परमाणु ऊर्जा संयंत्र, या संक्षेप में एनपीपी, नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान जारी ऊर्जा का उपयोग करके विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन की गई तकनीकी संरचनाओं का एक जटिल है।

40 के दशक के उत्तरार्ध में, पहला परमाणु बम बनाने का काम पूरा होने से पहले, जिसका परीक्षण 29 अगस्त, 1949 को किया गया था, सोवियत वैज्ञानिकों ने परमाणु ऊर्जा के शांतिपूर्ण उपयोग के लिए पहली परियोजनाओं को विकसित करना शुरू कर दिया था। परियोजनाओं का मुख्य फोकस बिजली था।

मई 1950 में, कलुगा क्षेत्र के ओबनिंस्कॉय गांव के पास, दुनिया के पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र का निर्माण शुरू हुआ।

परमाणु रिएक्टर का उपयोग करके पहली बार बिजली का उत्पादन 20 दिसंबर, 1951 को संयुक्त राज्य अमेरिका के इडाहो राज्य में किया गया था।

इसकी कार्यक्षमता का परीक्षण करने के लिए, जनरेटर को चार गरमागरम लैंप से जोड़ा गया था, लेकिन मुझे लैंप के जलने की उम्मीद नहीं थी।

उसी क्षण से, मानवता ने बिजली उत्पादन के लिए परमाणु रिएक्टर की ऊर्जा का उपयोग करना शुरू कर दिया।

प्रथम परमाणु ऊर्जा संयंत्र

5 मेगावाट की क्षमता वाले दुनिया के पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र का निर्माण 1954 में पूरा हुआ और 27 जून, 1954 को इसे लॉन्च किया गया और काम करना शुरू हुआ।

1958 में, 100 मेगावाट की क्षमता वाले साइबेरियाई परमाणु ऊर्जा संयंत्र का पहला चरण परिचालन में लाया गया था।

बेलोयार्स्क औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र का निर्माण भी 1958 में शुरू हुआ। 26 अप्रैल, 1964 को प्रथम चरण जनरेटर ने उपभोक्ताओं को करंट की आपूर्ति की।

सितंबर 1964 में, 210 मेगावाट की क्षमता वाली नोवोवोरोनज़ एनपीपी की पहली इकाई लॉन्च की गई थी। 350 मेगावाट की क्षमता वाली दूसरी इकाई दिसंबर 1969 में शुरू की गई थी।

1973 में लेनिनग्राद परमाणु ऊर्जा संयंत्र का शुभारंभ किया गया।

अन्य देशों में, पहला औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र 1956 में काल्डर हॉल (ग्रेट ब्रिटेन) में 46 मेगावाट की क्षमता के साथ चालू किया गया था।

1957 में, शिपिंगपोर्ट (यूएसए) में 60 मेगावाट का परमाणु ऊर्जा संयंत्र परिचालन में आया।

परमाणु ऊर्जा उत्पादन में विश्व के नेता हैं:

1. यूएसए (788.6 बिलियन kWh/वर्ष),
2. फ़्रांस (426.8 बिलियन kWh/वर्ष),
3. जापान (273.8 बिलियन kWh/वर्ष),
4. जर्मनी (158.4 बिलियन kWh/वर्ष),
5. रूस (154.7 बिलियन kWh/वर्ष)।

एनपीपी वर्गीकरण

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों को कई प्रकार से वर्गीकृत किया जा सकता है:

रिएक्टर प्रकार से

• थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर जो ईंधन परमाणुओं के नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन अवशोषण की संभावना को बढ़ाने के लिए विशेष मॉडरेटर का उपयोग करते हैं
• हल्के जल रिएक्टर
• भारी जल रिएक्टर
• तेज़ रिएक्टर
• बाहरी न्यूट्रॉन स्रोतों का उपयोग करने वाले सबक्रिटिकल रिएक्टर
• संलयन रिएक्टर

जारी ऊर्जा के प्रकार से

1. परमाणु ऊर्जा संयंत्र (एनपीपी) केवल बिजली उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं
2. परमाणु संयुक्त ताप और बिजली संयंत्र (सीएचपी), बिजली और तापीय ऊर्जा दोनों पैदा करते हैं

रूस में स्थित परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में हीटिंग प्रतिष्ठान हैं, वे नेटवर्क पानी को गर्म करने के लिए आवश्यक हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में प्रयुक्त ईंधन के प्रकार

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में, कई पदार्थों का उपयोग करना संभव है, जिनकी बदौलत परमाणु बिजली उत्पन्न करना संभव है; आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के ईंधन यूरेनियम, थोरियम और प्लूटोनियम हैं।

कई कारणों से आज परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में थोरियम ईंधन का उपयोग नहीं किया जाता है।

पहले तो, ईंधन तत्वों, संक्षिप्त ईंधन तत्वों में परिवर्तित करना अधिक कठिन है।

ईंधन की छड़ें धातु की ट्यूब होती हैं जिन्हें परमाणु रिएक्टर के अंदर रखा जाता है। अंदर

ईंधन तत्वों में रेडियोधर्मी पदार्थ होते हैं। ये ट्यूब परमाणु ईंधन भंडारण सुविधाएं हैं।

दूसरेथोरियम ईंधन के उपयोग के लिए परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग के बाद इसके जटिल और महंगे प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है।

प्लूटोनियम ईंधन का उपयोग परमाणु ऊर्जा इंजीनियरिंग में भी नहीं किया जाता है, इस तथ्य के कारण कि इस पदार्थ की रासायनिक संरचना बहुत जटिल है, पूर्ण और सुरक्षित उपयोग के लिए एक प्रणाली अभी तक विकसित नहीं हुई है।

यूरेनियम ईंधन

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में ऊर्जा उत्पन्न करने वाला मुख्य पदार्थ यूरेनियम है। आज, यूरेनियम का खनन कई तरीकों से किया जाता है:

• खुले गड्ढे मे खनन
• खदानों में बंद
• भूमिगत निक्षालन, खदान ड्रिलिंग का उपयोग करना।

भूमिगत लीचिंग, खदान ड्रिलिंग का उपयोग करते हुए, भूमिगत कुओं में सल्फ्यूरिक एसिड समाधान रखकर होती है, समाधान को यूरेनियम से संतृप्त किया जाता है और वापस पंप किया जाता है।

विश्व में यूरेनियम के सबसे बड़े भंडार ऑस्ट्रेलिया, कजाकिस्तान, रूस और कनाडा में स्थित हैं।

सबसे समृद्ध जमा कनाडा, ज़ैरे, फ्रांस और चेक गणराज्य में हैं। इन देशों में एक टन अयस्क से 22 किलोग्राम तक यूरेनियम कच्चा माल प्राप्त होता है।

रूस में एक टन अयस्क से डेढ़ किलोग्राम से थोड़ा अधिक यूरेनियम प्राप्त होता है। यूरेनियम खनन स्थल गैर-रेडियोधर्मी हैं।

अपने शुद्ध रूप में, यह पदार्थ मनुष्यों के लिए बहुत कम खतरा है; रेडियोधर्मी रंगहीन गैस रेडॉन, जो यूरेनियम के प्राकृतिक क्षय के दौरान बनता है, एक बहुत बड़ा खतरा है।

यूरेनियम तैयारी

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में अयस्क के रूप में यूरेनियम का उपयोग नहीं किया जाता है, अयस्क प्रतिक्रिया नहीं करता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में यूरेनियम का उपयोग करने के लिए, कच्चे माल को पाउडर - यूरेनियम ऑक्साइड में संसाधित किया जाता है, और उसके बाद यह यूरेनियम ईंधन बन जाता है।

यूरेनियम पाउडर को धातु की "गोलियों" में बदल दिया जाता है - इसे छोटे साफ फ्लास्क में दबाया जाता है, जिन्हें दिन के दौरान 1500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर जलाया जाता है।

ये यूरेनियम छर्रे हैं जो परमाणु रिएक्टरों में प्रवेश करते हैं, जहां वे एक-दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू करते हैं और अंततः लोगों को बिजली प्रदान करते हैं।

एक परमाणु रिएक्टर में लगभग 10 मिलियन यूरेनियम छर्रे एक साथ काम कर रहे हैं।

रिएक्टर में यूरेनियम छर्रों को रखने से पहले, उन्हें जिरकोनियम मिश्र धातु - ईंधन तत्वों से बने धातु ट्यूबों में रखा जाता है; ट्यूब एक दूसरे से बंडलों में जुड़े होते हैं और ईंधन असेंबलियों - ईंधन असेंबलियों का निर्माण करते हैं।

यह ईंधन संयोजन हैं जिन्हें परमाणु ऊर्जा संयंत्र ईंधन कहा जाता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र ईंधन का पुनर्संसाधन कैसे करता है?

परमाणु रिएक्टरों में यूरेनियम का उपयोग करने के एक वर्ष के बाद, इसे प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए।

ईंधन तत्वों को कई वर्षों तक ठंडा किया जाता है और काटने और विघटित करने के लिए भेजा जाता है।

रासायनिक निष्कर्षण के परिणामस्वरूप, यूरेनियम और प्लूटोनियम निकलते हैं, जिनका पुन: उपयोग किया जाता है और ताजा परमाणु ईंधन बनाने के लिए उपयोग किया जाता है।

यूरेनियम और प्लूटोनियम के क्षय उत्पादों का उपयोग आयनीकरण विकिरण के स्रोतों के निर्माण के लिए किया जाता है; उनका उपयोग दवा और उद्योग में किया जाता है।

इन जोड़तोड़ों के बाद जो कुछ भी बचता है उसे गर्म करने के लिए भट्टी में भेज दिया जाता है, इस द्रव्यमान से कांच बनाया जाता है, ऐसे कांच को विशेष भंडारण सुविधाओं में संग्रहित किया जाता है।

बड़े पैमाने पर उपयोग के लिए अवशेषों से कांच नहीं बनाया जाता है; कांच का उपयोग रेडियोधर्मी पदार्थों को संग्रहित करने के लिए किया जाता है।

कांच से रेडियोधर्मी तत्वों के अवशेष निकालना मुश्किल है जो पर्यावरण को नुकसान पहुंचा सकते हैं। हाल ही में रेडियोधर्मी कचरे के निपटान का एक नया तरीका सामने आया है।

तेज़ परमाणु रिएक्टर या तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर, जो पुनर्संसाधित परमाणु ईंधन अवशेषों पर काम करते हैं।

वैज्ञानिकों के अनुसार, परमाणु ईंधन के अवशेष, जो वर्तमान में भंडारण सुविधाओं में संग्रहीत हैं, 200 वर्षों तक तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों के लिए ईंधन प्रदान करने में सक्षम हैं।

इसके अलावा, नए तेज़ रिएक्टर यूरेनियम ईंधन पर काम कर सकते हैं, जो यूरेनियम 238 से बना है; इस पदार्थ का उपयोग पारंपरिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में नहीं किया जाता है, क्योंकि आज के परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए 235 और 233 यूरेनियम को संसाधित करना आसान है, जिनमें से प्रकृति में बहुत कम बचा है।

इस प्रकार, नए रिएक्टर 238 यूरेनियम के विशाल भंडार का उपयोग करने का अवसर हैं, जिनका पहले उपयोग नहीं किया गया है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का संचालन सिद्धांत

डबल-सर्किट दबावयुक्त जल रिएक्टर (वीवीईआर) पर आधारित परमाणु ऊर्जा संयंत्र का संचालन सिद्धांत।

रिएक्टर कोर में जारी ऊर्जा को प्राथमिक शीतलक में स्थानांतरित किया जाता है।

टर्बाइनों से बाहर निकलने पर, भाप कंडेनसर में प्रवेश करती है, जहां जलाशय से आने वाले पानी की बड़ी मात्रा से इसे ठंडा किया जाता है।

