अणुभट्टी कशी कार्य करते आणि कार्य करते. उद्देशानुसार आण्विक अणुभट्ट्यांचे वर्गीकरण

आज आपण न्यूक्लियर फिजिक्सच्या जगात एक छोटासा प्रवास करणार आहोत. आमच्या सहलीची थीम ही अणुभट्टी असेल. ते कसे कार्य करते, कोणती भौतिक तत्त्वे त्याच्या ऑपरेशनला अधोरेखित करतात आणि हे उपकरण कुठे वापरले जाते हे तुम्ही शिकाल.

अणुऊर्जेचा जन्म

जगातील पहिली आण्विक अणुभट्टी 1942 मध्ये यूएसए मध्ये तयार झालीविजेते यांच्या नेतृत्वात भौतिकशास्त्रज्ञांचा प्रायोगिक गट नोबेल पारितोषिकएनरिको फर्मी. त्याच वेळी, त्यांनी युरेनियम विखंडनची एक स्वयं-टिकाऊ प्रतिक्रिया केली. आण्विक जिनी सोडण्यात आले आहे.

पहिली सोव्हिएत अणुभट्टी 1946 मध्ये सुरू झाली.आणि 8 वर्षांनंतर, ओबनिंस्क शहरातील जगातील पहिल्या अणुऊर्जा प्रकल्पाने विद्युत प्रवाह निर्माण केला. यूएसएसआरच्या अणुऊर्जा उद्योगातील कामाचे मुख्य वैज्ञानिक संचालक एक उत्कृष्ट भौतिकशास्त्रज्ञ होते. इगोर वासिलीविच कुर्चाटोव्ह.

तेव्हापासून, अणुभट्ट्यांच्या अनेक पिढ्या बदलल्या आहेत, परंतु त्याच्या डिझाइनचे मुख्य घटक अपरिवर्तित राहिले आहेत.

अणुभट्टीची शरीररचना

ही आण्विक स्थापना अनेक घन सेंटीमीटर ते अनेक घनमीटरपर्यंतची दंडगोलाकार क्षमता असलेली जाड-भिंतीची स्टील टाकी आहे.

या सिलेंडरच्या आत पवित्र आहे - अणुभट्टी कोर.येथेच अणुविखंडन साखळी प्रतिक्रिया घडते.

ही प्रक्रिया कशी होते ते पाहूया.

जड घटकांचे केंद्रक, विशेषतः युरेनियम-235 (U-235),एका लहान उर्जेच्या शॉकच्या प्रभावाखाली ते अंदाजे समान वस्तुमानाच्या 2 तुकड्यांमध्ये तुटण्यास सक्षम आहेत. या प्रक्रियेचा कारक घटक न्यूट्रॉन आहे.

तुकडे बहुतेक वेळा बेरियम आणि क्रिप्टन न्यूक्ली असतात. त्यांच्यापैकी प्रत्येकामध्ये सकारात्मक चार्ज असतो, म्हणून कूलॉम्ब प्रतिकर्षण शक्ती त्यांना प्रकाशाच्या वेगाच्या सुमारे 1/30 वेगाने वेगवेगळ्या दिशेने उडण्यास भाग पाडते. हे तुकडे प्रचंड गतीज उर्जेचे वाहक आहेत.

ऊर्जेच्या व्यावहारिक वापरासाठी, त्याचे प्रकाशन स्वयंपूर्ण असणे आवश्यक आहे. साखळी प्रतिक्रिया,प्रश्नातील विखंडन विशेषतः मनोरंजक आहे कारण प्रत्येक विखंडन घटना नवीन न्यूट्रॉनच्या उत्सर्जनासह असते. सरासरी, प्रति प्रारंभिक न्यूट्रॉन 2-3 नवीन न्यूट्रॉन तयार केले जातात. विखंडनीय युरेनियम केंद्रकांची संख्या हिमस्खलनाप्रमाणे वाढत आहे,ज्यामुळे प्रचंड ऊर्जा बाहेर पडते. ही प्रक्रिया नियंत्रित न केल्यास अणुस्फोट होईल. मध्ये घडते.

न्यूट्रॉनच्या संख्येचे नियमन करण्यासाठी न्यूट्रॉन शोषून घेणारी सामग्री प्रणालीमध्ये आणली जाते,उर्जेची सहज मुक्तता सुनिश्चित करणे. कॅडमियम किंवा बोरॉन हे न्यूट्रॉन शोषक म्हणून वापरले जातात.

तुकड्यांच्या प्रचंड गतीज उर्जेवर अंकुश कसा ठेवायचा आणि वापरायचा? कूलंटचा वापर या हेतूंसाठी केला जातो, म्हणजे. एक विशेष वातावरण, ज्यामध्ये तुकड्यांचा वेग कमी होतो आणि ते अत्यंत उच्च तापमानात गरम होते. असे माध्यम सामान्य किंवा जड पाणी, द्रव धातू (सोडियम), तसेच काही वायू असू शकतात. कूलंटचे वाष्प अवस्थेत संक्रमण होऊ नये म्हणून, कोरमध्ये उच्च दाब राखला जातो (160 एटीएम पर्यंत).या कारणास्तव, अणुभट्टीच्या भिंती विशेष ग्रेडच्या दहा-सेंटीमीटर स्टीलच्या बनविल्या जातात.

जर न्यूट्रॉन अणुइंधनाच्या पलीकडे निसटले तर साखळी प्रतिक्रिया व्यत्यय आणू शकते. म्हणून, विखंडन सामग्रीचा एक गंभीर वस्तुमान आहे, म्हणजे. त्याचे किमान वस्तुमान ज्यावर साखळी प्रतिक्रिया राखली जाईल. हे अणुभट्टीच्या कोरभोवती रिफ्लेक्टरच्या उपस्थितीसह विविध पॅरामीटर्सवर अवलंबून असते. हे न्यूट्रॉन गळती रोखण्यासाठी कार्य करते वातावरण. यासाठी सर्वात सामान्य सामग्री संरचनात्मक घटकग्रेफाइट आहे.

अणुभट्टीमध्ये होणाऱ्या प्रक्रियांमध्ये सर्वात धोकादायक प्रकारचे रेडिएशन - गॅमा रेडिएशन सोडले जाते. हा धोका कमी करण्यासाठी, ते रेडिएशन-विरोधी संरक्षणासह सुसज्ज आहे.

अणुभट्टी कशी काम करते?

अणुइंधन, ज्याला इंधन रॉड म्हणतात, अणुभट्टीच्या कोरमध्ये ठेवले जाते. त्या फिसिल मटेरियलपासून बनवलेल्या गोळ्या आहेत आणि त्या सुमारे 3.5 मीटर लांब आणि 10 मिमी व्यासाच्या पातळ ट्यूबमध्ये ठेवल्या जातात.

शेकडो समान इंधन असेंब्ली कोरमध्ये ठेवल्या जातात आणि ते साखळी प्रतिक्रिया दरम्यान सोडल्या जाणाऱ्या थर्मल उर्जेचे स्त्रोत बनतात. इंधन रॉड्सभोवती वाहणारे शीतलक अणुभट्टीचे पहिले सर्किट बनवते.

उच्च पॅरामीटर्सवर गरम करून, ते स्टीम जनरेटरमध्ये पंप केले जाते, जिथे ते त्याची उर्जा दुय्यम सर्किटच्या पाण्यात हस्तांतरित करते, ते वाफेमध्ये बदलते. परिणामी वाफ टर्बोजनरेटरला फिरवते. या युनिटद्वारे निर्माण होणारी वीज ग्राहकांपर्यंत पोहोचवली जाते. आणि एक्झॉस्ट स्टीम, शीतकरण तलावातील पाण्याने थंड केले जाते, कंडेन्सेटच्या स्वरूपात, स्टीम जनरेटरकडे परत येते. सायकल पूर्ण झाली.

आण्विक स्थापनेचे हे डबल-सर्किट ऑपरेशन त्याच्या सीमेपलीकडे गाभ्यामध्ये होणाऱ्या प्रक्रियांसह रेडिएशनचा प्रवेश काढून टाकते.

तर, अणुभट्टीमध्ये ऊर्जा परिवर्तनांची साखळी आहे: विखंडनयोग्य सामग्रीची आण्विक ऊर्जा → तुकड्यांच्या गतीज उर्जेमध्ये → औष्णिक ऊर्जाकूलंट → टर्बाइनची गतिज ऊर्जा → आणि जनरेटरमधील विद्युत उर्जेमध्ये.

अपरिहार्य ऊर्जा नुकसान होऊ कार्यक्षमता अणुऊर्जा प्रकल्पतुलनेने लहान 33-34%.

उत्पादनाव्यतिरिक्त विद्युत ऊर्जाअणुऊर्जा प्रकल्पांमध्ये, अणुभट्ट्या विविध किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या निर्मितीसाठी, उद्योगाच्या अनेक क्षेत्रातील संशोधनासाठी आणि औद्योगिक अणुभट्ट्यांच्या अनुज्ञेय मापदंडांचा अभ्यास करण्यासाठी वापरल्या जातात. वाहतूक अणुभट्ट्या, जे वाहनांच्या इंजिनांना ऊर्जा पुरवतात, ते अधिकाधिक व्यापक होत आहेत.

