दाबित जल रिएक्टर

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Nuclear Regulatory Commission image of pressurized water reactor vessel heads
An animation of a PWR power station with cooling towers

दाबित जल रिएक्टर (पीडब्लूआर) एक प्रकार का प्रकाश-जल परमाणु रिएक्टर है। पीडब्लूआर दुनिया के परमाणु ऊर्जा संयंत्रोंत्र के बड़े बहुमत का गठन करते हैं (यूके, जापान और कनाडा के उल्लेखनीय अपवादों के साथ) PWR में, प्राथमिक शीतलक (पानी) को उच्च दबाव में रिएक्टर कोर में पंप किया जाता है, जहां इसे परमाणुओं के परमाणु विखंडन द्वारा जारी ऊर्जा से गर्म किया जाता है। गर्म, उच्च दबाव वाला पानी फिर भाप जनरेटर में प्रवाहित होता है, जहाँ यह अपनी तापीय ऊर्जा को द्वितीयक प्रणाली के निचले दबाव वाले पानी में स्थानांतरित करता है जहाँ भाप उत्पन्न होती है। भाप टर्बाइन चलाती है, जो एक विद्युत जनरेटर को घुमाती है। उबलते पानी के रिएक्टर (PWR) के विपरीत, प्राथमिक शीतलक पाश में दबाव पानी को रिएक्टर के भीतर उबलने से रोकता है। सभी प्रकाश-जल रिएक्टर साधारण पानी का उपयोग शीतलक और न्यूट्रॉन मॉडरेटर दोनों के रूप में करते हैं। अधिकांश कहीं भी दो से चार लंबवत घुड़सवार भाप जनरेटर का उपयोग करते हैं;VVER रिएक्टर क्षैतिज भाप जनरेटर का उपयोग करते हैं।

PWR मूल रूप से परमाणु जलयान के लिए परमाणु समुद्री प्रणोदन के रूप में कार्य करने के लिए डिजाइन किए गए थे और शिपिंगपोर्ट परमाणु ऊर्जा स्टेशन पर दूसरे वाणिज्यिक बिजली संयंत्र के मूल डिजाइन में उपयोग किए गए थे।

वर्तमान में संयुक्त राज्य अमेरिका में काम कर रहे PWR को जनरेशन रिएक्टर माना जाता है। रूस के VVER रिएक्टर US PWR के समान हैं, लेकिन VVER-1200 को जनरेशन नहीं माना जाता है (नीचे देखें)। फ्रांस अपनी बिजली का बड़ा भाग उत्पन्न करने के लिए कई PWR संचालित करता है

इतिहास

रैंचो सेको न्यूक्लियर जनरेटिंग स्टेशन पीडब्ल्यूआर रिएक्टर हॉल और कूलिंग टॉवर (डीकमीशन किया जा रहा है, 2004)

कई सौ पीडब्ल्यूआर विमान वाहक ,परमाणु जलयान और बर्फ तोड़ने वालों में समुद्री प्रणोदन के लिए उपयोग किए जाते हैं। अमेरिका में, वे मूल रूप से ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला में इडाहो राष्ट्रीय प्रयोगशाला में स्थित पूर्ण रूप से परिचालन जलयान बिजली संयंत्र के साथ परमाणु जलयान बिजली संयंत्र के रूप में उपयोग के लिए डिजाइन किए गए थे। वेस्टिंगहाउस बेट्टिस परमाणु ऊर्जा प्रयोगशाला द्वारा अनुवर्ती कार्य किया गया था।[1] शिपिंगपोर्ट एटॉमिक पावर स्टेशन पर पहला विशुद्ध रूप से वाणिज्यिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र मूल रूप से दबाव वाले पानी रिएक्टर के रूप में डिजाइन किया गया था (चूंकि ग्रिड से जुड़ा पहला बिजली संयंत्रओबनिंस्क , यूएसएसआर में था),[2] एडमिरल हाइमन जी रिकोवर के आग्रह पर किए व्यवहार्य वाणिज्यिक संयंत्र में "पागल थर्मोडायनामिक चक्रों में से कोई भी सम्मिलित नहीं होगा जिसे हर कोई बनाना चाहता है"।[3]

यूनाइटेड स्टेट्स सेना परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम ने 1954 से 1974 तक प्रेशराइज्ड वाटर रिएक्टरों का संचालन किया। थ्री माइल आइलैंड न्यूक्लियर जनरेटिंग स्टेशन ने प्रारम्भ में दो प्रेशराइज्ड वाटर रिएक्टर प्लांट्स, TMI-1 और TMI-2 को संचालित किया। [4] 1979 में TMI-2 के आंशिक मंदी ने संयुक्त राज्य अमेरिका में दो दशकों के लिए परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के नए निर्माण में वृद्धि को अनिवार्य रूप से समाप्त कर दिया।[5] वाट्स बार परमाणु संयंत्र यूनिट 2 (वेस्टिंगहाउस 4-लूप PWR) 2016 में ऑनलाइन आई, जो 1996 के बाद से संयुक्त राज्य अमेरिका में पहला नया परमाणु रिएक्टर बन गया।[6] दाबित जल रिएक्टर में कई नई पीढ़ी रिएक्टर विकासवादी डिज़ाइन हैं: AP1000 , VVER-1200, ACPR1000+, APR1400, Hualong One , IPWR-900 और EPR (परमाणु रिएक्टर)। पहले AP1000 और EPR रिएक्टर 2018 में चीन में पावर ग्रिड से जुड़े थे।[7] 2020 में, NuScale Power संशोधित PWR डिज़ाइन के साथ एक छोटे मॉड्यूलर रिएक्टर के लिए परमाणु नियामक आयोग से विनियामक अनुमोदन प्राप्त करने वाली प्रथम अमेरिकी कंपनी बन गई। [8] साथ ही 2020 में, ऊर्जा प्रभाव केंद्र ने OPEN100 प्रोजेक्ट को प्रारंभ किया, जिसने PWR डिज़ाइन के साथ 100 मेगावाट के निर्माण के लिए खुला स्त्रोत ब्लूप्रिंट प्रकाशित किया।