दबाव कम्पेसाटर एक जटिल और बोझिल संरचना है जो शीतलक के थर्मल विस्तार के कारण उत्पन्न होने वाले रिएक्टर संचालन के दौरान सर्किट में दबाव के उतार-चढ़ाव को बराबर करने का कार्य करता है। पहले सर्किट में दबाव 160 वायुमंडल (वीवीईआर-1000) तक पहुंच सकता है।

पानी के अलावा, पिघले हुए सोडियम या गैस का उपयोग विभिन्न रिएक्टरों में शीतलक के रूप में भी किया जा सकता है।

सोडियम के उपयोग से रिएक्टर कोर शेल के डिज़ाइन को सरल बनाना संभव हो जाता है (पानी सर्किट के विपरीत, सोडियम सर्किट में दबाव वायुमंडलीय दबाव से अधिक नहीं होता है), और दबाव कम्पेसाटर से छुटकारा मिलता है, लेकिन यह अपनी कठिनाइयाँ पैदा करता है इस धातु की बढ़ी हुई रासायनिक गतिविधि से जुड़ा हुआ है।

विभिन्न रिएक्टरों के लिए सर्किट की कुल संख्या भिन्न हो सकती है, चित्र में आरेख वीवीईआर प्रकार (जल-जल ऊर्जा रिएक्टर) के रिएक्टरों के लिए दिखाया गया है।

आरबीएमके प्रकार (हाई पावर चैनल टाइप रिएक्टर) के रिएक्टर एक जल सर्किट का उपयोग करते हैं, और बीएन रिएक्टर (फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर) दो सोडियम और एक जल सर्किट का उपयोग करते हैं।

यदि भाप संघनन के लिए बड़ी मात्रा में पानी का उपयोग करना संभव नहीं है, तो जलाशय का उपयोग करने के बजाय, पानी को विशेष कूलिंग टावरों में ठंडा किया जा सकता है, जो अपने आकार के कारण आमतौर पर परमाणु ऊर्जा संयंत्र का सबसे अधिक दिखाई देने वाला हिस्सा होता है।

परमाणु रिएक्टर संरचना

एक परमाणु रिएक्टर एक परमाणु विखंडन प्रक्रिया का उपयोग करता है जिसमें एक भारी नाभिक दो छोटे टुकड़ों में टूट जाता है।

ये टुकड़े अत्यधिक उत्तेजित अवस्था में होते हैं और न्यूट्रॉन, अन्य उपपरमाण्विक कण और फोटॉन उत्सर्जित करते हैं।

न्यूट्रॉन नए विखंडन का कारण बन सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनका अधिक उत्सर्जन होता है, इत्यादि।

विभाजन की ऐसी निरंतर आत्मनिर्भर श्रृंखला को श्रृंखला प्रतिक्रिया कहा जाता है।

इससे बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है, जिसका उत्पादन परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का उपयोग करने का उद्देश्य है।

परमाणु रिएक्टर और परमाणु ऊर्जा संयंत्र का संचालन सिद्धांत ऐसा है कि प्रतिक्रिया शुरू होने के बाद बहुत कम समय के भीतर लगभग 85% विखंडन ऊर्जा जारी हो जाती है।

बाकी हिस्सा न्यूट्रॉन उत्सर्जित करने के बाद विखंडन उत्पादों के रेडियोधर्मी क्षय से उत्पन्न होता है।

रेडियोधर्मी क्षय एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक परमाणु अधिक स्थिर अवस्था में पहुँच जाता है। विभाजन पूरा होने के बाद भी यह जारी रहता है।

परमाणु रिएक्टर के मूल तत्व

• परमाणु ईंधन: समृद्ध यूरेनियम, यूरेनियम और प्लूटोनियम के समस्थानिक। सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला यूरेनियम 235 है;
• रिएक्टर संचालन के दौरान उत्पन्न ऊर्जा को हटाने के लिए शीतलक: पानी, तरल सोडियम, आदि;
• नियंत्रक छड़ें;
• न्यूट्रॉन मॉडरेटर;
• विकिरण सुरक्षा कवच.

परमाणु रिएक्टर का संचालन सिद्धांत

रिएक्टर कोर में ईंधन तत्व (ईंधन तत्व) होते हैं - परमाणु ईंधन।

उन्हें कई दर्जन ईंधन छड़ों वाले कैसेट में इकट्ठा किया जाता है। शीतलक प्रत्येक कैसेट के माध्यम से चैनलों के माध्यम से बहता है।

ईंधन की छड़ें रिएक्टर की शक्ति को नियंत्रित करती हैं। परमाणु प्रतिक्रिया केवल ईंधन छड़ के एक निश्चित (महत्वपूर्ण) द्रव्यमान पर ही संभव है।

प्रत्येक छड़ का द्रव्यमान व्यक्तिगत रूप से क्रांतिक से नीचे है। प्रतिक्रिया तब शुरू होती है जब सभी छड़ें सक्रिय क्षेत्र में होती हैं। ईंधन की छड़ें डालने और हटाने से प्रतिक्रिया को नियंत्रित किया जा सकता है।

इसलिए, जब क्रांतिक द्रव्यमान पार हो जाता है, तो रेडियोधर्मी ईंधन तत्व न्यूट्रॉन उत्सर्जित करते हैं जो परमाणुओं से टकराते हैं।

परिणामस्वरूप, एक अस्थिर आइसोटोप बनता है, जो तुरंत विघटित हो जाता है, जिससे गामा विकिरण और गर्मी के रूप में ऊर्जा निकलती है।

टकराने वाले कण एक दूसरे को गतिज ऊर्जा प्रदान करते हैं, और क्षय की संख्या तेजी से बढ़ जाती है।

यह एक श्रृंखला प्रतिक्रिया है - परमाणु रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत। नियंत्रण के बिना, यह बिजली की गति से होता है, जिससे विस्फोट होता है। लेकिन परमाणु रिएक्टर में यह प्रक्रिया नियंत्रण में होती है।

इस प्रकार, कोर में तापीय ऊर्जा निकलती है, जो इस क्षेत्र (प्राथमिक सर्किट) को धोने वाले पानी में स्थानांतरित हो जाती है।

यहां पानी का तापमान 250-300 डिग्री है। इसके बाद, पानी गर्मी को दूसरे सर्किट में स्थानांतरित करता है, और फिर टरबाइन ब्लेड में स्थानांतरित करता है जो ऊर्जा उत्पन्न करता है।

परमाणु ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में रूपांतरण को योजनाबद्ध रूप से दर्शाया जा सकता है:

• यूरेनियम नाभिक की आंतरिक ऊर्जा
• क्षयित नाभिकों के टुकड़ों और मुक्त न्यूट्रॉनों की गतिज ऊर्जा
• पानी और भाप की आंतरिक ऊर्जा
• पानी और भाप की गतिज ऊर्जा
• टरबाइन और जनरेटर रोटर्स की गतिज ऊर्जा
• विद्युत ऊर्जा

रिएक्टर कोर में धातु के खोल से जुड़े सैकड़ों कैसेट होते हैं। यह खोल न्यूट्रॉन परावर्तक की भूमिका भी निभाता है।

प्रतिक्रिया की गति को समायोजित करने के लिए नियंत्रण छड़ें और रिएक्टर आपातकालीन सुरक्षा छड़ें कैसेट के बीच डाली जाती हैं।

परमाणु ताप आपूर्ति स्टेशन

ऐसे स्टेशनों की पहली परियोजनाएँ 20वीं सदी के 70 के दशक में विकसित की गई थीं, लेकिन 80 के दशक के अंत में हुई आर्थिक उथल-पुथल और गंभीर सार्वजनिक विरोध के कारण, उनमें से कोई भी पूरी तरह से लागू नहीं किया गया था।

अपवाद छोटी क्षमता का बिलिबिनो परमाणु ऊर्जा संयंत्र है; यह आर्कटिक में बिलिबिनो गांव (10 हजार निवासियों) और स्थानीय खनन उद्यमों, साथ ही रक्षा रिएक्टरों (वे प्लूटोनियम का उत्पादन करते हैं) को गर्मी और बिजली की आपूर्ति करता है:

• साइबेरियाई परमाणु ऊर्जा संयंत्र, सेवरस्क और टॉम्स्क को गर्मी की आपूर्ति करता है।
• क्रास्नोयार्स्क माइनिंग एंड केमिकल कॉम्बाइन में ADE-2 रिएक्टर, जो 1964 से ज़ेलेज़्नोगोर्स्क शहर को थर्मल और विद्युत ऊर्जा की आपूर्ति कर रहा है।

संकट के समय, VVER-1000 के समान रिएक्टरों पर आधारित कई एएसटी का निर्माण शुरू हो गया था:

• वोरोनिश एएसटी
• गोर्की एएसटी
• इवानोवो एएसटी (केवल नियोजित)

इन एएसटी का निर्माण 1980 के दशक के उत्तरार्ध या 1990 के दशक की शुरुआत में रोक दिया गया था।

2006 में, रोसेनरगोएटम चिंता ने परमाणु आइसब्रेकर पर उपयोग किए जाने वाले KLT-40 रिएक्टर प्लांट के आधार पर आर्कान्जेस्क, पेवेक और अन्य ध्रुवीय शहरों के लिए एक फ्लोटिंग परमाणु ऊर्जा संयंत्र बनाने की योजना बनाई।

ऐलेना रिएक्टर पर आधारित एक अप्राप्य परमाणु ऊर्जा संयंत्र और एक मोबाइल (रेल द्वारा) एंगस्ट्रेम रिएक्टर संयंत्र के निर्माण की एक परियोजना है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के नुकसान और फायदे

किसी भी इंजीनियरिंग प्रोजेक्ट के अपने सकारात्मक और नकारात्मक पक्ष होते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के सकारात्मक पहलू:

• कोई हानिकारक उत्सर्जन नहीं;
• रेडियोधर्मी पदार्थों का उत्सर्जन कोयला बिजली से कई गुना कम होता है। समान बिजली के स्टेशन (कोयला राख ताप विद्युत संयंत्रों में उनके लाभदायक निष्कर्षण के लिए पर्याप्त यूरेनियम और थोरियम का प्रतिशत होता है);
• उपयोग किए गए ईंधन की छोटी मात्रा और प्रसंस्करण के बाद इसके पुन: उपयोग की संभावना;
• उच्च शक्ति: 1000-1600 मेगावाट प्रति बिजली इकाई;
• ऊर्जा की कम लागत, विशेषकर तापीय ऊर्जा।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के नकारात्मक पहलू:

• विकिरणित ईंधन खतरनाक है और इसके लिए जटिल और महंगे पुनर्प्रसंस्करण और भंडारण उपायों की आवश्यकता होती है;
• थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों के लिए परिवर्तनीय शक्ति संचालन वांछनीय नहीं है;
• किसी संभावित घटना के परिणाम अत्यंत गंभीर होते हैं, हालाँकि इसकी संभावना काफी कम होती है;
• बड़े पूंजी निवेश, दोनों विशिष्ट, 700-800 मेगावाट से कम क्षमता वाली इकाइयों के लिए प्रति 1 मेगावाट स्थापित क्षमता, और सामान्य, स्टेशन के निर्माण, इसके बुनियादी ढांचे के साथ-साथ संभावित परिसमापन की स्थिति में आवश्यक।

परमाणु ऊर्जा के क्षेत्र में वैज्ञानिक विकास

बेशक, कमियाँ और चिंताएँ हैं, लेकिन परमाणु ऊर्जा सबसे आशाजनक प्रतीत होती है।

ज्वार, हवा, सूर्य, भूतापीय स्रोतों आदि की ऊर्जा के कारण ऊर्जा प्राप्त करने के वैकल्पिक तरीकों में वर्तमान में उच्च स्तर की ऊर्जा प्राप्त नहीं होती है, और इसकी सांद्रता कम होती है।

