित करता है जहाँ न्यूट्रॉन्स की उत्पादन दर हानि की दर से अधिक होती है, और इसलिए न्यूट्रॉन जनसंख्या बढ़ती है।
  • जब न्यूट्रॉन जनसंख्या स्थिर रहती है, तो इसका मतलब है कि उत्पादन दर और हानि दर के बीच एक सही संतुलन है, और परमाणु प्रणाली को “महत्वपूर्ण” कहा जाता है।
  • जब एक रिएक्टर चालू होता है, तो न्यूट्रॉन जनसंख्या को नियंत्रित तरीके से धीरे-धीरे बढ़ाया जाता है, ताकि अधिक न्यूट्रॉन्स का उत्पादन हो सके।
  • जब इच्छित शक्ति स्तर प्राप्त होता है, तो परमाणु रिएक्टर को न्यूट्रॉन जनसंख्या और शक्ति को स्थिर रखने के लिए महत्वपूर्ण कॉन्फ़िगरेशन में रखा जाता है।
  • अंततः, शटडाउन के दौरान, रिएक्टर को उप-क्रिटिकल कॉन्फ़िगरेशन में रखा जाता है ताकि न्यूट्रॉन जनसंख्या और शक्ति कम हो सके।

• इसलिए, जब एक रिएक्टर को “महत्वपूर्ण” कहा जाता है, तो इसका मतलब है कि यह एक स्थिर कॉन्फ़िगरेशन में है जो एक निरंतर शक्ति का उत्पादन कर रहा है। (i) सुपरक्रिटिकल == कार [परमाणु रिएक्टर] त्वरण कर रही है। (ii) महत्वपूर्ण == कार एक स्थिर गति पर चल रही है। (iii) उप-क्रिटिकल == कार धीमी हो रही है।
• महत्वपूर्णता एक परमाणु शब्द है जो प्रणाली में न्यूट्रॉन्स के संतुलन को संदर्भित करता है।

न्यूट्रॉन जहर

• न्यूट्रॉन विष (जिसे न्यूट्रॉन अवशोषक या न्यूक्लियर विष भी कहा जाता है) एक पदार्थ है जिसमें बड़ा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस-सेक्शन होता है, जिसका उपयोग न्यूक्लियर रिएक्टर्स में किया जाता है।

न्यूक्लियर रिएक्टर्स के प्रकार

• मॉडरेटर, कूलेंट और उपयोग की जाने वाली तकनीकों के आधार पर विभिन्न प्रकार के रिएक्टर्स होते हैं।
• सभी व्यावसायिक पावर रिएक्टर्स न्यूक्लियर फिशन पर आधारित होते हैं।
• वे सामान्यतः यूरेनियम और इसके उत्पाद प्लूटोनियम का उपयोग न्यूक्लियर ईंधन के रूप में करते हैं, हालांकि थोरियम ईंधन चक्र भी संभव है।
• फिशन रिएक्टर्स को दो वर्गों में विभाजित किया जा सकता है, जो न्यूट्रॉनों की ऊर्जा पर निर्भर करते हैं जो फिशन श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखते हैं: थर्मल रिएक्टर्स और फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर्स।

थर्मल रिएक्टर्स और फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर्स [ब्रीडर रिएक्टर्स]

लाइट-वॉटर रिएक्टर (LWR)

• लाइट वॉटर रिएक्टर्स [LWR] और हार्ड वॉटर रिएक्टर्स [HWR] कूलेंट और मॉडरेटर के आधार पर रिएक्टर्स हैं।
• लाइट-वॉटर रिएक्टर (LWR) एक प्रकार का थर्मल-न्यूट्रॉन रिएक्टर है जो सामान्य पानी का उपयोग करता है, जबकि भारी पानी का उपयोग नहीं किया जाता।
• थर्मल-न्यूट्रॉन रिएक्टर्स सबसे सामान्य प्रकार के न्यूक्लियर रिएक्टर होते हैं, और लाइट-वॉटर रिएक्टर्स थर्मल-न्यूट्रॉन रिएक्टर के सबसे सामान्य प्रकार होते हैं।
• लाइट-वॉटर रिएक्टर्स की तीन किस्में हैं: प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर (PWR), बॉयलिंग वॉटर रिएक्टर (BWR), और (अधिकतर डिज़ाइन के) सुपरक्रिटिकल वॉटर रिएक्टर (SCWR)।

प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर (PWR)