डिजाइन

दाबित जल रिएक्टर में शक्ति अंतरण की सचित्र व्याख्या। प्राथमिक शीतलक नारंगी रंग में है और द्वितीयक शीतलक (भाप और बाद में फीडवाटर) नीले रंग में है।
रिएक्टर दबाव पोत (लाल), स्टीम जनरेटर (न्यूक्लियर पावर) (बैंगनी), प्रेशराइज़र_(न्यूक्लियर_पॉवर) (नीला), और तीन कूलेंट लूप Hualong One डिज़ाइन में पंप (हरा) दिखाते हुए प्राइमरी कूलेंट सिस्टम

रिएक्टर दबाव पोत में परमाणु ईंधन नियंत्रित विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया में लगा हुआ है, जो गर्मी उत्पन्न करता है, ईंधन आवरण के माध्यम से तापीय चालन द्वारा प्राथमिक शीतलक पाश में पानी को गर्म करता है[9][10] गर्म प्राथमिक शीतलक को भाप जनरेटर (परमाणु ऊर्जा) नामक उष्मा का आदान प्रदान करने वाले पंप में किया जाता है, जहां यह कई हजार छोटे ट्यूबों के माध्यम से बहता है।[11]हीट को इन ट्यूबों की दीवारों के माध्यम से एक्सचेंजर के खोल पक्ष पर स्थित निचले दबाव वाले माध्यमिक शीतलक में स्थानांतरित किया जाता है जहां माध्यमिक शीतलक दबाव वाली भाप में वाष्पित हो जाता है। द्वितीयक शीतलक को रेडियोधर्मी बनने से रोकने के लिए दो तरल पदार्थों को मिलाए बिना ऊष्मा का यह स्थानांतरण पूरा किया जाता है।[9] यू-ट्यूब या सिंगल पास हीट एक्सचेंजर्स कुछ सामान्य भाप जनरेटर व्यवस्था हैं।

परमाणु ऊर्जा स्टेशन में, दबाव वाली भाप को भाप टरबाइन के माध्यम से खिलाया जाता है जो संचरण के लिए विद्युत ग्रिड से जुड़ेविद्युत जनरेटर को चलाता है। टर्बाइन से निकलने के पश्चात द्वितीयक शीतलक (जल-वाष्प मिश्रण) को ठंडा किया जाता है और संघनित्र में संघनित किया जाता है। संघनित्र भाप को तरल में परिवर्तित करता है ताकि इसे वापस भाप जनरेटर में पंप किया जा सके, और टरबाइन आउटलेट पर वैक्यूम बनाए रखता है ताकि टरबाइन में दबाव कम हो, इसलिए भाप से निकाली गई ऊर्जा अधिकतम हो। भाप जनरेटर में डाले जाने से पहले, संघनित भाप (फीडवाटर के रूप में संदर्भित) को कभी-कभी थर्मल शॉक को कम करने के लिए पहले से गरम किया जाता है।[12] उत्पन्न भाप के बिजली उत्पादन के अतिरिक्त अन्य उपयोग भी हैं। परमाणु जहाजों और जलयानों में, प्रणोदन के लिए उपयोग किए जाने वाले शाफ्ट में गति कम करने वाले गियर के सेट से जुड़े भाप टरबाइन के माध्यम से भाप को खिलाया जाता है। भाप के विस्तार द्वारा प्रत्यक्ष यांत्रिक क्रिया का उपयोग भाप से चलने वाले विमान गुलेल या इसी प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। भाप द्वारा ऊष्मा या गर्म पानी की आपूर्ति का उपयोग कुछ देशों में किया जाता है और आंतरिक संयंत्र अनुप्रयोगों के लिए सीधे हीटिंग लागू किया जाता है।अन्य प्रकार के रिएक्टरों की तुलना में दाबित जल रिएक्टर ( PWR) के लिए दो चीजें विशिष्ट हैं: भाप प्रणाली से कूलेंट लूप अलगाव और प्राथमिक कूलेंट लूप के अंदर दबाव। PWR में, दो अलग-अलग शीतलक लूप (प्राथमिक और द्वितीयक) होते हैं, जो दोनों डिमिनरलाइज्ड / विआयनीकृत पानी से भरे होते हैं। उबलते पानी रिएक्टर, इसके विपरीत, केवल शीतलक पाश होता है, जबकि ब्रीडर रिएक्टर जैसे अधिक विदेशी डिजाइन शीतलक और मंदक के लिए पानी के अलावा अन्य पदार्थों का उपयोग करते हैं (उदाहरण के लिए शीतलक के रूप में इसकी तरल अवस्था में सोडियम या मॉडरेटर के रूप में ग्रेफाइट) प्राथमिक कूलेंट लूप में दबाव सामान्यतः 15–16 megapascals (150–160 bar), जो अन्य परमाणु रिएक्टरों की तुलना में उल्लेखनीय रूप से अधिक है, और उबलते पानी रिएक्टर (बीडब्ल्यूआर) से लगभग दोगुना है। इसके प्रभाव के रूप में, केवल स्थानीयकृत क्वथन होता है और भाप बल्क द्रव में पुन: संघनित होगी। इसके विपरीत, उबलते पानी के रिएक्टर में प्राथमिक शीतलक को उबालने के लिए डिज़ाइन किया गया है। [13]


