हेल्यू-थोरियम ईंधन भारतीय परमाणु रिएक्टरों के लिए अनुपयुक्त: अध्ययन

भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र (बीएआरसी) के शोधकर्ताओं ने बताया है कि एक नए प्रकार का परमाणु ईंधन, जिसे भारत को अपने विशाल थोरियम भंडार का लाभ उठाने की अनुमति देने के लिए प्रचारित किया जा रहा है, देश के तीन-चरण कार्यक्रम में फिट नहीं होगा और महंगे रिएक्टर रीडिज़ाइन की आवश्यकता हो सकती है।

अध्ययन में प्रकाशित किया गया था वर्तमान विज्ञान.

टीम ने जिस संरचना का मूल्यांकन किया उसे हैल्यू-थोरियम कहा जाता है। यह “समृद्ध जीवन के लिए उन्नत परमाणु ऊर्जा” या एएनईईएल का आधार है, एक ईंधन जो राज्य के स्वामित्व वाली एनटीपीसी, लिमिटेड और अमेरिका स्थित कंपनी क्लीन कोर थोरियम एनर्जी है। वर्तमान में खोज कर रहा हूँ.

भारत की दीर्घकालिक परमाणु ऊर्जा योजना के तीन चरण हैं। चल रहे पहले चरण में, भारत प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग करके दबावयुक्त भारी जल रिएक्टरों (पीएचडब्ल्यूआर) का उपयोग कर रहा है। हालाँकि, भारत में थोरियम की तुलना में यूरेनियम तक बहुत कम पहुंच है, इसलिए अगले दो चरणों को अधिक थोरियम का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

ANEEL थोरियम को उच्च-परख कम-संवर्धित यूरेनियम (HALEU) के साथ मिलाता है, जिसमें 5-20% तक समृद्ध यूरेनियम होता है। इसके समर्थकों ने सुझाव दिया है कि ANEEL PHWRs सहित मौजूदा रिएक्टरों में “ड्रॉप-इन” हो सकता है, जिससे उन्हें आज थोरियम का उपयोग करने की अनुमति मिल सकती है।

भारत सरकार ने हाल ही में निजी कंपनियों को ऐसी उन्नत तकनीकों को तैनात करने में मदद करने की अनुमति देने के लिए शांति अधिनियम पारित किया है।

अध्ययन में, केपी सिंह, अमित ठाकुर और अनुराग गुप्ता ने कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग यह परीक्षण करने के लिए किया कि HALEU-Th भारत के मानक 220-MWe रिएक्टरों में कैसा प्रदर्शन करेगा।

मॉडलों ने सुझाव दिया कि जब तीन चरण की योजना के हिस्से के बजाय एक बार में उपयोग किया जाता है, तो हेलेयू-थ प्राकृतिक यूरेनियम और थोड़ा समृद्ध यूरेनियम की तुलना में रिएक्टर में अधिक समय तक रहता है। विशेष रूप से, HALEU-TH ने 50 गीगावाट-दिन प्रति टन (GWd/t) का बर्न-अप हासिल किया, जिससे रिएक्टर को समान मात्रा में बिजली के लिए 7x कम खर्च किए गए ईंधन का उत्पादन करने की अनुमति मिली।

(प्राकृतिक यूरेनियम में केवल 0.7% यूरेनियम-235 होता है; बाकी ज्यादातर यूरेनियम-238 होता है, जो परमाणु प्रतिक्रिया को बनाए नहीं रख सकता। HALEU में, यूरेनियम-235 5-20% बनाता है।

थोरियम भी परमाणु प्रतिक्रिया को कायम नहीं रख सकता। लेकिन जब HALEU के साथ मिलाया जाता है, जो विखंडन के समय न्यूट्रॉन छोड़ता है, तो थोरियम न्यूट्रॉन को अवशोषित करके यूरेनियम-233 बन जाता है, जो एक उत्कृष्ट ईंधन है। परिणामस्वरूप, रिएक्टर प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में HALEU-Th के साथ अधिक समय तक ‘जलता’ है।

जहां प्राकृतिक यूरेनियम का दहन लगभग 7 GWd/t होता है, HALEU-Th का दहन 50 GWd/t होता है – यानी 7 गुना अधिक ऊर्जा। इसलिए 1,000 यूनिट बिजली पैदा करने के लिए, प्राकृतिक यूरेनियम वाले एक रिएक्टर को ईंधन के सात बंडलों का उपभोग करना होगा, जबकि हेल्यू-थ वाले एक रिएक्टर को केवल एक का उपभोग करना होगा।)

लेखकों ने कहा कि चूंकि ईंधन लंबे समय तक चलता है, इसलिए रिएक्टर को ईंधन भरने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली भारी मशीनरी भी खराब हो सकती है।

हालाँकि, उन्होंने ऐसे संकेतों की भी पहचान की जो संकेत देते हैं कि HALEU-Th मौजूदा रिएक्टरों में ड्रॉप-इन प्रतिस्थापन नहीं हो सकता है। चूंकि थोरियम यूरेनियम की तुलना में न्यूट्रॉन को अधिक आक्रामक तरीके से अवशोषित करता है, लेखकों ने पाया कि रिएक्टर की वर्तमान शटडाउन छड़ें लगभग 26% कम प्रभावी हो गईं।

शटडाउन छड़ें उन सामग्रियों से बनी होती हैं जो तेजी से न्यूट्रॉन को अवशोषित करके रिएक्टर में परमाणु प्रतिक्रिया को ‘मार’ देती हैं। लेकिन चूंकि थोरियम भी न्यूट्रॉन को अच्छी तरह से अवशोषित करता है, प्रतिक्रिया जारी रखने के अलावा, शटडाउन छड़ें और थोरियम न्यूट्रॉन के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं।

इसलिए ईंधन का उपयोग करने से रिएक्टर की प्राथमिक आपातकालीन शटडाउन प्रणाली को फिर से डिज़ाइन करना पड़ सकता है।

लेखकों ने यह भी कहा कि एक रिएक्टर को HALEU-Th के साथ स्थिर स्थिति तक पहुंचने में 7-10 साल लगेंगे, जिसके दौरान यह कम बिजली और अधिक अप्रयुक्त ईंधन का उत्पादन करेगा, जिसके बारे में लेखकों ने लिखा है कि “गंभीर आर्थिक दंड” लगाया जाएगा।

अंत में, भारत का दूसरा चरण पहले चरण में उत्पादित प्लूटोनियम पर निर्भर करता है, जबकि HALEU-Th ने प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में लगभग 20x कम प्लूटोनियम का उत्पादन किया।

शोधकर्ताओं ने सुझाव दिया कि यदि लक्ष्य मौजूदा बेड़े में यूरेनियम दक्षता में सुधार करना है, तो ‘थोड़ा समृद्ध यूरेनियम’ – यानी 1.1% अधिक विखंडनीय सामग्री वाला यूरेनियम – एक बेहतर विकल्प है जो रिएक्टरों में कम बदलाव की भी मांग करता है।