नाभिकीय रिएक्टर

nuclear reactor

परमाणु रिएक्टर एक उपकरण है जिसे बिजली पैदा करने के उद्देश्य से परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं को शुरू करने, नियंत्रित करने और बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है। परमाणु रिएक्टरों का उपयोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में कुशलतापूर्वक और सुरक्षित रूप से महत्वपूर्ण मात्रा में विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।

परमाणु रिएक्टर : मौलिक अवधारणा

•    परमाणु रिएक्टर परमाणु विखंडन नामक एक प्रक्रिया का उपयोग करते हैं, जहां एक परमाणु का नाभिक, जैसे कि यूरेनियम -235 या प्लूटोनियम -239, न्यूट्रॉन को अवशोषित करने पर दो या दो से अधिक छोटे नाभिकों में विभाजित हो जाता है। इस प्रक्रिया से जबरदस्त मात्रा में ऊर्जा निकलती है।
•    एक परमाणु रिएक्टर में, ईंधन छड़ों को विखंडनीय सामग्री, जैसे समृद्ध यूरेनियम, से लोड किया जाता है और एक नियंत्रित वातावरण में व्यवस्थित किया जाता है।
•    परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं को आरंभ करने के लिए न्यूट्रॉन को इस वातावरण में पेश किया जाता है। जब एक भारी नाभिक न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है, तो यह अस्थिर हो जाता है और छोटे नाभिकों में विभाजित हो जाता है, जिससे अतिरिक्त न्यूट्रॉन निकलते हैं।
•    ये जारी न्यूट्रॉन आस-पास की विखंडनीय सामग्री में आगे विखंडन प्रतिक्रियाएं शुरू कर सकते हैं, जिससे एक आत्मनिर्भर श्रृंखला प्रतिक्रिया बन सकती है।
•    श्रृंखला प्रतिक्रिया को विनियमित करने के लिए न्यूट्रॉन (जैसे बोरान या कैडमियम) को अवशोषित करने वाली सामग्रियों से बनी नियंत्रण छड़ों का उपयोग किया जाता है। नियंत्रण छड़ों की स्थिति को समायोजित करके, रिएक्टर के बिजली उत्पादन को नियंत्रित किया जा सकता है।
•    विखंडन प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न गर्मी का उपयोग भाप उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जो जनरेटर से जुड़े टर्बाइनों को चलाता है, जिससे बिजली पैदा होती है।

गणितीय समीकरण

   परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया में ऊर्जा रिलीज ($E$) की गणना आइंस्टीन के द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:

$E=\Delta m\cdot c^{2},$

जहाँ:

   $E$ ऊर्जा रिलीज है।

   $\Delta m$ द्रव्यमान दोष है, जो अभिकारकों (ईंधन और न्यूट्रॉन) के प्रारंभिक द्रव्यमान और उत्पादों के अंतिम द्रव्यमान (छोटे नाभिक और न्यूट्रॉन) के बीच का अंतर है।

   $c$ प्रकाश की गति है, लगभग $3\times 10^{8}$ मीटर प्रति सेकंड ($m/s$)।

   परमाणु प्रतिक्रिया की दर

एक रिएक्टर में परमाणु प्रतिक्रियाओं की दर (आरआर) को समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है:

$R=N\tau$

जहाँ:

   $R$ प्रतिक्रिया दर (प्रति इकाई समय प्रतिक्रियाओं की संख्या) है।

   $N$ रिएक्टर कोर में विखंडनीय नाभिकों की संख्या है।

   $\tau$ प्रतिक्रियाओं के बीच का औसत समय है।

आरेख

परमाणु रिएक्टर की अवधारणा को दर्शाने वाला एक सरलीकृत आरेख इस तरह दिख सकता है:

 Nuclear Reactor Core
  ----------------------
 |   Fuel Rods          |
 |  (e.g., Uranium-235) |
 |                      |
 |     Control Rods     |
 |                      |
 |  Neutron Moderation  |
 |       and Cooling    |
 |                      |
 |    Steam Turbine     |
 |                      |
 |   Electricity        |
 |     Generation       |
  ----------------------

आरेख में, आप ईंधन छड़ों, नियंत्रण छड़ों, न्यूट्रॉन मॉडरेशन और शीतलन प्रणालियों और बिजली उत्पादन के लिए भाप टरबाइन के साथ एक परमाणु रिएक्टर कोर देख सकते हैं।

प्रमुख बिंदु

•    एक परमाणु रिएक्टर बिजली उत्पन्न करने के लिए नियंत्रित परमाणु विखंडन का उपयोग करता है।
•    परमाणु विखंडन से द्रव्यमान के ऊर्जा में रूपांतरण से बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है।
•    परमाणु प्रतिक्रिया को प्रबंधित करने के लिए नियंत्रण छड़ें और अन्य सुरक्षा प्रणालियों का उपयोग किया जाता है।

संक्षेप में

दुनिया के कई हिस्सों में बिजली उत्पादन के लिए परमाणु रिएक्टर आवश्यक हैं। वे गर्मी उत्पन्न करने के लिए परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं का उपयोग करते हैं, जिसे बाद में बिजली में परिवर्तित किया जाता है। इन रिएक्टरों के सुरक्षित और कुशल संचालन को सुनिश्चित करने के लिए सावधानीपूर्वक नियंत्रण और सुरक्षा उपाय किए गए हैं।