रिएक्टर

पीडब्लूआर रिएक्टर दबाव पोत

शीतलक

पीडब्ल्यूआर में प्राथमिक शीतलक के रूप में पानी का उपयोग किया जाता है।पानी लगभग 548 K (275 °C; 527 °F) पर रिएक्टर के कोर के नीचे से प्रवेश करता है और गर्म होता है क्योंकि यह रिएक्टर कोर के माध्यम से लगभग 588 K (315 °C; 599 °F) के तापमान तक ऊपर की ओर बहता है। प्राथमिक शीतलक लूप में उच्च दबाव के कारण उच्च तापमान के बाद भी पानी तरल रहता है, सामान्यतः लगभग 155 बार (इकाई) (15.0 मेगापास्कल 153 वायुमंडल (यूनिट), 2,250 पीएसआई) PWR में पानी 647 K (374 °C; 705 °F) के तापमान या 22.064 MPa (3200 psi या 218 atm) के दबाव से अधिक नहीं हो सकता, क्योंकि ये पानी के महत्वपूर्ण बिंदु (थर्मोडायनामिक्स) हैं। [14] सुपरक्रिटिकल वॉटर रिएक्टर (2022 तक) केवल प्रस्तावित अवधारणा है जिसमें शीतलक कभी भी सुपरक्रिटिकल स्थिति नहीं छोड़ेगा। चूंकि, इसके लिए PWR से भी अधिक दबाव की आवश्यकता होती है और जंग के उद्देश्य का कारण बन सकता है, अब तक ऐसा कोई रिएक्टर नहीं बनाया गया है।

प्रेशराइज़र

Main article: Pressurizer

प्राथमिक सर्किट में दबाव प्रेशराइज़र द्वारा बनाए रखा जाता है, अलग बर्तन जो प्राथमिक सर्किट से जुड़ा होता है और आंशिक रूप से पानी से भरा होता है जिसे जलमग्न विद्युत हीटरों द्वारा वांछित दबाव के लिए संतृप्ति तापमान (क्वथनांक) तक गर्म किया जाता है। 155 बार (15.5 MPa) का दबाव प्राप्त करने के लिए, प्रेशराइज़र का तापमान 345 °C (653 °F) पर बनाए रखा जाता है, जो 30 का सबकूलिंग मार्जिन (प्रेसराइज़र तापमान और रिएक्टर कोर में उच्चतम तापमान के मध्य का अंतर) देता है। डिग्री सेल्सियस (54 डिग्री फारेनहाइट) चूंकि 155 बार पर 345 डिग्री सेल्सियस पानी का क्वथनांक है, तरल पानी चरण परिवर्तन के किनारे पर है। रिएक्टर कूलेंट सिस्टम में थर्मल ट्रांसिएंट्स के परिणाम स्वरूप प्रेशराइज़र लिक्विड / स्टीम वॉल्यूम में बड़े झूलों का परिणाम होता है, और कुल प्रेशराइज़र वॉल्यूम हीटरों को उजागर किए बिना या प्रेशराइज़र को खाली किए बिना इन ट्रांसिएंट्स को अवशोषित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। प्राथमिक शीतलक प्रणाली में दबाव के क्षणिक दबाव में तापमान क्षणिक के रूप में प्रकट होते हैं और स्वचालित हीटर और पानी के स्प्रे के उपयोग के माध्यम से नियंत्रित होते हैं, जो क्रमशः दबावक तापमान को बढ़ाते और कम करते हैं।[15]


पंप

शीतलक को शक्तिशाली पंपों द्वारा प्राथमिक सर्किट के चारों ओर पंप किया जाता है।[16] इन पंपों की प्रति मिनट ~ 100,000 गैलन शीतलक की दर है। रिएक्टर कोर के माध्यम से गर्मी लेने के बाद, प्राथमिक शीतलक भाप जनरेटर में गर्मी को कम दबाव वाले माध्यमिक सर्किट में पानी में स्थानांतरित करता है, द्वितीयक शीतलक को संतृप्त भाप में वाष्पित करता है - अधिकांश डिजाइनों में 6.2 एमपीए (60 एटीएम, 900 पीएसआईए) , 275 °C (530 °F) — भाप टर्बाइन में उपयोग के लिए ठंडे  किए गए प्राथमिक शीतलक को फिर से गर्म करने के लिए रिएक्टर पोत में लौटा दिया जाता है।

