Neutron poison
পারমাণবিক চুল্লির মতো প্রয়োগগুলিতে, একটি নিউট্রন বিষ (যাকে নিউট্রন শোষক বা পারমাণবিক বিষও বলা হয়) একটি বড় নিউট্রন শোষণ ক্রস-সেকশন সহ একটি পদার্থ। এই ধরনের প্রয়োগগুলিতে, নিউট্রন শোষণ করা সাধারণত একটি অবাঞ্ছিত প্রভাব। যাইহোক, নিউট্রন-শোষণকারী পদার্থ, যাকে বিষও বলা হয়, তাদের প্রাথমিক তাজা জ্বালানী লোডের উচ্চ প্রতিক্রিয়াশীলতা হ্রাস করার জন্য ইচ্ছাকৃতভাবে কিছু ধরনের চুল্লিতে ঢোকানো হয়। এই বিষগুলির মধ্যে কয়েকটি চুল্লির ক্রিয়াকলাপের সময় নিউট্রন শোষণ করার কারণে হ্রাস পায় এবং অন্যগুলি তুলনামূলকভাবে স্থির থাকে। স্বল্পমেয়াদী অর্ধ-জীবন বিভাজন পণ্য দ্বারা নিউট্রন ক্যাপচারকে চুল্লির বিষক্রিয়া বলা হয়; দীর্ঘস্থায়ী বা স্থিতিশীল বিভাজন পণ্য দ্বারা নিউট্রন ক্যাপচারকে চুল্লির স্ল্যাগিং বলা হয়। ক্ষণস্থায়ী বিভাজন পণ্য বিষ পারমাণবিক প্রতিক্রিয়ার সময় উত্পন্ন কিছু বিভাজন পণ্যের উচ্চ নিউট্রন শোষণ ক্ষমতা থাকে, যেমন জেনন-135 (মাইক্রোস্কোপিক ক্রস-সেকশন σ = 2,000,000 বার্নস (বি); চুল্লির পরিস্থিতিতে 3 মিলিয়ন বার্নস পর্যন্ত) এবং সামারিয়াম-149 (σ = 74,500 বি)। যেহেতু এই দুটি, বিভাজন-পণ্য বিষ চুল্লি থেকে নিউট্রন অপসারণ করে, তারা তাপীয় ব্যবহারের ফ্যাক্টরকে প্রভাবিত করবে এবং এইভাবে, প্রতিক্রিয়াশীলতা। এই বিভাজন পণ্যগুলির দ্বারা একটি চুল্লির মূল অংশের বিষক্রিয়া এতটাই গুরুতর হয়ে উঠতে পারে যে শৃঙ্খল বিক্রিয়াটি থেমে যায়। জেনন-135 বিশেষত একটি পারমাণবিক চুল্লির ক্রিয়াকলাপকে ব্যাপকভাবে প্রভাবিত করে কারণ এটি সবচেয়ে শক্তিশালী, পরিচিত, নিউট্রন বিষ। জেনন-135 গঠনের কারণে একটি চুল্লির পুনরায় চালু হওয়ার অক্ষমতাকে (প্রায় 10 ঘন্টা পরে সর্বাধিক পৌঁছায়) কখনও কখনও জেনন-পূর্বনির্ধারিত স্টার্ট-আপ হিসাবে উল্লেখ করা হয়। যে সময়কালে চুল্লিটি জেনন-135-এর প্রভাবকে অগ্রাহ্য করতে অক্ষম হয় তাকে জেনন ডেড টাইম বা বিষ বিভ্রাট বলা হয়। স্থির অবস্থার ক্রিয়াকলাপের সময়, একটি ধ্রুবক নিউট্রন প্রবাহ স্তরে, জেনন-135 ঘনত্ব প্রায় 40 থেকে 50 ঘন্টার মধ্যে সেই চুল্লি শক্তির জন্য তার ভারসাম্য মান পর্যন্ত তৈরি করে। যখন চুল্লিটির শক্তি বৃদ্ধি করা হয়, তখন জিনন-135-এর ঘনত্ব প্রাথমিকভাবে হ্রাস পায় কারণ নতুন, উচ্চতর শক্তি স্তরে পোড়া বৃদ্ধি