• PWR सामान्य पानी को कूलेंट के रूप में उपयोग करता है।
• प्राथमिक कूलिंग पानी को बहुत उच्च दबाव पर रखा जाता है ताकि यह उबले नहीं।
• प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर्स (PWRs) सभी पश्चिमी न्यूक्लियर पावर प्लांट्स का बड़ा हिस्सा बनाते हैं।
• PWR में, प्राथमिक कूलेंट (पानी) को उच्च दबाव में रिएक्टर कोर की ओर पंप किया जाता है, जहाँ यह परमाणुओं के फिशन द्वारा उत्पन्न ऊर्जा से गर्म होता है।
• गर्म पानी फिर एक भाप जनरेटर की ओर बहता है जहाँ यह अपनी थर्मल ऊर्जा को एक द्वितीयक प्रणाली में स्थानांतरित करता है, जहाँ भाप उत्पन्न होती है और टरबाइन की ओर बहती है, जो फिर एक इलेक्ट्रिक जनरेटर को घुमाती है।
• बॉयलिंग वॉटर रिएक्टर के विपरीत, प्राथमिक कूलेंट लूप में दबाव पानी को रिएक्टर के भीतर उबलने से रोकता है।
• PWR को मूल रूप से न्यूक्लियर समुद्री प्रोपल्शन के रूप में न्यूक्लियर पनडुब्बियों के लिए डिज़ाइन किया गया था।

➤ प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर (PWR) के लाभ

• बहुत स्थिर होते हैं क्योंकि इनका तापमान बढ़ने पर उत्पादन कम करने की प्रवृत्ति होती है। स्थिरता के दृष्टिकोण से संचालित करना आसान होता है।
• PWR टरबाइन चक्र मुख्य चक्र से अलग होता है, इसलिए द्वितीयक चक्र में पानी परमाणु सामग्री द्वारा प्रदूषित नहीं होता है।
• नियंत्रण रॉड्स को इलेक्ट्रोमैग्नेट्स द्वारा पकड़ा जाता है और बिजली की विफलता के दौरान गुरुत्वाकर्षण से गिरते हैं। पूर्ण समावेश मुख्य परमाणु प्रतिक्रिया को सुरक्षित रूप से बंद कर देता है।
• PWR कॉम्पैक्ट रिएक्टर होते हैं जो परमाणु पनडुब्बियों और परमाणु जहाजों में अच्छी तरह से फिट होते हैं।

➤ प्रेसurized वॉटर रिएक्टर (PWR) के नुकसान

• कूलेंट पानी को उच्च तापमान पर तरल बने रहने के लिए अत्यधिक दबाव में होना चाहिए।
• यह उच्च शक्ति वाली पाइपिंग और भारी दबाव वाले वेसल की आवश्यकता करता है, और इस प्रकार निर्माण लागत बढ़ जाती है।
• उच्च दबाव कूलेंट की हानि के दुर्घटना के परिणामों को बढ़ा सकता है।
• उच्च तापमान का पानी कूलेंट जिसमें बोरेक्स घुला हुआ होता है, कार्बन स्टील के लिए जंग लगने वाला होता है (लेकिन स्टेनलेस स्टील के लिए नहीं) और यह विकिरण संपर्क का कारण बन सकता है।
• यूरेनियम ईंधन को [2-5%] समृद्ध करना आवश्यक है, जो ईंधन उत्पादन की लागत को काफी बढ़ा देता है।
• PWR के लिए ईंधन को समृद्ध करने की आवश्यकता भी एक गंभीर प्रसार जोखिम प्रस्तुत करती है।
• PWR को स्केल नहीं किया जा सकता है।

उबालने वाला पानी रिएक्टर (BWR)

• यह प्रेसurized वॉटर रिएक्टर (PWR) के बाद बिजली उत्पन्न करने वाले परमाणु रिएक्टर का दूसरा सबसे सामान्य प्रकार है।
• BWR और PWR के बीच मुख्य अंतर यह है कि BWR में, रिएक्टर कोर पानी को गर्म करता है, जो भाप में बदल जाता है और फिर एक भाप टरबाइन को चलाता है।
• PWR में, रिएक्टर कोर पानी को गर्म करता है, जो उबलता नहीं है। यह गर्म पानी फिर एक निम्न दबाव वाले पानी के सिस्टम के साथ ताप का आदान-प्रदान करता है, जो भाप में बदल जाता है और टरबाइन को चलाता है।