मॉडरेटर

Main article: Passive nuclear safety

सभी तापीय रिएक्टर डिजाइनों की तरह दाबित पानी रिएक्टरों को परमाणु ईंधन के साथ संपर्क करने और श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए तेजी से विखंडन न्यूट्रॉन को धीमा करने की आवश्यकता होती है (एक प्रक्रिया जिसे मॉडरेशन या थर्मलाइजिंग कहा जाता है)। PWRs में शीतलक जल का उपयोग न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में किया जाता है, जिससे न्यूट्रॉन पानी में हल्के हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ कई टकरावों से गुजरते हैं, जिससे प्रक्रिया में गति कम हो जाती है। न्यूट्रॉन का यह मॉडरेटिंग अधिक बार तब होगा जब पानी अधिक घना होगा (अधिक टकराव होगा)। मंदक के रूप में पानी का उपयोग PWRs की एक महत्वपूर्ण सुरक्षा विशेषता है, क्योंकि तापमान में वृद्धि से पानी का विस्तार हो सकता है, पानी के अणुओं के बीच अधिक 'अंतराल' दे सकता है और तापीयकरण की संभावना को कम कर सकता है - जिससे न्यूट्रॉन की सीमा कम हो जाती है। मंद होते हैं और इसलिए रिएक्टर में प्रतिक्रियाशीलता को कम करते हैं। इसलिए, यदि प्रतिक्रियाशीलता सामान्य से अधिक बढ़ जाती है, तो न्यूट्रॉन के कम मॉडरेशन के कारण श्रृंखला प्रतिक्रिया धीमी हो जाएगी, जिससे कम गर्मी पैदा होगी। प्रतिक्रियाशीलता के नकारात्मक तापमान गुणांक के रूप में जाना जाने वाला यह गुण, PWR रिएक्टरों को बहुत स्थिर बनाता है। इस प्रक्रिया को 'स्व-विनियमन' के रूप में संदर्भित किया जाता है, अर्थात शीतलक जितना अधिक गर्म होता है, संयंत्र उतना ही कम प्रतिक्रियाशील होता है, क्षतिपूर्ति करने के लिए खुद को थोड़ा बंद कर देता है और इसके विपरीत। इस प्रकार संयंत्र नियंत्रण छड़ों की स्थिति द्वारा निर्धारित तापमान के आसपास खुद को नियंत्रित करता है।

इसके विपरीत, चेरनोबिल में उपयोग किए गए आरबीएमके रिएक्टर डिजाइन, जो पानी के बजाय ग्रेफाइट का उपयोग मॉडरेटर के रूप में करता है और उबलते पानी को शीतलक के रूप में उपयोग करता है, में प्रतिक्रियाशीलता का एक बड़ा सकारात्मक थर्मल गुणांक होता है जो शीतलक पानी के तापमान में वृद्धि होने पर गर्मी उत्पादन को बढ़ाता है। यह आरबीएमके डिजाइन को दबाव वाले जल रिएक्टरों की तुलना में कम स्थिर बनाता है। मॉडरेटर के रूप में काम करते समय न्यूट्रॉन को धीमा करने की अपनी संपत्ति के अलावा, पानी में न्यूट्रॉन को अवशोषित करने की संपत्ति भी होती है, हालांकि कुछ हद तक। जब शीतलक जल का तापमान बढ़ता है, तो क्वथनांक बढ़ जाता है, जिससे रिक्तियाँ बन जाती हैं। इस प्रकार थर्मल न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए कम पानी है जो पहले से ही ग्रेफाइट मॉडरेटर द्वारा धीमा कर दिया गया है, जिससे प्रतिक्रियाशीलता में वृद्धि हुई है। इस संपत्ति को प्रतिक्रियाशीलता का शून्य गुणांक कहा जाता है, और चेरनोबिल जैसे आरबीएमके रिएक्टर में, शून्य गुणांक सकारात्मक और काफी बड़ा होता है, जिससे तेजी से संक्रमण होता है। आरबीएमके रिएक्टर की यह डिजाइन विशेषता आम तौर पर चेरनोबिल आपदा के कई कारणों में से एक के रूप में देखी जाती है।[17] भारी पानी में बहुत कम न्यूट्रॉन अवशोषण होता है, इसलिए भारी पानी रिएक्टर ों में सकारात्मक शून्य गुणांक होता है,[citation needed] हालांकि CANDU रिएक्टर डिज़ाइन इस मुद्दे को अनरिचर्ड, प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग करके कम करता है; इन रिएक्टरों को कई निष्क्रिय सुरक्षा प्रणालियों के साथ डिज़ाइन किया गया है जो मूल RBMK डिज़ाइन में नहीं पाए गए हैं। शीतलक दुर्घटना के कुल नुकसान के मामले में | शीतलक/मॉडरेटर की हानि (एक रिएक्टर में जहां भारी पानी शीतलक और मॉडरेटर दोनों होता है) एक स्वचालित दौड़ना होता है, जैसा कि हल्के पानी रिएक्टर में होता है। इसके अलावा, जब एक भारी पानी रिएक्टर को आपातकालीन शीतलक के रूप में (साधारण) हल्के पानी की आपूर्ति की जाती है तो कोई क्रांतिक नहीं होता है। जला के आधार पर, गंभीर दुर्घटना से बचने के लिए बोरिक एसिड या अन्य न्यूट्रॉन जहर को आपातकालीन शीतलक में जोड़ना होगा।