পায়। সুতরাং, জিনন বিষক্রিয়ার গতিবিদ্যা ফ্লাক্স প্যাটার্নের স্থায়িত্ব এবং জ্যামিতিক শক্তি বিতরণের জন্য গুরুত্বপূর্ণ, বিশেষ করে শারীরিকভাবে বড় চুল্লিগুলিতে। যেহেতু জিনন-135 উৎপাদনের 95 শতাংশ আয়োডিন-135 ক্ষয় থেকে হয়, যার অর্ধ-জীবনকাল 6 থেকে 7 ঘন্টা, তাই জিনন-135 উৎপাদন স্থির থাকে; এই সময়ে, জিনন-135-এর ঘনত্ব সর্বনিম্ন হয়। ঘনত্ব তারপর একই সময়ে নতুন শক্তি স্তরের ভারসাম্যে বৃদ্ধি পায়, প্রায় 40 থেকে 50 ঘন্টা। শক্তি পরিবর্তনের পর প্রাথমিক 4 থেকে 6 ঘন্টা সময়কালে ঘনত্বের মাত্রা এবং পরিবর্তনের হার প্রাথমিক শক্তি স্তর এবং শক্তি স্তরের পরিবর্তনের পরিমাণের উপর নির্ভর করে; শক্তি স্তরের বৃহত্তর পরিবর্তনের জন্য জিনন-135 ঘনত্বের পরিবর্তন বেশি হয়। যখন চুল্লির শক্তি হ্রাস পায়, তখন প্রক্রিয়াটি বিপরীত হয়। যেহেতু সামারিয়াম-149 তেজস্ক্রিয় নয় এবং ক্ষয় দ্বারা অপসারিত হয় না, তাই এটি জিনন-135-এর সম্মুখীন হওয়া সমস্যাগুলির থেকে কিছুটা আলাদা সমস্যা উপস্থাপন করে। ভারসাম্য ঘনত্ব (এবং এইভাবে বিষক্রিয়ার প্রভাব) প্রায় 500 ঘন্টার (প্রায় তিন সপ্তাহ) মধ্যে চুল্লি পরিচালনার সময় একটি ভারসাম্য মান তৈরি করে এবং যেহেতু সামারিয়াম-149 স্থিতিশীল, তাই চুল্লি পরিচালনার সময় ঘনত্ব মূলত স্থির থাকে। আরেকটি সমস্যাযুক্ত আইসোটোপ যা তৈরি হয় তা হল গ্যাডোলিনিয়াম-157, যার মাইক্রোস্কোপিক ক্রস-সেকশন σ = 200,000 b। ফিশন পণ্যের বিষ সংগ্রহ করা আরও অনেক ফিশন পণ্য রয়েছে যা তাদের ঘনত্ব এবং তাপীয় নিউট্রন শোষণ ক্রস সেকশনের ফলস্বরূপ, চুল্লির ক্রিয়াকলাপে বিষাক্ত প্রভাব ফেলে। পৃথকভাবে, এগুলির খুব কম প্রভাব রয়েছে, তবে একসাথে এগুলির একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব রয়েছে। এগুলি প্রায়শই লাম্পড ফিশন পণ্য বিষ হিসাবে চিহ্নিত করা হয় এবং চুল্লিতে প্রতি ফিশন ইভেন্টে গড়ে 50 টি শস্যাগার হারে জমা হয়। জ্বালানিতে বিখণ্ডন পণ্যের বিষের গঠন শেষ পর্যন্ত দক্ষতা হ্রাস এবং কিছু ক্ষেত্রে অস্থিতিশীলতার দিকে পরিচালিত করে। বাস্তবে, পারমাণবিক জ্বালানিতে চুল্লির বিষের গঠনই চুল্লিতে পারমাণবিক জ্বালানির জীবনকাল নির্ধারণ করেঃ সমস্ত সম্ভাব্য ফিশন হওয়ার অনেক আগে, দীর্ঘস্থায়ী নিউট্রন-শোষণকারী ফিশন পণ্যগুলির গঠন শৃঙ্খল বিক্রিয়াকে হ্রাস করে। এই কারণেই পারমাণবিক