Sodium-cooled fast reactor
સોડિયમ-કૂલ્ડ ફાસ્ટ રિએક્ટર એ પ્રવાહી સોડિયમ દ્વારા ઠંડુ થતું ઝડપી ન્યુટ્રોન રિએક્ટર છે. પ્રારંભિક એસ. એફ. આર. ખાસ કરીને બે જનરેશન IV રિએક્ટર દરખાસ્તોનો સંદર્ભ આપે છે, એક મિશ્ર ઓક્સાઇડ ઇંધણ (એમ. ઓ. એક્સ.) નો ઉપયોગ કરીને હાલની લિક્વિડ મેટલ કૂલ્ડ રિએક્ટર (એલ. એમ. એફ. આર.) તકનીક પર આધારિત છે, અને એક ધાતુ-ઇંધણવાળા અભિન્ન ઝડપી રિએક્ટર પર આધારિત છે. કેટલાક સોડિયમ-કૂલ્ડ ફાસ્ટ રિએક્ટર બનાવવામાં આવ્યા છે અને કેટલાક હાલમાં કાર્યરત છે, ખાસ કરીને રશિયામાં. અન્ય આયોજનમાં છે અથવા બાંધકામ હેઠળ છે. ઉદાહરણ તરીકે, 2022 માં, યુએસએમાં, ટેરાપાવર (તેની ટ્રાવેલિંગ વેવ તકનીકનો ઉપયોગ કરીને) કેમરેર, વ્યોમિંગમાં નેટ્રિયમ અપીલ હેઠળ, જીઇએચિતાચીની પ્રિઝમ ઇન્ટિગ્રલ ફાસ્ટ રિએક્ટર ડિઝાઇન સાથે ભાગીદારીમાં પીગળેલા મીઠાના ઊર્જા સંગ્રહ સાથે તેના પોતાના રિએક્ટર બનાવવાની યોજના બનાવી રહ્યું છે. રશિયાના અનુભવ ઉપરાંત જાપાન, ભારત, ચીન, ફ્રાન્સ અને અમેરિકા આ ટેકનોલોજીમાં રોકાણ કરી રહ્યા છે. બળતણ ચક્ર પરમાણુ બળતણ ચક્ર બે મુખ્ય વિકલ્પો સાથે સંપૂર્ણ એક્ટિનાઇડ રિસાયકલનો ઉપયોગ કરે છેઃ એક મધ્યવર્તી કદ (150-600 MWe) સોડિયમ-કૂલ્ડ રિએક્ટર છે જેમાં યુરેનિયમ-પ્લુટોનિયમ-માઇનોર-એક્ટિનાઇડ-ઝિર્કોનિયમ મેટલ એલોય ઇંધણ છે, જે રિએક્ટર સાથે સંકલિત સુવિધાઓમાં પાયરોમેટાલર્જિકલ પુનઃપ્રક્રિયા પર આધારિત બળતણ ચક્ર દ્વારા સમર્થિત છે. બીજું મિશ્ર યુરેનિયમ-પ્લુટોનિયમ ઓક્સાઇડ ઇંધણ સાથેનું મધ્યમથી મોટું (500-1,500 MWe) સોડિયમ-કૂલ્ડ રિએક્ટર છે, જે બહુવિધ રિએક્ટરને સેવા આપતા કેન્દ્રિય સ્થાન પર અદ્યતન જલીય પ્રક્રિયા પર આધારિત બળતણ ચક્ર દ્વારા સમર્થિત છે. બંને માટે બહારનું તાપમાન લગભગ 510-550 ડિગ્રી સેલ્સિયસ હોય છે. સોડિયમ શીતક પ્રવાહી ધાતુ સોડિયમનો ઉપયોગ કોરમાંથી ગરમી વહન કરવા માટે થઈ શકે છે. સોડિયમમાં માત્ર એક જ સ્થિર આઇસોટોપ છે, સોડિયમ-23, જે નબળું ન્યુટ્રોન શોષક છે. જ્યારે તે ન્યુટ્રોનને શોષી લે છે ત્યારે તે સોડિયમ-24 ઉત્પન્ન કરે છે, જે 15 કલાકની અર્ધ-જીવન ધરાવે છે અને સ્થિર આઇસોટોપ મેગ્નેશિયમ-24માં ક્ષય પામે છે. પૂલ અથવા લૂપ પ્રકાર સોડિયમ-કૂલ્ડ રિએક્ટર માટેના બે મુખ્ય ડિઝાઇન અભિગમો પૂલ પ્રકાર અને લૂપ પ્રકાર છે. પૂલના પ્રકારમાં, પ્રાથમિક શીતક મુખ્ય રિએક્ટર જહાજમાં સમાયેલું હોય છે, જેમાં રિએક્ટર કોર અને હીટ એક્સ્ચેન્જરનો સમાવેશ થાય છે. યુ. એસ. ઇ. બી. આર.-2, ફ્રેન્ચ ફેનિક્સ અને અન્ય લોકોએ આ અભિગમનો ઉપયોગ કર્યો હતો અને તેનો ઉપયોગ ભારતના પ્રોટોટાઇપ ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટર અને ચીનના સી. એફ. આર.