पीडब्ल्यूआर को कम मॉडरेट स्थिति में बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसका अर्थ है कि पानी की मात्रा में वृद्धि या घनत्व में वृद्धि के लिए जगह है, क्योंकि अगर मॉडरेशन संतृप्ति के करीब था, तो मॉडरेटर / शीतलक के घनत्व में कमी न्यूट्रॉन अवशोषण को महत्वपूर्ण रूप से कम कर सकती है जबकि मॉडरेशन को केवल थोड़ा कम करना, शून्य गुणांक को सकारात्मक बनाना। इसके अलावा, हल्का पानी वास्तव में भारी पानी की तुलना में न्यूट्रॉन का कुछ हद तक मजबूत मॉडरेटर होता है, हालांकि भारी पानी का न्यूट्रॉन अवशोषण बहुत कम होता है। इन दो तथ्यों के कारण, हल्के पानी के रिएक्टरों में अपेक्षाकृत कम मॉडरेटर मात्रा होती है और इसलिए कॉम्पैक्ट कोर होते हैं। एक अगली पीढ़ी का डिज़ाइन, सुपरक्रिटिकल वॉटर रिएक्टर, और भी कम संचालित है। एक कम संयमित न्यूट्रॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रम कैप्चर/विखंडन अनुपात को खराब करता है 235यू और विशेष रूप से 239पु, जिसका अर्थ है कि अधिक विखंडनीय नाभिक न्यूट्रॉन अवशोषण पर विखंडन करने में विफल होते हैं और इसके बजाय न्यूट्रॉन को एक भारी गैर-विखंडनीय आइसोटोप बनने के लिए कैप्चर करते हैं, एक या एक से अधिक न्यूट्रॉन बर्बाद करते हैं और भारी ट्रांसयूरानिक एक्टिनाइड्स के संचय में वृद्धि करते हैं, जिनमें से कुछ लंबे आधे- जीवन।

ईंधन

Main article: Nuclear fuel
NS 'Savannah के दबाव वाले जल रिएक्टर से है। बैबॉक और विलकॉक्स द्वारा डिजाइन और निर्मित।

संवर्धन के बाद, यूरेनियम डाइऑक्साइड (UO
2) समृद्ध यूरेनियम डाइऑक्साइड के कठोर, सिरेमिक छर्रों को बनाने के लिए पाउडर को एक उच्च तापमान, सिंटरिंग भट्टी में निकाल दिया जाता है। बेलनाकार छर्रों को फिर एक जंग प्रतिरोधी जिरकोनियम धातु मिश्र धातु जिरकोलॉय में पहना जाता है जो गर्मी चालन में सहायता करने और रिसाव का पता लगाने के लिए हीलियम से बैकफिल किया जाता है। Zircaloy को इसके यांत्रिक गुणों और इसके कम अवशोषण क्रॉस सेक्शन के कारण चुना गया है।[18] तैयार ईंधन की छड़ों को ईंधन असेंबलियों में समूहीकृत किया जाता है, जिन्हें ईंधन बंडल कहा जाता है, जिनका उपयोग तब रिएक्टर के कोर के निर्माण के लिए किया जाता है। एक सामान्य पीडब्लूआर में प्रत्येक 200 से 300 छड़ों की ईंधन असेंबली होती है, और एक बड़े रिएक्टर में लगभग 150-250 ऐसी असेंबली होती है जिसमें 80-100 टन यूरेनियम होता है। आम तौर पर, ईंधन बंडलों में 14 × 14 से 17 × 17 के बंडल वाली ईंधन छड़ें होती हैं। एक पीडब्ल्यूआर 900 से 1,600 मेगावाट के ऑर्डर पर उत्पादन करता हैe. PWR ईंधन बंडल की लंबाई लगभग 4 मीटर है।[19]

अधिकांश वाणिज्यिक पीडब्ल्यूआर के लिए ईंधन भरने का चक्र 18-24 महीने का होता है। लगभग एक तिहाई कोर को प्रत्येक ईंधन भरने के लिए बदल दिया जाता है, हालांकि कुछ और आधुनिक ईंधन भरने वाली योजनाएं ईंधन भरने के समय को कुछ दिनों तक कम कर सकती हैं और कम आवधिकता पर ईंधन भरने की अनुमति दे सकती हैं।[20]


नियंत्रण

पीडब्ल्यूआर में रिएक्टर पावर को भाप के प्रवाह में वृद्धि या कमी के कारण तापमान परिवर्तन की प्रतिक्रियाशीलता प्रतिक्रिया के कारण निम्नलिखित भाप (टरबाइन) की मांग के रूप में देखा जा सकता है। (देखें: नकारात्मक तापमान गुणांक ।) वांछित बिंदु पर प्राथमिक प्रणाली के तापमान को बनाए रखने के लिए बोरॉन और कैडमियम नियंत्रण छड़ का उपयोग किया जाता है। शक्ति कम करने के लिए, ऑपरेटर टरबाइन इनलेट वाल्वों को बंद कर देता है। इससे भाप जनरेटर से कम भाप खींची जा सकेगी। इससे तापमान में प्राथमिक पाश में वृद्धि होती है। उच्च तापमान प्राथमिक रिएक्टर शीतलक पानी के घनत्व को कम करने का कारण बनता है, जिससे उच्च न्यूट्रॉन गति की अनुमति मिलती है, इस प्रकार कम विखंडन और बिजली उत्पादन में कमी आती है। बिजली की इस कमी के परिणामस्वरूप अंततः प्राथमिक प्रणाली का तापमान अपने पिछले स्थिर-अवस्था मूल्य पर लौट आएगा। ऑपरेटर बोरिक एसिड और/या नियंत्रण छड़ों के आंदोलन के अतिरिक्त स्थिर राज्य ऑपरेटिंग तापमान को नियंत्रित कर सकता है।