अणुभट्ट्यांचे प्रकार

सामान्यत: अणुभट्ट्या U-235 युरेनियमवर चालतात. तथापि, त्याची सामग्री आहे नैसर्गिक साहित्यअत्यंत लहान, फक्त 0.7%. नैसर्गिक युरेनियमचा मोठा भाग U-238 समस्थानिक आहे. केवळ मंद न्यूट्रॉनमुळे U-235 मध्ये साखळी प्रतिक्रिया होऊ शकते आणि U-238 समस्थानिक केवळ वेगवान न्यूट्रॉनद्वारे विभाजित केले जाते. न्यूक्लियसच्या विभाजनाचा परिणाम म्हणून, मंद आणि वेगवान दोन्ही न्यूट्रॉन जन्माला येतात. वेगवान न्यूट्रॉन, शीतलक (पाणी) मध्ये प्रतिबंध अनुभवत, मंद होतात. परंतु नैसर्गिक युरेनियममध्ये U-235 समस्थानिकाचे प्रमाण इतके कमी आहे की त्याच्या संवर्धनाचा अवलंब करणे आवश्यक आहे, त्याची एकाग्रता 3-5% पर्यंत आणणे आवश्यक आहे. ही प्रक्रिया खूप महाग आणि आर्थिकदृष्ट्या फायदेशीर नाही. याव्यतिरिक्त, या समस्थानिकेच्या नैसर्गिक संसाधनांचा ऱ्हास होण्याची वेळ केवळ 100-120 वर्षे आहे.

म्हणून, अणुउद्योगात वेगवान न्यूट्रॉनवर कार्यरत अणुभट्ट्यांमध्ये हळूहळू संक्रमण होते.

त्यांचा मुख्य फरक असा आहे की ते द्रव धातू शीतलक म्हणून वापरतात, जे न्यूट्रॉन कमी करत नाहीत आणि U-238 आण्विक इंधन म्हणून वापरले जाते. या समस्थानिकाचे केंद्रक प्लुटोनियम-२३९ मध्ये आण्विक परिवर्तनाच्या साखळीतून जाते, जी U-235 प्रमाणेच साखळी अभिक्रियाच्या अधीन असते. म्हणजेच, आण्विक इंधनाचे पुनरुत्पादन केले जाते आणि त्याच्या वापरापेक्षा जास्त प्रमाणात.

तज्ञांच्या मते समस्थानिक युरेनियम -238 चा साठा 3000 वर्षांसाठी पुरेसा असावा.इतर तंत्रज्ञान विकसित करण्यासाठी पुरेसा वेळ मानवतेसाठी पुरेसा आहे.

आण्विक ऊर्जा वापरताना समस्या

अणुऊर्जेच्या स्पष्ट फायद्यांबरोबरच, आण्विक सुविधांच्या ऑपरेशनशी संबंधित समस्यांचे प्रमाण कमी लेखले जाऊ शकत नाही.

पहिला आहे किरणोत्सर्गी कचरा आणि विघटित उपकरणे विल्हेवाट लावणे आण्विक ऊर्जा. या घटकांमध्ये सक्रिय पार्श्वभूमी रेडिएशन असते जी दीर्घकाळ टिकते. या कचऱ्याची विल्हेवाट लावण्यासाठी विशेष शिशाचे कंटेनर वापरले जातात. ते भागात दफन केले जाणे अपेक्षित आहे पर्माफ्रॉस्ट 600 मीटर पर्यंत खोलीवर. म्हणूनच, किरणोत्सर्गी कचऱ्याचे पुनर्वापर करण्याचा मार्ग शोधण्याचे काम सतत चालू आहे, ज्यामुळे विल्हेवाटीची समस्या सोडवली जावी आणि आपल्या ग्रहाच्या पर्यावरणाचे रक्षण करण्यात मदत होईल.

दुसरी कमी गंभीर समस्या नाही NPP ऑपरेशन दरम्यान सुरक्षितता सुनिश्चित करणे.चेरनोबिल सारख्या मोठ्या अपघातांमुळे अनेक लोकांचा जीव जाऊ शकतो आणि विस्तीर्ण प्रदेश निरुपयोगी होऊ शकतात.

जपानी अणुऊर्जा प्रकल्प फुकुशिमा-1 मधील दुर्घटनेने अणु केंद्रांवर आणीबाणीची परिस्थिती उद्भवते तेव्हाच प्रकट होणाऱ्या संभाव्य धोक्याची पुष्टी केली.

तथापि, अणुऊर्जेच्या शक्यता इतक्या मोठ्या आहेत की पर्यावरणीय समस्या पार्श्वभूमीत मिटतात.

आज, मानवतेकडे आपली सतत वाढत जाणारी उर्जेची भूक भागवण्याचा दुसरा कोणताही मार्ग नाही. भविष्यातील अणुऊर्जेचा आधार बहुधा अणुइंधनाचे पुनरुत्पादन करण्याच्या कार्यासह "वेगवान" अणुभट्ट्या असतील.

हा संदेश तुमच्यासाठी उपयुक्त असल्यास, मला तुम्हाला पाहून आनंद होईल

आण्विक अणुभट्ट्यांचे एक काम आहे: नियंत्रित अभिक्रियामध्ये अणूंचे विभाजन करणे आणि विद्युत उर्जा निर्माण करण्यासाठी सोडलेली ऊर्जा वापरणे. बर्याच वर्षांपासून, अणुभट्ट्यांना एक चमत्कार आणि धोका दोन्ही म्हणून पाहिले जात होते.

1956 मध्ये जेव्हा शिपिंगपोर्ट, पेनसिल्व्हेनिया येथे पहिली व्यावसायिक यूएस अणुभट्टी ऑनलाइन आली, तेव्हा तंत्रज्ञानाचा भविष्यातील ऊर्जा स्रोत म्हणून गौरव करण्यात आला आणि काहींचा असा विश्वास होता की अणुभट्ट्या खूप स्वस्त वीज निर्माण करतील. आता जगभरात 442 अणुभट्ट्या बांधल्या गेल्या आहेत, त्यापैकी सुमारे एक चतुर्थांश अणुभट्ट्या युनायटेड स्टेट्समध्ये आहेत. जग अणुभट्ट्यांवर अवलंबून आहे, 14 टक्के वीज तयार करते. भविष्यवाद्यांनी अगदी न्यूक्लियर कारची कल्पना केली.

पेनसिल्व्हेनियातील थ्री माईल आयलंड पॉवर प्लांटमधील युनिट 2 अणुभट्टीला 1979 मध्ये कूलिंग सिस्टममध्ये बिघाड आणि किरणोत्सर्गी इंधन आंशिक वितळण्याचा अनुभव आला, तेव्हा अणुभट्ट्यांबद्दलच्या उबदार भावना आमूलाग्र बदलल्या. जरी नष्ट झालेली अणुभट्टी समाविष्ट होती आणि कोणतेही गंभीर किरणोत्सर्ग उत्सर्जित होत नसले तरीही, अनेक लोक अणुभट्ट्या अतिशय जटिल आणि असुरक्षित मानू लागले, ज्याचे संभाव्य आपत्तीजनक परिणाम आहेत. अणुभट्ट्यांमधून निघणाऱ्या किरणोत्सर्गी कचऱ्याबद्दलही लोक चिंतेत होते. त्यामुळे अमेरिकेतील नवीन अणुऊर्जा प्रकल्पांचे बांधकाम रखडले आहे. यावर आणखी भीषण अपघात झाला तेव्हा चेरनोबिल अणुऊर्जा प्रकल्प 1986 मध्ये सोव्हिएत युनियनमध्ये, अणुऊर्जा नशिबात दिसत होती.

परंतु 2000 च्या दशकाच्या सुरुवातीस, वाढत्या ऊर्जेची मागणी आणि जीवाश्म इंधनाचा कमी होत जाणारा पुरवठा, तसेच कार्बन डायऑक्साइड उत्सर्जनामुळे होणाऱ्या हवामान बदलाविषयी वाढत्या चिंतेमुळे, अणुभट्ट्यांनी पुनरागमन करण्यास सुरुवात केली.

परंतु मार्च 2011 मध्ये, आणखी एक संकट उद्भवले - यावेळी जपानमधील फुकुशिमा 1 अणुऊर्जा प्रकल्प भूकंपामुळे खराब झाला.

आण्विक अभिक्रियाचा वापर

सोप्या भाषेत सांगायचे तर, अणुभट्टी अणूंचे विभाजन करते आणि त्यांचे भाग एकत्र ठेवणारी ऊर्जा सोडते.

जर तुम्ही भौतिकशास्त्र विसरलात हायस्कूल, कसे ते आम्ही तुम्हाला आठवण करून देऊ केंद्रकीय विभाजनकार्य करते अणू हे लहान सौर यंत्रणेसारखे असतात, ज्याचा गाभा सूर्यासारखा असतो आणि त्याच्याभोवती फिरणाऱ्या ग्रहांसारखे इलेक्ट्रॉन असतात. न्यूक्लियस हे प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन नावाच्या कणांनी बनलेले असते, जे एकत्र बांधलेले असतात. गाभ्याच्या घटकांना बांधून ठेवणारी शक्ती कल्पना करणेही कठीण आहे. ते गुरुत्वाकर्षणाच्या बलापेक्षा कित्येक अब्ज पटीने अधिक मजबूत आहे. इतके प्रचंड बल असूनही, न्यूक्लियसचे विभाजन करणे शक्य आहे—त्यावर न्यूट्रॉन मारून. हे पूर्ण झाल्यावर, भरपूर ऊर्जा सोडली जाईल. जेव्हा अणूंचा क्षय होतो, तेव्हा त्यांचे कण जवळच्या अणूंवर आदळतात, त्यांचे विभाजन करतात आणि त्या बदल्यात ते पुढचे, पुढचे आणि पुढचे असतात. एक तथाकथित आहे साखळी प्रतिक्रिया.