পুনঃপ্রক্রিয়াকরণ একটি দরকারী কাজঃ কঠিন ব্যয়িত পারমাণবিক জ্বালানিতে নতুন তৈরি পারমাণবিক জ্বালানিতে উপস্থিত মূল বিভাজনযোগ্য উপাদানের প্রায় 97 শতাংশ থাকে। বিভাজন পণ্যগুলির রাসায়নিক পৃথকীকরণ জ্বালানী পুনরুদ্ধার করে যাতে এটি আবার ব্যবহার করা যায়। বিভাজন পণ্য অপসারণের অন্যান্য সম্ভাব্য পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে কঠিন কিন্তু ছিদ্রযুক্ত জ্বালানী যা বিভাজন পণ্য এবং তরল বা বায়বীয় জ্বালানী (গলিত লবণ চুল্লি, জলীয় সমজাতীয় চুল্লি) থেকে মুক্তি দেয়। এগুলি জ্বালানিতে ফিশন পণ্য সঞ্চয়ের সমস্যাকে সহজ করে তোলে, তবে ফিশন পণ্যগুলি নিরাপদে অপসারণ এবং সংরক্ষণের অতিরিক্ত সমস্যা তৈরি করে। কিছু বিভাজন পণ্য নিজেরাই স্থিতিশীল বা দ্রুত স্থিতিশীল নিউক্লাইডে ক্ষয় হয়। (প্রায় প্রতিটি অর্ধ ডজন) মাঝারি জীবন্ত এবং দীর্ঘজীবী বিভাজন পণ্যগুলির মধ্যে কিছু, যেমন, তাদের অ-নগণ্য ক্যাপচার ক্রস সেকশনের কারণে পারমাণবিক রূপান্তরের জন্য প্রস্তাব করা হয়। তুলনামূলকভাবে উচ্চ শোষণ ক্রস বিভাগ সহ অন্যান্য বিভাজন পণ্যগুলির মধ্যে রয়েছে 83Kr, 95Mo, 143Nd, 147Pm। এই ভরের উপরে, এমনকি অনেক জোড়-ভর সংখ্যার আইসোটোপের বড় শোষণ ক্রস বিভাগ রয়েছে, যা একটি নিউক্লিয়াসকে একাধিক নিউট্রন ক্রমিকভাবে শোষণ করতে দেয়। ভারী অ্যাক্টিনাইডগুলির বিভাজন ল্যান্থানাইড পরিসরে আরও ভারী বিভাজন পণ্য তৈরি করে, তাই বিভাজন পণ্যগুলির মোট নিউট্রন শোষণ ক্রস সেকশন বেশি হয়। একটি দ্রুত চুল্লিতে বিভাজন পণ্য বিষের পরিস্থিতি উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন হতে পারে কারণ নিউট্রন শোষণ ক্রস বিভাগগুলি তাপীয় নিউট্রন এবং দ্রুত নিউট্রনের জন্য ভিন্ন হতে পারে। আরবিইসি-এম লিড-বিসমাথ কুলড ফাস্ট রিঅ্যাক্টরে, নিউট্রন সহ ফিশন পণ্যগুলি মোট ফিশন পণ্য ক্যাপচারের 5 শতাংশেরও বেশি ক্যাপচার করে, ক্রমানুসারে, 133সি, 101আরইউ, 103আরএইচ, 99টিসি, 105পিডি এবং 107পিডি কোরের মধ্যে, প্রজনন কম্বলের ষষ্ঠ স্থানে 107পিডি প্রতিস্থাপন করে 149এসএম। বিষ ক্ষয় ফিশন পণ্য বিষ ছাড়াও, চুল্লির অন্যান্য পদার্থ নিউট্রন বিষ হিসাবে কাজ করে এমন পদার্থে ক্ষয় হয়। এর একটি উদাহরণ হল ট্রিটিয়াম থেকে হিলিয়াম-3-এ ক্ষয়। যেহেতু ট্রিটিয়ামের অর্ধ-জীবনকাল 12.3 বছর, তাই সাধারণত এই ক্ষয়টি চুল্লির