100% शक्ति बनाए रखने के लिए प्रतिक्रियाशीलता समायोजन, क्योंकि अधिकांश वाणिज्यिक पीडब्ल्यूआर में ईंधन को जला दिया जाता है, आमतौर पर प्राथमिक रिएक्टर शीतलक में भंग बोरिक एसिड की एकाग्रता को अलग करके प्राप्त किया जाता है। बोरॉन आसानी से न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है और रिएक्टर कूलेंट में इसकी एकाग्रता को बढ़ाना या घटाना तदनुसार न्यूट्रॉन गतिविधि को प्रभावित करेगा। उच्च दबाव वाले प्राथमिक लूप से पानी निकालने और बोरिक एसिड की अलग-अलग सांद्रता के साथ पानी को वापस इंजेक्ट करने के लिए उच्च दबाव पंपों (आमतौर पर चार्जिंग और लेटडाउन सिस्टम कहा जाता है) से युक्त एक संपूर्ण नियंत्रण प्रणाली की आवश्यकता होती है। रिएक्टर नियंत्रण छड़ें, रिएक्टर वेसल हेड के माध्यम से सीधे ईंधन बंडलों में डाली जाती हैं, निम्नलिखित कारणों से चलती हैं: रिएक्टर शुरू करने के लिए, रिएक्टर में प्राथमिक परमाणु प्रतिक्रियाओं को बंद करने के लिए, लघु अवधि के यात्रियों को समायोजित करने के लिए, जैसे टर्बाइन पर लोड में परिवर्तन,

परमाणु ज़हर सूची की भरपाई करने और परमाणु ईंधन की कमी की भरपाई के लिए नियंत्रण छड़ का भी उपयोग किया जा सकता है। हालांकि, प्राथमिक शीतलक बोरिक एसिड एकाग्रता को बदलकर इन प्रभावों को आमतौर पर समायोजित किया जाता है।

इसके विपरीत, उबलते पानी के रिएक्टरों में रिएक्टर शीतलक में कोई बोरॉन नहीं होता है और रिएक्टर शीतलक प्रवाह दर को समायोजित करके रिएक्टर शक्ति को नियंत्रित करता है।

लाभ

तापमान बढ़ने पर कम बिजली पैदा करने की प्रवृत्ति के कारण पीडब्लूआर रिएक्टर बहुत स्थिर होते हैं; यह रिएक्टर को स्थिरता के दृष्टिकोण से संचालित करना आसान बनाता है।

पीडब्ल्यूआर टर्बाइन साइकिल लूप प्राथमिक लूप से अलग होता है, इसलिए सेकेंडरी लूप में पानी रेडियोधर्मी पदार्थों से दूषित नहीं होता है।

प्राथमिक परमाणु प्रतिक्रिया को तुरंत रोकने के लिए ऑफसाइट पावर खो जाने की स्थिति में पीडब्ल्यूआर निष्क्रिय रूप से रिएक्टर को खंगाल सकते हैं। नियंत्रण छड़ें विद्युत चुम्बकों द्वारा पकड़ी जाती हैं और गुरुत्वाकर्षण द्वारा गिरती हैं जब करंट खो जाता है; पूर्ण सम्मिलन प्राथमिक परमाणु प्रतिक्रिया को सुरक्षित रूप से बंद कर देता है।

पीडब्लूआर प्रौद्योगिकी परमाणु नौसेना विकसित करने की मांग करने वाले राष्ट्रों द्वारा समर्थित है; कॉम्पैक्ट रिएक्टर परमाणु पनडुब्बियों और अन्य परमाणु जहाजों में अच्छी तरह से फिट होते हैं।

पीडब्ल्यूआर विश्व स्तर पर सबसे अधिक तैनात प्रकार के रिएक्टर हैं, जो नए संयंत्रों और मौजूदा संयंत्रों के पुर्जों के आपूर्तिकर्ताओं की एक विस्तृत श्रृंखला की अनुमति देते हैं। अपने संचालन के लंबे अनुभव के कारण वे परमाणु ऊर्जा में मौजूद परिपक्व प्रौद्योगिकी के सबसे करीब हैं।

पीडब्ल्यूआर - प्रकार के आधार पर - एमओएक्स-ईंधन और/या रूसी रीमिक्स ईंधन (जिसमें कम है) से भरा जा सकता है 239
Pu और एक उच्च 235
U नियमित U/Pu MOX-ईंधन की तुलना में सामग्री) एक (आंशिक रूप से) बंद परमाणु ईंधन चक्र की अनुमति देता है

पानी एक गैर विषैले, पारदर्शी, रासायनिक रूप से गैर-प्रतिक्रियाशील (जैसे NaK के साथ तुलना करके) शीतलक है जो कमरे के तापमान पर तरल होता है जो दृश्य निरीक्षण और रखरखाव को आसान बनाता है। भारी पानी या परमाणु ग्रेफाइट के विपरीत प्राप्त करना भी आसान और सस्ता है

