परमाणु ऊर्जा - संक्षेप में जे

खगोलीय जल पर एक पोस्ट पर टिप्पणियों को देखते हुए, परमाणु ऊर्जा मुद्दों के पाठकों के बीच कुछ गलतफहमी है। मैं इस प्रश्न पर कुछ स्पष्टता लाना चाहता हूं। बहुतों के लिए, मैं जो लिखता हूं वह प्राथमिक लगेगा, लेकिन, दुर्भाग्य से, सभी के लिए नहीं।

भौतिकी के दृष्टिकोण से परमाणु नाभिक एक बहुत ही जटिल वस्तु है। इतना जटिल कि कोई एकल सिद्धांत नहीं है जो कोर में प्रक्रियाओं का वर्णन करता है। हालांकि, ऐसे सिद्धांत हैं जो मानव जाति के लाभ के लिए परमाणु ऊर्जा के उपयोग की अनुमति देते हैं।

पोर्टेबल परमाणु ऊर्जा

परमाणु नाभिक से ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए अलग-अलग तरीके हैं। सबसे सरल और सबसे स्पष्ट रेडियोधर्मी नाभिक के प्राकृतिक क्षय के दौरान गठित कणों का उपयोग करना है। यह β-decay या α-decay पर बैटरी को निकालता है। Ay क्षय के विभिन्न रूपों में, एक इलेक्ट्रॉन नाभिक से दूर हो जाता है, और नाभिक का चार्ज एक से बढ़ जाता है। इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करके, आप उस पदार्थ के बीच संभावित अंतर प्राप्त कर सकते हैं जिसमें क्षय होता है और इलेक्ट्रॉन कलेक्टर। इस तरह के स्रोत संभावित रूप से बहुत लंबे समय तक काम कर सकते हैं, लेकिन शक्ति छोटी है - दसियों माइक्रोवेट।

संवेग के संरक्षण के नियम के अनुसार, जब कोई कण नाभिक से बाहर निकलता है, तो नाभिक को संकेत के विपरीत एक गति प्राप्त करनी चाहिए। मैक्रोस्कोपिक स्तर पर, इसका मतलब है कि क्षयकारी पदार्थ गर्म होता है। इस ताप के उपयोग से बिजली पैदा की जा सकती है एक थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर, वैक्यूम या थर्मोकपल, एक रेडियोधर्मी स्रोत में शामिल हो जाता है। अर्धचालक कम प्रभावी होते हैं क्योंकि आयनीकरण विकिरण के कारण गिरावट। उत्तरी सागर मार्ग के साथ प्रकाशस्तंभों पर इसी तरह के स्रोतों का उपयोग किया गया, लेगेंडा आईसीआरसी की सक्रिय रडार प्रणाली और दूर के ग्रहों की जांच।

अन्य विधियां हैं, उदाहरण के लिए, रेडियो आइसोटोप ऑप्टोइलेक्ट्रिक और रेडियोसोटोप पीज़ोइलेक्ट्रिक स्रोत। विकिपीडिया पर रेडियोसोटोप ऊर्जा स्रोत अधिक पढ़ें।

चेन रिएक्शन

ऊर्जा उत्पन्न करने का एक अलग तरीका है बिजली संयंत्रों में। वहां, परमाणु विखंडन के लिए स्थितियां बनाई जाती हैं। प्राकृतिक आइसोटोप का क्षय बहुत कम होता है। हालांकि, ऐसे समस्थानिक होते हैं जिनके नाभिक, एक न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकते हैं, एक उत्तेजित अवस्था में दूसरे समस्थानिक के नाभिक में बदल सकते हैं। एक बहुत ही उच्च संभावना और एक छोटे आधे जीवन के साथ विखंडन द्वारा ये नाभिक क्षय। उत्तेजित नाभिक की उपस्थिति के लिए स्थितियों को नियंत्रित करके, रिएक्टर में गर्मी रिलीज को नियंत्रित करना संभव है। विखंडन के लिए इष्टतम स्थिति प्राप्त करने के लिए, अलग-अलग आइसोटोप को अलग-अलग ऊर्जा के साथ न्यूट्रॉन की आवश्यकता होती है। पारंपरिक रूप से, न्यूट्रॉन को धीमी - कम ऊर्जा और तेज, उच्च ऊर्जा में विभाजित किया जा सकता है।

प्रकृति में, विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया के लिए उपयुक्त आइसोटोप से, यूरेनियम -235 सबसे अधिक बार पाया जाता है। एक धीमी न्यूट्रॉन संलग्न करके, यूरेनियम -235 का नाभिक एक उत्तेजित अवस्था में यूरेनियम -236 के नाभिक में बदल जाता है। यह या तो अन्य तत्वों के दो परमाणुओं में एक ray-रे या क्षय का उत्सर्जन कर सकता है और दो या तीन तेज न्यूट्रॉन। प्रतिक्रिया बनाने के लिए, आपको न्यूट्रॉन को धीमा करना होगा।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र

इस प्रकार, रिएक्टर में चार आवश्यक पदार्थ होते हैं: ईंधन, मॉडरेटर (न्यूट्रॉन), नियंत्रण छड़ (न्यूट्रॉन अवशोषक) और उपयोगी गर्मी को हटाने के लिए शीतलक। अक्सर शीतलक और मध्यस्थ एक और एक ही पदार्थ होते हैं - पानी। बिजली संयंत्रों में अधिकांश रिएक्टर, या बल्कि सभी एक, इस सिद्धांत पर काम करते हैं। 235 आइसोटोप की बढ़ी हुई सामग्री के साथ समृद्ध यूरेनियम, ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। यूरेनियम -235 के विखंडन से दो-तिहाई ऊर्जा उत्पन्न होती है, जो कि पृथ्वी पर बहुत छोटी है, लगभग तीसरी थोड़ी देर बाद।

