लिक्विड मेटल कूल्ड रिएक्टर

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एक तरल धातु ठंडा परमाणु रिएक्टर, या LMR एक प्रकार का परमाणु रिएक्टर है जहाँ प्राथमिक परमाणु रिएक्टर शीतलक एक तरल धातु है। लिक्विड मेटल कूल्ड रिएक्टरों को पहले ब्रीडर रिएक्टर बिजली उत्पादन के लिए अनुकूलित किया गया था। उनका उपयोग परमाणु पनडुब्बी को शक्ति देने के लिए भी किया गया है।

उनकी उच्च तापीय चालकता के कारण, धातु शीतलक गर्मी को प्रभावी ढंग से दूर करते हैं, जिससे उच्च शक्ति घनत्व प्राप्त होता है। यह उन्हें उन स्थितियों में आकर्षक बनाता है जहां आकार और वजन प्रीमियम पर होते हैं, जैसे जहाजों और पनडुब्बियों पर। पानी के साथ ठंडा करने में सुधार करने के लिए, अधिकांश रिएक्टर डिजाइन क्वथनांक को बढ़ाने के लिए अत्यधिक दबाव में हैं, जो सुरक्षा और रखरखाव के मुद्दों को प्रस्तुत करता है जो तरल धातु डिजाइनों की कमी है। इसके अतिरिक्त, उच्च थर्मोडायनामिक दक्षता के साथ विद्युत शक्ति रूपांतरण को चलाने के लिए तरल धातु के उच्च तापमान का उपयोग किया जा सकता है। यह उन्हें परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में बिजली उत्पादन, लागत प्रभावशीलता और ईंधन दक्षता में सुधार के लिए आकर्षक बनाता है।

तरल धातु, विद्युत रूप से अत्यधिक प्रवाहकीय होने के कारण विद्युत चुम्बकीय पंपों द्वारा स्थानांतरित की जा सकती है।[1] नुकसान में अपारदर्शी पिघली हुई धातु में डूबे एक रिएक्टर के निरीक्षण और मरम्मत से जुड़ी कठिनाइयाँ शामिल हैं, और धातु की पसंद के आधार पर, आग के खतरे का जोखिम (क्षार धातुओं के लिए), जंग और/या रेडियोधर्मी सक्रियण उत्पादों का उत्पादन एक मुद्दा हो सकता है।

डिजाइन

लिक्विड मेटल कूलेंट को थर्मल-न्यूट्रॉन रिएक्टर | थर्मल- और फास्ट-न्यूट्रॉन रिएक्टर दोनों पर लागू किया गया है।

आज तक, सबसे तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर लिक्विड मेटल कूल्ड फास्ट रिएक्टर (LMFRs) रहे हैं। जब एक ब्रीडर रिएक्टर (उदाहरण के लिए ब्रीडिंग कंबल के साथ) के रूप में कॉन्फ़िगर किया जाता है, तो ऐसे रिएक्टरों को लिक्विड मेटल फास्ट ब्रीडर रिएक्टर | लिक्विड मेटल फास्ट ब्रीडर रिएक्टर (एलएमएफबीआर) कहा जाता है।

शीतलक गुण

उपयुक्त तरल धातु शीतलक में कम न्यूट्रॉन कैप्चर न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन होना चाहिए, संरचनात्मक सामग्रियों के अत्यधिक क्षरण का कारण नहीं होना चाहिए, और पिघलने और क्वथनांक होने चाहिए जो रिएक्टर के ऑपरेटिंग तापमान के लिए उपयुक्त हों।

तरल धातुओं में आम तौर पर उच्च क्वथनांक होते हैं, जिससे शीतलक के उबलने की संभावना कम हो जाती है, जिससे शीतलक दुर्घटना हो सकती है। कम वाष्प दबाव निकट-परिवेश के दबाव में संचालन को सक्षम बनाता है, जिससे दुर्घटना की संभावना नाटकीय रूप से कम हो जाती है। कुछ डिज़ाइन पूरे कोर और हीट एक्सचेंजर्स को शीतलक के एक पूल में विसर्जित कर देते हैं, वस्तुतः इस जोखिम को समाप्त कर देते हैं कि आंतरिक-लूप शीतलन खो जाएगा।