-600 દ્વારા કરવામાં આવે છે. લૂપ પ્રકારમાં, હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ રિએક્ટર ટાંકીની બહાર હોય છે. ફ્રેન્ચ રૅપસોડી, બ્રિટિશ પ્રોટોટાઇપ ફાસ્ટ રિએક્ટર અને અન્ય લોકોએ આ અભિગમનો ઉપયોગ કર્યો હતો. ફાયદા બધા ઝડપી રિએક્ટરને પાણી આધારિત રિએક્ટરના વર્તમાન કાફલાની તુલનામાં ઘણા ફાયદા છે જેમાં કચરાના પ્રવાહમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. મહત્ત્વની વાત એ છે કે, જ્યારે રિએક્ટર ઝડપી ન્યુટ્રોન પર ચાલે છે, ત્યારે ન્યુટ્રોનને શોષીને પ્લુટોનિયમ આઇસોટોપ વિખંડિત થવાની શક્યતા વધુ હોય છે. આમ, ઝડપી ન્યુટ્રોનને યુરેનિયમ અને પ્લુટોનિયમ દ્વારા કબજે થવાની સંભાવના ઓછી હોય છે, પરંતુ જ્યારે તેઓ કબજે કરવામાં આવે છે, ત્યારે વિખંડન થવાની શક્યતા ઘણી વધારે હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે ઝડપી રિએક્ટરમાંથી ટ્રાન્સયુરેનિક કચરાની ઇન્વેન્ટરી અસ્તિત્વમાં નથી. પ્રવાહી સોડિયમ જેવા પ્રવાહી ધાતુ શીતકનો પ્રાથમિક ફાયદો એ છે કે ધાતુના અણુ નબળા ન્યુટ્રોન મધ્યસ્થી છે. પાણી વધુ મજબૂત ન્યુટ્રોન મધ્યસ્થી છે કારણ કે પાણીમાં જોવા મળતા હાઇડ્રોજન પરમાણુ ધાતુના પરમાણુ કરતા ઘણા હળવા હોય છે, અને તેથી ન્યુટ્રોન હાઇડ્રોજન પરમાણુ સાથે અથડામણમાં વધુ ઊર્જા ગુમાવે છે. આનાથી ઝડપી રિએક્ટર માટે શીતક તરીકે પાણીનો ઉપયોગ કરવો મુશ્કેલ બને છે કારણ કે પાણી ઝડપી ન્યુટ્રોનને થર્મલ ન્યુટ્રોનમાં ધીમું (મધ્યમ) કરે છે (જોકે ઓછા મધ્યસ્થ જળ રિએક્ટર માટેની વિભાવનાઓ અસ્તિત્વમાં છે). પ્રવાહી સોડિયમ શીતકનો બીજો ફાયદો એ છે કે સોડિયમ 371K પર પીગળી જાય છે અને 1156K પર ઉકળે છે/બાષ્પીભવન કરે છે, જે ઘન/સ્થિર અને વાયુ/વરાળ સ્થિતિઓ વચ્ચે 785K નો તફાવત છે. તુલનાત્મક રીતે, સામાન્ય, દરિયાની સપાટીના વાતાવરણીય દબાણની સ્થિતિમાં પાણીની પ્રવાહી તાપમાન શ્રેણી (બરફ અને ગેસ વચ્ચે) માત્ર 100K હોય છે. સોડિયમની ઓછી ચોક્કસ ગરમી (પાણીની સરખામણીમાં) હોવા છતાં, આ પ્રવાહી તબક્કામાં નોંધપાત્ર ગરમીના શોષણને સક્ષમ બનાવે છે, જ્યારે મોટા સલામતી માર્જિનને જાળવી રાખે છે. વધુમાં, સોડિયમની ઉચ્ચ ઉષ્મીય વાહકતા અસરકારક રીતે ઉષ્મા ક્ષમતાનો ભંડાર બનાવે છે જે વધુ પડતી ગરમી સામે ઉષ્મીય જડતા પૂરી પાડે છે. સોડિયમ પર દબાણ કરવાની જરૂર નથી કારણ કે તેનું ઉત્કલન બિંદુ રિએક્ટરના કાર્યકારી તાપમાન કરતા ઘણું વધારે હોય છે, અને સોડિયમ સ્ટીલ રિએક્ટરના ભાગોને કાટ કરતું નથી, અને હકીકતમાં, ધાતુઓને કાટથી રક્ષણ આપે છે. શીતક દ્વારા પહોંચેલું ઊંચું તાપમાન (ફેનિક્સ રિએક્ટર આઉટલેટ તાપમાન 560 સી હતું) પાણીથી ઠંડુ થયેલા રિએક્ટરની