आवश्यक प्रकार के ऊर्जा उत्पादन में पर्यावरण और पर्यटन के लिए व्यक्तिगत जोखिम होते हैं, उदाहरण के लिए, फोटोवोल्टिक कोशिकाओं का उत्पादन, जो पर्यावरण को प्रदूषित करता है, पक्षियों के लिए पवन फार्मों का खतरा और तरंग गतिशीलता में परिवर्तन।

वैज्ञानिक नई पीढ़ी के परमाणु रिएक्टरों, उदाहरण के लिए जीटी-एमजीआर, के लिए अंतरराष्ट्रीय परियोजनाएं विकसित कर रहे हैं, जिससे सुरक्षा में सुधार होगा और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की दक्षता में वृद्धि होगी।

रूस ने दुनिया के पहले तैरते परमाणु ऊर्जा संयंत्र का निर्माण शुरू कर दिया है, जो देश के दूरदराज के तटीय क्षेत्रों में ऊर्जा की कमी की समस्या को हल करने में मदद करता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान व्यक्तिगत उद्योगों, आवासीय परिसरों और भविष्य में व्यक्तिगत घरों में गर्मी और बिजली की आपूर्ति के उद्देश्य से लगभग 10-20 मेगावाट की क्षमता वाले मिनी-परमाणु ऊर्जा संयंत्र विकसित कर रहे हैं।

संयंत्र की क्षमता में कमी का तात्पर्य उत्पादन पैमाने में वृद्धि से है। छोटे आकार के रिएक्टर सुरक्षित प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके बनाए जाते हैं जो परमाणु रिसाव की संभावना को काफी कम कर देते हैं।

हाइड्रोजन उत्पादन

अमेरिकी सरकार ने परमाणु हाइड्रोजन पहल को अपनाया है। दक्षिण कोरिया के साथ मिलकर, बड़ी मात्रा में हाइड्रोजन का उत्पादन करने में सक्षम परमाणु रिएक्टरों की एक नई पीढ़ी बनाने पर काम चल रहा है।

INEEL (इडाहो नेशनल इंजीनियरिंग एनवायर्नमेंटल लेबोरेटरी) का अनुमान है कि अगली पीढ़ी के परमाणु ऊर्जा संयंत्र की एक इकाई प्रतिदिन 750,000 लीटर गैसोलीन के बराबर हाइड्रोजन का उत्पादन करेगी।

मौजूदा परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में हाइड्रोजन उत्पादन की व्यवहार्यता पर अनुसंधान को वित्त पोषित किया जा रहा है।

संलयन ऊर्जा

एक और भी दिलचस्प, हालांकि अपेक्षाकृत दूर की संभावना, परमाणु संलयन ऊर्जा का उपयोग है।

गणना के अनुसार, थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर प्रति यूनिट ऊर्जा कम ईंधन की खपत करेंगे, और यह ईंधन (ड्यूटेरियम, लिथियम, हीलियम -3) और उनके संश्लेषण के उत्पाद गैर-रेडियोधर्मी हैं और इसलिए, पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित हैं।

वर्तमान में, रूस की भागीदारी से, फ्रांस के दक्षिण में अंतरराष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर ITER का निर्माण चल रहा है।

दक्षता क्या है

दक्षता कारक (सीओपी) ऊर्जा के रूपांतरण या संचरण के संबंध में किसी प्रणाली या उपकरण की दक्षता की एक विशेषता है।

यह सिस्टम द्वारा प्राप्त ऊर्जा की कुल मात्रा के लिए उपयोगी रूप से उपयोग की गई ऊर्जा के अनुपात से निर्धारित होता है। दक्षता एक आयामहीन मात्रा है और इसे अक्सर प्रतिशत के रूप में मापा जाता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र दक्षता

उच्चतम दक्षता (92-95%) जलविद्युत ऊर्जा संयंत्रों का लाभ है। वे विश्व की 14% विद्युत शक्ति उत्पन्न करते हैं।

हालाँकि, इस प्रकार का स्टेशन निर्माण स्थल के संबंध में सबसे अधिक मांग वाला है और, जैसा कि अभ्यास से पता चला है, संचालन नियमों के अनुपालन के प्रति बहुत संवेदनशील है।

सयानो-शुशेंस्काया एचपीपी की घटनाओं के उदाहरण से पता चला कि परिचालन लागत को कम करने के प्रयास में परिचालन नियमों की उपेक्षा के क्या दुखद परिणाम हो सकते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उच्च दक्षता (80%) होती है। वैश्विक बिजली उत्पादन में उनकी हिस्सेदारी 22% है।

लेकिन परमाणु ऊर्जा संयंत्रों को डिजाइन चरण, निर्माण के दौरान और संचालन के दौरान सुरक्षा के मुद्दे पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए सख्त सुरक्षा नियमों से थोड़ी सी भी विचलन पूरी मानवता के लिए घातक परिणामों से भरा है।

दुर्घटना की स्थिति में तत्काल खतरे के अलावा, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का उपयोग खर्च किए गए परमाणु ईंधन के निपटान या निपटान से जुड़ी सुरक्षा समस्याओं के साथ होता है।

ताप विद्युत संयंत्रों की दक्षता 34% से अधिक नहीं है; वे विश्व की साठ प्रतिशत तक बिजली उत्पन्न करते हैं।

बिजली के अलावा, थर्मल पावर प्लांट थर्मल ऊर्जा का उत्पादन करते हैं, जिसे गर्म भाप या गर्म पानी के रूप में 20-25 किलोमीटर की दूरी तक उपभोक्ताओं तक पहुंचाया जा सकता है। ऐसे स्टेशनों को सीएचपी (हीट इलेक्ट्रिक सेंट्रल) कहा जाता है।

टीपीपी और संयुक्त ताप और बिजली संयंत्र बनाना महंगा नहीं है, लेकिन जब तक विशेष उपाय नहीं किए जाते, उनका पर्यावरण पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है।

पर्यावरण पर प्रतिकूल प्रभाव इस बात पर निर्भर करता है कि थर्मल इकाइयों में किस ईंधन का उपयोग किया जाता है।

सबसे हानिकारक उत्पाद कोयले और भारी तेल उत्पादों का दहन है; प्राकृतिक गैस कम आक्रामक होती है।

थर्मल पावर प्लांट रूस, अमेरिका और अधिकांश यूरोपीय देशों में बिजली के मुख्य स्रोत हैं।

हालाँकि, कुछ अपवाद भी हैं, उदाहरण के लिए, नॉर्वे में, बिजली मुख्य रूप से पनबिजली संयंत्रों द्वारा उत्पन्न की जाती है, और फ्रांस में, 70% बिजली परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उत्पन्न की जाती है।

दुनिया का पहला बिजली संयंत्र

पहला केंद्रीय बिजली संयंत्र, पर्ल स्ट्रीट, 4 सितंबर, 1882 को न्यूयॉर्क शहर में चालू किया गया था।

स्टेशन का निर्माण एडिसन इल्यूमिनेटिंग कंपनी के सहयोग से किया गया था, जिसके प्रमुख थॉमस एडिसन थे।

इस पर 500 किलोवाट से अधिक की कुल क्षमता वाले कई एडिसन जनरेटर स्थापित किए गए थे।

स्टेशन ने न्यूयॉर्क के लगभग 2.5 वर्ग किलोमीटर के पूरे क्षेत्र में बिजली की आपूर्ति की।

1890 में स्टेशन जलकर नष्ट हो गया; केवल एक डायनेमो बचा, जो अब ग्रीनफील्ड विलेज संग्रहालय, मिशिगन में है।

30 सितंबर, 1882 को, पहला जलविद्युत ऊर्जा संयंत्र, विस्कॉन्सिन में वल्कन स्ट्रीट, का संचालन शुरू हुआ। परियोजना के लेखक जी.डी. थे। रोजर्स, एपलटन पेपर एंड पल्प कंपनी के प्रमुख।

स्टेशन पर लगभग 12.5 किलोवाट की शक्ति वाला एक जनरेटर स्थापित किया गया था। रोजर्स के घर और उसकी दो पेपर मिलों को बिजली देने के लिए पर्याप्त बिजली थी।

ग्लूसेस्टर रोड पावर स्टेशन। ब्राइटन ब्रिटेन के पहले शहरों में से एक था जहां निर्बाध बिजली आपूर्ति थी।

1882 में, रॉबर्ट हैमंड ने हैमंड इलेक्ट्रिक लाइट कंपनी की स्थापना की, और 27 फरवरी 1882 को उन्होंने ग्लूसेस्टर रोड पावर स्टेशन खोला।

स्टेशन में एक ब्रश डायनेमो शामिल था, जिसका उपयोग सोलह आर्क लैंप को चलाने के लिए किया जाता था।

1885 में, ग्लूसेस्टर पावर स्टेशन को ब्राइटन इलेक्ट्रिक लाइट कंपनी द्वारा खरीदा गया था। बाद में, इस क्षेत्र पर एक नया स्टेशन बनाया गया, जिसमें 40 लैंप के साथ तीन ब्रश डायनेमो शामिल थे।

विंटर पैलेस पावर प्लांट

1886 में, न्यू हर्मिटेज के एक प्रांगण में एक पावर स्टेशन बनाया गया था।

यह बिजली संयंत्र पूरे यूरोप में सबसे बड़ा था, न केवल निर्माण के समय, बल्कि अगले 15 वर्षों में भी।

पहले, विंटर पैलेस को रोशन करने के लिए मोमबत्तियों का उपयोग किया जाता था; 1861 में, गैस लैंप का उपयोग किया जाने लगा। चूँकि बिजली के लैंपों का अधिक लाभ था, इसलिए विद्युत प्रकाश व्यवस्था की शुरुआत हुई।

इमारत को पूरी तरह से बिजली में परिवर्तित करने से पहले, 1885 में क्रिसमस और नए साल की छुट्टियों के दौरान महल के हॉल को रोशन करने के लिए लैंप का उपयोग किया जाता था।

9 नवंबर, 1885 को सम्राट अलेक्जेंडर III द्वारा "बिजली कारखाना" बनाने की परियोजना को मंजूरी दी गई थी। इस परियोजना में 1888 तक तीन वर्षों में विंटर पैलेस, हर्मिटेज इमारतों, प्रांगण और आसपास के क्षेत्र का विद्युतीकरण शामिल था।

भाप इंजनों के संचालन से इमारत के कंपन की संभावना को खत्म करने की आवश्यकता थी; बिजली संयंत्र कांच और धातु से बने एक अलग मंडप में स्थित था। इसे हर्मिटेज के दूसरे प्रांगण में रखा गया था, तब से इसे "इलेक्ट्रिक" कहा जाता है।

स्टेशन कैसा दिखता था

स्टेशन की इमारत 630 वर्ग मीटर के क्षेत्र में फैली हुई थी और इसमें 6 बॉयलर, 4 स्टीम इंजन और 2 लोकोमोटिव वाला एक इंजन कक्ष और 36 इलेक्ट्रिक डायनेमो वाला एक कमरा शामिल था। कुल शक्ति 445 एचपी तक पहुंच गई।

सामने के कमरों का एक हिस्सा सबसे पहले रोशन किया गया:

• डेवढ़ी
• पेत्रोव्स्की हॉल
• ग्रेट फील्ड मार्शल हॉल
• आर्मोरियल हॉल
• सेंट जॉर्ज हॉल

तीन प्रकाश मोड पेश किए गए:

• वर्ष में पांच बार पूर्ण (छुट्टी) चालू करें (4888 गरमागरम लैंप और 10 याब्लोचकोव मोमबत्तियाँ);
• कार्य - 230 गरमागरम लैंप;
• ड्यूटी (रात) - 304 गरमागरम लैंप।
  स्टेशन प्रति वर्ष लगभग 30 हजार पूड (520 टन) कोयले की खपत करता था।

