Sodium-cooled fast reactor
সোডিয়াম-শীতল দ্রুত চুল্লি হল একটি দ্রুত নিউট্রন চুল্লি যা তরল সোডিয়াম দ্বারা শীতল হয়। এস. এফ. আর বিশেষত দুটি চতুর্থ প্রজন্মের চুল্লি প্রস্তাবকে বোঝায়, একটি মিশ্র অক্সাইড জ্বালানি (এম. ও. এক্স) ব্যবহার করে বিদ্যমান তরল ধাতু শীতল চুল্লি (এল. এম. এফ. আর) প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে এবং একটি ধাতু-জ্বালানী অবিচ্ছেদ্য দ্রুত চুল্লির উপর ভিত্তি করে। বেশ কয়েকটি সোডিয়াম-শীতল দ্রুত চুল্লি তৈরি করা হয়েছে এবং কিছু বর্তমানে কাজ করছে, বিশেষ করে রাশিয়ায়। অন্যগুলি পরিকল্পনায় বা নির্মাণাধীন রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, 2022 সালে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে, টেরাপাওয়ার (তার ট্র্যাভেলিং ওয়েভ প্রযুক্তি ব্যবহার করে) ওয়াইমিংয়ের কেমেরারে ন্যাট্রিয়াম আপিলের অধীনে জিইহিটাচির প্রিজম ইন্টিগ্রাল ফাস্ট রিঅ্যাক্টর ডিজাইনের সাথে অংশীদারিত্বে গলিত লবণ শক্তি সঞ্চয় সহ নিজস্ব চুল্লি নির্মাণের পরিকল্পনা করছে। রাশিয়ার অভিজ্ঞতা ছাড়াও জাপান, ভারত, চীন, ফ্রান্স এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এই প্রযুক্তিতে বিনিয়োগ করছে। জ্বালানি চক্র পারমাণবিক জ্বালানি চক্র দুটি প্রধান বিকল্প সহ একটি সম্পূর্ণ অ্যাক্টিনাইড পুনর্ব্যবহার নিযুক্ত করেঃ একটি হল ইউরেনিয়াম-প্লুটোনিয়াম-মাইনর-অ্যাক্টিনাইড-জিরকোনিয়াম ধাতব খাদ জ্বালানী সহ একটি মধ্যবর্তী আকারের (150-600 MWe) সোডিয়াম-শীতল চুল্লি, যা চুল্লিটির সাথে সমন্বিত সুবিধাগুলিতে পাইরোমেটালার্জিকাল পুনঃপ্রক্রিয়াকরণের উপর ভিত্তি করে একটি জ্বালানী চক্র দ্বারা সমর্থিত। দ্বিতীয়টি হল মিশ্র ইউরেনিয়াম-প্লুটোনিয়াম অক্সাইড জ্বালানী সহ একটি মাঝারি থেকে বড় (500-1,500 MWe) সোডিয়াম-শীতল চুল্লি, যা একাধিক চুল্লি পরিবেশনকারী একটি কেন্দ্রীয় স্থানে উন্নত জলীয় প্রক্রিয়াকরণের উপর ভিত্তি করে একটি জ্বালানী চক্র দ্বারা সমর্থিত। উভয়ের জন্য নির্গমনের তাপমাত্রা প্রায় 510-550 ডিগ্রি সেলসিয়াস। সোডিয়াম কুল্যান্ট তরল ধাতব সোডিয়াম কোর থেকে তাপ বহন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। সোডিয়ামের শুধুমাত্র একটি স্থিতিশীল আইসোটোপ রয়েছে, সোডিয়াম-23, যা একটি দুর্বল নিউট্রন শোষক। যখন এটি একটি নিউট্রন শোষণ করে তখন এটি সোডিয়াম-24 তৈরি করে, যার অর্ধ-জীবনকাল 15 ঘন্টা এবং স্থিতিশীল আইসোটোপ ম্যাগনেসিয়াম-24-এ ক্ষয় হয়। পুল বা লুপের ধরন সোডিয়াম-শীতল চুল্লিগুলির দুটি প্রধান নকশা পদ্ধতি হল পুলের ধরন এবং লুপের ধরন। পুলের ধরণে, প্রাথমিক কুল্যান্টটি প্রধান চুল্লি পাত্রে থাকে, যার মধ্যে চুল্লি কোর এবং একটি হিট এক্সচেঞ্জার অন্তর্ভুক্ত থাকে। মার্কিন