युरेनियम, मोठे अणू असलेले घटक, विखंडन प्रक्रियेसाठी आदर्श आहे कारण त्याच्या केंद्रकाच्या कणांना बांधणारे बल इतर घटकांच्या तुलनेत तुलनेने कमकुवत असते. अणुभट्ट्या विशिष्ट समस्थानिक नावाचा वापर करतात यूधावले-235 . युरेनियम-२३५ निसर्गात दुर्मिळ आहे, युरेनियम खाणींतील धातूमध्ये फक्त ०.७% युरेनियम-२३५ असते. यासाठी अणुभट्ट्या वापरल्या जातात समृद्धयूजखमा, जे युरेनियम-235 वेगळे करून आणि एकाग्र करून गॅस प्रसार प्रक्रियेद्वारे तयार केले जाते.

दुसऱ्या महायुद्धात हिरोशिमा आणि नागासाकी या जपानी शहरांवर टाकलेल्या अणुबॉम्बमध्ये साखळी प्रतिक्रिया प्रक्रिया तयार केली जाऊ शकते. परंतु अणुभट्टीमध्ये, काही न्यूट्रॉन शोषून घेणारे कॅडमियम, हाफनियम किंवा बोरॉन यांसारख्या पदार्थांपासून बनवलेल्या कंट्रोल रॉड्स घालून साखळी प्रतिक्रिया नियंत्रित केली जाते. हे अजूनही विखंडन प्रक्रियेला पाणी सुमारे 270 अंश सेल्सिअस पर्यंत गरम करण्यासाठी आणि वाफेमध्ये बदलण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा सोडण्यास अनुमती देते, ज्याचा उपयोग पॉवर प्लांटच्या टर्बाइनला फिरवण्यासाठी आणि वीज निर्माण करण्यासाठी केला जातो. मुळात, या प्रकरणात, वीज तयार करण्यासाठी कोळशाऐवजी नियंत्रित अणुबॉम्ब कार्य करते, त्याशिवाय पाणी उकळण्याची ऊर्जा कार्बन जाळण्याऐवजी विभाजित अणूंमधून येते.

अणुभट्टीचे घटक

काही आहेत विविध प्रकारआण्विक अणुभट्ट्या, परंतु त्या सर्वांकडे काही आहेत सामान्य वैशिष्ट्ये. त्या सर्वांना किरणोत्सर्गी इंधन गोळ्यांचा पुरवठा आहे - सामान्यतः युरेनियम ऑक्साईड - ज्यामध्ये इंधन रॉड तयार करण्यासाठी ट्यूबमध्ये व्यवस्था केली जाते. सक्रिय झोनeअणुभट्टी.

अणुभट्टी देखील पूर्वी उल्लेख आहे व्यवस्थापकeरॉडआणि- कॅडमियम, हॅफनियम किंवा बोरॉन सारख्या न्यूट्रॉन-शोषक सामग्रीपासून बनविलेले, जे प्रतिक्रिया नियंत्रित करण्यासाठी किंवा थांबविण्यासाठी घातले जाते.

अणुभट्टी सुद्धा आहे नियंत्रक, एक पदार्थ जो न्यूट्रॉनची गती कमी करतो आणि विखंडन प्रक्रिया नियंत्रित करण्यास मदत करतो. युनायटेड स्टेट्समधील बहुतेक अणुभट्ट्या सामान्य पाणी वापरतात, परंतु इतर देशांतील अणुभट्ट्या कधीकधी ग्रेफाइट वापरतात, किंवा जडव्वापाणीयेथे, ज्यामध्ये हायड्रोजनची जागा ड्युटेरियमने घेतली आहे, एक प्रोटॉन आणि एक न्यूट्रॉन असलेला हायड्रोजनचा समस्थानिक. प्रणालीचा आणखी एक महत्त्वाचा भाग आहे थंड करणेमी आणिद्रवb, सामान्यतः सामान्य पाणी, जे टर्बाइन फिरवण्यासाठी वाफ तयार करण्यासाठी अणुभट्टीमधून उष्णता शोषून घेते आणि हस्तांतरित करते आणि अणुभट्टीचे क्षेत्र थंड करते जेणेकरून ते युरेनियम वितळतील त्या तापमानापर्यंत पोहोचू शकत नाही (सुमारे 3815 अंश सेल्सिअस).

शेवटी, अणुभट्टी बंद आहे टरफलेयेथे, एक मोठी, जड रचना, सहसा अनेक मीटर जाडीची, स्टील आणि काँक्रीटची बनलेली असते जी किरणोत्सर्गी वायू आणि द्रव आत ठेवते जिथे ते कोणालाही हानी पोहोचवू शकत नाहीत.

संख्या आहेत विविध डिझाईन्सअणुभट्ट्या वापरात आहेत, परंतु सर्वात सामान्यांपैकी एक आहे प्रेशराइज्ड वॉटर पॉवर रिऍक्टर (VVER). अशा रिॲक्टरमध्ये, पाण्याचा गाभ्याशी सक्तीने संपर्क साधला जातो आणि नंतर ते वाफेत बदलू शकत नाही अशा दबावाखाली तिथेच राहते. हे पाणी नंतर स्टीम जनरेटरमधील दाब नसलेल्या पाण्याच्या संपर्कात येते, जे वाफेमध्ये बदलते आणि टर्बाइन फिरवते. एक रचना देखील आहे उच्च-शक्ती चॅनेल-प्रकार अणुभट्टी (RBMK)एका वॉटर सर्किटसह आणि वेगवान न्यूट्रॉन अणुभट्टीदोन सोडियम आणि एक वॉटर सर्किट्ससह.

अणुभट्टी किती सुरक्षित आहे?

या प्रश्नाचे उत्तर देणे खूप कठीण आहे आणि तुम्ही कोणाला विचारता आणि "सुरक्षित" कसे परिभाषित करता यावर अवलंबून आहे. अणुभट्ट्यांमध्ये निर्माण होणाऱ्या रेडिएशन किंवा किरणोत्सर्गी कचऱ्याबद्दल तुम्ही चिंतित आहात? किंवा आपण एखाद्या आपत्तीजनक अपघाताच्या शक्यतेबद्दल अधिक काळजीत आहात? आण्विक उर्जेच्या फायद्यांसाठी तुम्ही स्वीकार्य व्यापार बंद मानता? आणि तुमचा सरकार आणि अणुऊर्जेवर किती विश्वास आहे?

"रेडिएशन" हा एक मजबूत युक्तिवाद आहे, मुख्यत्वे कारण आपल्या सर्वांना माहित आहे की विकिरणांचे मोठे डोस, जसे की अणुबॉम्बमधून, हजारो लोकांचा जीव घेऊ शकतात.

अणुऊर्जेचे समर्थक, तथापि, आपण सर्व नियमितपणे पृथ्वीद्वारे उत्सर्जित होणारी वैश्विक किरण आणि नैसर्गिक किरणोत्सर्गासह विविध स्त्रोतांकडून रेडिएशनच्या संपर्कात असतो. सरासरी वार्षिक रेडिएशन डोस सुमारे 6.2 मिलीसिव्हर्ट्स (mSv) आहे, त्यातील अर्धा नैसर्गिक स्त्रोतांकडून आणि अर्धा मानवनिर्मित स्त्रोतांकडून छातीचा क्ष-किरण, स्मोक डिटेक्टर आणि चमकदार घड्याळ डायल. आण्विक अणुभट्ट्यांमधून आपल्याला किती रेडिएशन मिळतात? आमच्या ठराविक वार्षिक एक्सपोजरच्या टक्केवारीचा फक्त एक लहान अंश 0.0001 mSv आहे.

सर्व आण्विक संयंत्रांमध्ये अपरिहार्यपणे किरकोळ कमी प्रमाणात गळती होत असताना, नियामक कमिशन प्लांट चालकांना कठोर आवश्यकता पाळतात. ते वनस्पतीच्या आजूबाजूला राहणाऱ्या लोकांना प्रतिवर्षी 1 mSv पेक्षा जास्त किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात आणू शकत नाहीत आणि प्लांटमधील कामगारांचा उंबरठा 50 mSv प्रति वर्ष असतो. हे खूप वाटू शकते, परंतु न्यूक्लियर रेग्युलेटरी कमिशनच्या मते, 100 mSv पेक्षा कमी वार्षिक रेडिएशन डोस मानवी आरोग्यासाठी कोणताही धोका निर्माण करतात असा कोणताही वैद्यकीय पुरावा नाही.

परंतु हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की रेडिएशनच्या जोखमीच्या या आत्मसंतुष्ट मूल्यांकनाशी प्रत्येकजण सहमत नाही. उदाहरणार्थ, फिजिशियन फॉर सोशल रिस्पॉन्सिबिलिटी, अणुउद्योगाचे दीर्घकाळ टिका करणारे, जर्मन अणुऊर्जा प्रकल्पांच्या आसपास राहणाऱ्या मुलांचा अभ्यास केला. अणुऊर्जा प्रकल्पांपासून पुढे राहणाऱ्या लोकांच्या तुलनेत वनस्पतींच्या 5 किमी परिसरात राहणाऱ्या लोकांना रक्ताचा कर्करोग होण्याचा धोका दुप्पट असल्याचे अभ्यासात आढळून आले आहे.