➤ उबालने वाले पानी रिएक्टर (BWR) के फायदे

• रिएक्टर वेसल और संबंधित घटक PWR की तुलना में काफी कम दबाव पर कार्य करते हैं।
• दबाव वेसल PWR की तुलना में काफी कम विकिरण के संपर्क में आता है।
• यह न्यूक्लियर फ्यूल के तापमान पर कम कार्य करता है।
• भाप जनरेटर और प्रेशराइज़र वेसल न होने के कारण घटकों की संख्या कम होती है।
• एक PWR की तुलना में कूलेंट के नुकसान के कारण क्षति की जोखिम (संभावना) कम होती है।
• प्राकृतिक परिसंचरण का उपयोग करते हुए बिना मजबूर प्रवाह के कम कोर पावर घनत्व स्तरों पर कार्य कर सकता है।
• BWR बोरिक एसिड का उपयोग फिशन बर्न-अप को नियंत्रित करने के लिए नहीं करता, जिससे ट्रिटियम का उत्पादन नहीं होता, जिससे रिएक्टर वेसल और पाइपिंग में जंग का खतरा कम होता है।
• BWR शांतिपूर्ण उपयोगों जैसे कि ऊर्जा उत्पादन और नमकीन पानी के desalination के लिए आदर्श होते हैं, क्योंकि इसके लिए कम लागत, सरलता और सुरक्षा पर ध्यान दिया जाता है, भले ही इसके लिए बड़ा आकार और थोड़ा कम थर्मल दक्षता हो।

➤ उबालने वाले पानी के रिएक्टर (BWR) के नुकसान

• BWR को न्यूक्लियर फ्यूल के उपभोग को प्रबंधित करने के लिए अधिक जटिल गणनाओं की आवश्यकता होती है। इसके लिए रिएक्टर कोर में अधिक उपकरण भी आवश्यक होते हैं।
• फुकुशिमा I परमाणु दुर्घटनाओं के बाद दबाव रोकने की क्षमता के बारे में चिंताएं उठाई गई हैं।
• वर्तमान BWR डिज़ाइन के लिए नियंत्रण रॉड नीचे से डाली जाती हैं। यदि बिजली की विफलता होती है, तो रिएक्टर कोर को महत्वपूर्ण क्षति हो सकती है और यह विनाशकारी हो सकता है।

सुपरक्रिटिकल वॉटर रिएक्टर (SCWR)

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

सुपरक्रिटिकल वॉटर ऑक्सीडेशन या SCWO एक प्रक्रिया है जो पानी में उस तापमान और दबाव पर होती है जो मिश्रण के थर्मोडायनामिक क्रिटिकल पॉइंट से ऊपर होता है।

इन परिस्थितियों में, पानी एक ऐसा तरल पदार्थ बन जाता है जिसकी अद्वितीय विशेषताएँ हैं, जिन्हें खतरनाक अपशिष्टों के विनाश में लाभ के लिए उपयोग किया जा सकता है।

• SCWRs हल्के पानी के रिएक्टरों (LWRs) के समान हैं, लेकिन ये उच्च दबाव और तापमान पर काम करते हैं, जैसे कि दबावयुक्त पानी के रिएक्टर (PWR) और उबालने वाले पानी के रिएक्टर (BWR) की तरह एक सीधा एक बार का चक्र होता है। SCWR एक आशाजनक उन्नत परमाणु प्रणाली है क्योंकि इसकी उच्च थर्मल दक्षता और सरल डिजाइन है। यह अभी विकास के चरण में है।

➤ सुपरक्रिटिकल पानी रिएक्टर (SCWR) के लाभ

• सुपरक्रिटिकल पानी में उत्कृष्ट गर्मी संचरण गुण होते हैं, जो उच्च पावर घनत्व, छोटा कोर, और छोटा संकुचन ढाँचा संभव बनाते हैं। चूंकि BWR, PWR की तुलना में सरल है, SCWR, कम कुशल BWR की तुलना में बहुत सरल और अधिक संकुचित होता है। इसमें कोई भाप विभाजक, भाप सुखाने वाले, आंतरिक पुनःपरिसंचरण पंप, या दबाव वेसल के अंदर पुनःपरिसंचरण प्रवाह नहीं होते हैं। छोटे कोर में संग्रहीत थर्मल और रेडियोलॉजिक ऊर्जा BWR या PWR की तुलना में भी कम होगी। पानी कमरे के तापमान पर तरल, सस्ता, गैर-ज़हरीला और पारदर्शी है, जिससे निरीक्षण और मरम्मत को सरल बनाया जा सकता है। एक तेज़ SCWR एक प्रजनक रिएक्टर हो सकता है, जैसे प्रस्तावित साफ और पर्यावरण के अनुकूल उन्नत रिएक्टर। एक भारी-पानी का SCWR थोरियम से ईंधन पैदा कर सकता है (जो यूरेनियम से 4 गुना अधिक प्रचुर है), जिसमें प्लूटोनियम प्रजनकों की तुलना में अधिक प्रसार प्रतिरोध है।

प्रेशराइज्ड हेवी-वॉटर रिएक्टर (PHWR)