Liquid metal coolants
Metal Coolant Melting point Boiling point
Sodium 97.72 °C, (207.9 °F) 883 °C, (1621 °F)
NaK −11 °C, (12 °F) 785 °C, (1445 °F)
Mercury −38.83 °C, (−37.89 °F) 356.73 °C (674.11 °F)
Lead 327.46 °C, (621.43 °F) 1749 °C, (3180 °F)
Lead-bismuth eutectic 123.5 °C, (254.3 °F) 1670 °C, (3038 °F)
Tin 231.9 °C, (449.5 °F) 2602 °C, (4716 °F)


बुध

क्लेमेंटाइन (परमाणु रिएक्टर) पहला तरल धातु ठंडा परमाणु रिएक्टर था और पारा शीतलक का इस्तेमाल किया गया था, यह स्पष्ट पसंद माना जाता है क्योंकि यह कमरे के तापमान पर तरल है। हालांकि, उच्च विषाक्तता सहित नुकसान के कारण, कमरे के तापमान पर भी उच्च वाष्प दबाव, कम क्वथनांक गर्म होने पर हानिकारक धुएं का उत्पादन, अपेक्षाकृत कम तापीय चालकता,[2] और एक उच्च[3] न्यूट्रॉन क्रॉस-सेक्शन, यह पक्ष से बाहर हो गया है।

सोडियम और NaK

सोडियम और NaK (एक गलनक्रांतिक सोडियम-पोटेशियम मिश्र धातु) स्टील को किसी भी महत्वपूर्ण डिग्री तक खराब नहीं करते हैं और कई परमाणु ईंधन के साथ संगत होते हैं, जिससे संरचनात्मक सामग्री की विस्तृत पसंद की अनुमति मिलती है। NaK का उपयोग 1951 में पहले ब्रीडर रिएक्टर प्रोटोटाइप, प्रायोगिक ब्रीडर रिएक्टर -1 में शीतलक के रूप में किया गया था।

हालाँकि, सोडियम और NaK हवा के संपर्क में अनायास प्रज्वलित हो जाते हैं और पानी के साथ हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे हाइड्रोजन गैस बनती है। 1995 की दुर्घटना और आग में मोन्जू परमाणु ऊर्जा संयंत्र में ऐसा ही हुआ था। सोडियम रूसी बीएन रिएक्टर श्रृंखला और आज वाणिज्यिक संचालन में चीनी सीएफआर श्रृंखला में इस्तेमाल किया जाने वाला शीतलक भी है।[citation needed] सोडियम की न्यूट्रॉन सक्रियता भी इन तरल पदार्थों को ऑपरेशन के दौरान तीव्र रेडियोधर्मी बनने का कारण बनती है, हालांकि आधा जीवन छोटा होता है और इसलिए उनकी रेडियोधर्मिता अतिरिक्त निपटान चिंता पैदा नहीं करती है।

सोडियम कूल्ड जनरल IV LMFR के लिए दो प्रस्ताव हैं, एक ऑक्साइड ईंधन पर आधारित है, दूसरा धातु-ईंधन वाले इंटीग्रल फास्ट रिएक्टर पर है।

लीड

See also: Lead-cooled fast reactor

लीड में उत्कृष्ट न्यूट्रॉन गुण (प्रतिबिंब, कम अवशोषण) होते हैं और यह गामा किरणों के खिलाफ एक बहुत ही शक्तिशाली विकिरण ढाल है। सीसे का उच्च क्वथनांक सुरक्षा लाभ प्रदान करता है क्योंकि यह रिएक्टर को कुशलतापूर्वक ठंडा कर सकता है, भले ही यह सामान्य परिचालन स्थितियों से कई सौ डिग्री सेल्सियस अधिक हो। हालांकि, चूंकि सीसे का उच्च गलनांक और उच्च वाष्प दाब होता है, इसलिए सीसा प्रशीतित रिएक्टर में ईंधन भरना और उसकी सर्विस करना मुश्किल होता है। गलनांक को विस्मुट के साथ सीसा मिला कर कम किया जा सकता है, लेकिन सीसा-बिस्मथ यूटेक्टिक अधिकांश धातुओं के लिए अत्यधिक संक्षारक होता है[4][5] संरचनात्मक सामग्री के लिए उपयोग किया जाता है।

सीसा-बिस्मथ यूटेक्टिक

Main article: Lead-bismuth eutectic

लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक कम तापमान रेंज में धातु शीतलक को जमने से रोकते हुए कम तापमान पर संचालन की अनुमति देता है (यूटेक्टिक बिंदु: 123.5 °C / 255.3 °F).[4][6]

