নিউক্লিয়ার রিঅ্যাক্টর: অপারেশনের নীতি, ডিভাইস এবং স্কিম

2024 লেখক: Angel Austin | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-17 05:18

একটি পারমাণবিক চুল্লির যন্ত্র এবং পরিচালনার নীতিটি একটি স্ব-টেকসই পারমাণবিক বিক্রিয়ার প্রাথমিককরণ এবং নিয়ন্ত্রণের উপর ভিত্তি করে। এটি একটি গবেষণা সরঞ্জাম হিসাবে, তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ তৈরির জন্য এবং পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলির শক্তির উত্স হিসাবে ব্যবহৃত হয়৷

পারমাণবিক চুল্লি: এটি কীভাবে কাজ করে (সংক্ষেপে)

এখানে, পারমাণবিক বিভাজন প্রক্রিয়া ব্যবহার করা হয়, যেখানে একটি ভারী নিউক্লিয়াস দুটি ছোট খণ্ডে বিভক্ত হয়। এই খণ্ডগুলো অত্যন্ত উত্তেজিত অবস্থায় থাকে এবং নিউট্রন, অন্যান্য সাবটমিক কণা এবং ফোটন নির্গত করে। নিউট্রন নতুন বিভাজন ঘটাতে পারে, যার ফলস্বরূপ আরও নিউট্রন নির্গত হয়, ইত্যাদি। বিভক্তির এই ধরনের একটি অবিচ্ছিন্ন স্ব-টেকসই সিরিজকে একটি চেইন বিক্রিয়া বলা হয়। একই সময়ে, প্রচুর পরিমাণে শক্তি নির্গত হয়, যার উৎপাদন পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্র ব্যবহার করার উদ্দেশ্য।

একটি পারমাণবিক চুল্লি এবং একটি পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রের পরিচালনার নীতিটি এমন যে বিক্রিয়া শুরু হওয়ার পর খুব অল্প সময়ের মধ্যে প্রায় 85% ফিশন শক্তি নির্গত হয়। বাকি উত্পাদিত হয়নিউট্রন নির্গত হওয়ার পর বিদারণ পণ্যের তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের ফলাফল। তেজস্ক্রিয় ক্ষয় এমন একটি প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে একটি পরমাণু আরও স্থিতিশীল অবস্থায় পৌঁছায়। বিভাজন সম্পন্ন হওয়ার পরেও এটি চলতে থাকে।

একটি পারমাণবিক বোমায়, বেশিরভাগ উপাদান বিভক্ত না হওয়া পর্যন্ত চেইন বিক্রিয়া তীব্রতা বৃদ্ধি পায়। এই ধরনের বোমার বৈশিষ্ট্য অত্যন্ত শক্তিশালী বিস্ফোরণ তৈরি করে, এটি খুব দ্রুত ঘটে। একটি পারমাণবিক চুল্লির যন্ত্র এবং অপারেশন নীতি একটি নিয়ন্ত্রিত, প্রায় ধ্রুবক স্তরে একটি চেইন প্রতিক্রিয়া বজায় রাখার উপর ভিত্তি করে। এটি এমনভাবে ডিজাইন করা হয়েছে যে এটি পারমাণবিক বোমার মতো বিস্ফোরিত হতে পারে না।

শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া এবং সমালোচনা

একটি পারমাণবিক বিভাজন চুল্লির পদার্থবিদ্যা হল যে চেইন বিক্রিয়াটি নিউট্রন নির্গমনের পর পারমাণবিক বিভাজনের সম্ভাবনা দ্বারা নির্ধারিত হয়। যদি পরেরটির জনসংখ্যা কমে যায়, তাহলে বিদারণের হার শেষ পর্যন্ত শূন্যে নেমে আসবে। এই ক্ষেত্রে, চুল্লি একটি সাবক্রিটিকাল অবস্থায় থাকবে। যদি নিউট্রনের জনসংখ্যা একটি ধ্রুবক স্তরে বজায় রাখা হয়, তাহলে বিদারণের হার স্থিতিশীল থাকবে। চুল্লিটি সংকটজনক অবস্থায় থাকবে। এবং অবশেষে, যদি সময়ের সাথে নিউট্রনের জনসংখ্যা বৃদ্ধি পায়, বিদারণের হার এবং শক্তি বৃদ্ধি পাবে। কোর সুপারক্রিটিকাল হয়ে যাবে।