ই. বি. আর-2, ফরাসি ফেনিক্স এবং অন্যান্যরা এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করেছিল এবং এটি ভারতের প্রোটোটাইপ ফাস্ট ব্রিডার রিঅ্যাক্টর এবং চীনের সি. এফ. আর-600 দ্বারা ব্যবহৃত হয়। লুপের ধরণে, তাপ বিনিময়কারীগুলি চুল্লির ট্যাঙ্কের বাইরে থাকে। ফরাসি র্যাপসোডি, ব্রিটিশ প্রোটোটাইপ ফাস্ট রিঅ্যাক্টর এবং অন্যান্যরা এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করেছিল। সুবিধা সমস্ত দ্রুত চুল্লির বর্তমান জল ভিত্তিক চুল্লির তুলনায় বেশ কয়েকটি সুবিধা রয়েছে যার মধ্যে বর্জ্য প্রবাহ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেয়েছে। গুরুত্বপূর্ণভাবে, যখন একটি চুল্লি দ্রুত নিউট্রনের উপর চলে, তখন প্লুটোনিয়াম আইসোটোপগুলি নিউট্রন শোষণের পরে বিভক্ত হওয়ার সম্ভাবনা অনেক বেশি থাকে। সুতরাং, দ্রুত নিউট্রনগুলির ইউরেনিয়াম এবং প্লুটোনিয়াম দ্বারা ধরা পড়ার সম্ভাবনা কম থাকে, তবে যখন সেগুলি ধরা পড়ে, তখন তাদের বিভাজন ঘটানোর সম্ভাবনা অনেক বেশি থাকে। এর মানে হল যে দ্রুত চুল্লি থেকে ট্রান্সইউরেনিক বর্জ্যের তালিকা বিদ্যমান নেই। তরল সোডিয়ামের মতো তরল ধাতব কুল্যান্টের প্রাথমিক সুবিধা হল যে ধাতব পরমাণুগুলি দুর্বল নিউট্রন মডারেটর। জল অনেক বেশি শক্তিশালী নিউট্রন নিয়ন্ত্রক কারণ জলে পাওয়া হাইড্রোজেন পরমাণুগুলি ধাতব পরমাণুর তুলনায় অনেক হালকা এবং তাই হাইড্রোজেন পরমাণুর সাথে সংঘর্ষে নিউট্রনগুলি আরও বেশি শক্তি হারায়। এর ফলে দ্রুত চুল্লির জন্য শীতলকারী হিসাবে জল ব্যবহার করা কঠিন হয়ে পড়ে কারণ জল দ্রুত নিউট্রনগুলিকে তাপীয় নিউট্রনে পরিণত করে (মাঝারি) করে (যদিও হ্রাসকৃত পরিমিত জল চুল্লির ধারণা বিদ্যমান)। তরল সোডিয়াম কুল্যান্টের আরেকটি সুবিধা হল যে সোডিয়াম 371 কে-তে গলে যায় এবং 1156 কে-তে ফোটে/বাষ্পীভূত হয়, যা কঠিন/হিমায়িত এবং গ্যাস/বাষ্প অবস্থার মধ্যে 785 কে-এর পার্থক্য। তুলনামূলকভাবে, স্বাভাবিক, সমুদ্র-স্তরের বায়ুমণ্ডলীয় চাপের পরিস্থিতিতে জলের তরল তাপমাত্রার পরিসীমা (বরফ এবং গ্যাসের মধ্যে) মাত্র 100 কেলভিন। সোডিয়ামের কম নির্দিষ্ট তাপ থাকা সত্ত্বেও (জলের তুলনায়), এটি তরল পর্যায়ে উল্লেখযোগ্য তাপ শোষণ করতে সক্ষম করে, পাশাপাশি বড় নিরাপত্তা মার্জিন বজায় রাখে। উপরন্তু, সোডিয়ামের উচ্চ তাপ পরিবাহিতা কার্যকরভাবে তাপ ক্ষমতার একটি জলাধার তৈরি করে যা অতিরিক্ত উত্তাপের বিরুদ্ধে তাপীয় জড়তা প্রদান করে। সোডিয়ামের উপর চাপ দেওয়ার প্রয়োজন নেই কারণ এর স্ফুটনাঙ্ক চুল্লির কার্যকরী তাপমাত্রার তুলনায় অনেক বেশি, এবং সোডিয়াম ইস্পাত চুল্লির অংশগুলিকে ক্ষয় করে না এবং প্রকৃতপক্ষে, ধাতুগুলিকে ক্ষয় থেকে রক্ষা করে। কুল্যান্ট দ্বারা পৌঁছানো উচ্চ তাপমাত্রা (ফেনিক্স চুল্লির নির্গমনের তাপমাত্রা ছিল 560 ডিগ্রি সেলসিয়াস) জল শীতল চুল্লির তুলনায় উচ্চতর তাপগতিবিদ্যার দক্ষতার অনুমতি দেয়। বৈদ্যুতিক-পরিবাহী গলিত সোডিয়াম বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় পাম্প দ্বারা সরানো যেতে পারে। সোডিয়ামের চাপ না থাকার অর্থ হল যে একটি অনেক পাতলা চুল্লি পাত্র ব্যবহার করা যেতে পারে (যেমন। 