अणुभट्टीचा कचरा

अणुऊर्जा त्याच्या समर्थकांद्वारे "स्वच्छ" ऊर्जा म्हणून ओळखली जाते कारण अणुभट्टी कोळशावर आधारित ऊर्जा प्रकल्पांच्या तुलनेत मोठ्या प्रमाणात हरितगृह वायू वातावरणात सोडत नाही. पण समीक्षक वेगळ्याच गोष्टीकडे लक्ष वेधतात पर्यावरणीय समस्या- आण्विक कचऱ्याची विल्हेवाट लावणे. अणुभट्ट्यांमधून खर्च केलेले काही इंधन अजूनही किरणोत्सर्गीता सोडते. इतर अनावश्यक साहित्य जतन केले पाहिजे किरणोत्सर्गी कचरा उच्चस्तरीय , खर्च केलेल्या इंधनाच्या पुनर्प्रक्रियेतील द्रव अवशेष, ज्यामध्ये काही युरेनियम शिल्लक आहे. सध्या, यातील बहुतेक कचरा स्थानिक पातळीवर अणुऊर्जा प्रकल्पांमध्ये पाण्याच्या तलावांमध्ये साठवला जातो, जो खर्च केलेल्या इंधनामुळे निर्माण होणारी काही उरलेली उष्णता शोषून घेतो आणि कामगारांना किरणोत्सर्गापासून वाचवण्यास मदत करतो.

खर्च केलेल्या अणुइंधनाची एक समस्या अशी आहे की जेव्हा मोठ्या युरेनियम अणूंचे विभाजन केले जाते तेव्हा ते उप-उत्पादने तयार करतात - सीझियम-137 आणि स्ट्रॉन्टियम-90 सारख्या प्रकाश घटकांचे रेडिओएक्टिव्ह समस्थानिक. विखंडन उत्पादने. ते उष्ण आणि उच्च किरणोत्सर्गी असतात, परंतु अखेरीस, 30 वर्षांच्या कालावधीत, ते कमी धोकादायक स्वरूपात क्षय करतात. हा कालावधी त्यांच्यासाठी म्हणतात पीकालावधीओमअर्धे आयुष्य. इतर किरणोत्सर्गी घटक भिन्न अर्ध-जीवन असतील. याव्यतिरिक्त, काही युरेनियम अणू न्यूट्रॉन देखील घेतात, ज्यामुळे प्लुटोनियमसारखे जड घटक तयार होतात. हे ट्रान्सयुरेनियम घटक विखंडन उत्पादनांइतकी उष्णता किंवा भेदक किरणोत्सर्ग निर्माण करत नाहीत, परंतु त्यांचा क्षय होण्यास जास्त वेळ लागतो. प्लुटोनियम-२३९, उदाहरणार्थ, २४,००० वर्षे अर्धायुष्य आहे.

या किरणोत्सर्गीeकचराs उच्चस्तरीयअणुभट्ट्या मानवांसाठी आणि इतर जीवसृष्टीसाठी धोकादायक असतात कारण ते किरणोत्सर्गाचे प्रचंड, प्राणघातक डोस अगदी लहान प्रदर्शनातून सोडू शकतात. अणुभट्टीतून उरलेले इंधन काढून टाकल्यानंतर दहा वर्षांनी, उदाहरणार्थ, एखाद्या व्यक्तीला मारण्यासाठी लागणाऱ्या 200 पट जास्त किरणोत्सर्गी प्रति तास ते उत्सर्जित करत आहेत. आणि कचरा आत संपला तर भूजलकिंवा नद्या, ते अन्न साखळीत प्रवेश करू शकतात आणि मोठ्या संख्येने लोकांना धोक्यात आणू शकतात.

कचरा खूप धोकादायक असल्याने अनेक लोक कठीण परिस्थितीत आहेत. 60,000 टन कचरा जवळच्या अणुऊर्जा प्रकल्पांमध्ये आहे प्रमुख शहरे. परंतु कचरा साठवण्यासाठी सुरक्षित जागा शोधणे सोपे नाही.

अणुभट्टीमध्ये काय चूक होऊ शकते?

सरकारी नियामकांनी त्यांच्या अनुभवाकडे मागे वळून पाहताना, अभियंत्यांनी इष्टतम सुरक्षिततेसाठी अणुभट्ट्यांची रचना करण्यात गेल्या अनेक वर्षांपासून बराच वेळ घालवला आहे. ते फक्त खंडित होत नाहीत, योग्यरित्या कार्य करतात आणि योजनानुसार काही होत नसल्यास त्यांच्याकडे बॅकअप सुरक्षा उपाय असतात. परिणामी, वर्षानुवर्षे, अणुऊर्जा प्रकल्प हे हवाई प्रवासाच्या तुलनेत बऱ्यापैकी सुरक्षित असल्याचे दिसून येते, ज्यामुळे जगभरात दरवर्षी 500 ते 1,100 लोकांचा मृत्यू होतो.

तथापि, अणुभट्ट्या मोठ्या प्रमाणात बिघाड सहन करतात. इंटरनॅशनल न्यूक्लियर इव्हेंट स्केलवर, जे 1 ते 7 पर्यंत अणुभट्ट्यांच्या अपघातांचे रेट करते, 1957 पासून पाच अपघात झाले आहेत ज्याचा दर 5 ते 7 आहे.

सर्वात वाईट स्वप्न म्हणजे कूलिंग सिस्टम अपयश, ज्यामुळे इंधन जास्त गरम होते. इंधन द्रवपदार्थात वळते आणि नंतर कंटेनमेंटमधून जळते, किरणोत्सर्गी विकिरण सोडते. 1979 मध्ये, थ्री माईल आयलंड अणुऊर्जा प्रकल्प (यूएसए) मधील युनिट 2 या परिस्थितीच्या मार्गावर होता. सुदैवाने, किरणोत्सर्ग बाहेर पडण्यापासून रोखण्यासाठी चांगली डिझाइन केलेली कंटेनमेंट सिस्टम पुरेशी मजबूत होती.

यूएसएसआर कमी भाग्यवान होते. चेरनोबिल अणुऊर्जा प्रकल्पातील चौथ्या पॉवर युनिटमध्ये एप्रिल 1986 मध्ये एक गंभीर आण्विक अपघात झाला. हे प्रणालीतील बिघाड, डिझाइनमधील त्रुटी आणि कमी प्रशिक्षित कर्मचारी यांच्या संयोजनामुळे झाले. नियमित तपासणी दरम्यान, प्रतिक्रिया अचानक तीव्र झाली आणि नियंत्रण रॉड जाम झाले, प्रतिबंधित झाले आणीबाणी बंद. अचानक वाफेच्या वाढीमुळे दोन थर्मल स्फोट झाले, अणुभट्टीचे ग्रेफाइट मॉडरेटर हवेत फेकले. रिॲक्टर इंधन रॉड्स थंड करण्यासाठी काहीही नसताना, ते जास्त गरम होऊ लागले आणि पूर्णपणे कोसळू लागले, परिणामी इंधनाने द्रवरूप धारण केले. अनेक स्टेशन कामगार आणि अपघातात लिक्विडेटर मरण पावले. 323,749 चौरस किलोमीटर क्षेत्रफळात मोठ्या प्रमाणात रेडिएशन पसरले आहे. किरणोत्सर्गामुळे होणाऱ्या मृत्यूंची संख्या अद्याप अस्पष्ट आहे, परंतु जागतिक आरोग्य संघटनेचे म्हणणे आहे की कर्करोगामुळे 9,000 मृत्यू झाले असावेत.

विभक्त अणुभट्टी उत्पादक यावर आधारित हमी देतात संभाव्य मूल्यांकनe, ज्यामध्ये ते एखाद्या घटनेची संभाव्य हानी ज्या संभाव्यतेसह ती प्रत्यक्षात घडते त्यासह संतुलित करण्याचा प्रयत्न करतात. परंतु काही समीक्षक म्हणतात की त्यांनी दुर्मिळ, अनपेक्षित परंतु अत्यंत धोकादायक घटनांसाठी तयारी करावी. मार्च 2011 मध्ये झालेला अपघात हा एक मुद्दा आहे अणुऊर्जा प्रकल्पजपानमधील फुकुशिमा 1. हे स्टेशन मजबूत भूकंपाचा सामना करण्यासाठी डिझाइन केले गेले होते, परंतु 5.4-मीटर लाटेचा सामना करण्यासाठी डिझाइन केलेल्या डाइक्सच्या वर 14-मीटर त्सुनामी लाट पाठवणाऱ्या 9.0 तीव्रतेच्या भूकंपाइतके आपत्तीजनक नाही. त्सुनामीच्या हल्ल्याने वीज खंडित झाल्यास प्लांटच्या सहा अणुभट्ट्यांच्या कूलिंग सिस्टमला उर्जा देण्याच्या उद्देशाने असलेले बॅकअप डिझेल जनरेटर नष्ट केले, त्यामुळे फुकुशिमा अणुभट्ट्यांच्या कंट्रोल रॉडचे विखंडन थांबल्यानंतरही, स्थिर-गरम इंधनाने तापमानाला परवानगी दिली. नष्ट झालेल्या अणुभट्ट्यांच्या आत धोकादायकपणे उठणे.

