लिक्विड मेटल कूल्ड रिएक्टर
तरल धातु ठंडा परमाणु रिएक्टर, या एलएमआर प्रकार का परमाणु रिएक्टर होता है जहाँ प्राथमिक परमाणु रिएक्टर शीतलक तरल धातु का उपयोग किया जाता है। तरल धातु ठंडा रिएक्टर को पहले ब्रीडर रिएक्टर विद्युत के उत्पादन के लिए अनुकूलित किया गया था। उनका उपयोग परमाणु पनडुब्बी को शक्ति देने के लिए भी किया गया है।
इस प्रकार से उनकी उच्च तापीय चालकता के कारण, धातु शीतलक गर्मी को प्रभावी ढंग से दूर करते हैं, जिससे उच्च शक्ति घनत्व को सक्षम करता 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 होते हैं, जो की सुरक्षा और देखरेख के अभिप्राय को प्रस्तुत करता है जो तरल धातु डिजाइनों की कमी होती है। इसके अतिरिक्त, उच्च ऊष्मप्रवैगिकी दक्षता के साथ विद्युत शक्ति रूपांतरण को चलाने के लिए तरल धातु के उच्च तापमान का उपयोग किया जाता है। यह उन्हें परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में विद्युत उत्पादन, निवेश प्रभावशीलता और ईंधन दक्षता में सुधार के लिए आकर्षक बनाता है।
इस प्रकार से तरल धातु, विद्युत रूप से अत्यधिक प्रवाहकीय होने के कारण विद्युत चुम्बकीय पंप के द्वारा स्थानांतरित का उपयोग किया जाता है।[1] और हानि क समय अपारदर्शी पिघली हुई धातु में डूबे रिएक्टर के निरीक्षण और त्रुटिनिवारण से जुड़ी कठिनाइयाँ सम्मिलित होती हैं, और धातु की पसंद के आधार पर, आग के खतरे का कठिन (क्षार धातुओं के लिए), जंग और/या रेडियोधर्मी सक्रियण उत्पादों का उत्पादन उद्देश्य हो सकता है।
डिजाइन
तरल धातु शीतलक को थर्मल-न्यूट्रॉन रिएक्टर थर्मल- और फास्ट-न्यूट्रॉन रिएक्टर दोनों पर प्रयुक्त किया गया है।
वर्तमान समय में , सबसे तीव्र न्यूट्रॉन रिएक्टर तरल धातु शीतलक तेज रिएक्टर (एलएमएफआर) रहे हैं। जब ब्रीडर रिएक्टर (उदाहरण के लिए ब्रीडिंग कंबल के साथ) के रूप में कॉन्फ़िगर किया जाता है, तो ऐसे रिएक्टरों को तरल मेटल फास्ट ब्रीडर रिएक्टर | तरल मेटल फास्ट ब्रीडर रिएक्टर (एलएमएफबीआर) कहा जाता है।
शीतलक गुण
इस प्रकार से 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 होना चाहिए ।
तरल धातुओं में सामान्यतः 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 बनाया जाता है, जिससे दुर्घटना की संभावना नाटकीय रूप से कम हो जाती है। कुछ डिज़ाइन पूरे कोर और हीट एक्सचेंजर्स को शीतलक के पूल में विसर्जित कर देते हैं, वस्तुतः इस कठिन को समाप्त कर देते हैं जिससे इनर-लूप कूलिंग ख़त्म होने का ख़तरा लगभग ख़त्म हो जाता है।
| गलनांक | गलनांक | क्वथनांक |
|---|---|---|
| सोडियम | 97.72 °C, (207.9 °F) | 883 °C, (1621 °F) |
| NaK | −11 °C, (12 °F) | 785 °C, (1445 °F) |
| पारा | −38.83 °C, (−37.89 °F) | 356.73 °C (674.11 °F) |
| लेड | 327.46 °C, (621.43 °F) | 1749 °C, (3180 °F) |
| लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक | 123.5 °C, (254.3 °F) | 1670 °C, (3038 °F) |
| टिन | 231.9 °C, (449.5 °F) | 2602 °C, (4716 °F) |
बुध
क्लेमेंटाइन (परमाणु रिएक्टर) प्रथम तरल धातु ठंडा परमाणु रिएक्टर माना जाता था और पारा शीतलक का उपयोग किया गया था, यह स्पष्ट पसंद माना जाता है क्योंकि यह कमरे के तापमान पर तरल होते है। चूंकि, उच्च विषाक्तता सहित हानि 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 उच्च[3] न्यूट्रॉन क्रॉस-सेक्शन, यह पक्ष से बाहर हो गया है।
सोडियम और NaK