2 সেন্টিমিটার পুরু)। চুল্লিটিতে প্রাপ্ত অনেক বেশি তাপমাত্রার সাথে মিলিত হওয়ার অর্থ হল যে শাটডাউন মোডে চুল্লিটিকে নিষ্ক্রিয়ভাবে শীতল করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, বায়ু নালীগুলি ইঞ্জিনিয়ার করা যেতে পারে যাতে বন্ধ হওয়ার পরে সমস্ত ক্ষয় তাপ প্রাকৃতিক পরিচলন দ্বারা সরানো হয় এবং কোনও পাম্পিং ক্রিয়ার প্রয়োজন হয় না। এই ধরনের চুল্লিগুলি স্ব-নিয়ন্ত্রিত। যদি মূল অংশের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, তবে মূল অংশটি সামান্য প্রসারিত হবে, যার অর্থ হল আরও বেশি নিউট্রন মূল অংশ থেকে বেরিয়ে আসবে, যা বিক্রিয়াকে ধীর করে দেবে। অসুবিধাগুলি সোডিয়ামের একটি অসুবিধা হল এর রাসায়নিক প্রতিক্রিয়াশীলতা, যার জন্য আগুন প্রতিরোধ ও দমন করার জন্য বিশেষ সতর্কতা প্রয়োজন। সোডিয়াম যদি জলের সংস্পর্শে আসে তবে এটি সোডিয়াম হাইড্রক্সাইড এবং হাইড্রোজেন তৈরি করে এবং বাতাসের সংস্পর্শে হাইড্রোজেন পুড়ে যায়। 1995 সালের একটি দুর্ঘটনায় মঞ্জু পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রে এই ঘটনা ঘটেছিল। উপরন্তু, নিউট্রন ক্যাপচার এটিকে তেজস্ক্রিয় করে তোলে; যদিও এর অর্ধ-জীবনকাল মাত্র 15 ঘন্টা। আরেকটি সমস্যা হল বখাটেপনা। উচ্চ তাপমাত্রায় সোডিয়াম অক্সিজেনের সংস্পর্শে জ্বলতে থাকে। এই ধরনের সোডিয়ামের আগুন গুঁড়ো দিয়ে বা বাতাসকে নাইট্রোজেন দিয়ে প্রতিস্থাপন করে নিভিয়ে ফেলা যেতে পারে। একটি রাশিয়ান ব্রিডার চুল্লি, বি. এন-600,17 বছরের সময়কালে 27 টি সোডিয়াম ফুটো হওয়ার কথা জানিয়েছে, যার মধ্যে 14 টি সোডিয়াম আগুনের কারণ হয়েছিল। নকশার লক্ষ্য অপারেটিং তাপমাত্রা জ্বালানির গলিত তাপমাত্রার বেশি হওয়া উচিত নয়। ফুয়েল-টু-ক্ল্যাডিং কেমিক্যাল ইন্টারঅ্যাকশন (এফসিসিআই)-এর ব্যবস্থা করতে হবে। এফসিসিআই হ 'ল জ্বালানী এবং ক্ল্যাডিংয়ের মধ্যে ইউটেকটিক গলন; ইউরেনিয়াম, প্লুটোনিয়াম এবং ল্যান্থানাম (একটি বিভাজন পণ্য) ক্ল্যাডিংয়ের লোহার সাথে আন্তঃ-ছড়িয়ে পড়ে। যে মিশ্র ধাতু তৈরি হয় তার গলন তাপমাত্রা কম থাকে। এফসিসিআই ক্ল্যাডিংয়ের শক্তি হ্রাস করে এবং এমনকি ফেটে যায়। ইউরেনিয়াম থেকে প্লুটোনিয়াম উৎপাদনের মাধ্যমে ট্রান্সইউরেনিক রূপান্তরের পরিমাণ সীমিত হয়। একটি কাজ হল একটি নিষ্ক্রিয় ম্যাট্রিক্স থাকা, যেমন ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইড ব্যবহার করা। ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইডের আয়রনের মতো উপাদানগুলির তুলনায় নিউট্রনের (তাপীয় এবং দ্রুত) সাথে মিথস্ক্রিয়া করার সম্ভাবনা কম। উচ্চ-স্তরের বর্জ্য এবং বিশেষত, প্লুটোনিয়াম এবং অন্যান্য অ্যাক্টিনাইডগুলির ব্যবস্থাপনা অবশ্যই পরিচালনা করতে হবে। নিরাপত্তা বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে রয়েছে একটি দীর্ঘ তাপ প্রতিক্রিয়া সময়, শীতলক ফুটন্ত একটি বড় মার্জিন, একটি প্রাথমিক শীতলকরণ ব্যবস্থা যা বায়ুমণ্ডলীয় চাপের কাছাকাছি কাজ করে এবং প্রাথমিক ব্যবস্থায় তেজস্ক্রিয় সোডিয়াম এবং বিদ্যুৎকেন্দ্রের জল ও বাষ্পের মধ্যে একটি মধ্যবর্তী সোডিয়াম ব্যবস্থা। উদ্ভাবনগুলি মূলধন ব্যয় হ্রাস করতে পারে, যেমন মডুলার ডিজাইন, একটি প্রাথমিক লুপ অপসারণ, পাম্প এবং মধ্যবর্তী তাপ এক্সচেঞ্জারকে সংহত করা এবং আরও ভাল উপকরণ। এস. এফ. আর-এর দ্রুত বর্ণালী উপলব্ধ বিচ্ছুরণ এবং উর্বর উপকরণগুলি (ক্ষয়প্রাপ্ত ইউরেনিয়াম সহ) একবার জ্বালানী চক্র সহ তাপীয় বর্ণালী চুল্লির তুলনায় যথেষ্ট বেশি দক্ষতার সাথে ব্যবহার করা সম্ভব করে তোলে। 2020 সালে ন্যাট্রিয়াম তার এস. এফ. আর-এর উন্নয়নের জন্য মার্কিন জ্বালানি বিভাগ থেকে 80 মিলিয়ন মার্কিন ডলার অনুদান পেয়েছিল। প্রোগ্রামটি 5-20% ইউরেনিয়াম ধারণকারী উচ্চ-অ্যাসে, কম সমৃদ্ধ ইউরেনিয়াম জ্বালানী ব্যবহার করার পরিকল্পনা করেছে। চুল্লিটিকে ভূগর্ভস্থ করা হবে এবং মাধ্যাকর্ষণ-সন্নিবেশিত নিয়ন্ত্রণ রড থাকবে বলে আশা করা হয়েছিল। যেহেতু এটি বায়ুমণ্ডলীয় চাপে কাজ করে, তাই একটি বড় নিয়ন্ত্রণ ঢালের প্রয়োজন হয় না। এর বিশাল তাপ সঞ্চয় ক্ষমতার কারণে, এটি 345 মেগাওয়াটের অবিচ্ছিন্ন শক্তির বাইরে 5 + ঘন্টার জন্য 500 মেগাওয়াটের বৃদ্ধি শক্তি উত্পাদন করতে সক্ষম হবে বলে আশা করা হয়েছিল। সোডিয়াম-শীতল চুল্লিগুলির মধ্যে রয়েছেঃ এগুলির বেশিরভাগই ছিল পরীক্ষামূলক কারখানা যা আর চালু নেই। 30শে নভেম্বর, 2019-এ, সিটিভি জানিয়েছে যে কানাডার প্রদেশ নিউ ব্রান্সউইক, অন্টারিও এবং সাসকাচুয়ান নিউ ব্রান্সউইক-ভিত্তিক এআরসি নিউক্লিয়ার কানাডার ছোট সোডিয়াম ফাস্ট মডুলার পারমাণবিক চুল্লিতে সহযোগিতা করার জন্য একটি যৌথ পরিকল্পনা সম্পর্কে একটি ঘোষণার পরিকল্পনা করেছে। আরও দেখুন ফাস্ট ব্রিডার চুল্লি ফাস্ট নিউট্রন চুল্লি ইন্টিগ্রাল ফাস্ট চুল্লি লিড-কুলড ফাস্ট চুল্লি গ্যাস-কুলড ফাস্ট রিঅ্যাক্টর জেনারেশন IV চুল্লি রেফারেন্স বাহ্যিক লিঙ্ক আইডাহো ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি সোডিয়াম-কুলড ফাস্ট রিঅ্যাক্টর ফ্যাক্ট শীট জেনারেশন IV ইন্টারন্যাশনাল ফোরাম এসএফআর ওয়েবসাইট আইএনএল এসএফআর কর্মশালার সারসংক্ষেপ এএলএমআর/পিআরআইএসএম তরল ধাতু দ্রুত চুল্লি তেজস্ক্রিয় বর্জ্য