क्या स्थिति को सुधारना संभव है? बेशक! इसके लिए तेजी से रिएक्टर हैं। यूरेनियम -238 नाभिक, जिनमें से प्राकृतिक यूरेनियम 99% से अधिक है, तेजी से न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है और यूरेनियम -239 में बदल जाता है, फिर नेप्ट्यूनियम -239 और फिर प्लूटोनियम -239 में। बदले में, प्लूटोनियम -239 यूरेनियम -235 की तरह ही थर्मल न्यूट्रॉन और विखंडन को अवशोषित कर सकता है। प्लूटोनियम -239 भी पारंपरिक रिएक्टरों में बनता है, और थर्मल पावर का आखिरी तीसरा हिस्सा इससे प्राप्त होता है।

फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर पारंपरिक रिएक्टरों की तुलना में बहुत अधिक जटिल हैं। पर्याप्त संख्या में तेज न्यूट्रॉन की आवश्यकता होती है, इसलिए शीतलक को न्यूट्रॉन को धीमा नहीं करना चाहिए और स्वाभाविक रूप से, उन्हें अवशोषित करना चाहिए। वर्तमान में, पिघला हुआ धातुओं का उपयोग गर्मी वाहक के रूप में किया जाता है।

लीड सबसे उपयुक्त है। सबसे पहले, यह व्यावहारिक रूप से न्यूट्रॉन के साथ बातचीत नहीं करता है, और दूसरी बात, यह it-विकिरण को अवशोषित करता है, जिससे रिएक्टर के जैविक संरक्षण को पतला करना संभव हो जाता है। सीसे का नुकसान इसका उच्च गलनांक है। अगर रिएक्टर सख्त हो जाता है, उदाहरण के लिए, स्वत: सुरक्षा ऑपरेशन के बाद, रिएक्टर का क्या होगा? बस फिर से रिएक्टर को शुरू करना असंभव है। लीड धीरे-धीरे पिघल जाएगा और वार्मिंग रिएक्टर से गर्मी हटाने का समय नहीं होगा। पिघलने बिंदु को कम करने के लिए बिस्मथ को जोड़ा जाता है। ऐसे रिएक्टर हमारी पनडुब्बियों पर लगाए जाते हैं।

बिजली संयंत्रों में, सोडियम या पोटेशियम के साथ सोडियम के एक यूकेटिक मिश्रण को शीतलक के रूप में उपयोग किया जाता है। एक ओर, 450 ° C पर क्षार धातु का रिसाव बिस्मथ के साथ सीसा के रिसाव से बहुत खराब है, दूसरी ओर, पिघलने का तापमान बहुत कम है। पोटेशियम के साथ यूकेटिक सोडियम के लिए यह केवल 19 डिग्री सेल्सियस है।

जनरेशन IV इंटरनेशनल फोरम (GIF) ने चौथी पीढ़ी के परमाणु रिएक्टरों की अवधारणाओं को तैयार किया। इन रिएक्टरों को 2030 तक वाणिज्यिक परिचालन में जाना चाहिए। उनमें से तेजी से न्यूट्रॉन रिएक्टर हैं। यह ऊपर उल्लेख किया गया था कि एक को छोड़कर सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में सभी रिएक्टर, वर्तमान में धीमी न्यूट्रॉन पर काम कर रहे हैं। अंग्रेजी विकिपीडिया द्वारा देखते हुए, आज व्यावसायिक संचालन में केवल एक तेजी से न्यूट्रॉन रिएक्टर है। वह बेलोयार्स्क एनपीपी की तीसरी बिजली इकाई के हिस्से के रूप में काम करता है। दूसरे शब्दों में, परमाणु उद्योग में नेता रूस है।

परमाणु ऊर्जा बाहर

मुख्य लाभ ईंधन की उच्च ऊर्जा तीव्रता, हाइड्रोकार्बन की तुलना में लगभग 10 ⁴ गुना अधिक है। यह बिजली संयंत्रों या उपभोक्ताओं को ईंधन परिवहन की लागत को काफी कम कर देता है। इसी समय, यह बिजली पैदा करने का सबसे पर्यावरण के अनुकूल तरीका है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र मुख्य रूप से गर्मी उत्सर्जन द्वारा पर्यावरण को प्रदूषित करते हैं। चेरनोबिल और फुकुशिमा को याद करने की कोई आवश्यकता नहीं है। ये त्रासदी काफी हद तक अतीत की गूँज हैं, क्योंकि दोनों स्टेशनों के रिएक्टरों के डिज़ाइन लंबे समय से पुराने हैं। कचरे का निपटान वास्तव में एक चुनौती है। हालांकि, अगर किलोग्राम में ईंधन को मापा जाता है, तो थोड़ा अपशिष्ट भी होगा।

एक और कठिनाई है। यूरेनियम -235 - अप्रमाणित ईंधन। यह छोटा है और संवर्धन आवश्यक है। जाहिर है, परमाणु ऊर्जा के विकास के साथ, तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर प्रबल होंगे। और यहां एक समस्या उत्पन्न होती है: परमाणु ईंधन से भी हथियार-ग्रेड यूरेनियम -235 प्राप्त करना काफी मुश्किल है - एक पदार्थ के आइसोटोप को अलग करना आवश्यक है। इसी समय, हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम -239 प्राप्त करना अपेक्षाकृत सरल है, क्योंकि आप प्लूटोनियम और यूरेनियम के रासायनिक गुणों में अंतर का उपयोग कर सकते हैं। इसका मतलब है कि कई देशों में आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण काफी जटिल है।