• भारी पानी (ड्यूटेरियम ऑक्साइड D2O) को इसके कूलेंट और न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में उपयोग करता है। भारी पानी का कूलेंट दबाव में रखा जाता है, जिससे इसे बिना उबलने के उच्च तापमान तक गर्म किया जा सकता है, ठीक उसी तरह जैसे दबावयुक्त पानी के रिएक्टर में। जबकि भारी पानी सामान्य हल्के पानी की तुलना में काफी महंगा है, यह न्यूट्रॉन अर्थव्यवस्था को बहुत बढ़ाता है, जिससे रिएक्टर को ईंधन समृद्धि सुविधाओं के बिना काम करने की अनुमति मिलती है (भारी पानी की अतिरिक्त लागत को संतुलित करते हुए) और रिएक्टर को वैकल्पिक ईंधन चक्रों का उपयोग करने की क्षमता को बढ़ाता है।

➤ प्रेशराइज्ड हेवी-वॉटर रिएक्टर (PHWR) के लाभ

➤ प्रेशराइज्ड हेवी-वाटर रिएक्टर (PHWR) के फायदे

• यह महंगे यूरेनियम संवर्द्धन सुविधाओं के बिना संचालित किया जा सकता है।
• यांत्रिक व्यवस्था अधिकांश मॉडरेटर को निम्न तापमान पर रखती है।
• परिणामी थर्मल न्यूट्रॉन “अधिक थर्मल” होते हैं, जिससे PHWR अधिक कुशल बनता है। इसलिए, PHWR ईंधन का अधिक कुशलता से उपयोग करता है।
• चूंकि अनसंवर्द्धित यूरेनियम ईंधन संवर्धित यूरेनियम ईंधन की तुलना में फिशन उत्पादों की कम घनत्व को जमा करता है, यह कम गर्मी उत्पन्न करता है, जिससे अधिक कॉम्पैक्ट भंडारण संभव होता है।

➤ प्रेशराइज्ड हेवी-वाटर रिएक्टर (PHWR) के नुकसान

• प्राकृतिक यूरेनियम की ऊर्जा सामग्री कम होने के कारण अधिक बार ईंधन को बदलने की आवश्यकता होती है।
• रिएक्टर के माध्यम से ईंधन की गति की बढ़ी हुई दर भी खर्च किए गए ईंधन की मात्रा को बढ़ाती है, जो संवर्धित यूरेनियम का उपयोग करने वाले LWRs की तुलना में अधिक होती है।

➤ न्यूक्लियर प्रसार और PHWR

• हेवी-वाटर रिएक्टरों के विरोधी सुझाव देते हैं कि ऐसे रिएक्टरों में न्यूक्लियर प्रसार का जोखिम हल्के जल रिएक्टरों की तुलना में बहुत अधिक होता है।
• हेवी-वाटर रिएक्टर का प्राकृतिक यूरेनियम-238 फिसाइल [क्योंकि संवर्धन की आवश्यकता नहीं होती] प्लूटोनियम-239 में परिवर्तित होता है, जो परमाणु हथियारों में उपयोग के लिए उपयुक्त एक फिसाइल सामग्री है।
• इस प्रकार, यदि हेवी-वाटर रिएक्टर का ईंधन बार-बार बदला जाता है, तो महत्वपूर्ण मात्रा में हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम को न्यूक्लियर रीप्रोसेसिंग द्वारा रासायनिक रूप से निकाला जा सकता है। [पाकिस्तान इस मामले में काफी कुशल है।]
• इस तरह, बिना किसी यूरेनियम संवर्धन के परमाणु हथियार बनाने के लिए आवश्यक सामग्रियाँ प्राप्त की जा सकती हैं।
• इसके अतिरिक्त, हेवी वाटर का मॉडरेटर के रूप में उपयोग करने से छोटे मात्रा में ट्रिटियम का उत्पादन होता है, जब हेवी वाटर में ड्यूटेरियम नाभिक न्यूट्रॉन को अवशोषित करते हैं।
• ट्रिटियम बढ़ाए गए फिशन हथियारों के उत्पादन के लिए आवश्यक है, जो कि थर्मोन्यूक्लियर हथियारों के उत्पादन को आसान बनाते हैं, जिसमें न्यूट्रॉन बम शामिल हैं।
• हेवी-वाटर रिएक्टरों के प्रसार के जोखिम को तब प्रदर्शित किया गया जब भारत ने CIRUS रिएक्टर के खर्च किए गए ईंधन से प्लूटोनियम निकालकर ऑपरेशन स्माइलिंग बुद्धा, अपने पहले परमाणु हथियार परीक्षण के लिए प्लूटोनियम का उत्पादन किया।