পরমাণু চুল্লির পরিচালনার নীতিটি নিম্নরূপ। এর উৎক্ষেপণের আগে, নিউট্রন জনসংখ্যা শূন্যের কাছাকাছি। অপারেটররা তখন কোর থেকে কন্ট্রোল রডগুলি সরিয়ে দেয়, পারমাণবিক বিভাজন বাড়ায়, যা সাময়িকভাবে অনুবাদ করেসুপারক্রিটিক্যাল অবস্থায় চুল্লি. নামমাত্র শক্তিতে পৌঁছানোর পরে, অপারেটররা আংশিকভাবে নিয়ন্ত্রণ রডগুলি ফিরিয়ে দেয়, নিউট্রনের সংখ্যা সামঞ্জস্য করে। ভবিষ্যতে, চুল্লি একটি জটিল অবস্থায় রক্ষণাবেক্ষণ করা হয়। যখন এটি বন্ধ করার প্রয়োজন হয়, তখন অপারেটররা রডগুলি সম্পূর্ণভাবে প্রবেশ করান। এটি বিদারণকে দমন করে এবং মূলকে একটি সাবক্রিটিকাল অবস্থায় নিয়ে আসে।

চুল্লির প্রকার

পৃথিবীর অধিকাংশ পারমাণবিক স্থাপনা শক্তি উৎপন্ন করে, টারবাইন চালু করার জন্য প্রয়োজনীয় তাপ উৎপন্ন করে যা বৈদ্যুতিক শক্তি জেনারেটর চালায়। এছাড়াও অনেক গবেষণা চুল্লি আছে, এবং কিছু দেশে পারমাণবিক চালিত সাবমেরিন বা সারফেস জাহাজ আছে।

বিদ্যুৎ কেন্দ্র

এই ধরণের বিভিন্ন ধরণের চুল্লি রয়েছে, তবে হালকা জলের নকশাটি ব্যাপক প্রয়োগ পেয়েছে। পরিবর্তে, এটি চাপযুক্ত জল বা ফুটন্ত জল ব্যবহার করতে পারে। প্রথম ক্ষেত্রে, উচ্চ চাপের তরলটি কোরের তাপ দ্বারা উত্তপ্ত হয় এবং বাষ্প জেনারেটরে প্রবেশ করে। সেখানে, প্রাথমিক সার্কিট থেকে তাপ সেকেন্ডারিতে স্থানান্তরিত হয়, এতে জলও থাকে। অবশেষে উত্পন্ন বাষ্প বাষ্প টারবাইন চক্রের কার্যকারী তরল হিসাবে কাজ করে।

ফুটন্ত-টাইপ চুল্লী সরাসরি শক্তি চক্রের নীতিতে কাজ করে। সক্রিয় অঞ্চলের মধ্য দিয়ে যাওয়া জলকে গড় চাপের স্তরে ফোঁড়াতে আনা হয়। স্যাচুরেটেড বাষ্প চুল্লির জাহাজে অবস্থিত বিভাজক এবং ড্রায়ারগুলির একটি সিরিজের মধ্য দিয়ে যায়, যা এটিকে নিয়ে আসেঅতি উত্তপ্ত অবস্থা। সুপারহিটেড জলীয় বাষ্প তারপর একটি টারবাইন চালু করার জন্য একটি কার্যকরী তরল হিসাবে ব্যবহৃত হয়।

উচ্চ তাপমাত্রার গ্যাস ঠাণ্ডা

The High Temperature Gas Cooled Reactor (HTGR) হল একটি পারমাণবিক চুল্লি যার অপারেটিং নীতি জ্বালানী হিসাবে গ্রাফাইট এবং জ্বালানী মাইক্রোস্ফিয়ারের মিশ্রণের উপর ভিত্তি করে। দুটি প্রতিযোগী ডিজাইন আছে:

• জার্মান "ফিলার" সিস্টেম যা 60 মিমি ব্যাসের গোলাকার জ্বালানী কোষ ব্যবহার করে, যা একটি গ্রাফাইট শেলে গ্রাফাইট এবং জ্বালানীর মিশ্রণ;
• আমেরিকান সংস্করণ গ্রাফাইট হেক্সাগোনাল প্রিজমের আকারে যা একটি সক্রিয় অঞ্চল গঠনের জন্য ইন্টারলক করে।

উভয় ক্ষেত্রেই, কুল্যান্ট প্রায় 100 বায়ুমণ্ডলের চাপে হিলিয়াম নিয়ে গঠিত। জার্মান সিস্টেমে, হিলিয়াম গোলাকার জ্বালানী উপাদানগুলির স্তরের ফাঁক দিয়ে এবং আমেরিকান সিস্টেমে চুল্লির কেন্দ্রীয় অঞ্চলের অক্ষ বরাবর অবস্থিত গ্রাফাইট প্রিজমের গর্তের মধ্য দিয়ে যায়। উভয় বিকল্পই খুব উচ্চ তাপমাত্রায় কাজ করতে পারে, কারণ গ্রাফাইটের একটি অত্যন্ত উচ্চ পরমানন্দ তাপমাত্রা রয়েছে, যখন হিলিয়াম সম্পূর্ণরূপে রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয়। গরম হিলিয়াম উচ্চ তাপমাত্রায় একটি গ্যাস টারবাইনে সরাসরি কার্যকরী তরল হিসাবে প্রয়োগ করা যেতে পারে, বা এর তাপ জল চক্রের বাষ্প তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

তরল ধাতু পারমাণবিক চুল্লি: পরিকল্পনা এবং অপারেশন নীতি

সোডিয়াম কুল্যান্ট সহ দ্রুত নিউট্রন চুল্লি 1960 এবং 1970 এর দশকে অনেক মনোযোগ পেয়েছিল। তারপরদেখে মনে হয়েছিল যে অদূর ভবিষ্যতে পারমাণবিক জ্বালানী পুনরুত্পাদন করার তাদের ক্ষমতা দ্রুত বিকাশমান পারমাণবিক শিল্পের জন্য জ্বালানী উৎপাদনের জন্য প্রয়োজনীয় ছিল। 1980 এর দশকে যখন এটি স্পষ্ট হয়ে ওঠে যে এই প্রত্যাশাটি অবাস্তব ছিল, তখন উত্সাহ ম্লান হয়ে যায়। যাইহোক, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, রাশিয়া, ফ্রান্স, গ্রেট ব্রিটেন, জাপান এবং জার্মানিতে এই ধরণের বেশ কয়েকটি চুল্লি নির্মিত হয়েছে। তাদের বেশিরভাগ ইউরেনিয়াম ডাই অক্সাইড বা প্লুটোনিয়াম ডাই অক্সাইডের সাথে এর মিশ্রণে চলে। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে, তবে, ধাতব জ্বালানী নিয়ে সবচেয়ে বড় সাফল্য হয়েছে৷

CANDU

কানাডা প্রাকৃতিক ইউরেনিয়াম ব্যবহার করে এমন চুল্লিতে তার প্রচেষ্টাকে কেন্দ্রীভূত করেছে। এটি অন্যান্য দেশের পরিষেবাগুলি অবলম্বন করার জন্য এর সমৃদ্ধির প্রয়োজনীয়তা দূর করে। এই নীতির ফলাফল ছিল ডিউটেরিয়াম-ইউরেনিয়াম চুল্লি (CANDU)। এটিতে নিয়ন্ত্রণ এবং শীতল ভারী জল দ্বারা বাহিত হয়। পারমাণবিক চুল্লির অপারেশনের যন্ত্র এবং নীতি হল বায়ুমণ্ডলীয় চাপে ঠান্ডা D₂O সহ একটি ট্যাঙ্ক ব্যবহার করা। কোরটি প্রাকৃতিক ইউরেনিয়াম জ্বালানী সহ জিরকোনিয়াম খাদ দিয়ে তৈরি পাইপ দ্বারা ছিদ্র করা হয়, যার মাধ্যমে ভারী জল এটিকে শীতল করে। ভারি পানিতে বিদারণের তাপকে বাষ্প জেনারেটরের মাধ্যমে সঞ্চালিত কুল্যান্টে স্থানান্তর করে বিদ্যুৎ উৎপাদিত হয়। সেকেন্ডারি সার্কিটের বাষ্প তারপর স্বাভাবিক টারবাইন চক্রের মধ্য দিয়ে যায়।