इसके अत्यधिक संक्षारक चरित्र के अलावा,[4][5]इसका मुख्य नुकसान बिस्मथ-209| के न्यूट्रॉन सक्रियण द्वारा निर्माण है209
Bi (और बाद में बीटा क्षय) पोलोनियम-210|210
Po (आधा जीवन | टी1⁄2 = 138.38 दिन), एक अस्थिर अल्फा क्षय | अल्फा-एमिटर अत्यधिक रेडियोटॉक्सिसिटी (उच्चतम ज्ञात रेडियोटॉक्सिसिटी, प्लूटोनियम से ऊपर)।

विश्वास करना

हालाँकि आज टिन का उपयोग रिएक्टरों के लिए शीतलक के रूप में नहीं किया जाता है क्योंकि यह एक पपड़ी बनाता है,[7] यह परमाणु आपदाओं और रेडियोधर्मी घटनाओं या शीतलक दुर्घटनाओं की सूची में एक उपयोगी अतिरिक्त या प्रतिस्थापन शीतलक हो सकता है।

टिन के और फायदे उच्च क्वथनांक हैं और तरल टिन पर भी पपड़ी बनाने की क्षमता जहरीली लीक को कवर करने में मदद करती है और शीतलक को रिएक्टर में और अंदर रखती है। टिन किसी भी परमाणु रिएक्टर # शीतलक द्वारा सामान्य ऑपरेशन के लिए अनुपयोगी होने का वर्गीकरण करता है। यह यूक्रेन के शोधकर्ताओं द्वारा परीक्षण किया गया है और फुकुशिमा दाइची परमाणु आपदा में उबलते पानी के रिएक्टरों को तरल टिन कूल्ड रिएक्टरों में परिवर्तित करने का प्रस्ताव दिया गया था।[8]


प्रणोदन

पनडुब्बी

सोवियत संघ November-class submarine K-27 और सभी सात {{sclass2|Alfa|submarine|2}उनके प्रणोदन संयंत्रों के रूप में फीरोज़ा के साथ लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक और न्यूट्रॉन मॉडरेटर द्वारा ठंडा किए गए रिएक्टरों का इस्तेमाल किया। (K-27 में VT-1 रिएक्टर; BM-40A रिएक्टर | BM-40A और अन्य में OK-550 रिएक्टर)।

दूसरी परमाणु पनडुब्बी, USS Seawolf सोडियम-कूल्ड, बेरिलियम-न्यूट्रॉन मॉडरेटर परमाणु ऊर्जा संयंत्र रखने वाली एकमात्र अमेरिकी पनडुब्बी थी। इसे 1957 में चालू किया गया था, लेकिन इसके सुपरहिटर्स ्स में लीक थे, जिन्हें दरकिनार कर दिया गया था। बेड़े में रिएक्टरों को मानकीकृत करने के लिए,[citation needed] पनडुब्बी के सोडियम-कूल्ड, बेरिलियम-मॉडरेट रिएक्टर को 1958 में शुरू करके हटा दिया गया था और एक दबाव पानी रिएक्टर से बदल दिया गया था।

परमाणु विमान

विमान परमाणु प्रणोदन प्रोग्राम के हिस्से के रूप में न्यूक्लियर एयरक्राफ्ट में उपयोग के लिए प्रैट एंड व्हिटनी द्वारा लिक्विड मेटल कूल्ड रिएक्टरों का अध्ययन किया गया।[9]


बिजली उत्पादन

सोडियम रिएक्टर प्रयोग एक प्रयोगात्मक सोडियम-ठंडा ग्रेफाइट-संचालित परमाणु रिएक्टर (ए सोडियम-ग्रेफाइट रिएक्टर, या एसजीआर) था जो सांता सुसाना फील्ड प्रयोगशाला के एक खंड में स्थित था, जो उत्तर अमेरिकी विमानन के एटॉमिक्स इंटरनेशनल डिवीजन द्वारा संचालित था।

जुलाई 1959 में, सोडियम रिएक्टर प्रयोग में 43 में से 13 ईंधन तत्वों के आंशिक पिघलने और रेडियोधर्मी क्षय गैसों के एक महत्वपूर्ण रिलीज से जुड़ी एक गंभीर घटना हुई।[10] रिएक्टर की मरम्मत की गई और सितंबर 1960 में सेवा में वापस आ गया और 1964 में परिचालन समाप्त हो गया। रिएक्टर ने कुल 37 GW-h बिजली का उत्पादन किया।