रूस में बड़े ताप विद्युत संयंत्र, परमाणु ऊर्जा संयंत्र और पनबिजली स्टेशन

संघीय जिले द्वारा रूस में सबसे बड़े बिजली संयंत्र:

केंद्रीय:

• कोस्त्रोमा राज्य जिला विद्युत संयंत्र, जो ईंधन तेल पर चलता है;
• रियाज़ान स्टेशन, जिसका मुख्य ईंधन कोयला है;
• कोनाकोव्स्काया, जो गैस और ईंधन तेल पर चल सकता है;

यूराल:

• सर्गुट्स्काया 1 और सर्गुट्स्काया 2. स्टेशन, जो रूसी संघ के सबसे बड़े बिजली संयंत्रों में से एक हैं। वे दोनों प्राकृतिक गैस पर चलते हैं;
• रेफ्टिंस्काया, कोयले पर काम कर रहा है और उरल्स में सबसे बड़े बिजली संयंत्रों में से एक है;
• ट्रोइट्सकाया, कोयला आधारित भी;
• इरिक्लिन्स्काया, जिसके लिए ईंधन का मुख्य स्रोत ईंधन तेल है;

प्रिवोलज़्स्की:

• ज़ैन्स्काया राज्य जिला बिजली संयंत्र, ईंधन तेल पर काम कर रहा है;

साइबेरियाई संघीय जिला:

• नज़रोवो राज्य जिला विद्युत संयंत्र, जो ईंधन तेल की खपत करता है;

दक्षिणी:

• स्टाव्रोपोल्स्काया, जो गैस और ईंधन तेल के रूप में संयुक्त ईंधन पर भी काम कर सकता है;

उत्तर पश्चिमी:

• ईंधन तेल के साथ किरिशस्काया।

अंगारा-येनिसी झरने के क्षेत्र में स्थित पानी का उपयोग करके ऊर्जा उत्पन्न करने वाले रूसी बिजली संयंत्रों की सूची:

येनिसी:

• सयानो-शुशेंस्काया
• क्रास्नोयार्स्क पनबिजली स्टेशन;

अंगारा:

• इरकुत्स्क
• ब्रत्स्काया
• उस्त-इलिम्सकाया।

रूस में परमाणु ऊर्जा संयंत्र

बालाकोवो एनपीपी

सेराटोव क्षेत्र के बालाकोवो शहर के पास, सेराटोव जलाशय के बाएं किनारे पर स्थित है। इसमें चार VVER-1000 इकाइयाँ शामिल हैं, जिन्हें 1985, 1987, 1988 और 1993 में कमीशन किया गया था।

बेलोयार्स्क एनपीपी

सेवरडलोव्स्क क्षेत्र के ज़रेचनी शहर में स्थित, यह देश का दूसरा औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र है (साइबेरियन के बाद)।

स्टेशन पर चार बिजली इकाइयाँ बनाई गईं: दो थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों के साथ और दो तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों के साथ।

वर्तमान में, ऑपरेटिंग बिजली इकाइयाँ बीएन-600 और बीएन-800 रिएक्टरों वाली तीसरी और चौथी बिजली इकाइयाँ हैं जिनकी विद्युत शक्ति क्रमशः 600 मेगावाट और 880 मेगावाट है।

बीएन-600 को अप्रैल 1980 में परिचालन में लाया गया था - यह तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर के साथ दुनिया की पहली औद्योगिक पैमाने की बिजली इकाई थी।

BN-800 को नवंबर 2016 में वाणिज्यिक परिचालन में लाया गया था। यह तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर के साथ दुनिया की सबसे बड़ी बिजली इकाई भी है।

बिलिबिनो एनपीपी

चुकोटका ऑटोनॉमस ऑक्रग के बिलिबिनो शहर के पास स्थित है। इसमें 12 मेगावाट की क्षमता वाली चार ईजीपी-6 इकाइयां शामिल हैं, जिन्हें 1974 (दो इकाइयां), 1975 और 1976 में चालू किया गया था।

विद्युत एवं तापीय ऊर्जा उत्पन्न करता है।

कलिनिन एनपीपी

यह टवर क्षेत्र के उत्तर में, उडोमल्या झील के दक्षिणी किनारे पर और इसी नाम के शहर के पास स्थित है।

इसमें 1000 मेगावाट की विद्युत क्षमता वाले VVER-1000 प्रकार के रिएक्टरों वाली चार बिजली इकाइयाँ शामिल हैं, जिन्हें 1984, 1986, 2004 और 2011 में परिचालन में लाया गया था।

4 जून 2006 को, चौथी बिजली इकाई के निर्माण पर एक समझौते पर हस्ताक्षर किए गए, जिसे 2011 में चालू किया गया था।

कोला एनपीपी

इमांद्रा झील के तट पर, मरमंस्क क्षेत्र के पॉलीर्न्ये ज़ोरी शहर के पास स्थित है।

इसमें चार VVER-440 इकाइयाँ शामिल हैं, जिन्हें 1973, 1974, 1981 और 1984 में कमीशन किया गया था।
स्टेशन की शक्ति 1760 मेगावाट है।

कुर्स्क एनपीपी

रूस के चार सबसे बड़े परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में से एक, जिसकी क्षमता 4000 मेगावाट है।

सेइम नदी के तट पर, कुर्स्क क्षेत्र के कुरचटोव शहर के पास स्थित है।

इसमें चार RBMK-1000 इकाइयाँ शामिल हैं, जिन्हें 1976, 1979, 1983 और 1985 में कमीशन किया गया था।

स्टेशन की शक्ति 4000 मेगावाट है।

लेनिनग्राद एनपीपी

रूस के चार सबसे बड़े परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में से एक, जिसकी क्षमता 4000 मेगावाट है।

फ़िनलैंड की खाड़ी के तट पर, लेनिनग्राद क्षेत्र के सोस्नोवी बोर शहर के पास स्थित है।

इसमें चार RBMK-1000 इकाइयाँ शामिल हैं, जिन्हें 1973, 1975, 1979 और 1981 में कमीशन किया गया था।

स्टेशन की शक्ति 4 गीगावॉट है। 2007 में, उत्पादन 24.635 बिलियन kWh था।

नोवोवोरोनिश एनपीपी

वोरोनिश क्षेत्र में वोरोनिश शहर के पास, डॉन नदी के बाएं किनारे पर स्थित है। दो वीवीईआर इकाइयों से मिलकर बनता है।

यह वोरोनिश क्षेत्र को 85% विद्युत ऊर्जा और नोवोवोरोनिश शहर को 50% गर्मी की आपूर्ति करता है।

स्टेशन की शक्ति (छोड़कर) 1440 मेगावाट है।

रोस्तोव एनपीपी

वोल्गोडोंस्क शहर के पास रोस्तोव क्षेत्र में स्थित है। पहली बिजली इकाई की विद्युत शक्ति 1000 मेगावाट है; 2010 में, स्टेशन की दूसरी बिजली इकाई को नेटवर्क से जोड़ा गया था।

2001-2010 में, स्टेशन को वोल्गोडोंस्क एनपीपी कहा जाता था; एनपीपी की दूसरी बिजली इकाई के लॉन्च के साथ, स्टेशन को आधिकारिक तौर पर रोस्तोव एनपीपी नाम दिया गया था।

2008 में, परमाणु ऊर्जा संयंत्र ने 8.12 बिलियन kWh बिजली का उत्पादन किया। स्थापित क्षमता उपयोग कारक (आईयूआर) 92.45% था। अपने लॉन्च (2001) के बाद से, इसने 60 बिलियन kWh से अधिक बिजली उत्पन्न की है।

स्मोलेंस्क एनपीपी

स्मोलेंस्क क्षेत्र के डेस्नोगोर्स्क शहर के पास स्थित है। स्टेशन में RBMK-1000 प्रकार के रिएक्टरों के साथ तीन बिजली इकाइयाँ शामिल हैं, जिन्हें 1982, 1985 और 1990 में परिचालन में लाया गया था।

प्रत्येक बिजली इकाई में शामिल हैं: 3200 मेगावाट की थर्मल पावर वाला एक रिएक्टर और 500 मेगावाट की विद्युत शक्ति वाले दो टर्बोजेनेरेटर।

अमेरिकी परमाणु ऊर्जा संयंत्र

60 मेगावाट की रेटेड क्षमता वाला शिपिंगपोर्ट परमाणु ऊर्जा संयंत्र 1958 में पेंसिल्वेनिया में खोला गया। 1965 के बाद, पूरे संयुक्त राज्य अमेरिका में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का गहन निर्माण हुआ।

ग्रह पर परमाणु ऊर्जा संयंत्र में पहली गंभीर दुर्घटना से पहले, अमेरिका के अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र 1965 के बाद के 15 वर्षों में बनाए गए थे।

अगर चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में हुई दुर्घटना को पहली दुर्घटना के रूप में याद किया जाता है, तो ऐसा नहीं है।

दुर्घटना का कारण रिएक्टर शीतलन प्रणाली में अनियमितताएं और संचालन कर्मियों द्वारा कई त्रुटियां थीं। परिणामस्वरूप, परमाणु ईंधन पिघल गया। दुर्घटना के परिणामों को खत्म करने में लगभग एक अरब डॉलर लगे; परिसमापन प्रक्रिया में 14 साल लग गए।

दुर्घटना के बाद, संयुक्त राज्य अमेरिका की सरकार ने राज्य में सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन के लिए सुरक्षा शर्तों को समायोजित किया।

इसके परिणामस्वरूप निर्माण अवधि जारी रही और "शांतिपूर्ण परमाणु" सुविधाओं की कीमत में उल्लेखनीय वृद्धि हुई। ऐसे परिवर्तनों ने संयुक्त राज्य अमेरिका में सामान्य उद्योग के विकास को धीमा कर दिया।

बीसवीं सदी के अंत में, संयुक्त राज्य अमेरिका में 104 ऑपरेटिंग रिएक्टर थे। आज संयुक्त राज्य अमेरिका परमाणु रिएक्टरों की संख्या के मामले में पृथ्वी पर पहले स्थान पर है।

21वीं सदी की शुरुआत के बाद से, 2013 से अमेरिका में चार रिएक्टर बंद कर दिए गए हैं, और चार पर निर्माण शुरू हो गया है।

वास्तव में, आज संयुक्त राज्य अमेरिका में 62 परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में 100 रिएक्टर काम कर रहे हैं, जो राज्य में सभी ऊर्जा का 20% उत्पादन करते हैं।

संयुक्त राज्य अमेरिका में निर्मित अंतिम रिएक्टर 1996 में वाट्स बार पावर प्लांट में ऑनलाइन आया था।

अमेरिकी अधिकारियों ने 2001 में नई ऊर्जा नीति दिशानिर्देश अपनाए। इसमें अधिक उपयुक्त दक्षता कारक के साथ नए प्रकार के रिएक्टरों के विकास और खर्च किए गए परमाणु ईंधन के पुनर्संसाधन के लिए नए विकल्पों के माध्यम से परमाणु ऊर्जा के विकास का वेक्टर शामिल है।

2020 तक की योजनाओं में 50,000 मेगावाट की कुल क्षमता वाले कई दर्जन नए परमाणु रिएक्टरों का निर्माण शामिल था। इसके अलावा, मौजूदा परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की क्षमता में लगभग 10,000 मेगावाट की वृद्धि हासिल करना है।

संयुक्त राज्य अमेरिका विश्व में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की संख्या में अग्रणी है

इस कार्यक्रम के कार्यान्वयन के लिए धन्यवाद, 2013 में अमेरिका में चार नए रिएक्टरों का निर्माण शुरू हुआ - जिनमें से दो वोग्टल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में, और अन्य दो वीसी समर में।