ক্রিয়াকলাপকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে না কারণ ট্রিটিয়ামের ক্ষয়ের হার এত ধীর। যাইহোক, যদি ট্রিটিয়াম একটি চুল্লিতে উত্পাদিত হয় এবং কয়েক মাস ধরে দীর্ঘস্থায়ী বন্ধের সময় চুল্লিতে থাকতে দেওয়া হয়, তবে যথেষ্ট পরিমাণে ট্রিটিয়াম হিলিয়াম-3-এ ক্ষয় হয়ে উল্লেখযোগ্য পরিমাণে নেতিবাচক প্রতিক্রিয়াশীলতা যোগ করতে পারে। বন্ধের সময় চুল্লিতে উৎপাদিত যে কোনও হিলিয়াম-3 পরবর্তী ক্রিয়াকলাপের সময় নিউট্রন-প্রোটন বিক্রিয়ার মাধ্যমে অপসারণ করা হবে। চাপযুক্ত ভারী জলের চুল্লিগুলি ভারী জলের মডারেটরে নিউট্রন ক্যাপচারের মাধ্যমে ছোট কিন্তু উল্লেখযোগ্য পরিমাণে ট্রিটিয়াম তৈরি করবে, যা একইভাবে হিলিয়াম-3-এ ক্ষয় হবে। ট্রিটিয়াম এবং হিলিয়াম-3 উভয়ের উচ্চ বাজার মূল্যের পরিপ্রেক্ষিতে, ট্রিটিয়াম পর্যায়ক্রমে কিছু কান্ডু চুল্লির মডারেটর/কুল্যান্ট থেকে সরানো হয় এবং লাভে বিক্রি করা হয়। জলের বোরেশন (মডারেটর/কুল্যান্টের সাথে বোরিক অ্যাসিডের সংযোজন) যা সাধারণত চাপযুক্ত হালকা জলের চুল্লীগুলিতে ব্যবহৃত হয়, তা ধারাবাহিক বিক্রিয়া (এন, α) এবং (এন, α এন) বা (দ্রুত নিউট্রনের উপস্থিতিতে) (এন, 2এন) এবং পরবর্তীকালে (এন, α) এর মাধ্যমে অ-নগণ্য পরিমাণে ট্রিটিয়াম তৈরি করে। দ্রুত নিউট্রনগুলি বোরন থেকে সরাসরি (এন, 2α) এর মাধ্যমে ট্রিটিয়াম তৈরি করে। সমস্ত পারমাণবিক বিভাজন চুল্লি ত্রয়ী বিভাজনের মাধ্যমে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে ট্রিটিয়াম উৎপাদন করে। বিষ নিয়ন্ত্রণ একটি চুল্লির পরিচালনার সময় কেন্দ্রে থাকা জ্বালানির পরিমাণ একঘেয়েভাবে হ্রাস পায়। যদি চুল্লিটিকে দীর্ঘ সময়ের জন্য কাজ করতে হয়, তবে চুল্লিটিকে জ্বালানি দেওয়ার সময় সঠিক ক্রিটিকালিটির জন্য প্রয়োজনীয় জ্বালানির চেয়ে বেশি জ্বালানি অবশ্যই যোগ করতে হবে। অতিরিক্ত জ্বালানির কারণে ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া অবশ্যই নিউট্রন-শোষণকারী উপাদান থেকে নেতিবাচক প্রতিক্রিয়াশীলতার সাথে ভারসাম্যপূর্ণ হতে হবে। নিউট্রন-শোষণকারী উপাদানযুক্ত চলমান নিয়ন্ত্রণ রড একটি পদ্ধতি, তবে অতিরিক্ত প্রতিক্রিয়াশীলতার ভারসাম্য বজায় রাখার জন্য শুধুমাত্র নিয়ন্ত্রণ রডগুলি একটি নির্দিষ্ট মূল নকশার জন্য অবাস্তব হতে পারে কারণ রড বা তাদের প্রক্রিয়াগুলির