प्राकृतिक यूरेनियम पर चलने वाले रिएक्टरों की तुलना में, पीडब्ल्यूआर अपेक्षाकृत उच्च बर्नअप प्राप्त कर सकते हैं। एक विशिष्ट पीडब्ल्यूआर प्रत्येक 18-24 महीनों में अपने ईंधन भार के एक चौथाई से एक तिहाई का आदान-प्रदान करेगा और रखरखाव और निरीक्षण करेगा, जिसके लिए इस विंडो के लिए निर्धारित रिएक्टर को बंद करने की आवश्यकता है। जबकि प्राकृतिक यूरेनियम ईंधन वाले रिएक्टर की तुलना में उत्पादित बिजली की प्रति यूनिट अधिक यूरेनियम अयस्क की खपत होती है, खर्च किए गए ईंधन की मात्रा कम यूरेनियम के संतुलन के साथ कम होती है जिसका रेडियोलॉजिकल खतरा प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में कम होता है।

नुकसान

उच्च तापमान पर तरल बने रहने के लिए शीतलक के पानी पर अत्यधिक दबाव होना चाहिए। इसके लिए उच्च शक्ति वाले पाइपिंग और एक भारी दबाव पोत की आवश्यकता होती है और इसलिए निर्माण लागत बढ़ जाती है। उच्च दबाव शीतलक के नुकसान की दुर्घटना के परिणामों को बढ़ा सकता है।[21] रिएक्टर प्रेशर वेसल डक्टाइल स्टील से निर्मित होता है लेकिन, जैसा कि प्लांट संचालित होता है, रिएक्टर से न्यूट्रॉन फ्लक्स इस स्टील को कम डक्टाइल बनने का कारण बनता है। आखिरकार स्टील की लचीलापन लागू बॉयलर और दबाव पोत मानकों द्वारा निर्धारित सीमा तक पहुंच जाएगी, और दबाव वाले पोत की मरम्मत या प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। यह व्यावहारिक या आर्थिक नहीं हो सकता है, और इसलिए पौधे का जीवन निर्धारित करता है।

रिएक्टर कूलेंट पंप, प्रेशराइज़र और स्टीम जनरेटर जैसे अतिरिक्त उच्च दबाव वाले घटकों की भी आवश्यकता होती है। इससे पीडब्लूआर बिजली संयंत्र की पूंजीगत लागत और जटिलता भी बढ़ जाती है।

बोरिक एसिड के साथ उच्च तापमान जल शीतलक कार्बन स्टील (लेकिन स्टेनलेस स्टील नहीं) के लिए संक्षारक है; यह रेडियोधर्मी जंग उत्पादों को प्राथमिक शीतलक पाश में फैलाने का कारण बन सकता है। यह न केवल रिएक्टर के जीवनकाल को सीमित करता है, बल्कि सिस्टम जो जंग उत्पादों को फ़िल्टर करते हैं और बोरिक एसिड एकाग्रता को समायोजित करते हैं, रिएक्टर की समग्र लागत और विकिरण जोखिम में काफी वृद्धि करते हैं। एक उदाहरण में, यह रॉड ड्राइव तंत्र को नियंत्रित करने के लिए गंभीर जंग का परिणाम है जब बोरिक एसिड समाधान तंत्र और प्राथमिक प्रणाली के बीच सील के माध्यम से लीक हो गया।[22][23] दबाव वाले पानी रिएक्टर के प्राथमिक शीतलक लूप को बोरॉन के साथ लोड करने की आवश्यकता के कारण, पानी में अवांछित रेडियोधर्मी माध्यमिक ट्रिटियम उत्पादन समान शक्ति के उबलते पानी रिएक्टरों की तुलना में 25 गुना अधिक होता है, क्योंकि इसमें न्यूट्रॉन मॉडरेटिंग तत्व की अनुपस्थिति होती है। शीतलक पाश। ट्रिटियम एक बोरॉन -10 परमाणु के नाभिक में एक तेज़ न्यूट्रॉन के अवशोषण द्वारा बनाया जाता है जो बाद में लिथियम -7 और ट्रिटियम परमाणु में विभाजित हो जाता है। दाबित जल रिएक्टर सामान्य प्रचालन के भाग के रूप में सालाना कई सौ क्यूरी (इकाई) ट्रिटियम को पर्यावरण में उत्सर्जित करते हैं।[24] प्राकृतिक यूरेनियम केवल 0.7% यूरेनियम-235 है, थर्मल रिएक्टरों के लिए आवश्यक आइसोटोप। इससे यूरेनियम ईंधन को समृद्ध करना आवश्यक हो जाता है, जिससे ईंधन उत्पादन की लागत में काफी वृद्धि होती है। प्राकृतिक यूरेनियम पर चलने वाले रिएक्टरों की तुलना में, यूरेनियम अयस्क की प्रति यूनिट कम ऊर्जा उत्पन्न होती है, हालांकि एक उच्च बर्नअप प्राप्त किया जा सकता है। परमाणु पुनर्संसाधन प्राकृतिक यूरेनियम और समृद्ध यूरेनियम रिएक्टरों दोनों की ईंधन आपूर्ति को बढ़ा सकता है, लेकिन वास्तव में केवल हल्के जल रिएक्टरों के लिए अभ्यास किया जाता है जो हल्के से समृद्ध ईंधन के साथ खर्च किए गए ईंधन के रूप में काम करते हैं। CANDU रिएक्टरों में विखंडनीय सामग्री बहुत कम है।