सोडियम और NaK ( गलनक्रांतिक सोडियम-पोटेशियम मिश्र धातु) स्टील को किसी भी महत्वपूर्ण डिग्री तक खराब नहीं करते हैं और अनेक परमाणु ईंधन के साथ संगत किये जाते 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।
चूँकि, सोडियम और NaK वायु के संपर्क में अनायास प्रज्वलित हो जाते हैं और पानी के साथ हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे हाइड्रोजन गैस बनती है। इस प्रकार से 1995 की दुर्घटना और आग में मोन्जू परमाणु ऊर्जा संयंत्र में ऐसा ही किया गया था। और सोडियम रूसी बीएन रिएक्टर श्रृंखला और आज वाणिज्यिक संचालन में चीनी सीएफआर श्रृंखला में उपयोग किया जाने वाला शीतलक भी होते है। सोडियम की न्यूट्रॉन सक्रियता भी होते है और यह तरल पदार्थों को ऑपरेशन के समय तीव्र रेडियोधर्मी बनने का कारण बनती है, चूंकि आधा जीवन छोटा होता है और इसलिए उनकी रेडियोधर्मिता अतिरिक्त निपटान चिंता उत्पन्न नहीं करती है।
सोडियम कूल्ड जनरल IV एलएमएफआर, के लिए दो प्रस्ताव इस प्रकार उपयुक्त किये गए हैं, ऑक्साइड ईंधन पर आधारित होते है, और दूसरा धातु-ईंधन वाले इंटीग्रल फास्ट रिएक्टर उपयोग किये जाते है।
लेड
लेड में उत्कृष्ट न्यूट्रॉन गुण (प्रतिबिंब, कम अवशोषण) होते हैं और यह गामा किरण के अनुकूल बहुत ही शक्तिशाली विकिरण प्रयुक्त किये गये है। लेड का उच्च क्वथनांक सुरक्षा लाभ प्रदान करता है क्योंकि यह रिएक्टर को कुशलतापूर्वक ठंडा कर सकते है, तथापि यह सामान्य परिचालन स्थितियों से अनेक सौ डिग्री सेल्सियस अधिक होते होते है। चूंकि, लेड का उच्च गलनांक और उच्च वाष्प दाब होता है, इसलिए सीसा प्रशीतित रिएक्टर में ईंधन भरना और उसकी सर्विस करना कठिनाई होता है। गलनांक को विस्मुट के साथ लेड मिला कर कम किया जा सकता है, किन्तु सीसा-बिस्मथ यूटेक्टिक अधिकांश धातुओं के लिए अत्यधिक संक्षारक होता है[4][5] इस प्रकार से संरचनात्मक सामग्री के लिए उपयोग किया जाता है।
लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक
लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक कम तापमान सीमा 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 209 के न्यूट्रॉन सक्रियण द्वारा निर्माण है 210 का 209
Bi (और बाद में बीटा क्षय)।
210
Po (T1⁄2 = 138.38 दिन), एक अस्थिर अल्फा-उत्सर्जक अत्यधिक रेडियोटॉक्सिक (प्लूटोनियम से ऊपर उच्चतम ज्ञात रेडियोटॉक्सिसिटी)।
विश्वास करना
चूँकि आज टिन का उपयोग रिएक्टरों के लिए शीतलक के रूप में नहीं किया जाता है क्योंकि यह पपड़ी बनाता है,[7] यह परमाणु आपदाओं और रेडियोधर्मी घटनाओं या शीतलक दुर्घटनाओं की सूची में 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 सहायता 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 नवम्बर-class पनडुब्बी K-27 और सभी सात उनके प्रणोदन संयंत्रों के रूप में फीरोज़ा के साथ लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक और न्यूट्रॉन मॉडरेटर द्वारा ठंडा किए गए रिएक्टरों का उपयोग किया जाता है । (K-27 में VT-1 रिएक्टर; BM-40A रिएक्टर | BM-40A और अन्य में OK-550 रिएक्टर)।
दूसरी परमाणु पनडुब्बी, USS सीवुल्फ सोडियम-कूल्ड, बेरिलियम-न्यूट्रॉन मॉडरेटर परमाणु ऊर्जा संयंत्र रखने वाली एकमात्र अमेरिकी पनडुब्बी थी। इसे 1957 में प्रारंभ किया गया था, किन्तु इसके सुपरहिटर्स में लीक प्रयुक्त थे, जिन्हें त्रुटिनिवारण कर दिया गया था। बेड़े में रिएक्टरों को मानकीकृत करने के लिए, पनडुब्बी के सोडियम-कूल्ड, बेरिलियम-मॉडरेट रिएक्टर को 1958 में प्रारंभिक करके हटा दिया गया था और दबाव पानी रिएक्टर से बदल दिया गया था।