ये चार रिएक्टर नवीनतम प्रकार के हैं - AP-1000, जो वेस्टिंगहाउस द्वारा निर्मित हैं।

परमाणु ईंधन एक ऐसी सामग्री है जिसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों में नियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया करने के लिए किया जाता है। यह अत्यधिक ऊर्जा-गहन और मनुष्यों के लिए असुरक्षित है, जो इसके उपयोग पर कई प्रतिबंध लगाता है। आज हम जानेंगे कि परमाणु रिएक्टर ईंधन क्या है, इसे कैसे वर्गीकृत और उत्पादित किया जाता है और इसका उपयोग कहाँ किया जाता है।

श्रृंखला प्रतिक्रिया की प्रगति

परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के दौरान, नाभिक दो भागों में विभाजित हो जाता है, जिन्हें विखंडन टुकड़े कहा जाता है। उसी समय, कई (2-3) न्यूट्रॉन निकलते हैं, जो बाद में बाद के नाभिकों के विखंडन का कारण बनते हैं। यह प्रक्रिया तब होती है जब एक न्यूट्रॉन मूल पदार्थ के नाभिक से टकराता है। विखंडन टुकड़ों में उच्च गतिज ऊर्जा होती है। पदार्थ में उनका अवरोध बड़ी मात्रा में गर्मी की रिहाई के साथ होता है।

विखंडन के टुकड़े, उनके क्षय उत्पादों के साथ, विखंडन उत्पाद कहलाते हैं। वे नाभिक जो किसी भी ऊर्जा के न्यूट्रॉन को साझा करते हैं, परमाणु ईंधन कहलाते हैं। एक नियम के रूप में, वे विषम संख्या में परमाणुओं वाले पदार्थ हैं। कुछ नाभिक विशुद्ध रूप से न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित होते हैं जिनकी ऊर्जा एक निश्चित सीमा मान से ऊपर होती है। ये मुख्यतः सम संख्या में परमाणुओं वाले तत्व हैं। ऐसे नाभिकों को कच्चा माल कहा जाता है, क्योंकि थ्रेशोल्ड नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन को पकड़ने के समय, ईंधन नाभिक का निर्माण होता है। दहनशील पदार्थ और कच्चे माल के संयोजन को परमाणु ईंधन कहा जाता है।

वर्गीकरण

परमाणु ईंधन को दो वर्गों में बांटा गया है:

1. प्राकृतिक यूरेनियम. इसमें विखंडनीय यूरेनियम-235 नाभिक और यूरेनियम-238 फीडस्टॉक शामिल हैं, जो न्यूट्रॉन कैप्चर पर प्लूटोनियम-239 बनाने में सक्षम है।
2. एक द्वितीयक ईंधन जो प्रकृति में नहीं पाया जाता। इसमें अन्य चीजों के अलावा, प्लूटोनियम-239 भी शामिल है, जो पहले प्रकार के ईंधन से प्राप्त होता है, साथ ही यूरेनियम-233, जो तब बनता है जब न्यूट्रॉन थोरियम-232 नाभिक द्वारा कब्जा कर लिया जाता है।

रासायनिक संरचना की दृष्टि से परमाणु ईंधन निम्नलिखित प्रकार के होते हैं:

1. धातु (मिश्र धातु सहित);
2. ऑक्साइड (उदाहरण के लिए, यूओ 2);
3. कार्बाइड (उदाहरण के लिए पीयूसी 1-एक्स);
4. मिश्रित;
5. नाइट्राइड.

टीवीईएल और टीवीएस

परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन का उपयोग छोटे छर्रों के रूप में किया जाता है। उन्हें भली भांति बंद करके सील किए गए ईंधन तत्वों (ईंधन तत्वों) में रखा जाता है, जो बदले में, कई सौ ईंधन असेंबलियों (एफए) में संयुक्त हो जाते हैं। परमाणु ईंधन ईंधन रॉड क्लैडिंग के साथ अनुकूलता के लिए उच्च आवश्यकताओं के अधीन है। इसमें पर्याप्त पिघलने और वाष्पीकरण तापमान, अच्छी तापीय चालकता होनी चाहिए, और न्यूट्रॉन विकिरण के तहत मात्रा में बहुत अधिक वृद्धि नहीं होनी चाहिए। उत्पादन की विनिर्माण क्षमता को भी ध्यान में रखा जाता है।

आवेदन

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और अन्य परमाणु प्रतिष्ठानों में ईंधन असेंबलियों के रूप में आता है। उन्हें रिएक्टर में इसके संचालन के दौरान (जले हुए ईंधन असेंबलियों के स्थान पर) और मरम्मत अभियान के दौरान लोड किया जा सकता है। बाद के मामले में, ईंधन असेंबलियों को बड़े समूहों में बदल दिया जाता है। इस मामले में, केवल एक तिहाई ईंधन पूरी तरह से बदला जाता है। सबसे अधिक जली हुई असेंबलियों को रिएक्टर के मध्य भाग से उतार दिया जाता है, और उनके स्थान पर आंशिक रूप से जली हुई असेंबलियों को रखा जाता है जो पहले कम सक्रिय क्षेत्रों में स्थित थीं। नतीजतन, बाद वाले के स्थान पर नई ईंधन असेंबलियाँ स्थापित की जाती हैं। इस सरल पुनर्व्यवस्था योजना को पारंपरिक माना जाता है और इसके कई फायदे हैं, जिनमें से मुख्य एक समान ऊर्जा रिलीज सुनिश्चित करना है। बेशक, यह एक योजनाबद्ध आरेख है जो प्रक्रिया का केवल एक सामान्य विचार देता है।

अंश

रिएक्टर कोर से खर्च किए गए परमाणु ईंधन को निकालने के बाद, इसे कूलिंग पूल में भेजा जाता है, जो आमतौर पर पास में स्थित होता है। तथ्य यह है कि प्रयुक्त ईंधन असेंबलियों में भारी मात्रा में यूरेनियम विखंडन के टुकड़े होते हैं। रिएक्टर से उतारने के बाद, प्रत्येक ईंधन रॉड में लगभग 300 हजार रेडियोधर्मी पदार्थ होते हैं, जो 100 किलोवाट/घंटा ऊर्जा जारी करते हैं। इसके कारण, ईंधन स्वयं गर्म हो जाता है और अत्यधिक रेडियोधर्मी हो जाता है।

नए उतारे गए ईंधन का तापमान 300°C तक पहुँच सकता है। इसलिए, इसे पानी की एक परत के नीचे 3-4 वर्षों तक रखा जाता है, जिसका तापमान स्थापित सीमा में बनाए रखा जाता है। जैसे ही इसे पानी के नीचे संग्रहीत किया जाता है, ईंधन की रेडियोधर्मिता और इसके अवशिष्ट उत्सर्जन की शक्ति कम हो जाती है। लगभग तीन वर्षों के बाद, ईंधन असेंबली का स्व-हीटिंग 50-60 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है। फिर ईंधन को पूल से निकाल लिया जाता है और प्रसंस्करण या निपटान के लिए भेजा जाता है।

यूरेनियम धातु

परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में यूरेनियम धातु का उपयोग अपेक्षाकृत कम ही किया जाता है। जब कोई पदार्थ 660°C के तापमान तक पहुँच जाता है, तो उसकी संरचना में परिवर्तन के साथ एक चरण संक्रमण होता है। सीधे शब्दों में कहें तो यूरेनियम की मात्रा बढ़ जाती है, जिससे ईंधन की छड़ें नष्ट हो सकती हैं। 200-500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर लंबे समय तक विकिरण के मामले में, पदार्थ विकिरण वृद्धि से गुजरता है। इस घटना का सार विकिरणित यूरेनियम छड़ का 2-3 गुना बढ़ना है।

500°C से अधिक तापमान पर यूरेनियम धातु का उपयोग इसकी सूजन के कारण कठिन होता है। परमाणु विखंडन के बाद दो टुकड़े बनते हैं, जिनका कुल आयतन उसी नाभिक के आयतन से अधिक होता है। कुछ विखंडन टुकड़े गैस परमाणुओं (क्सीनन, क्रिप्टन, आदि) द्वारा दर्शाए जाते हैं। गैस यूरेनियम के छिद्रों में जमा हो जाती है और आंतरिक दबाव बनाती है, जो तापमान बढ़ने पर बढ़ जाती है। परमाणुओं की मात्रा में वृद्धि और गैस के दबाव में वृद्धि के कारण परमाणु ईंधन फूलने लगता है। इस प्रकार, यह परमाणु विखंडन से जुड़े आयतन में सापेक्ष परिवर्तन को संदर्भित करता है।

सूजन की तीव्रता ईंधन छड़ों के तापमान और बर्नआउट पर निर्भर करती है। बर्नअप बढ़ने के साथ, विखंडन टुकड़ों की संख्या बढ़ जाती है, और बढ़ते तापमान और बर्नअप के साथ, आंतरिक गैस का दबाव बढ़ जाता है। यदि ईंधन में उच्च यांत्रिक गुण हैं, तो इसमें सूजन की संभावना कम होती है। यूरेनियम धातु इन सामग्रियों में से एक नहीं है। इसलिए, परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में इसका उपयोग बर्नअप को सीमित करता है, जो ऐसे ईंधन की मुख्य विशेषताओं में से एक है।

सामग्री को मिश्रित करके यूरेनियम के यांत्रिक गुणों और इसके विकिरण प्रतिरोध में सुधार किया जाता है। इस प्रक्रिया में इसमें एल्यूमीनियम, मोलिब्डेनम और अन्य धातुएं मिलाना शामिल है। डोपिंग एडिटिव्स के लिए धन्यवाद, प्रति कैप्चर आवश्यक विखंडन न्यूट्रॉन की संख्या कम हो जाती है। इसलिए, इन उद्देश्यों के लिए उन सामग्रियों का उपयोग किया जाता है जो न्यूट्रॉन को कमजोर रूप से अवशोषित करते हैं।

दुर्दम्य यौगिक

कुछ दुर्दम्य यूरेनियम यौगिकों को अच्छा परमाणु ईंधन माना जाता है: कार्बाइड, ऑक्साइड और इंटरमेटेलिक यौगिक। इनमें से सबसे आम यूरेनियम डाइऑक्साइड (सिरेमिक) है। इसका गलनांक 2800°C है और इसका घनत्व 10.2 g/cm 3 है।

चूंकि यह सामग्री चरण परिवर्तन से नहीं गुजरती है, इसलिए इसमें यूरेनियम मिश्र धातुओं की तुलना में सूजन की संभावना कम होती है। इस सुविधा के लिए धन्यवाद, बर्नआउट तापमान को कई प्रतिशत तक बढ़ाया जा सकता है। उच्च तापमान पर, सिरेमिक नाइओबियम, ज़िरकोनियम, स्टेनलेस स्टील और अन्य सामग्रियों के साथ बातचीत नहीं करते हैं। इसका मुख्य नुकसान इसकी कम तापीय चालकता है - 4.5 kJ (m*K), जो रिएक्टर की विशिष्ट शक्ति को सीमित करता है। इसके अलावा, गर्म सिरेमिक में दरार पड़ने का खतरा होता है।

प्लूटोनियम

प्लूटोनियम को कम पिघलने वाली धातु माना जाता है। यह 640°C के तापमान पर पिघलता है। इसके खराब प्लास्टिक गुणों के कारण, इसे मशीन से बनाना व्यावहारिक रूप से असंभव है। पदार्थ की विषाक्तता ईंधन छड़ों की निर्माण तकनीक को जटिल बनाती है। परमाणु उद्योग ने बार-बार प्लूटोनियम और उसके यौगिकों का उपयोग करने का प्रयास किया है, लेकिन वे सफल नहीं रहे हैं। त्वरण अवधि में लगभग 2 गुना कमी के कारण प्लूटोनियम युक्त परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन का उपयोग करना उचित नहीं है, जिसके लिए मानक रिएक्टर नियंत्रण प्रणाली डिज़ाइन नहीं की गई हैं।