क्योंकि पानी एक न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में कार्य करता है, PWR डिज़ाइन के साथ एक फास्ट-न्यूट्रॉन रिएक्टर बनाना संभव नहीं है। एक कम मॉडरेशन जल रिएक्टर हालांकि एक ब्रीडर रिएक्टर # प्रजनन अनुपात एकता से अधिक प्राप्त कर सकता है, हालांकि इस रिएक्टर डिजाइन के अपने नुकसान हैं।[25] पीडब्लूआर से खर्च किए गए ईंधन में आमतौर पर प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में विखंडनीय सामग्री की मात्रा अधिक होती है। परमाणु पुनर्संसाधन के बिना, इस विखंडनीय सामग्री का उपयोग PWR में ईंधन के रूप में नहीं किया जा सकता है। हालाँकि, इसे CANDU में उपयोग किया जा सकता है, DUPIC नामक प्रक्रिया में केवल न्यूनतम पुनर्संसाधन के साथ - CANDU में खर्च किए गए PWR ईंधन का प्रत्यक्ष उपयोग।[26] थर्मल दक्षता, उबलते पानी रिएक्टरों से बेहतर होने पर, उच्च तापमान गैसों, तरल धातुओं या पिघला हुआ नमक के साथ ठंडा होने वाले उच्च ऑपरेटिंग तापमान वाले रिएक्टरों के मूल्यों को प्राप्त नहीं कर सकता है। इसी तरह पीडब्लूआर से ली गई प्रक्रिया गर्मी अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है क्योंकि इसके लिए अधिक तापमान की आवश्यकता होती है 400 °C (752 °F).

रेडिओलिसिस और कुछ दुर्घटना परिदृश्य जिनमें गर्म भाप और जिरकलॉय क्लैडिंग के बीच परस्पर क्रिया शामिल होती है, संभावित दुर्घटना परिदृश्य के रूप में ठंडे पानी से हाइड्रोजन का उत्पादन कर सकते हैं जिससे हाइड्रोजन विस्फोट हो सकता है। फुकुशिमा परमाणु दुर्घटना के दौरान नियंत्रण भवन को नुकसान पहुँचाने वाला हाइड्रोजन विस्फोट एक प्रमुख चिंता का विषय था। कुछ रिएक्टरों में उत्प्रेरक पुनः संयोजक होते हैं जो गैर-विस्फोटक फैशन में परिवेशी ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन प्रतिक्रिया करते हैं।

यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. ↑ "Rickover: Setting the Nuclear Navy's Course". ORNL Review. Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy. Archived from the original on 2007-10-21. Retrieved 2008-05-21.
  2. ↑ "Russia's Nuclear Fuel Cycle". world-nuclear.org. World Nuclear Association. May 2018. Retrieved 2018-09-17. In 1954 the world's first nuclear powered electricity generator began operation in the then closed city of Obninsk at the Institute of Physics and Power Engineering (FEI or IPPE).
  3. ↑ Rockwell, Theodore (1992). The Rickover Effect. Naval Institute Press. p. 162. ISBN 978-1557507020.
  4. ↑ Mosey 1990, pp. 69–71
  5. ↑ "50 Years of Nuclear Energy" (PDF). IAEA. Retrieved 2008-12-29.
  6. ↑ Blau, Max (October 21, 2016). "First new US nuclear reactor in 20 years goes live". CNN. Retrieved November 23, 2021.
  7. ↑ Proctor, Darrell (July 5, 2018). "First Commercial AP1000, EPR Reactors Connected to Grid". Power Magazine. Retrieved November 23, 2021.
  8. ↑ Ridler, Keith (September 2, 2020). "US gives first-ever OK for small commercial nuclear reactor". Associated Press. Retrieved November 23, 2021.
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  12. ↑ Glasstone & Sesonske 1994, p. 769
  13. ↑ Duderstadt & Hamilton 1976, pp. 91–92
  14. ↑ International Association for the Properties of Water and Steam, 2007.
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  17. ↑ Mosey 1990, pp. 92–94
  18. ↑ Forty, C.B.A.; P.J. Karditsas. "Uses of Zirconium Alloys in Fusion Applications" (PDF). EURATOM/UKAEA Fusion Association, Culham Science Center. Archived from the original (PDF) on February 25, 2009. Retrieved 2008-05-21.
  19. ↑ Glasstone & Sesonske 1994, p. 21
  20. ↑ Duderstadt & Hamilton 1976, p. 598
  21. ↑ Tong 1988, pp. 216–217
  22. ↑ "Davis-Besse: The Reactor with a Hole in its Head" (PDF). UCS -- Aging Nuclear Plants. Union of Concerned Scientists. Retrieved 2008-07-01.
  23. ↑ Wald, Matthew (May 1, 2003). "Extraordinary Reactor Leak Gets the Industry's Attention". New York Times. Retrieved 2009-09-10.
  24. ↑ "Frequently Asked Questions About Liquid Radioactive Releases".
  25. ↑ Duderstadt & Hamilton 1976, p. 86
  26. ↑ Wang, Brian (2009-04-15). "DUPIC Fuel Cycle : Direct Use of Pressurized Water Reactor Spent Fuel in CANDU". NextBigFuture.com. Retrieved 2022-03-08.


संदर्भ


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