জন্য অপর্যাপ্ত জায়গা থাকতে পারে, যেমন সাবমেরিনে, যেখানে স্থান বিশেষত একটি প্রিমিয়ামে। দাহ্য বিষ নিয়ন্ত্রণ রড ছাড়াই প্রচুর পরিমাণে অতিরিক্ত জ্বালানী প্রতিক্রিয়াশীলতা নিয়ন্ত্রণ করতে, দাহ্য বিষগুলি কেন্দ্রে লোড করা হয়। জ্বলন্ত বিষ হল এমন পদার্থ যার উচ্চ নিউট্রন শোষণ ক্রস সেকশন রয়েছে যা নিউট্রন শোষণের ফলে তুলনামূলকভাবে কম শোষণ ক্রস সেকশনের উপাদানে রূপান্তরিত হয়। বিষের উপাদান পুড়ে যাওয়ার কারণে, জ্বলন্ত বিষের নেতিবাচক প্রতিক্রিয়াশীলতা মূল জীবনে হ্রাস পায়। আদর্শভাবে, এই বিষগুলির নেতিবাচক প্রতিক্রিয়াশীলতা একই হারে হ্রাস করা উচিত যে হারে জ্বালানির অতিরিক্ত ইতিবাচক প্রতিক্রিয়াশীলতা হ্রাস পায়। স্থায়ী দাহ্য বিষ সাধারণত বোরন বা গ্যাডোলিনিয়ামের যৌগ আকারে ব্যবহৃত হয় যা পৃথক জালের পিন বা প্লেটে আকৃতির হয়, বা জ্বালানীতে সংযোজনকারী হিসাবে প্রবর্তিত হয়। যেহেতু এগুলি সাধারণত নিয়ন্ত্রণ রডের তুলনায় আরও অভিন্নভাবে বিতরণ করা যেতে পারে, তাই এই বিষগুলি মূলের শক্তি বিতরণে কম ব্যাঘাতকারী। চুল্লিটির নির্দিষ্ট কিছু অঞ্চলের কাছাকাছি অত্যধিক প্রবাহ এবং শক্তি বৃদ্ধি রোধ করতে ফ্লাক্স প্রোফাইলগুলি আকৃতি বা নিয়ন্ত্রণ করার জন্য স্থির জ্বলন্ত বিষগুলিও মূলের নির্দিষ্ট স্থানে বিচ্ছিন্নভাবে লোড করা যেতে পারে। তবে বর্তমান অনুশীলনটি হল এই পরিষেবায় স্থির অ-জ্বলন্ত বিষ ব্যবহার করা। অ-দাহ্য বিষ একটি অ-দহনযোগ্য বিষ যা মূলের জীবনকাল জুড়ে একটি ধ্রুবক নেতিবাচক প্রতিক্রিয়াশীলতা বজায় রাখে। যদিও কোনও নিউট্রন বিষ কঠোরভাবে অ-দাহ্য নয়, কিছু নির্দিষ্ট পদার্থকে নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে অ-দাহ্য বিষ হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে। একটি উদাহরণ হল হাফনিয়াম। এটির পাঁচটি স্থিতিশীল আইসোটোপ রয়েছে, যার মাধ্যমে, যা সমস্ত নিউট্রন শোষণ করতে পারে, তাই প্রথম চারটি নিউট্রন শোষণ করে রাসায়নিকভাবে অপরিবর্তিত থাকে। (একটি চূড়ান্ত শোষণ উৎপন্ন করে, যা বিটা-ক্ষয় হয়।) এই শোষণ শৃঙ্খলের ফলে একটি দীর্ঘস্থায়ী দাহ্য বিষ তৈরি হয় যা অ-দাহ্য বৈশিষ্ট্যগুলির আনুমানিক। দ্রবণীয় বিষ, যাকে রাসায়নিক সিমও বলা হয়, জল শীতলকের মধ্যে দ্রবীভূত হলে একটি স্থানিকভাবে অভিন্ন নিউট্রন শোষণ তৈরি করে। বাণিজ্যিক চাপযুক্ত জল চুল্লিতে (পিডব্লিউআর) সবচেয়ে সাধারণ দ্রবণীয় বিষ হল বোরিক অ্যাসিড, যা প্রায়শই দ্রবণীয় বোরন হিসাবে উল্লেখ করা হয়। কুল্যান্টের বোরিক অ্যাসিড তাপীয় ব্যবহার ফ্যাক্টরকে হ্রাস করে, যার ফলে প্রতিক্রিয়াশীলতা হ্রাস পায়। কুলেন্টে বোরিক অ্যাসিডের ঘনত্ব পরিবর্তন করে, একটি প্রক্রিয়া যা বোরেশন এবং ডাইল্যুশন হিসাবে উল্লেখ করা হয়, কোরের প্রতিক্রিয়াশীলতা সহজেই পরিবর্তিত হতে পারে। যদি বোরনের ঘনত্ব বৃদ্ধি করা হয় (বোরেশন), তবে কুল্যান্ট/মডারেটর আরও বেশি নিউট্রন শোষণ করে, নেতিবাচক প্রতিক্রিয়া যোগ করে। যদি বোরনের ঘনত্ব হ্রাস পায় (দুর্বলকরণ), ইতিবাচক প্রতিক্রিয়াশীলতা যোগ করা হয়। একটি পি. ডব্লিউ. আর-এ বোরন ঘনত্বের পরিবর্তন একটি ধীর প্রক্রিয়া এবং প্রাথমিকভাবে জ্বালানি পোড়ানো বা বিষ গঠনের ক্ষতিপূরণের জন্য ব্যবহৃত হয়। বোরন ঘনত্বের বৈচিত্র্য নিয়ন্ত্রণ রড ব্যবহারকে হ্রাস করার অনুমতি দেয়, যার ফলে রড সন্নিবেশ দ্বারা উত্পাদিত হওয়ার চেয়ে কোরের উপর একটি চ্যাপ্টা ফ্লাক্স প্রোফাইল তৈরি হয়। চ্যাপ্টা ফ্লাক্স প্রোফাইল ঘটে কারণ সন্নিবেশিত নিয়ন্ত্রণ রডগুলির আশেপাশে উত্পাদিত হওয়ার মতো বিষণ্ণ প্রবাহের কোনও অঞ্চল নেই। এই পদ্ধতিটি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় না কারণ রাসায়নিকগুলি মডারেটরের তাপমাত্রার প্রতিক্রিয়াশীলতা সহগকে কম ঋণাত্মক করে তোলে। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে পরিচালিত সমস্ত বাণিজ্যিক পিডব্লিউআর প্রকার (ওয়েস্টিংহাউস, দহন প্রকৌশল এবং ব্যাবক ও উইলকক্স) অতিরিক্ত প্রতিক্রিয়াশীলতা নিয়ন্ত্রণ করতে দ্রবণীয় বোরন ব্যবহার করে। মার্কিন নৌবাহিনীর চুল্লি এবং ফুটন্ত জলের চুল্লিগুলি তা করে না। বোরিক অ্যাসিডের একটি পরিচিত সমস্যা হল যে এটি ক্ষয়ের ঝুঁকি বাড়ায়, যেমনটি 2002 সালে ডেভিস-বেসে পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রের একটি ঘটনায় দেখানো হয়েছে। দ্রবণীয় বিষ জরুরি শাটডাউন সিস্টেমেও ব্যবহৃত হয়। এস. সি. আর. এ. এম-এর সময় অপারেটররা নিউট্রন বিষযুক্ত দ্রবণগুলি সরাসরি চুল্লী কুল্যান্টের মধ্যে প্রবেশ করাতে পারে। বোরাক্স এবং গ্যাডোলিনিয়াম নাইট্রেট (জিডি (এনও3) 3·এইচ2ও) সহ বিভিন্ন জলীয় দ্রবণ ব্যবহার করা হয়। তথ্যসূত্র গ্রন্থপঞ্জি পারমাণবিক প্রযুক্তি পারমাণবিক চুল্লি নিরাপত্তা