जपानी अधिकाऱ्यांनी आश्रय घेतला किमान- प्रचंड प्रमाणात भरलेल्या अणुभट्ट्या समुद्राचे पाणीबोरिक ऍसिडच्या व्यतिरिक्त, जे आपत्ती टाळण्यास सक्षम होते, परंतु अणुभट्टीची उपकरणे नष्ट केली. अखेरीस, फायर इंजिन आणि बार्जेसच्या मदतीने, जपानी लोक पंप करू शकले ताजे पाणीअणुभट्ट्यांमध्ये. पण तोपर्यंत, निरीक्षणाने आधीच आसपासच्या जमिनी आणि पाण्यात किरणोत्सर्गाची चिंताजनक पातळी दर्शविली होती. वनस्पतीपासून 40 किमी अंतरावर असलेल्या एका गावात, किरणोत्सर्गी घटक Cesium-137 चेरनोबिल आपत्तीनंतरच्या पातळीपेक्षा खूप जास्त प्रमाणात आढळून आला, ज्यामुळे या परिसरात मानवी वस्ती असण्याच्या शक्यतेबद्दल शंका निर्माण झाली.

यंत्र आणि ऑपरेशनचे सिद्धांत स्वयं-शाश्वत आण्विक प्रतिक्रियेच्या आरंभ आणि नियंत्रणावर आधारित आहेत. हे संशोधन साधन म्हणून, किरणोत्सर्गी समस्थानिक तयार करण्यासाठी आणि अणुऊर्जा प्रकल्पांसाठी ऊर्जा स्त्रोत म्हणून वापरले जाते.

ऑपरेटिंग तत्त्व (थोडक्यात)

हे एक प्रक्रिया वापरते ज्यामध्ये एक जड केंद्रक दोन लहान तुकड्यांमध्ये मोडतो. हे तुकडे अत्यंत उत्तेजित अवस्थेत आहेत आणि न्यूट्रॉन, इतर सबॲटॉमिक कण आणि फोटॉन उत्सर्जित करतात. न्यूट्रॉनमुळे नवीन विखंडन होऊ शकते, परिणामी त्यापैकी अधिक उत्सर्जित होतात, आणि असेच. स्प्लिटिंग्सच्या अशा सततच्या स्वयं-टिकाऊ मालिकेला साखळी प्रतिक्रिया म्हणतात. हे मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा सोडते, ज्याचे उत्पादन अणुऊर्जा प्रकल्प वापरण्याचा उद्देश आहे.

आण्विक अणुभट्टीचे कार्य तत्त्व असे आहे की विखंडन उर्जा सुमारे 85% प्रतिक्रिया सुरू झाल्यानंतर अगदी कमी कालावधीत सोडली जाते. उर्वरित विखंडन उत्पादनांच्या किरणोत्सर्गी क्षयमुळे न्यूट्रॉन उत्सर्जित झाल्यानंतर तयार होतात. किरणोत्सर्गी क्षय ही एक प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये अणू अधिक स्थिर स्थितीत पोहोचतो. विभाजन पूर्ण झाल्यानंतर ते चालूच राहते.

अणुबॉम्बमध्ये, बहुतेक सामग्रीचे विखंडन होईपर्यंत साखळी प्रतिक्रिया तीव्रतेने वाढते. हे अतिशय त्वरीत घडते, ज्यामुळे अशा बॉम्बचे वैशिष्ट्यपूर्ण अत्यंत शक्तिशाली स्फोट होतात. आण्विक अणुभट्टीची रचना आणि ऑपरेटिंग तत्त्व नियंत्रित, जवळजवळ स्थिर स्तरावर साखळी प्रतिक्रिया राखण्यावर आधारित आहे. हे अशा प्रकारे डिझाइन केले आहे की ते स्फोट होईल अणुबॉम्ब, करू शकत नाही.

साखळी प्रतिक्रिया आणि गंभीरता

अणुविखंडन अणुभट्टीचे भौतिकशास्त्र असे आहे की न्यूट्रॉन उत्सर्जित झाल्यानंतर न्यूक्लियसचे विभाजन होण्याच्या संभाव्यतेनुसार साखळी प्रतिक्रिया निश्चित केली जाते. जर नंतरची लोकसंख्या कमी झाली, तर विभाजनाचा दर शेवटी शून्यावर जाईल. या प्रकरणात, अणुभट्टी सबक्रिटिकल स्थितीत असेल. जर न्यूट्रॉन लोकसंख्या स्थिर पातळीवर ठेवली गेली, तर विखंडन दर स्थिर राहील. अणुभट्टी गंभीर स्थितीत असेल. शेवटी, जर न्यूट्रॉनची लोकसंख्या कालांतराने वाढली, तर विखंडन दर आणि शक्ती वाढेल. गाभ्याची स्थिती सुपरक्रिटिकल होईल.

अणुभट्टीचे कार्य तत्त्व खालीलप्रमाणे आहे. प्रक्षेपण करण्यापूर्वी, न्यूट्रॉनची संख्या शून्याच्या जवळ आहे. ऑपरेटर नंतर कोरमधून कंट्रोल रॉड काढून टाकतात, आण्विक विखंडन वाढवतात, जे तात्पुरते अणुभट्टीला सुपरक्रिटिकल स्थितीत ढकलतात. रेटेड पॉवरवर पोहोचल्यानंतर, ऑपरेटर न्यूट्रॉनची संख्या समायोजित करून, नियंत्रण रॉड्स अंशतः परत करतात. त्यानंतर, अणुभट्टी गंभीर स्थितीत ठेवली जाते. जेव्हा ते थांबवण्याची गरज असते, तेव्हा ऑपरेटर सर्व मार्गाने रॉड घालतात. हे विखंडन दडपून टाकते आणि कोरला सबक्रिटिकल स्थितीत स्थानांतरित करते.

अणुभट्टीचे प्रकार

जगातील बहुतेक अणुऊर्जा प्रकल्प हे पॉवर प्लांट आहेत, जे इलेक्ट्रिकल पॉवर जनरेटर चालवणाऱ्या टर्बाइन फिरवण्यासाठी आवश्यक उष्णता निर्माण करतात. तेथे अनेक संशोधन अणुभट्ट्या देखील आहेत आणि काही देशांमध्ये अणुऊर्जेद्वारे समर्थित पाणबुडी किंवा पृष्ठभागावरील जहाजे आहेत.

पॉवर प्लांट्स

या प्रकारच्या अणुभट्ट्यांचे अनेक प्रकार आहेत, परंतु हलक्या पाण्याची रचना मोठ्या प्रमाणात वापरली जाते. यामधून, ते दाबलेले पाणी किंवा उकळत्या पाण्याचा वापर करू शकते. पहिल्या प्रकरणात, उच्च-दाब द्रव कोरच्या उष्णतेने गरम होतो आणि स्टीम जनरेटरमध्ये प्रवेश करतो. तेथे, प्राथमिक सर्किटमधून उष्णता दुय्यम सर्किटमध्ये हस्तांतरित केली जाते, ज्यामध्ये पाणी देखील असते. शेवटी व्युत्पन्न केलेली वाफ स्टीम टर्बाइन सायकलमध्ये कार्यरत द्रवपदार्थ म्हणून काम करते.

उकळत्या पाण्याची अणुभट्टी थेट ऊर्जा चक्राच्या तत्त्वावर चालते. कोरमधून जाणारे पाणी मध्यम दाबाने उकळले जाते. संतृप्त वाफ अणुभट्टीच्या भांड्यात असलेल्या विभाजक आणि ड्रायरच्या मालिकेतून जाते, ज्यामुळे ते जास्त गरम होते. नंतर टर्बाइन चालू करण्यासाठी सुपरहिटेड पाण्याची वाफ कार्यरत द्रव म्हणून वापरली जाते.

उच्च तापमान गॅस थंड

उच्च-तापमान गॅस-कूल्ड अणुभट्टी (HTGR) ही एक आण्विक अणुभट्टी आहे ज्याचे कार्य तत्त्व ग्रेफाइट आणि इंधन मायक्रोस्फेअर्सचे मिश्रण इंधन म्हणून वापरण्यावर आधारित आहे. दोन प्रतिस्पर्धी डिझाइन आहेत:

• एक जर्मन "फिल" प्रणाली जी 60 मिमी व्यासासह गोलाकार इंधन घटक वापरते, जी ग्रेफाइट शेलमध्ये ग्रेफाइट आणि इंधन यांचे मिश्रण असते;
• ग्रेफाइट षटकोनी प्रिझमच्या स्वरूपात अमेरिकन आवृत्ती जी एक कोर तयार करण्यासाठी इंटरलॉक करते.

दोन्ही प्रकरणांमध्ये, कूलंटमध्ये सुमारे 100 वातावरणाच्या दाबाखाली हेलियम असते. जर्मन प्रणालीमध्ये, हेलियम गोलाकार थरातील अंतरांमधून जातो इंधन पेशी, आणि अमेरिकन मध्ये - अणुभट्टीच्या मध्यवर्ती क्षेत्राच्या अक्ष्यासह स्थित ग्रेफाइट प्रिझममधील छिद्रांद्वारे. दोन्ही पर्याय अतिशय उच्च तापमानात कार्य करू शकतात, कारण ग्रेफाइटमध्ये अत्यंत उच्च उदात्तीकरण तापमान असते आणि हेलियम पूर्णपणे रासायनिकदृष्ट्या निष्क्रिय असते. गरम हेलियम उच्च तापमानात गॅस टर्बाइनमध्ये कार्यरत द्रवपदार्थ म्हणून थेट लागू केले जाऊ शकते किंवा त्याची उष्णता वॉटर सायकल स्टीम तयार करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.