परमाणु विमान
विमान परमाणु प्रणोदन प्रोग्राम के अंश के रूप में न्यूक्लियर एयरक्राफ्ट में उपयोग के लिए प्रैट एंड व्हिटनी द्वारा तरल धातु ठंडा रिएक्टर का अध्ययन किया गया था।[9]
विद्युत उत्पादन
सोडियम रिएक्टर प्रयोग प्रयोगात्मक सोडियम-ठंडा ग्रेफाइट-संचालित परमाणु रिएक्टर (ए सोडियम-ग्रेफाइट रिएक्टर, या एसजीआर) था जो सांता सुसाना फील्ड प्रयोगशाला के खंड में स्थित था, जो उत्तर अमेरिकी विमानन के एटॉमिक्स इंटरनेशनल डिवीजन द्वारा संचालित किया गया था।
जुलाई 1959 में, सोडियम रिएक्टर प्रयोग में 43 में से 13 ईंधन तत्वों के आंशिक पिघलने और रेडियोधर्मी क्षय गैसों के महत्वपूर्ण रिलीज से जुड़ी गंभीर घटना हुई थी ।[10] रिएक्टर की त्रुटिनिवारण की गई और सितंबर 1960 में सेवा में वापस आ गया और यह 1964 में परिचालन समाप्त हो गया था। और रिएक्टर ने कुल 37 जीडब्ल्यू-एच विद्युत का उत्पादन किया गया था।
एसआरई हलम परमाणु ऊर्जा सुविधा का प्रोटोटाइप था, जो अन्य सोडियम-कूल्ड ग्रेफाइट-मॉडरेट एसजीआर था जो नेब्रास्का में संचालित होता था।
मोनरो काउंटी, मिशिगन में एनरिको फर्मी न्यूक्लियर जनरेटिंग स्टेशन प्रायोगिक, तरल सोडियम-कूल्ड फास्ट ब्रीडर रिएक्टर था जो 1963 से 1972 तक संचालित किया गया था। यह 1963 में असैन्य परमाणु दुर्घटनाओं या 1960 की सूची थी और 1975 में इसका विमोचन किया गया था।
स्कॉटलैंड के दूरस्थ उत्तर में कैथनेस के डौनेरे में, यूनाइटेड किंगडम परमाणु ऊर्जा प्राधिकरण (यूकेएईए) ने 1959 से 1977 तक NaK को शीतलक के रूप में उपयोग करते हुए डौनेरे फास्ट रिएक्टर (डीएफआर) का संचालन किया, जिससे 600 जीडब्ल्यू-एच विद्युत का निर्यात किया गया। उस अवधि में ग्रिड। यह पीएफआर, 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 जाता है।
सोवियत बीएन-600 रिएक्टर | बीएन-600 सोडियम कूल्ड है। बीएन-350 रिएक्टर | बीएन-350 और U.S. इबीआर-II परमाणु ऊर्जा संयंत्र सोडियम कूल्ड थे। इबीआर-I ने ठंडा करने के लिए तरल धातु मिश्र धातु एनएके का उपयोग किया। एनएके कमरे के तापमान पर तरल होते है। इंटीग्रल फास्ट रिएक्टर जैसे फास्ट ब्रीडर रिएक्टरों सहित अधिकांश फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर में तरल मेटल कूलिंग का भी उपयोग किया जाता है।
इस प्रकार से अनेक जनरेशन IV रिएक्टर का अध्ययन किया गया है जो तरल धातु शीतलक होते हैं:
संदर्भ
- ↑ Bonin, Bernhard; Klein, Etienne (2012). Le nucléaire expliqué par des physiciens.
- ↑ 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
- ↑ "न्यूट्रॉन बिखरने की लंबाई और क्रॉस सेक्शन". www.ncnr.nist.gov.
- ↑ 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.
- ↑ 5.0 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.
- ↑ 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.
- ↑ Atmospheric corrosion of tin and tin alloy[dead link]
- ↑ Ukraine advises Japan to use tin to cool Fukushima reactor Kyivpost
- ↑ "40 Curious Nuclear Energy Facts You Should Know". December 9, 2019.
- ↑ 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.
Types of nuclear fission reactor | |||||||||||||||
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| लाइट वाटर | |||||||||||||||
| भारी पानी by coolant |
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None (fast-neutron) |
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| अन्य | |||||||||||||||