SRE हलम परमाणु ऊर्जा सुविधा का प्रोटोटाइप था, जो एक अन्य सोडियम-कूल्ड ग्रेफाइट-मॉडरेट SGR था जो नेब्रास्का में संचालित होता था।

मोनरो काउंटी, मिशिगन में एनरिको फर्मी न्यूक्लियर जनरेटिंग स्टेशन एक प्रायोगिक, तरल सोडियम-कूल्ड फास्ट ब्रीडर रिएक्टर था जो 1963 से 1972 तक संचालित था। यह 1963 में असैन्य परमाणु दुर्घटनाओं # 1960 की सूची थी और 1975 में इसका विमोचन किया गया था।

स्कॉटलैंड के सुदूर उत्तर में कैथनेस के डौनेरे में, यूनाइटेड किंगडम परमाणु ऊर्जा प्राधिकरण (UKAEA) ने 1959 से 1977 तक NaK को शीतलक के रूप में उपयोग करते हुए डौनेरे फास्ट रिएक्टर (DFR) का संचालन किया, जिससे 600 GW-h बिजली का निर्यात किया गया। उस अवधि में ग्रिड। यह PFR, प्रोटोटाइप फास्ट रिएक्टर द्वारा उसी साइट पर सफल हुआ, जो 1974 से 1994 तक संचालित हुआ और इसके शीतलक के रूप में तरल सोडियम का उपयोग किया।

सोवियत BN-600 रिएक्टर | BN-600 सोडियम कूल्ड है। BN-350 रिएक्टर | BN-350 और U.S. EBR-II परमाणु ऊर्जा संयंत्र सोडियम कूल्ड थे। EBR-I ने ठंडा करने के लिए एक तरल धातु मिश्र धातु NaK का उपयोग किया। NaK कमरे के तापमान पर तरल है। इंटीग्रल फास्ट रिएक्टर जैसे फास्ट ब्रीडर रिएक्टरों सहित अधिकांश फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों में लिक्विड मेटल कूलिंग का भी उपयोग किया जाता है।

कई जनरेशन IV रिएक्टरों का अध्ययन किया गया है जो लिक्विड मेटल कूल्ड हैं:

संदर्भ

  1. ↑ Bonin, Bernhard; Klein, Etienne (2012). Le nucléaire expliqué par des physiciens.
  2. ↑ Bunker, Merle E. "Early Reactors From Fermi’s Water Boiler to Novel Power Prototypes" a chapter in Los Alamos Science - Winter/ Spring 1983 Edition Page 128. Published by Los Alamos National Laboratory and available here: http://library.lanl.gov/cgi-bin/getfile?00416628.pdf
  3. ↑ "न्यूट्रॉन बिखरने की लंबाई और क्रॉस सेक्शन". www.ncnr.nist.gov.
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 Weeks, J. R.; Romano, A. J. (1969). "तरल Bi-Pb मिश्रधातुओं में Fe, Ti, Zr, और Cu का लिक्विडस वक्र और क्षरण।". Corrosion. 25 (3): 131–136. doi:10.5006/0010-9312-25.3.131. OSTI 4803122.
  5. ↑ 5.0 5.1 Gossé, Stéphane (June 2014). "लेड बिस्मथ यूटेक्टिक में आयरन, क्रोमियम और निकेल की घुलनशीलता और गतिविधि का थर्मोडायनामिक मूल्यांकन". Journal of Nuclear Materials. 449 (1–3): 122–131. Bibcode:2014JNuM..449..122G. doi:10.1016/j.jnucmat.2014.03.011. ISSN 0022-3115.
  6. ↑ Fazio, Concetta; Li, Ning; Na, Byung-Chan (2005-07-01). हेवी लिक्विड मेटल टेक्नोलॉजी पर हैंडबुक। ईंधन चक्र के ओईसीडी/एनईए कार्य दल के ढांचे में तैयार किया गया. Retrieved 2022-06-05.
  7. ↑ Atmospheric corrosion of tin and tin alloy[dead link]
  8. ↑ Ukraine advises Japan to use tin to cool Fukushima reactor Kyivpost
  9. ↑ "40 Curious Nuclear Energy Facts You Should Know". December 9, 2019.
  10. ↑ Ashley, R.L.; et al. (1961). एसआरई फ्यूल एलिमेंट डैमेज, एटॉमिक्स इंटरनेशनल एड हॉक कमेटी की अंतिम रिपोर्ट (PDF). NAA-SR-4488-supl. Archived from the original (PDF) on 2009-04-10.
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