द्रव धातू आणि कार्य तत्त्व

1960 आणि 1970 च्या दशकात सोडियम-कूल्ड फास्ट अणुभट्ट्यांना जास्त लक्ष वेधले गेले. तेव्हा असे वाटले की त्यांच्या प्रजनन क्षमतेची झपाट्याने विस्तारणाऱ्या अणुउद्योगासाठी इंधन निर्मितीसाठी लवकरच गरज भासेल. ही अपेक्षा अवास्तव असल्याचे 1980 मध्ये स्पष्ट झाल्यावर उत्साह कमी झाला. तथापि, यूएसए, रशिया, फ्रान्स, ग्रेट ब्रिटन, जपान आणि जर्मनीमध्ये या प्रकारच्या अनेक अणुभट्ट्या बांधल्या गेल्या आहेत. त्यापैकी बहुतेक युरेनियम डायऑक्साइड किंवा प्लूटोनियम डायऑक्साइडच्या मिश्रणावर चालतात. युनायटेड स्टेट्समध्ये, तथापि, धातूच्या इंधनाने सर्वात मोठे यश प्राप्त केले आहे.

CANDU

नैसर्गिक युरेनियम वापरणाऱ्या अणुभट्ट्यांवर कॅनडा आपले प्रयत्न केंद्रित करत आहे. हे समृद्ध करण्यासाठी इतर देशांच्या सेवांचा अवलंब करण्याची गरज दूर करते. या धोरणाचा परिणाम म्हणजे ड्युटेरियम-युरेनियम अणुभट्टी (CANDU). हे जड पाण्याने नियंत्रित आणि थंड केले जाते. आण्विक अणुभट्टीची रचना आणि कार्यप्रणालीच्या तत्त्वामध्ये वातावरणाच्या दाबावर थंड D 2 O चा जलाशय वापरणे समाविष्ट आहे. नैसर्गिक युरेनियम इंधन असलेल्या झिरकोनिअम मिश्र धातुपासून बनवलेल्या पाईप्सद्वारे कोरला छेद दिला जातो, ज्याद्वारे ते थंड करणारे जड पाणी फिरते. स्टीम जनरेटरद्वारे फिरणाऱ्या शीतलकमध्ये जड पाण्यात विखंडन उष्णता हस्तांतरित करून वीज तयार केली जाते. दुय्यम सर्किटमधील वाफ नंतर पारंपारिक टर्बाइन सायकलमधून जाते.

संशोधन सुविधा

च्या साठी वैज्ञानिक संशोधनबहुतेकदा, अणुभट्टी वापरली जाते, ज्याचे ऑपरेटिंग तत्त्व म्हणजे पाणी थंड करणे आणि प्लेट-आकाराचे युरेनियम इंधन घटक असेंब्लीच्या स्वरूपात वापरणे. अनेक किलोवॅट्सपासून शेकडो मेगावॅट्सपर्यंतच्या पॉवर स्तरांच्या विस्तृत श्रेणीवर कार्य करण्यास सक्षम. ऊर्जा निर्मिती हा संशोधन अणुभट्ट्यांचा प्राथमिक उद्देश नसल्यामुळे, ते उत्पादित औष्णिक ऊर्जा, घनता आणि कोर न्यूट्रॉनची नाममात्र ऊर्जा द्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत. हे पॅरामीटर्स विशिष्ट संशोधन करण्यासाठी संशोधन अणुभट्टीची क्षमता मोजण्यात मदत करतात. कमी उर्जा प्रणाली सामान्यत: विद्यापीठांमध्ये आढळतात आणि अध्यापनासाठी वापरली जातात, तर उच्च उर्जा प्रणाली संशोधन प्रयोगशाळांमध्ये साहित्य आणि कार्यप्रदर्शन चाचणी आणि सामान्य संशोधनासाठी आवश्यक असतात.

सर्वात सामान्य संशोधन अणुभट्टी आहे, ज्याची रचना आणि कार्य तत्त्व खालीलप्रमाणे आहे. त्याचा गाभा मोठ्या, खोल पाण्याच्या तळाशी आहे. हे वाहिन्यांचे निरीक्षण आणि प्लेसमेंट सुलभ करते ज्याद्वारे न्यूट्रॉन बीम निर्देशित केले जाऊ शकतात. येथे कमी पातळीपॉवर, कूलंट पंप करण्याची गरज नाही, कारण शीतलकचे नैसर्गिक संवहन सुरक्षित ऑपरेटिंग स्थिती राखण्यासाठी पुरेशी उष्णता काढून टाकण्याची खात्री देते. उष्णता एक्सचेंजर सहसा पृष्ठभागावर किंवा पूलच्या शीर्षस्थानी स्थित असतो जेथे गरम पाणी जमा होते.

जहाज स्थापना

आण्विक अणुभट्ट्यांचा मूळ आणि मुख्य उपयोग म्हणजे पाणबुड्यांमध्ये त्यांचा वापर. त्यांचा मुख्य फायदा असा आहे की, जीवाश्म इंधन ज्वलन प्रणालीच्या विपरीत, त्यांना वीज निर्माण करण्यासाठी हवेची आवश्यकता नसते. त्यामुळे, एक आण्विक पाणबुडी दीर्घकाळ पाण्यात बुडून राहू शकते, तर पारंपारिक डिझेल-इलेक्ट्रिक पाणबुडी वेळोवेळी पृष्ठभागावर उभी राहणे आवश्यक आहे जेणेकरून त्याचे इंजिन मध्य-हवेत सुरू होईल. नौदलाच्या जहाजांना धोरणात्मक फायदा देते. त्याबद्दल धन्यवाद, परदेशी बंदरांवर किंवा सहज असुरक्षित टँकरमधून इंधन भरण्याची गरज नाही.

पाणबुडीवर आण्विक अणुभट्टीचे ऑपरेटिंग तत्त्व वर्गीकृत आहे. तथापि, हे ज्ञात आहे की यूएसएमध्ये ते अत्यंत समृद्ध युरेनियम वापरते आणि हलक्या पाण्याने मंद आणि थंड केले जाते. पहिल्या आण्विक पाणबुडी अणुभट्टीची रचना, यूएसएस नॉटिलस, शक्तिशाली संशोधन सुविधांनी खूप प्रभावित झाली. त्याचा अद्वितीय वैशिष्ट्येहे खूप मोठे रिऍक्टिव्हिटी राखीव आहे, जे इंधन न भरता दीर्घ कालावधीचे ऑपरेशन आणि थांबल्यानंतर पुन्हा सुरू करण्याची क्षमता प्रदान करते. शोध टाळण्यासाठी पाणबुड्यांमधील पॉवर प्लांट अतिशय शांत असणे आवश्यक आहे. विशिष्ट गरजा पूर्ण करण्यासाठी पाणबुड्यांचे विविध वर्ग तयार केले गेले विविध मॉडेलपॉवर प्लांट्स.

यूएस नेव्ही विमानवाहू वाहक आण्विक अणुभट्टी वापरतात, ज्याचे ऑपरेटिंग तत्त्व सर्वात मोठ्या पाणबुड्यांकडून घेतलेले मानले जाते. त्यांच्या डिझाईनचा तपशीलही प्रसिद्ध झालेला नाही.

युनायटेड स्टेट्स व्यतिरिक्त, ग्रेट ब्रिटन, फ्रान्स, रशिया, चीन आणि भारताकडे आण्विक पाणबुड्या आहेत. प्रत्येक बाबतीत, डिझाइन उघड केले गेले नाही, परंतु असे मानले जाते की ते सर्व समान आहेत - त्यांच्यासाठी समान आवश्यकतांचा हा परिणाम आहे तांत्रिक माहिती. रशियाकडेही एक लहान ताफा आहे जो सोव्हिएत पाणबुड्यांप्रमाणेच अणुभट्ट्या वापरतो.

औद्योगिक प्रतिष्ठान

उत्पादनाच्या उद्देशाने, अणुभट्टी वापरली जाते, ज्याचे ऑपरेटिंग तत्त्व कमी पातळीच्या ऊर्जा उत्पादनासह उच्च उत्पादकता आहे. हे या वस्तुस्थितीमुळे आहे की कोरमध्ये प्लूटोनियम दीर्घकाळ राहिल्याने अवांछित 240 पु जमा होते.

ट्रिटियम उत्पादन

सध्या, अशा प्रणालींद्वारे उत्पादित मुख्य सामग्री ट्रिटियम (3H किंवा T) आहे - प्लूटोनियम-239 साठी शुल्क 24,100 वर्षे दीर्घ अर्धायुष्य आहे, म्हणून शस्त्रागार असलेल्या देशांमध्ये आण्विक शस्त्रेजे हा घटक वापरतात त्यांच्याकडे ते आवश्यकतेपेक्षा जास्त असते. 239 पुच्या विपरीत, ट्रिटियमचे अर्धे आयुष्य अंदाजे 12 वर्षे असते. अशा प्रकारे, आवश्यक पुरवठा राखण्यासाठी, हायड्रोजनचा हा किरणोत्सर्गी समस्थानिक सतत तयार करणे आवश्यक आहे. युनायटेड स्टेट्समध्ये, सवाना नदी (दक्षिण कॅरोलिना), उदाहरणार्थ, ट्रिटियम तयार करणाऱ्या अनेक जड पाण्याच्या अणुभट्ट्या चालवतात.