परमाणु ईंधन के निर्माण के लिए, एक नियम के रूप में, प्लूटोनियम डाइऑक्साइड, खनिजों के साथ प्लूटोनियम के मिश्र धातु और प्लूटोनियम कार्बाइड और यूरेनियम कार्बाइड के मिश्रण का उपयोग किया जाता है। फैलाव ईंधन, जिसमें यूरेनियम और प्लूटोनियम यौगिकों के कणों को मोलिब्डेनम, एल्यूमीनियम, स्टेनलेस स्टील और अन्य धातुओं के धातु मैट्रिक्स में रखा जाता है, में उच्च यांत्रिक गुण और तापीय चालकता होती है। फैलाव ईंधन का विकिरण प्रतिरोध और तापीय चालकता मैट्रिक्स सामग्री पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र में, बिखरे हुए ईंधन में 9% मोलिब्डेनम के साथ यूरेनियम मिश्र धातु के कण शामिल थे, जो मोलिब्डेनम से भरे हुए थे।

जहाँ तक थोरियम ईंधन की बात है, ईंधन छड़ों के उत्पादन और प्रसंस्करण में कठिनाइयों के कारण आज इसका उपयोग नहीं किया जाता है।

उत्पादन

परमाणु ईंधन के लिए मुख्य कच्चे माल - यूरेनियम - की महत्वपूर्ण मात्रा कई देशों में केंद्रित है: रूस, अमेरिका, फ्रांस, कनाडा और दक्षिण अफ्रीका। इसके भंडार आमतौर पर सोने और तांबे के पास स्थित होते हैं, इसलिए इन सभी सामग्रियों का खनन एक ही समय में किया जाता है।

खनन में काम करने वाले लोगों के स्वास्थ्य को बहुत ख़तरा है. सच तो यह है कि यूरेनियम एक जहरीला पदार्थ है और इसके खनन के दौरान निकलने वाली गैसें कैंसर का कारण बन सकती हैं। और यह इस तथ्य के बावजूद है कि अयस्क में इस पदार्थ का 1% से अधिक नहीं है।

रसीद

यूरेनियम अयस्क से परमाणु ईंधन के उत्पादन में निम्नलिखित चरण शामिल हैं:

1. हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रसंस्करण। इसमें लीचिंग, क्रशिंग और निष्कर्षण या सोर्शन रिकवरी शामिल है। हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रसंस्करण का परिणाम ऑक्सीयूरेनियम ऑक्साइड, सोडियम ड्यूरेनेट या अमोनियम ड्यूरेनेट का शुद्ध निलंबन है।
2. ऑक्साइड से टेट्राफ्लोराइड या हेक्साफ्लोराइड में किसी पदार्थ का रूपांतरण, यूरेनियम-235 को समृद्ध करने के लिए उपयोग किया जाता है।
3. सेंट्रीफ्यूजेशन या गैस थर्मल प्रसार द्वारा किसी पदार्थ का संवर्धन।
4. समृद्ध सामग्री का डाइऑक्साइड में रूपांतरण, जिससे ईंधन रॉड "छर्रों" का उत्पादन होता है।

उत्थान

परमाणु रिएक्टर के संचालन के दौरान, ईंधन को पूरी तरह से जलाया नहीं जा सकता है, इसलिए मुक्त आइसोटोप का पुनरुत्पादन किया जाता है। इस संबंध में, प्रयुक्त ईंधन छड़ें पुन: उपयोग के उद्देश्य से पुनर्जनन के अधीन हैं।

आज, इस समस्या को प्योरएक्स प्रक्रिया के माध्यम से हल किया गया है, जिसमें निम्नलिखित चरण शामिल हैं:

1. ईंधन की छड़ों को दो भागों में काटना और उन्हें नाइट्रिक एसिड में घोलना;
2. विखंडन उत्पादों और शैल भागों से समाधान की सफाई;
3. यूरेनियम और प्लूटोनियम के शुद्ध यौगिकों का पृथक्करण।

इसके बाद, परिणामी प्लूटोनियम डाइऑक्साइड का उपयोग नए कोर के उत्पादन के लिए किया जाता है, और यूरेनियम का उपयोग संवर्धन या कोर के उत्पादन के लिए भी किया जाता है। परमाणु ईंधन का पुनर्प्रसंस्करण एक जटिल और महंगी प्रक्रिया है। इसकी लागत का परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के उपयोग की आर्थिक व्यवहार्यता पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। परमाणु ईंधन कचरे के निपटान के बारे में भी यही कहा जा सकता है जो पुनर्जनन के लिए उपयुक्त नहीं है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र (एनपीपी) तकनीकी संरचनाओं का एक जटिल है जिसे नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान जारी ऊर्जा का उपयोग करके विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

यूरेनियम का उपयोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए सामान्य ईंधन के रूप में किया जाता है। विखंडन प्रतिक्रिया परमाणु ऊर्जा संयंत्र की मुख्य इकाई - एक परमाणु रिएक्टर में की जाती है।

रिएक्टर को उच्च दबाव के लिए डिज़ाइन किए गए स्टील आवरण में रखा गया है - 1.6 x 107 Pa, या 160 वायुमंडल तक।
VVER-1000 के मुख्य भाग हैं:

1. सक्रिय क्षेत्र, जहां परमाणु ईंधन स्थित है, परमाणु विखंडन की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है और ऊर्जा निकलती है।
2. कोर के चारों ओर न्यूट्रॉन परावर्तक।
3. शीतलक.
4. सुरक्षा नियंत्रण प्रणाली (सीपीएस)।
5. विकिरण सुरक्षा.

थर्मल न्यूट्रॉन के प्रभाव में परमाणु ईंधन के विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया के कारण रिएक्टर में गर्मी निकलती है। इस मामले में, परमाणु विखंडन उत्पाद बनते हैं, जिनमें ठोस और गैस दोनों होते हैं - क्सीनन, क्रिप्टन। विखंडन उत्पादों में बहुत अधिक रेडियोधर्मिता होती है, इसलिए ईंधन (यूरेनियम डाइऑक्साइड छर्रों) को सीलबंद जिरकोनियम ट्यूबों - ईंधन छड़ों (ईंधन तत्वों) में रखा जाता है। इन ट्यूबों को एक ईंधन असेंबली में एक साथ कई टुकड़ों में जोड़ा जाता है। परमाणु रिएक्टर को नियंत्रित और संरक्षित करने के लिए, नियंत्रण छड़ों का उपयोग किया जाता है जिन्हें कोर की पूरी ऊंचाई पर ले जाया जा सकता है। छड़ें ऐसे पदार्थों से बनी होती हैं जो न्यूट्रॉन को दृढ़ता से अवशोषित करते हैं - उदाहरण के लिए, बोरान या कैडमियम। जब छड़ों को गहराई से डाला जाता है, तो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया असंभव हो जाती है, क्योंकि न्यूट्रॉन दृढ़ता से अवशोषित होते हैं और प्रतिक्रिया क्षेत्र से हटा दिए जाते हैं। छड़ों को नियंत्रण कक्ष से दूर ले जाया जाता है। छड़ों की थोड़ी सी हलचल के साथ, श्रृंखला प्रक्रिया या तो विकसित हो जाएगी या फीकी पड़ जाएगी। इस प्रकार रिएक्टर की शक्ति को नियंत्रित किया जाता है।

स्टेशन का लेआउट डबल-सर्किट है। पहले, रेडियोधर्मी, सर्किट में एक VVER 1000 रिएक्टर और चार सर्कुलेशन कूलिंग लूप होते हैं। दूसरे सर्किट, गैर-रेडियोधर्मी, में एक भाप जनरेटर और जल आपूर्ति इकाई और 1030 मेगावाट की क्षमता वाली एक टरबाइन इकाई शामिल है। प्राथमिक शीतलक 16 एमपीए के दबाव में उच्च शुद्धता वाला गैर-उबलता पानी है जिसमें बोरिक एसिड, एक मजबूत न्यूट्रॉन अवशोषक का घोल मिलाया जाता है, जिसका उपयोग रिएक्टर की शक्ति को विनियमित करने के लिए किया जाता है।

1. मुख्य परिसंचरण पंप रिएक्टर कोर के माध्यम से पानी पंप करते हैं, जहां परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न गर्मी के कारण इसे 320 डिग्री के तापमान तक गर्म किया जाता है।
2. गर्म शीतलक अपनी गर्मी को द्वितीयक सर्किट पानी (कार्यशील तरल पदार्थ) में स्थानांतरित करता है, इसे भाप जनरेटर में वाष्पित करता है।
3. ठंडा किया गया शीतलक रिएक्टर में पुनः प्रवेश करता है।
4. भाप जनरेटर 6.4 एमपीए के दबाव पर संतृप्त भाप पैदा करता है, जिसे भाप टरबाइन को आपूर्ति की जाती है।
5. टरबाइन विद्युत जनरेटर के रोटर को चलाता है।
6. निकास भाप को कंडेनसर में संघनित किया जाता है और कंडेनसेट पंप द्वारा फिर से भाप जनरेटर को आपूर्ति की जाती है। सर्किट में निरंतर दबाव बनाए रखने के लिए, एक स्टीम वॉल्यूम कम्पेसाटर स्थापित किया जाता है।
7. भाप संघनन की गर्मी को कंडेनसर से पानी प्रसारित करके हटा दिया जाता है, जिसे कूलर तालाब से फ़ीड पंप द्वारा आपूर्ति की जाती है।
8. रिएक्टर के पहले और दूसरे दोनों सर्किट को सील कर दिया गया है। यह कर्मियों और जनता के लिए रिएक्टर की सुरक्षा सुनिश्चित करता है।

यदि भाप संघनन के लिए बड़ी मात्रा में पानी का उपयोग करना संभव नहीं है, तो जलाशय का उपयोग करने के बजाय, पानी को विशेष कूलिंग टॉवर (कूलिंग टॉवर) में ठंडा किया जा सकता है।

रिएक्टर के संचालन की सुरक्षा और पर्यावरण मित्रता नियमों (ऑपरेटिंग नियमों) के सख्त पालन और बड़ी मात्रा में नियंत्रण उपकरणों द्वारा सुनिश्चित की जाती है। यह सब विचारशील और कुशल रिएक्टर नियंत्रण के लिए डिज़ाइन किया गया है।
परमाणु रिएक्टर की आपातकालीन सुरक्षा रिएक्टर कोर में परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को तुरंत रोकने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों का एक सेट है।

सक्रिय आपातकालीन सुरक्षा स्वचालित रूप से तब चालू हो जाती है जब परमाणु रिएक्टर का कोई एक पैरामीटर ऐसे मान पर पहुंच जाता है जिससे दुर्घटना हो सकती है। ऐसे मापदंडों में शामिल हो सकते हैं: तापमान, दबाव और शीतलक प्रवाह, बिजली वृद्धि का स्तर और गति।

आपातकालीन सुरक्षा के कार्यकारी तत्व, ज्यादातर मामलों में, ऐसे पदार्थ वाली छड़ें होती हैं जो न्यूट्रॉन (बोरॉन या कैडमियम) को अच्छी तरह से अवशोषित करती हैं। कभी-कभी, रिएक्टर को बंद करने के लिए, एक तरल अवशोषक को शीतलक लूप में इंजेक्ट किया जाता है।