গবেষণা ইনস্টলেশন

বৈজ্ঞানিক গবেষণার জন্য, একটি পারমাণবিক চুল্লি প্রায়শই ব্যবহৃত হয়, যার নীতি হল জল শীতলকরণ এবংসমাবেশের আকারে ল্যামেলার ইউরেনিয়াম জ্বালানী উপাদান। কয়েক কিলোওয়াট থেকে কয়েকশ মেগাওয়াট পর্যন্ত বিস্তৃত বিদ্যুতের স্তরে কাজ করতে সক্ষম। যেহেতু বিদ্যুৎ উৎপাদন গবেষণা রিঅ্যাক্টরগুলির প্রধান কাজ নয়, সেহেতু তারা উৎপন্ন তাপ শক্তি, ঘনত্ব এবং কেন্দ্রে নিউট্রনের নামমাত্র শক্তি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। এই পরামিতিগুলিই নির্দিষ্ট জরিপ পরিচালনা করার জন্য একটি গবেষণা চুল্লির ক্ষমতা পরিমাপ করতে সহায়তা করে। কম পাওয়ার সিস্টেমগুলি সাধারণত শিক্ষার উদ্দেশ্যে বিশ্ববিদ্যালয়গুলিতে ব্যবহৃত হয়, যখন উপাদান এবং কার্যকারিতা পরীক্ষা এবং সাধারণ গবেষণার জন্য R&D ল্যাবগুলিতে উচ্চ ক্ষমতার সিস্টেমের প্রয়োজন হয়৷

সবচেয়ে সাধারণ গবেষণা পারমাণবিক চুল্লি, যার গঠন ও পরিচালনার নীতি নিম্নরূপ। এর সক্রিয় অঞ্চলটি জলের একটি বড় গভীর পুলের নীচে অবস্থিত। এটি চ্যানেলগুলির পর্যবেক্ষণ এবং স্থাপনকে সরল করে যার মাধ্যমে নিউট্রন বিমগুলি নির্দেশিত হতে পারে। কম শক্তির স্তরে, কুল্যান্টের রক্তপাতের কোন প্রয়োজন নেই, কারণ কুল্যান্টের প্রাকৃতিক পরিচলন একটি নিরাপদ অপারেটিং অবস্থা বজায় রাখার জন্য পর্যাপ্ত তাপ অপচয় প্রদান করে। হিট এক্সচেঞ্জার সাধারণত পৃষ্ঠে বা পুলের শীর্ষে থাকে যেখানে গরম জল জমে থাকে।

জাহাজ ইনস্টলেশন

পরমাণু চুল্লির মূল এবং প্রধান ব্যবহার সাবমেরিনে। তাদের প্রধান সুবিধা হলযে, জীবাশ্ম জ্বালানী দহন ব্যবস্থার বিপরীতে, তাদের বিদ্যুৎ উৎপন্ন করার জন্য বাতাসের প্রয়োজন হয় না। অতএব, একটি পারমাণবিক সাবমেরিন দীর্ঘ সময়ের জন্য নিমজ্জিত থাকতে পারে, যখন একটি প্রচলিত ডিজেল-ইলেকট্রিক সাবমেরিনকে বাতাসে ইঞ্জিন চালু করার জন্য পর্যায়ক্রমে পৃষ্ঠে উঠতে হবে। পারমাণবিক শক্তি নৌবাহিনীর জাহাজকে একটি কৌশলগত সুবিধা দেয়। এটি বিদেশী বন্দরগুলিতে বা দুর্বল ট্যাঙ্কার থেকে জ্বালানি করার প্রয়োজনীয়তা দূর করে৷