फ्लोटिंग पॉवर युनिट्स

अणुभट्ट्या तयार केल्या गेल्या आहेत ज्या दुर्गम भागांना वीज आणि वाफेवर गरम करू शकतात. रशियामध्ये, उदाहरणार्थ, लहान पॉवर प्लांट्स, विशेषतः आर्क्टिक सेवा देण्यासाठी डिझाइन केलेले सेटलमेंट. चीनमध्ये, 10 मेगावॅट एचटीआर-10 संशोधन संस्थेला उष्णता आणि ऊर्जा प्रदान करते. स्वीडन आणि कॅनडामध्ये समान क्षमतेसह लहान स्वयंचलित नियंत्रित अणुभट्ट्यांचा विकास सुरू आहे. 1960 ते 1972 दरम्यान, यूएस आर्मीने ग्रीनलँड आणि अंटार्क्टिकामधील रिमोट तळांना वीज देण्यासाठी कॉम्पॅक्ट वॉटर रिॲक्टर्सचा वापर केला. त्यांची जागा तेलावर चालणाऱ्या वीज प्रकल्पांनी घेतली.

जागा जिंकणे

याशिवाय, बाह्य अवकाशात वीजपुरवठा आणि हालचालीसाठी अणुभट्ट्या विकसित केल्या गेल्या. 1967 ते 1988 दरम्यान सोव्हिएत युनियनकॉसमॉस मालिकेच्या उपग्रहांवर उर्जा उपकरणे आणि टेलिमेट्रीसाठी लहान परमाणु युनिट्स स्थापित केले, परंतु हे धोरण टीकेचे लक्ष्य बनले आहे. यापैकी किमान एका उपग्रहाने पृथ्वीच्या वातावरणात प्रवेश केला, ज्यामुळे कॅनडाच्या दुर्गम भागात किरणोत्सर्गी दूषित होण्यास कारणीभूत ठरले. युनायटेड स्टेट्सने 1965 मध्ये केवळ एक अणुऊर्जा उपग्रह प्रक्षेपित केला आहे. तथापि, लांब पल्ल्याच्या अंतराळ उड्डाणांमध्ये, इतर ग्रहांचे मानवयुक्त अन्वेषण किंवा कायमस्वरूपी चंद्राच्या तळावर त्यांचा वापर करण्याचे प्रकल्प विकसित केले जात आहेत. हे अपरिहार्यपणे गॅस-कूल्ड किंवा लिक्विड मेटल अणुभट्टी असेल, ज्याची भौतिक तत्त्वे रेडिएटरचा आकार कमी करण्यासाठी आवश्यक असलेले उच्चतम संभाव्य तापमान प्रदान करतील. याव्यतिरिक्त, अंतराळ तंत्रज्ञानासाठी अणुभट्टी शक्य तितकी कॉम्पॅक्ट असणे आवश्यक आहे जेणेकरुन संरक्षणासाठी वापरल्या जाणाऱ्या सामग्रीचे प्रमाण कमी होईल आणि प्रक्षेपण आणि अंतराळ उड्डाण दरम्यान वजन कमी होईल. इंधन पुरवठा स्पेस फ्लाइटच्या संपूर्ण कालावधीसाठी अणुभट्टीचे कार्य सुनिश्चित करेल.

I. अणुभट्टीची रचना

अणुभट्टीखालील पाच मुख्य घटकांचा समावेश आहे:

1) आण्विक इंधन;

2) न्यूट्रॉन नियंत्रक;

3) नियामक प्रणाली;

4) शीतकरण प्रणाली;

5) संरक्षक स्क्रीन.

1. आण्विक इंधन.

अणुइंधन हा ऊर्जेचा स्रोत आहे. सध्या तीन प्रकारचे विघटनशील पदार्थ ज्ञात आहेत:

अ) युरेनियम 235, जे नैसर्गिक युरेनियमचे 0.7% किंवा 1/140 बनवते;

6) प्लुटोनियम 239, जे युरेनियम 238 वर आधारित काही अणुभट्ट्यांमध्ये तयार होते, जे नैसर्गिक युरेनियमचे जवळजवळ संपूर्ण वस्तुमान (99.3%, किंवा 139/140 भाग) बनवते.

न्यूट्रॉन कॅप्चर करणे, युरेनियम 238 न्यूक्ली नेप्ट्यूनियम न्यूक्लीमध्ये बदलते - मेंडेलीव्ह नियतकालिक प्रणालीचा 93 वा घटक; नंतरचे, यामधून, प्लुटोनियम न्यूक्लीमध्ये बदलते - आवर्त सारणीचा 94 वा घटक. प्लूटोनियम हे विकिरणित युरेनियममधून रासायनिक मार्गाने सहज काढले जाते आणि ते आण्विक इंधन म्हणून वापरले जाऊ शकते;

c) युरेनियम 233, जो थोरियमपासून प्राप्त केलेला युरेनियमचा एक कृत्रिम समस्थानिक आहे.

युरेनियम 235 च्या विपरीत, जे नैसर्गिक युरेनियममध्ये आढळते, प्लुटोनियम 239 आणि युरेनियम 233 केवळ कृत्रिमरित्या मिळवले जातात. म्हणूनच त्यांना दुय्यम आण्विक इंधन म्हणतात; अशा इंधनाचा स्त्रोत युरेनियम 238 आणि थोरियम 232 आहे.

अशा प्रकारे, वर सूचीबद्ध केलेल्या सर्व प्रकारच्या अणुइंधनांपैकी युरेनियम हे मुख्य आहे. हे सर्व देशांमध्ये युरेनियम साठ्यांचा शोध आणि शोध घेत असलेल्या प्रचंड व्याप्तीचे स्पष्टीकरण देते.

आण्विक अणुभट्टीमध्ये सोडलेल्या ऊर्जेची तुलना कधीकधी दरम्यान सोडलेल्या उर्जेशी केली जाते रासायनिक प्रतिक्रियाज्वलन तथापि, त्यांच्यात मूलभूत फरक आहे.

युरेनियमच्या विखंडनादरम्यान प्राप्त होणारी उष्णतेची मात्रा ज्वलनाच्या वेळी मिळणाऱ्या उष्णतेच्या प्रमाणापेक्षा खूप जास्त असते, उदाहरणार्थ, कोळशाचे: 1 किलो युरेनियम 235, सिगारेटच्या एका पॅकेटच्या बरोबरीने, सैद्धांतिकदृष्ट्या तितकी ऊर्जा प्रदान करू शकते. 2600 टन कोळसा.

तथापि, या उर्जेच्या संधींचा पूर्णपणे उपयोग केला जात नाही, कारण सर्व युरेनियम 235 नैसर्गिक युरेनियमपासून वेगळे केले जाऊ शकत नाहीत. परिणामी, 1 किलो युरेनियम, युरेनियम 235 सह त्याच्या संवर्धनाच्या डिग्रीवर अवलंबून, सध्या अंदाजे 10 टन कोळशाच्या समतुल्य आहे. परंतु हे लक्षात घेतले पाहिजे की आण्विक इंधनाच्या वापरामुळे वाहतूक सुलभ होते आणि त्यामुळे इंधनाची किंमत लक्षणीयरीत्या कमी होते. ब्रिटीश तज्ञांनी गणना केली आहे की युरेनियम समृद्ध करून ते अणुभट्ट्यांमध्ये तयार होणारी उष्णता 10 पट वाढवू शकतील, जे 1 टन युरेनियम 100 हजार टन कोळशाच्या बरोबरीचे असेल.

अणुविखंडन प्रक्रिया, जी उष्णता सोडल्यानंतर उद्भवते, आणि रासायनिक ज्वलन यांच्यातील दुसरा फरक असा आहे की ज्वलन अभिक्रियाला ऑक्सिजनची आवश्यकता असते, तर साखळी प्रतिक्रिया सुरू करण्यासाठी फक्त काही न्यूट्रॉन आणि ठराविक वस्तुमान अणुइंधन आवश्यक असते. गंभीर वस्तुमानासाठी, ज्याची आम्ही अणुबॉम्बच्या विभागात आधीच व्याख्या केली आहे.

आणि शेवटी, आण्विक विखंडनची अदृश्य प्रक्रिया अत्यंत हानिकारक रेडिएशनच्या उत्सर्जनासह आहे, ज्यापासून संरक्षण प्रदान केले जाणे आवश्यक आहे.

2. न्यूट्रॉन नियंत्रक.

रिॲक्टरमध्ये विखंडन उत्पादनांचा प्रसार टाळण्यासाठी, अणुइंधन विशेष शेलमध्ये ठेवले पाहिजे. असे कवच तयार करण्यासाठी, आपण ॲल्युमिनियम (कूलंटचे तापमान 200 ° पेक्षा जास्त नसावे), किंवा त्याहूनही चांगले, बेरीलियम किंवा झिरकोनियम वापरू शकता - नवीन धातू, ज्याचे उत्पादन त्यांच्या शुद्ध स्वरूपात मोठ्या अडचणींनी भरलेले आहे.