सक्रिय सुरक्षा के अलावा, कई आधुनिक डिज़ाइनों में निष्क्रिय सुरक्षा के तत्व भी शामिल हैं। उदाहरण के लिए, वीवीईआर रिएक्टरों के आधुनिक संस्करणों में एक "आपातकालीन कोर कूलिंग सिस्टम" (ईसीसीएस) शामिल है - रिएक्टर के ऊपर स्थित बोरिक एसिड वाले विशेष टैंक। अधिकतम डिज़ाइन आधारित दुर्घटना (रिएक्टर के पहले कूलिंग सर्किट का टूटना) की स्थिति में, इन टैंकों की सामग्री गुरुत्वाकर्षण द्वारा रिएक्टर कोर के अंदर समाप्त हो जाती है और परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया बड़ी मात्रा में बोरान युक्त पदार्थ से बुझ जाती है , जो न्यूट्रॉन को अच्छी तरह से अवशोषित करता है।

"परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की रिएक्टर सुविधाओं के लिए परमाणु सुरक्षा नियम" के अनुसार, प्रदान किए गए रिएक्टर शटडाउन सिस्टम में से कम से कम एक को आपातकालीन सुरक्षा (ईपी) का कार्य करना चाहिए। आपातकालीन सुरक्षा में कार्यशील तत्वों के कम से कम दो स्वतंत्र समूह होने चाहिए। AZ सिग्नल पर, AZ कार्यशील भागों को किसी भी कार्यशील या मध्यवर्ती स्थिति से सक्रिय किया जाना चाहिए।
AZ उपकरण में कम से कम दो स्वतंत्र सेट होने चाहिए।

AZ उपकरण के प्रत्येक सेट को इस तरह से डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि नाममात्र के 7% से 120% तक न्यूट्रॉन फ्लक्स घनत्व में परिवर्तन की सीमा में सुरक्षा प्रदान की जाए:
1. न्यूट्रॉन फ्लक्स घनत्व द्वारा - तीन स्वतंत्र चैनलों से कम नहीं;
2. न्यूट्रॉन फ्लक्स घनत्व में वृद्धि की दर के अनुसार - तीन स्वतंत्र चैनलों से कम नहीं।

आपातकालीन सुरक्षा उपकरणों के प्रत्येक सेट को इस तरह से डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि, रिएक्टर प्लांट (आरपी) के डिजाइन में स्थापित तकनीकी मापदंडों में परिवर्तन की पूरी श्रृंखला में, प्रत्येक तकनीकी पैरामीटर के लिए कम से कम तीन स्वतंत्र चैनलों द्वारा आपातकालीन सुरक्षा प्रदान की जाए। जिसके लिए सुरक्षा जरूरी है.

AZ एक्चुएटर्स के लिए प्रत्येक सेट के नियंत्रण आदेश कम से कम दो चैनलों के माध्यम से प्रसारित होने चाहिए। जब AZ उपकरण के सेट में से किसी एक चैनल को इस सेट को संचालन से बाहर किए बिना संचालन से बाहर कर दिया जाता है, तो इस चैनल के लिए एक अलार्म सिग्नल स्वचालित रूप से उत्पन्न होना चाहिए।

आपातकालीन सुरक्षा कम से कम निम्नलिखित मामलों में शुरू की जानी चाहिए:
1. न्यूट्रॉन फ्लक्स घनत्व के लिए AZ सेटिंग तक पहुंचने पर।
2. न्यूट्रॉन फ्लक्स घनत्व में वृद्धि की दर के लिए AZ सेटिंग तक पहुंचने पर।
3. यदि आपातकालीन सुरक्षा उपकरणों के किसी भी सेट और सीपीएस बिजली आपूर्ति बसों में वोल्टेज गायब हो जाता है जिन्हें संचालन से बाहर नहीं किया गया है।
4. न्यूट्रॉन फ्लक्स घनत्व के लिए या एजेड उपकरण के किसी भी सेट में न्यूट्रॉन फ्लक्स की वृद्धि दर के लिए तीन सुरक्षा चैनलों में से किसी दो की विफलता के मामले में, जिसे सेवा से बाहर नहीं किया गया है।
5. जब AZ सेटिंग्स तकनीकी मापदंडों तक पहुंच जाती हैं जिसके लिए सुरक्षा की जानी चाहिए।
6. ब्लॉक कंट्रोल प्वाइंट (बीसीपी) या रिजर्व कंट्रोल प्वाइंट (आरसीपी) से कुंजी से एजेड को ट्रिगर करते समय।

सामग्री आरआईए नोवोस्ती और खुले स्रोतों से मिली जानकारी के आधार पर www.rian.ru के ऑनलाइन संपादकों द्वारा तैयार की गई थी

ऊर्जा उत्पादन के लिए रिएक्टरों में परमाणु ईंधन के उपयोग में भौतिक गुणों और होने वाली प्रक्रियाओं की प्रकृति के कारण कई विशेषताएं हैं। ये विशेषताएं परमाणु ऊर्जा, प्रौद्योगिकी आवश्यकताओं, विशेष परिचालन स्थितियों, आर्थिक संकेतकों और पर्यावरण पर प्रभाव की बारीकियों को निर्धारित करती हैं।

सबसे पहले, हम परमाणु ईंधन के उच्च कैलोरी मान पर ध्यान देते हैं। दहन (ऑक्सीकरण) के दौरान, उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया सी + ओ 2 → सीओ 2 में कार्बन, प्रत्येक इंटरैक्शन के लिए 4 ईवी ऊर्जा जारी की जाती है, और परिणामस्वरूप कार्बन मोनोऑक्साइड ग्रह के लिए वैश्विक परिणामों के साथ ग्रीनहाउस प्रभाव की ओर जाता है। एक परमाणु ईंधन परमाणु के विखंडन से लगभग 200 MeV ऊर्जा निकलती है। इन दोनों प्रक्रियाओं में ऊर्जा उत्सर्जन में 50 मिलियन गुना का अंतर होता है। इकाई द्रव्यमान के संदर्भ में, ऊर्जा उत्सर्जन में 2.5 मिलियन का अंतर होता है।

उच्च कैलोरी सामग्री एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए आवश्यक परमाणु ईंधन के द्रव्यमान और भौतिक मात्रा दोनों में तेज कमी का कारण बनती है। इस प्रकार, फीडस्टॉक (यूरेनियम सांद्र) और तैयार परमाणु ईंधन के भंडारण और परिवहन के लिए अपेक्षाकृत कम लागत की आवश्यकता होती है। इसका परिणाम ईंधन उत्पादन और उत्पादन के क्षेत्रों से परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के स्थान की स्वतंत्रता है, जो उत्पादक बलों के आर्थिक रूप से लाभप्रद स्थान की पसंद को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। हम कह सकते हैं कि परमाणु ईंधन का उपयोग ऊर्जा संसाधनों के अत्यंत असमान भौगोलिक वितरण में प्रकृति के "अन्याय" को ठीक कर सकता है। ईंधन वितरण और आपूर्ति की मौसमी जलवायु परिस्थितियों से जुड़ी कठिनाइयाँ, जो पूर्व और सुदूर उत्तर में लगातार उत्पन्न होती हैं, समाप्त हो जाती हैं। परमाणु ईंधन की उच्च ऊर्जा तीव्रता जैविक ईंधन के निष्कर्षण और परिवहन की तुलना में उत्पादित ऊर्जा की प्रति यूनिट उपभोक्ता को ईंधन के निष्कर्षण, उत्पादन और वितरण में शामिल श्रमिकों की अपेक्षाकृत कम संख्या निर्धारित करती है, जो अंततः परमाणु में उच्च श्रम उत्पादकता सुनिश्चित करती है। ऊर्जा।

परमाणु ईंधन की एक महत्वपूर्ण विशेषता इसके पूर्ण दहन की मूलभूत असंभवता है। किसी रिएक्टर को किसी निश्चित समय के लिए दी गई शक्ति पर संचालित करने के लिए, ईंधन भार एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान से ऊपर होना चाहिए। यह अतिरिक्त प्रतिक्रियाशीलता का एक मार्जिन प्रदान करता है जो प्रति इकाई आयतन या द्रव्यमान से अलग किए गए ईंधन की दी गई या गणना की गई मात्रा के लिए आवश्यक है, अर्थात। किसी दी गई बर्नआउट गहराई को प्राप्त करने के लिए। इस बर्नअप तक पहुंचने के बाद, जब प्रतिक्रियाशीलता आरक्षित समाप्त हो जाती है, तो खर्च किए गए ईंधन को नए से बदलना आवश्यक है। उतारे गए ईंधन में महत्वपूर्ण मात्रा में विखंडनीय और उपजाऊ सामग्री होती है और, विखंडन उत्पादों से शुद्ध होने के बाद, ईंधन चक्र में वापस लौटाया जा सकता है। इससे यह पता चलता है कि परमाणु ईंधन को रिएक्टरों और परमाणु उद्योग उद्यमों के माध्यम से बार-बार प्रसारित किया जाना चाहिए: ईंधन छड़ के उत्पादन के लिए रेडियोकेमिकल संयंत्र और कारखाने ईंधन असेंबलियाँ(टीवीएस)। यूरेनियम और प्लूटोनियम का पुनर्चक्रण (पुनः उपयोग) करने से प्राकृतिक यूरेनियम और ईंधन संवर्धन क्षमता की आवश्यकता काफी कम हो जाती है। ध्यान दें कि 1 गीगावॉट की विद्युत शक्ति वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के लिए ईंधन चक्र में संसाधित होने वाले परमाणु ईंधन की मात्रा VVER-1000 के लिए 20-30 टन/वर्ष और RBMK-1000 के लिए लगभग 50 टन/वर्ष है।

किसी दिए गए बर्नअप को सुनिश्चित करने के लिए ऑपरेशन की लंबी अवधि के लिए डिज़ाइन किए गए रिएक्टर कोर में ईंधन के एक बड़े द्रव्यमान को लगातार रखने की आवश्यकता, पहले ईंधन लोड और लोडिंग के लिए तैयार किए गए बाद के बैचों के भुगतान के लिए महत्वपूर्ण एकमुश्त लागत का कारण बनती है। जैविक ईंधन की तुलना में बिजली संयंत्रों में परमाणु ईंधन के उपयोग की स्थितियों में यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण और बुनियादी अंतर है।

श्रृंखला प्रतिक्रिया की समाप्ति के बाद उनके बाद के क्षय के दौरान ईंधन में रेडियोधर्मी विखंडन उत्पादों के संचय से अवशिष्ट गर्मी निकलती है, जो समय के साथ लगभग एक शक्ति कानून के अनुसार कम हो जाती है:

एन(टी) = 0,07एन[टी -0,2 – (टी+ ) -0.2 ], (2.1)

कहाँ एन- शटडाउन से पहले रिएक्टर पावर, एन(टी) रिएक्टर बंद होने के बाद गर्मी जारी करने की शक्ति है,  वह समय है जब रिएक्टर बिजली पर काम करता है एनरोकने के लिए, टी- रुकने के बाद का समय. अभिव्यक्ति (2.1) से यह पता चलता है कि शटडाउन के तुरंत बाद, कोर में गर्मी रिलीज रेटेड शक्ति का 7% है। अवशिष्ट ऊर्जा रिलीज, शीतलक की गतिविधि और रिएक्टर कोर के तत्व, काल्पनिक आपातकालीन स्थितियों को ध्यान में रखने की आवश्यकता परमाणु ऊर्जा संयंत्रों, रिएक्टर सुरक्षा और नियंत्रण प्रणालियों के डिजाइन, निर्माण और संचालन पर विशेष आवश्यकताएं लगाती है। जीवाश्म ईंधन का उपयोग करके थर्मल पावर इंजीनियरिंग में इन आवश्यकताओं का कोई एनालॉग नहीं है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा करने से पारंपरिक ताप विद्युत संयंत्रों की तुलना में पूंजीगत लागत में 1.5-2 गुना की वृद्धि होती है।