সাবমেরিনে পারমাণবিক চুল্লি চালানোর নীতিটি শ্রেণিবদ্ধ করা হয়। যাইহোক, এটি জানা যায় যে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে এটি অত্যন্ত সমৃদ্ধ ইউরেনিয়াম ব্যবহার করে এবং হালকা জল দ্বারা ধীর এবং শীতল করা হয়। পারমাণবিক সাবমেরিন ইউএসএস নটিলাসের প্রথম চুল্লির নকশা শক্তিশালী গবেষণা সুবিধা দ্বারা দৃঢ়ভাবে প্রভাবিত হয়েছিল। এর অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি হল একটি খুব বড় প্রতিক্রিয়াশীলতার মার্জিন, যা একটি দীর্ঘ সময়ের জন্য রিফুয়েলিং ছাড়াই অপারেশন এবং থামার পরে পুনরায় চালু করার ক্ষমতা নিশ্চিত করে। সনাক্তকরণ এড়াতে সাব-এ পাওয়ার স্টেশনটি অবশ্যই খুব শান্ত হতে হবে। বিভিন্ন শ্রেণীর সাবমেরিনের নির্দিষ্ট চাহিদা মেটাতে বিভিন্ন মডেলের পাওয়ার প্ল্যান্ট তৈরি করা হয়েছে।

মার্কিন নৌবাহিনীর বিমানবাহী রণতরী একটি পারমাণবিক চুল্লি ব্যবহার করে, যার নীতিটি বৃহত্তম সাবমেরিন থেকে ধার করা বলে মনে করা হয়। তাদের ডিজাইনের বিস্তারিতও প্রকাশ করা হয়নি।

আমেরিকা ছাড়াও যুক্তরাজ্য, ফ্রান্স, রাশিয়া, চীন ও ভারতের পারমাণবিক সাবমেরিন রয়েছে। প্রতিটি ক্ষেত্রে, নকশা প্রকাশ করা হয়নি, কিন্তু এটা বিশ্বাস করা হয় যে তারা সব খুব অনুরূপ - এইতাদের প্রযুক্তিগত বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য একই প্রয়োজনীয়তার একটি ফলাফল। রাশিয়ার কাছে পারমাণবিক চালিত আইসব্রেকারগুলির একটি ছোট বহর রয়েছে যেগুলির সোভিয়েত সাবমেরিনগুলির মতো একই চুল্লি রয়েছে৷

শিল্প স্থাপনা

অস্ত্র-গ্রেড প্লুটোনিয়াম-239 উৎপাদনের জন্য, একটি পারমাণবিক চুল্লি ব্যবহার করা হয়, যার নীতি হল উচ্চ উৎপাদনশীলতা এবং নিম্ন স্তরের শক্তি উৎপাদন। এটি এই কারণে যে প্লুটোনিয়ামের মূল অংশে দীর্ঘক্ষণ থাকার ফলে অবাঞ্ছিত ²⁴⁰Pu.

জমে যায়।

ট্রিটিয়াম উৎপাদন

বর্তমানে, এই ধরনের সিস্টেম দ্বারা উত্পাদিত প্রধান উপাদান হল ট্রিটিয়াম (³H বা T), হাইড্রোজেন বোমার চার্জ। প্লুটোনিয়াম-239-এর দীর্ঘ অর্ধ-জীবন 24,100 বছর, তাই যেসব দেশে এই উপাদানটি ব্যবহার করে পারমাণবিক অস্ত্রের অস্ত্রাগার রয়েছে তাদের প্রয়োজনের তুলনায় এটি বেশি থাকে। ²³⁹Pu এর বিপরীতে, ট্রিটিয়ামের অর্ধ-জীবন প্রায় 12 বছর। সুতরাং, প্রয়োজনীয় সরবরাহ বজায় রাখার জন্য, হাইড্রোজেনের এই তেজস্ক্রিয় আইসোটোপটি অবিচ্ছিন্নভাবে উত্পাদিত হতে হবে। উদাহরণস্বরূপ, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে, সাভানা নদী, দক্ষিণ ক্যারোলিনায়, বেশ কয়েকটি ভারী জলের চুল্লি রয়েছে যা ট্রিটিয়াম তৈরি করে৷