તુલનામાં વધુ થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતાને મંજૂરી આપે છે. વિદ્યુત-વાહક પીગળેલા સોડિયમને વિદ્યુતચુંબકીય પંપ દ્વારા ખસેડી શકાય છે. હકીકત એ છે કે સોડિયમ પર દબાણ થતું નથી તે સૂચવે છે કે ખૂબ પાતળા રિએક્ટર જહાજનો ઉપયોગ કરી શકાય છે (દા. ત. 2 સેમી જાડા). રિએક્ટરમાં પ્રાપ્ત થયેલા ઘણા ઊંચા તાપમાન સાથે જોડાઈને, આનો અર્થ એ છે કે શટડાઉન મોડમાં રિએક્ટરને નિષ્ક્રિય રીતે ઠંડુ કરી શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, હવાની નળીઓને એન્જિનિયર્ડ કરી શકાય છે જેથી બંધ થયા પછીની તમામ સડો ગરમી કુદરતી સંવહન દ્વારા દૂર કરવામાં આવે, અને કોઈ પંપીંગ ક્રિયાની જરૂર નથી. આ પ્રકારના રિએક્ટર સ્વ-નિયંત્રિત હોય છે. જો કોરનું તાપમાન વધે છે, તો કોર સહેજ વિસ્તૃત થશે, જેનો અર્થ છે કે વધુ ન્યુટ્રોન કોરમાંથી છટકી જશે, પ્રતિક્રિયા ધીમી કરશે. ગેરફાયદા સોડિયમનો ગેરલાભ તેની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા છે, જેને આગને રોકવા અને દબાવવા માટે વિશેષ સાવચેતીની જરૂર પડે છે. જો સોડિયમ પાણીના સંપર્કમાં આવે તો તે સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રતિક્રિયા આપે છે, અને હાઇડ્રોજન હવાના સંપર્કમાં બળી જાય છે. મોંજુ ન્યુક્લિયર પાવર પ્લાન્ટમાં 1995ના એક અકસ્માતમાં આ કિસ્સો બન્યો હતો. વધુમાં, ન્યુટ્રોન કેપ્ચર તેને કિરણોત્સર્ગી બનાવે છે; જો કે માત્ર 15 કલાકના અર્ધ-જીવન સાથે. બીજી સમસ્યા ગટરની છે. ઊંચા તાપમાને સોડિયમ ઓક્સિજનના સંપર્કમાં પ્રજ્વલિત થાય છે. આવી સોડિયમ આગને પાવડર દ્વારા અથવા હવાને નાઇટ્રોજનથી બદલીને બુઝાવી શકાય છે. રશિયન બ્રીડર રિએક્ટર, બી. એન.-600એ 17 વર્ષના સમયગાળામાં 27 સોડિયમ લીક થયાની જાણ કરી હતી, જેમાંથી 14 સોડિયમમાં આગ તરફ દોરી ગયા હતા. ડિઝાઇન લક્ષ્યાંકો ઓપરેટિંગ તાપમાન બળતણના પીગળતા તાપમાનથી વધુ ન હોવું જોઈએ. ફ્યુઅલ-ટુ-ક્લેડિંગ કેમિકલ ઇન્ટરેક્શન (એફસીસીઆઈ) ને સમાવવું પડશે. એફસીસીઆઈ એ ઇંધણ અને ક્લેડીંગ વચ્ચે યુટેક્ટિક ગલન છે; યુરેનિયમ, પ્લુટોનિયમ અને લેન્થાનમ (એક વિખંડન ઉત્પાદન) ક્લેડીંગના લોખંડ સાથે આંતર-પ્રસરણ કરે છે. જે મિશ્રધાતુ બને છે તે નીચા યુટેક્ટિક ગલન તાપમાન ધરાવે છે. એફ. સી. સી. આઈ. ક્લેડીંગની તાકાતમાં ઘટાડો કરે છે અને ફાટી પણ જાય છે. યુરેનિયમમાંથી પ્લુટોનિયમના ઉત્પાદન દ્વારા ટ્રાન્સયુરેનિક સંક્રમણનું પ્રમાણ મર્યાદિત છે. એક કામ-આસપાસ નિષ્ક્રિય મેટ્રિક્સ હોવું જોઈએ, દા. ત., મેગ્નેશિયમ ઓક્સાઇડનો ઉપયોગ કરવો. મેગ્નેશિયમ ઓક્સાઇડમાં આયર્ન જેવા તત્વો કરતાં ન્યુટ્રોન (થર્મલ અને ઝડપી) સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા થવાની સંભાવના ઓછી હોય છે. ઉચ્ચ સ્તરનો કચરો અને, ખાસ કરીને, પ્લુટોનિયમ અને અન્ય એક્ટિનાઇડ્સનું સંચાલન કરવું આવશ્યક છે. સલામતીની લાક્ષણિકતાઓમાં લાંબા થર્મલ રિસ્પોન્સ ટાઇમ, શીતક ઉકળવા માટે મોટો ગાળો, પ્રાથમિક ઠંડક પ્રણાલી જે વાતાવરણીય દબાણની નજીક કામ કરે છે, અને પ્રાથમિક પ્રણાલીમાં કિરણોત્સર્ગી સોડિયમ અને પાવર પ્લાન્ટમાં પાણી અને વરાળ વચ્ચે મધ્યવર્તી સોડિયમ પ્રણાલીનો સમાવેશ થાય છે. નવીનતાઓ મૂડી ખર્ચમાં ઘટાડો કરી શકે છે, જેમ કે મોડ્યુલર ડિઝાઇન, પ્રાથમિક લૂપને દૂર કરવું, પંપ અને મધ્યવર્તી હીટ એક્સ્ચેન્જરને એકીકૃત કરવું અને વધુ સારી સામગ્રી. એસ. એફ. આર. ના ઝડપી સ્પેક્ટ્રમથી ઉપલબ્ધ વિખંડનીય અને ફળદ્રુપ સામગ્રી (ક્ષીણ યુરેનિયમ સહિત) નો ઉપયોગ એકવાર બળતણ ચક્ર ધરાવતા થર્મલ સ્પેક્ટ્રમ રિએક્ટરની તુલનામાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ અસરકારક રીતે શક્ય બને છે. 2020 માં નેટ્રિયમને તેના એસ. એફ. આર. ના વિકાસ માટે યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી તરફથી 80 મિલિયન ડોલરનું અનુદાન મળ્યું હતું. આ કાર્યક્રમ 5-20% યુરેનિયમ ધરાવતા ઉચ્ચ-એસે, ઓછા સમૃદ્ધ યુરેનિયમ ઇંધણનો ઉપયોગ કરવાની યોજના ધરાવે છે. રિએક્ટરને ભૂગર્ભમાં ગોઠવવામાં આવે અને તેમાં ગુરુત્વાકર્ષણ-સ્થાપિત નિયંત્રણ સળિયા હોય તેવી અપેક્ષા હતી. કારણ કે તે વાતાવરણીય દબાણ પર કામ કરે છે, તેથી મોટા નિયંત્રણ કવચની જરૂર નથી. તેની વિશાળ ઉષ્મા સંગ્રહ ક્ષમતાને કારણે, તે તેની 345 મેગાવોટની સતત શક્તિથી આગળ વધીને 5 + કલાક માટે 500 મેગાવોટની સર્જ પાવરનું ઉત્પાદન કરી શકશે તેવી અપેક્ષા હતી. સોડિયમ-કૂલ્ડ રિએક્ટરમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ આમાંના મોટાભાગના પ્રાયોગિક પ્લાન્ટ હતા જે હવે કાર્યરત નથી. 30 નવેમ્બર, 2019 ના રોજ, સીટીવીએ અહેવાલ આપ્યો કે ન્યૂ બ્રુન્સવિક, ઑન્ટેરિઓ અને સાસ્કાટચેવનના કેનેડિયન પ્રાંતોએ ન્યૂ બ્રુન્સવિક સ્થિત એઆરસી ન્યુક્લિયર કેનેડાના નાના સોડિયમ ફાસ્ટ મોડ્યુલર ન્યુક્લિયર રિએક્ટર પર સહકાર આપવાની સંયુક્ત યોજના વિશે જાહેરાત કરવાની યોજના બનાવી છે. ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટર ફાસ્ટ ન્યુટ્રોન રિએક્ટર ઇન્ટિગ્રલ ફાસ્ટ રિએક્ટર લીડ-કૂલ્ડ ફાસ્ટ રિએક્ટર ગેસ-કૂલ્ડ ફાસ્ટ રિએક્ટર જનરેશન IV રિએક્ટર સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ ઇડાહો નેશનલ લેબોરેટરી સોડિયમ-કૂલ્ડ ફાસ્ટ રિએક્ટર ફેક્ટ શીટ જનરેશન IV ઇન્ટરનેશનલ ફોરમ SFR વેબસાઇટ INL SFR વર્કશોપ સારાંશ ALMR/PRISM ASME લિક્વિડ મેટલ ફાસ્ટ રિએક્ટર કિરણોત્સર્ગી કચરો