2.2. बर्न-अप ऊर्जा उत्पादन का एक माप है

परमाणु ईंधन

किसी भी ईंधन की ऊर्जा विशेषता उसका कैलोरी मान है, अर्थात। प्रति इकाई द्रव्यमान में ऊष्मा का विमोचन। परमाणु ईंधन की ऊर्जा विशेषता विशिष्ट ऊर्जा उत्पादन है - तापीय ऊर्जा जिसे रिएक्टर में रहने की पूरी अवधि के दौरान किसी दिए गए समस्थानिक संरचना के साथ परमाणु ईंधन के प्रति यूनिट द्रव्यमान में जारी किया जा सकता है। विशिष्ट ऊर्जा उत्पादनपरमाणु ईंधन (बी) को आमतौर पर मेगावाट दिन प्रति टन (मेगावाट दिन/टी) या मेगावाट दिन प्रति किलोग्राम (मेगावाट दिन/किग्रा) में मापा जाता है।

एक रिएक्टर में थर्मल ऊर्जा की रिहाई परमाणु विखंडन का परिणाम है और इसे नाभिक की संख्या या विभाजित ईंधन के द्रव्यमान को उनकी कुल संख्या से विभाजित करके व्यक्त किया जा सकता है। बर्नअप की यह द्रव्यमान इकाई ( जलने की गहराई 1) में इसे प्रतिशत, किग्रा/टी, ग्राम/किग्रा आदि के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। मान बी 1 ईंधन छड़ों में संचित विखंडन उत्पादों की मात्रा को भी दर्शाता है। विशिष्ट ऊर्जा उत्पादन और परमाणु ईंधन का बर्नअप अलग-अलग आयामों वाली समतुल्य मात्राएँ हैं। ये रिएक्टरों में परमाणु ईंधन के उपयोग को दर्शाने वाले सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। बर्नअप गहराई का न केवल परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के तकनीकी और आर्थिक संकेतकों पर, बल्कि संपूर्ण ईंधन चक्र पर भी बहुत प्रभाव पड़ता है।

आइए हम यूरेनियम डाइऑक्साइड - आधुनिक बिजली रिएक्टरों के ईंधन - के लिए बी और बी 1 के बीच संबंध निर्धारित करें। एक ग्राम यूरेनियम डाइऑक्साइड में यूरेनियम नाभिक की संख्या अवोगाद्रो की संख्या को आणविक भार से विभाजित करने के बराबर होती है: 6.022·10 23 /270 = 2.32·10 21 1/g. एक विखंडन घटना के दौरान जारी ऊर्जा 3.2·10 -11 जे है। 1 मेगावाट·दिन (8.64·10 10 जे) का उत्पादन करने के लिए आवश्यक विखंडन की संख्या 2.7·10 21 है। इस प्रकार, 1 मेगावाट प्रतिदिन की ऊर्जा प्राप्त करने के लिए 1.16 ग्राम यूरेनियम डाइऑक्साइड का विखंडन सुनिश्चित करना आवश्यक है। इस मात्रा को द्वारा निरूपित करना कआइए ऊर्जा और द्रव्यमान बर्नअप इकाइयों के बीच संबंध लिखें:

बी 1= कवी. (2.2)

यदि एक टन यूरेनियम डाइऑक्साइड में 1% यूरेनियम परमाणु (2.32 · 10 25) अलग कर दिए जाएं, तो ऊर्जा उत्पादन 2.32 · 10 25 / 2.7 · 10 21 = 8593 मेगावाट दिन/टी होगा। 1% भारी परमाणुओं का जलना यूरेनियम डाइऑक्साइड के लिए 2.44·10 20 डिवीजन/सेमी 3 से मेल खाता है।

यदि हम केवल यूरेनियम के वजन को ध्यान में रखें, तो क= 1.05. इस मामले में, 1% का बर्नअप 9520 मेगावाट दिन/टी के यूरेनियम ऊर्जा उत्पादन से मेल खाता है। थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों से संबंधित आगे की गणना में हम लेंगे क= 1.05. हालाँकि, बर्नअप गहराई रिएक्टर कोर में विखंडनीय न्यूक्लाइड की खपत को पूरी तरह से निर्धारित नहीं करती है। परमाणु विखंडन के साथ-साथ, विकिरण ग्रहण करने और विखंडनीय न्यूक्लाइडों को गैर-विखंडनीय में बदलने की प्रतिक्रिया होती है। 235 यू के लिए, विखंडन के बिना न्यूट्रॉन को पकड़ने और 236 यू आइसोटोप का उत्पादन करने की संभावना लगभग 0.15 है। इसका मतलब ऊर्जा जारी किए बिना विखंडनीय आइसोटोप का नुकसान है। 239 पु के लिए, विकिरण कैप्चर के परिणामस्वरूप गैर-विखंडनीय आइसोटोप 240 पु में परिवर्तन की संभावना 0.26 है। विखंडन प्रक्रिया के साथ प्रतिस्पर्धा करने वाले विकिरण कैप्चर की उपस्थिति से विखंडनीय न्यूक्लाइड की खपत में अप्रभावी वृद्धि होती है। थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों में, जब 1 मेगावाट प्रतिदिन थर्मल ऊर्जा का उत्पादन होता है, तो 1.05 ग्राम नहीं, बल्कि 235 यू के 1.2-1.22 ग्राम की खपत होती है, जिसमें ऊर्जा जारी किए बिना 0.15-0.17 ग्राम शामिल है, लेकिन 1% बर्नअप पर, यूरेनियम का ऊर्जा उत्पादन होता है 8300 मेगावाट प्रतिदिन/टन है। कोर की गणना करते समय और विखंडनीय आइसोटोप द्वारा ईंधन के आवश्यक संवर्धन का निर्धारण करते समय यह सब ध्यान में रखा जाता है।

परमाणु ऊर्जा रिएक्टर का कोर (A.Z.ENR)- यह इसके आयतन का वह हिस्सा है जिसमें परमाणु ईंधन विखंडन की निरंतर आत्मनिर्भर श्रृंखला प्रतिक्रिया के कार्यान्वयन और इसके बाद के उपयोग के उद्देश्य से इसमें उत्पन्न गर्मी के संतुलित निष्कासन के लिए स्थितियों को संरचनात्मक रूप से व्यवस्थित किया जाता है।

थर्मल परमाणु रिएक्टर के कोर के संबंध में इस परिभाषा के अर्थ के बारे में सोचने पर, कोई यह समझ सकता है कि ऐसे कोर के मूलभूत घटक परमाणु ईंधन, मॉडरेटर, शीतलक और अन्य संरचनात्मक सामग्री हैं। परमाणु के बाद से उत्तरार्द्ध उद्देश्यपूर्ण रूप से आवश्यक हैं कोर और कोर स्वयं क्षेत्र में ईंधन और मॉडरेटर को रिएक्टर में निश्चित रूप से तय किया जाना चाहिए, यदि संभव हो तो, एक जुदा करने योग्य तकनीकी इकाई का प्रतिनिधित्व करना चाहिए।

परमाणु ईंधन को आमतौर पर कोर में सभी विखंडनीय न्यूक्लाइड्स की समग्रता के रूप में समझा जाता है। संचालन के प्रारंभिक चरण में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश थर्मल परमाणु रिएक्टर शुद्ध यूरेनियम ईंधन पर काम करते हैं, लेकिन अभियान के दौरान वे एक महत्वपूर्ण मात्रा में माध्यमिक परमाणु ईंधन - प्लूटोनियम -239 का उत्पादन करते हैं, जो इसके गठन के तुरंत बाद शामिल हो जाता है। रिएक्टर में न्यूट्रॉन गुणन की प्रक्रिया। इसलिए, अभियान में किसी भी मनमाने क्षण में ऐसे परमाणु रिएक्टरों में ईंधन को तीन विखंडनीय घटकों का संयोजन माना जाना चाहिए: 235 यू, 238 यू और 239 पु। यूरेनियम-235 और प्लूटोनियम-239 रिएक्टर स्पेक्ट्रम में किसी भी ऊर्जा के न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित होते हैं, और 238 यू, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, केवल तेज सीमा से ऊपर (ई > 1.1 मेव के साथ) न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित होता है।

यूरेनियम परमाणु ईंधन की मुख्य विशेषता इसका प्रारंभिक संवर्धन (x) है, जिसका अर्थ है सभी यूरेनियम नाभिकों के बीच यूरेनियम-235 नाभिक का हिस्सा (या प्रतिशत)। और चूंकि 99.99% से अधिक यूरेनियम में दो आइसोटोप होते हैं - 235 यू और 238 यू, संवर्धन मूल्य है:
एक्स =एन 5 /एन यू = एन 5 /(एन 5 +एन 8) (4.1.1)
प्राकृतिक यूरेनियम धातु में लगभग 0.71% 235 यू नाभिक होते हैं, और 99.28% से अधिक 238 यू होता है। यूरेनियम के अन्य आइसोटोप (233 यू, 234 यू, 236 यू और 237 यू) प्राकृतिक यूरेनियम में इतनी कम मात्रा में मौजूद होते हैं कि वे नहीं हो सकते हैं ध्यान में रखा जाना।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टरों में, 1.8 ÷ 5.2% तक समृद्ध यूरेनियम का उपयोग किया जाता है; समुद्री परिवहन परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के रिएक्टरों में, परमाणु ईंधन का प्रारंभिक संवर्धन 20 ÷ 45% है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में कम-संवर्द्धन ईंधन के उपयोग को आर्थिक विचारों द्वारा समझाया गया है: समृद्ध ईंधन के उत्पादन की तकनीक जटिल, ऊर्जा-गहन है, इसके लिए जटिल और भारी उपकरणों की आवश्यकता होती है, और इसलिए यह एक महंगी तकनीक है।

यूरेनियम धातु ऊष्मीय रूप से अस्थिर है, अपेक्षाकृत कम तापमान पर एलोट्रोपिक परिवर्तनों के अधीन है और रासायनिक रूप से अस्थिर है, और इसलिए बिजली रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में अस्वीकार्य है। इसलिए, रिएक्टरों में यूरेनियम का उपयोग शुद्ध धात्विक रूप में नहीं, बल्कि अन्य रासायनिक तत्वों के साथ रासायनिक (या धातुकर्म) यौगिकों के रूप में किया जाता है। इन कनेक्शनों को कहा जाता है ईंधन रचनाएँ.

रिएक्टर प्रौद्योगिकी में सबसे आम ईंधन संरचनाएँ हैं:
यूओ 2, यू 3 ओ 8, यूसी, यूसी 2, यूएन, यू 3 सी, (यूएएल 3) सी, यूबीई 13।

ईंधन संरचना के अन्य रासायनिक तत्व कहलाते हैं ईंधन मंदक. सूचीबद्ध ईंधन संरचनाओं में से पहले दो में, मंदक ऑक्सीजन है, दूसरे दो में - कार्बन, बाद में, क्रमशः नाइट्रोजन, सिलिकॉन, सिलिकॉन और बेरिलियम के साथ एल्यूमीनियम।
एक मंदक के लिए बुनियादी आवश्यकताएं एक रिएक्टर में एक मॉडरेटर के समान होती हैं: इसमें लोचदार बिखरने के लिए एक उच्च माइक्रोसेक्शन होना चाहिए और थर्मल और गुंजयमान न्यूट्रॉन के अवशोषण के लिए संभवतः कम माइक्रोसेक्शन होना चाहिए।

परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों में सबसे आम ईंधन संरचना है यूरेनियम डाइऑक्साइड(यूओ 2), और इसका पतला - ऑक्सीजन - पूरी तरह से सभी उल्लिखित आवश्यकताओं को पूरा करता है .

डाइऑक्साइड का गलनांक (2800 हेसी) और इसकी उच्च तापीय स्थिरता आपको इसकी अनुमति देती है उच्च तापमान 2200 o C तक के अनुमेय ऑपरेटिंग तापमान वाला ईंधन।