ভাসমান পাওয়ার ইউনিট

পারমাণবিক চুল্লি তৈরি করা হয়েছে যা দূরবর্তী বিচ্ছিন্ন এলাকায় বিদ্যুৎ এবং বাষ্প গরম করতে পারে। রাশিয়া, উদাহরণস্বরূপ, অ্যাপ্লিকেশন পাওয়া গেছেআর্কটিক সম্প্রদায়ের সেবা করার জন্য বিশেষভাবে ডিজাইন করা ছোট পাওয়ার প্ল্যান্ট। চীনে, একটি 10 মেগাওয়াট HTR-10 প্ল্যান্ট যেখানে এটি অবস্থিত গবেষণা ইনস্টিটিউটে তাপ এবং শক্তি সরবরাহ করে। সুইডেন এবং কানাডায় অনুরূপ ক্ষমতা সহ ছোট নিয়ন্ত্রিত চুল্লি তৈরি করা হচ্ছে। 1960 এবং 1972 এর মধ্যে, মার্কিন সেনাবাহিনী গ্রীনল্যান্ড এবং অ্যান্টার্কটিকার দূরবর্তী ঘাঁটিগুলিকে শক্তি দেওয়ার জন্য কমপ্যাক্ট ওয়াটার রিঅ্যাক্টর ব্যবহার করেছিল। তারা তেল-চালিত বিদ্যুৎ কেন্দ্র দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়েছে৷

মহাকাশ অনুসন্ধান

এছাড়া, মহাকাশে বিদ্যুৎ সরবরাহ এবং চলাচলের জন্য চুল্লি তৈরি করা হয়েছে। 1967 এবং 1988 সালের মধ্যে, সোভিয়েত ইউনিয়ন কসমস স্যাটেলাইটে বিদ্যুৎ সরঞ্জাম এবং টেলিমেট্রিতে ছোট পারমাণবিক স্থাপনা স্থাপন করেছিল, কিন্তু এই নীতিটি সমালোচনার লক্ষ্যে পরিণত হয়েছিল। এই উপগ্রহগুলির মধ্যে অন্তত একটি পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে প্রবেশ করেছে, যার ফলে কানাডার প্রত্যন্ত অঞ্চলে তেজস্ক্রিয় দূষণ হয়েছে। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র 1965 সালে মাত্র একটি পারমাণবিক চালিত উপগ্রহ উৎক্ষেপণ করেছিল। যাইহোক, গভীর মহাকাশ ফ্লাইটে তাদের ব্যবহারের জন্য প্রকল্পগুলি, অন্যান্য গ্রহের মনুষ্য অনুসন্ধান, বা একটি স্থায়ী চন্দ্র বেসে বিকাশ করা অব্যাহত রয়েছে। এটি অগত্যা একটি গ্যাস-ঠান্ডা বা তরল-ধাতু পারমাণবিক চুল্লি হবে, যার ভৌত নীতিগুলি রেডিয়েটারের আকারকে ছোট করার জন্য প্রয়োজনীয় সর্বোচ্চ সম্ভাব্য তাপমাত্রা প্রদান করবে। উপরন্তু, একটি স্পেস চুল্লি যতটা সম্ভব কমপ্যাক্ট হওয়া উচিত যাতে ব্যবহৃত উপাদানের পরিমাণ কম করা যায়শিল্ডিং, এবং লঞ্চ এবং স্পেস ফ্লাইটের সময় ওজন কমাতে। জ্বালানী রিজার্ভ মহাকাশ উড্ডয়নের পুরো সময়ের জন্য চুল্লির অপারেশন নিশ্চিত করবে।