आण्विक विखंडन दरम्यान तयार होणाऱ्या न्यूट्रॉनमध्ये (जड घटकाच्या एका केंद्रकाच्या विखंडनादरम्यान सरासरी 2-3 न्यूट्रॉन) एक विशिष्ट ऊर्जा असते. न्यूट्रॉनच्या इतर केंद्रकांना विभाजित करण्याची संभाव्यता सर्वात मोठी असण्यासाठी, ज्याशिवाय प्रतिक्रिया स्वयं-सन्स्टंटिंग होणार नाही, हे न्यूट्रॉन त्यांच्या गतीचा काही भाग गमावणे आवश्यक आहे. अणुभट्टीमध्ये मॉडरेटर ठेवून हे साध्य केले जाते, ज्यामध्ये अनेक सलग टक्करांमुळे वेगवान न्यूट्रॉनचे संथ न्यूट्रॉनमध्ये रूपांतर होते. मॉडरेटर म्हणून वापरल्या जाणाऱ्या पदार्थामध्ये न्यूट्रॉनच्या वस्तुमानाच्या अंदाजे समान वस्तुमान असलेले केंद्रक असणे आवश्यक आहे, म्हणजेच प्रकाश घटकांचे केंद्रक, जड पाण्याचा वापर अगदी सुरुवातीपासूनच नियंत्रक म्हणून केला जात होता (D 2 0, जेथे D ड्युटेरियम आहे. , ज्याने सामान्य पाण्यात हलका हायड्रोजन बदलला N 2 0). तथापि, आता ते अधिकाधिक ग्रेफाइट वापरण्याचा प्रयत्न करीत आहेत - ते स्वस्त आहे आणि जवळजवळ समान प्रभाव देते.

स्वीडनमध्ये खरेदी केलेल्या एक टन जड पाण्याची किंमत 70-80 दशलक्ष फ्रँक आहे. शांततापूर्ण वापरावरील जिनिव्हा परिषदेत अणुऊर्जाअमेरिकन लोक म्हणाले की ते लवकरच प्रति टन 22 दशलक्ष फ्रँक या किमतीने जड पाणी विकू शकतील.

एक टन ग्रेफाइटची किंमत 400 हजार फ्रँक आणि एक टन बेरिलियम ऑक्साईडची किंमत 20 दशलक्ष फ्रँक आहे.

मॉडरेटर म्हणून वापरलेला पदार्थ मॉडरेटरमधून जात असताना न्यूट्रॉनचे नुकसान टाळण्यासाठी शुद्ध असणे आवश्यक आहे. त्यांच्या धावण्याच्या शेवटी, न्यूट्रॉन असतात सरासरी वेगसुमारे 2200 मी/सेकंद, तर त्यांचा प्रारंभिक वेग सुमारे 20 हजार किमी/सेकंद होता. अणुभट्ट्यांमध्ये, उष्णता सोडणे हळूहळू होते आणि ते नियंत्रित केले जाऊ शकते, अणुबॉम्बच्या विपरीत, जेथे ते त्वरित उद्भवते आणि स्फोटाचे स्वरूप घेते.

काही प्रकारच्या वेगवान अणुभट्ट्यांना नियंत्रकाची आवश्यकता नसते.

3. नियामक प्रणाली.

एखाद्या व्यक्तीने इच्छेनुसार आण्विक प्रतिक्रिया घडवून आणणे, नियमन करणे आणि थांबवणे सक्षम असावे. बोरॉन स्टील किंवा कॅडमियम - न्यूट्रॉन शोषण्याची क्षमता असलेल्या सामग्रीपासून बनवलेल्या कंट्रोल रॉड्सचा वापर करून हे साध्य केले जाते. अणुभट्टीमध्ये कंट्रोल रॉड्स ज्या खोलीपर्यंत कमी केले जातात त्यानुसार, गाभ्यामध्ये न्यूट्रॉनची संख्या वाढते किंवा कमी होते, ज्यामुळे शेवटी प्रक्रियेचे नियमन करणे शक्य होते. सर्व्हमेकॅनिझम वापरून कंट्रोल रॉड स्वयंचलितपणे नियंत्रित केले जातात; यातील काही रॉड धोक्याच्या वेळी ताबडतोब कोरमध्ये पडू शकतात.

सुरुवातीला अणुभट्टीच्या स्फोटामुळे अणुबॉम्ब प्रमाणेच नुकसान होईल अशी चिंता होती. अणुभट्टीचा स्फोट फक्त सामान्यपेक्षा वेगळ्या परिस्थितीत होतो आणि अणु प्रकल्पाच्या परिसरात राहणाऱ्या लोकसंख्येला गंभीर धोका नाही हे सिद्ध करण्यासाठी, अमेरिकन लोकांनी जाणूनबुजून एक तथाकथित "उकळत्या" अणुभट्टी उडवली. खरंच, असा एक स्फोट झाला होता ज्याला आपण “शास्त्रीय” म्हणजेच अणुविरहित म्हणून ओळखू शकतो; यावरून पुन्हा एकदा हे सिद्ध होते की अणुभट्ट्या लोकसंख्येच्या क्षेत्राजवळ बांधल्या जाऊ शकतात आणि नंतरचा कोणताही धोका न होता.

4. कूलिंग सिस्टम.

आण्विक विखंडन दरम्यान, एक विशिष्ट ऊर्जा सोडली जाते, जी क्षय उत्पादनांमध्ये आणि परिणामी न्यूट्रॉनमध्ये हस्तांतरित केली जाते. ही ऊर्जा, न्यूट्रॉनच्या असंख्य टक्करांमुळे, थर्मल उर्जेमध्ये रूपांतरित होते, म्हणून, अणुभट्टीचे जलद अपयश टाळण्यासाठी, उष्णता काढून टाकणे आवश्यक आहे. किरणोत्सर्गी समस्थानिक तयार करण्यासाठी डिझाइन केलेल्या अणुभट्ट्यांमध्ये, ही उष्णता वापरली जात नाही, परंतु उर्जा निर्माण करण्यासाठी डिझाइन केलेल्या अणुभट्ट्यांमध्ये, त्याउलट, मुख्य उत्पादन बनते. वायू किंवा पाणी वापरून कूलिंग केले जाऊ शकते, जे विशेष नळ्यांद्वारे दाबाने अणुभट्टीमध्ये फिरते आणि नंतर उष्णता एक्सचेंजरमध्ये थंड केले जाते. सोडलेली उष्णता जनरेटरला जोडलेल्या टर्बाइनला फिरवणारी वाफ गरम करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते; समान उपकरणअणुऊर्जा प्रकल्प असेल.

5. संरक्षणात्मक स्क्रीन.

अणुभट्टीच्या बाहेर उडू शकणाऱ्या न्यूट्रॉनचे हानिकारक प्रभाव टाळण्यासाठी आणि प्रतिक्रियेदरम्यान उत्सर्जित होणाऱ्या गॅमा रेडिएशनपासून स्वतःचे संरक्षण करण्यासाठी, हे आवश्यक आहे. विश्वसनीय संरक्षण. शास्त्रज्ञांनी असे मोजले आहे की 100 हजार किलोवॅट क्षमतेची अणुभट्टी इतकी किरणोत्सर्गी किरणोत्सर्ग उत्सर्जित करते की त्यापासून 100 मीटर अंतरावर असलेल्या व्यक्तीला ते 2 मिनिटांत प्राप्त होईल. प्राणघातक डोस. अणुभट्टीची सेवा करणाऱ्या कर्मचाऱ्यांचे संरक्षण सुनिश्चित करण्यासाठी, लीड स्लॅबसह विशेष काँक्रीटपासून दोन-मीटर भिंती बांधल्या जातात.

पहिली अणुभट्टी डिसेंबर १९४२ मध्ये इटालियन फर्मीने बांधली होती. 1955 च्या अखेरीस, जगात सुमारे 50 अणुभट्ट्या होत्या (यूएसए - 2 1, इंग्लंड - 4, कॅनडा - 2, फ्रान्स - 2). हे जोडले पाहिजे की 1956 च्या सुरूवातीस, संशोधन आणि औद्योगिक हेतूंसाठी सुमारे 50 अधिक अणुभट्ट्या तयार केल्या गेल्या (यूएसए - 23, फ्रान्स - 4, इंग्लंड - 3, कॅनडा - 1).

या अणुभट्ट्यांचे प्रकार अतिशय वैविध्यपूर्ण आहेत, ज्यामध्ये ग्रेफाइट मॉडरेटर्स आणि नैसर्गिक युरेनियम असलेल्या स्लो न्यूट्रॉन रिॲक्टर्सपासून ते प्लूटोनियम किंवा युरेनियम 233 सह समृद्ध युरेनियम वापरून जलद न्यूट्रॉन अणुभट्ट्या, थोरियमपासून कृत्रिमरित्या इंधन म्हणून तयार केल्या जातात.

या दोन विरोधी प्रकारांव्यतिरिक्त, अणुभट्ट्यांची संपूर्ण शृंखला आहे जी अणुइंधनाच्या रचनेत किंवा मॉडरेटरच्या प्रकारात किंवा कूलंटमध्ये एकमेकांपासून भिन्न आहेत.

हे लक्षात घेणे फार महत्वाचे आहे की, या समस्येच्या सैद्धांतिक बाजूचा आता सर्व देशांतील तज्ञांनी चांगला अभ्यास केला असला तरी, व्यावहारिक क्षेत्रात भिन्न देश अद्याप समान पातळीवर पोहोचलेले नाहीत. अमेरिका आणि रशिया इतर देशांपेक्षा पुढे आहेत. अणुऊर्जेचे भवितव्य प्रामुख्याने तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीवर अवलंबून असेल असा युक्तिवाद केला जाऊ शकतो.