Sodium-cooled fast reactor
सोडियम-कूल्ड फास्ट रिएक्टर एक तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर है जिसे तरल सोडियम द्वारा ठंडा किया जाता है। एस. एफ. आर. विशेष रूप से दो पीढ़ी IV रिएक्टर प्रस्तावों को संदर्भित करता है, एक मिश्रित ऑक्साइड ईंधन (एम. ओ. एक्स.) का उपयोग करके मौजूदा तरल धातु शीतलित रिएक्टर (एल. एम. एफ. आर.) तकनीक पर आधारित है, और एक धातु-ईंधन अभिन्न तेज रिएक्टर पर आधारित है। कई सोडियम-कूल्ड फास्ट रिएक्टर बनाए गए हैं और कुछ वर्तमान में काम कर रहे हैं, विशेष रूप से रूस में। अन्य योजना बना रहे हैं या निर्माणाधीन हैं। उदाहरण के लिए, 2022 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में, टेरापावर (अपनी ट्रैवल वेव तकनीक का उपयोग करते हुए) केममेरर, व्योमिंग में नैट्रियम अपील के तहत जी. ई. हिटाची के पी. आर. आई. एस. एम. इंटीग्रल फास्ट रिएक्टर डिजाइन के साथ साझेदारी में पिघले हुए नमक ऊर्जा भंडारण के साथ अपने स्वयं के रिएक्टर बनाने की योजना बना रहा है। रूस के अनुभव के अलावा जापान, भारत, चीन, फ्रांस और अमेरिका प्रौद्योगिकी में निवेश कर रहे हैं। ईंधन चक्र परमाणु ईंधन चक्र दो प्रमुख विकल्पों के साथ एक पूर्ण एक्टिनाइड पुनर्चक्रण को नियोजित करता हैः एक यूरेनियम-प्लूटोनियम-माइनर-एक्टिनाइड-जिरकोनियम धातु मिश्र धातु ईंधन के साथ एक मध्यवर्ती आकार (150-600 MWe) सोडियम-कूल्ड रिएक्टर है, जो रिएक्टर के साथ एकीकृत सुविधाओं में पायरोमेटालर्जिकल पुनर्संसाधन पर आधारित ईंधन चक्र द्वारा समर्थित है। दूसरा मिश्रित यूरेनियम-प्लूटोनियम ऑक्साइड ईंधन के साथ एक मध्यम से बड़ा (500-1,500 MWe) सोडियम-कूल्ड रिएक्टर है, जो कई रिएक्टरों की सेवा करने वाले केंद्रीय स्थान पर उन्नत जलीय प्रसंस्करण पर आधारित ईंधन चक्र द्वारा समर्थित है। दोनों के लिए निकास तापमान लगभग 510-550 डिग्री सेल्सियस है। सोडियम शीतलक तरल धातु सोडियम का उपयोग कोर से गर्मी ले जाने के लिए किया जा सकता है। सोडियम में केवल एक स्थिर समस्थानिक है, सोडियम-23, जो एक कमजोर न्यूट्रॉन अवशोषक है। जब यह एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है तो यह सोडियम-24 का उत्पादन करता है, जिसका अर्ध-जीवन 15 घंटे का होता है और स्थिर समस्थानिक मैग्नीशियम-24 में क्षय होता है। पूल या लूप प्रकार सोडियम-कूल्ड रिएक्टरों के लिए दो मुख्य डिज़ाइन दृष्टिकोण पूल प्रकार और लूप प्रकार हैं। पूल प्रकार में, प्राथमिक शीतलक मुख्य रिएक्टर पात्र में निहित होता है, जिसमें इसलिए रिएक्टर कोर और एक हीट एक्सचेंजर शामिल होता है। यूएस ईबीआर-2, फ्रेंच फेनिक्स और अन्य ने इस दृष्टिकोण का उपयोग किया, और इसका उपयोग भारत के प्रोटोटाइप फास्ट ब्रीडर रिएक्टर और चीन के सीएफआर-600 द्वारा किया जाता है। लूप प्रकार में, ऊष्मा विनिमायक रिएक्टर टैंक के बाहर होते हैं। फ्रांसीसी रैप्सोडी, ब्रिटिश प्रोटोटाइप फास्ट रिएक्टर और अन्य लोगों ने इस दृष्टिकोण का उपयोग किया। लाभ सभी तेज रिएक्टरों के पानी आधारित रिएक्टरों के वर्तमान बेड़े की तुलना में कई फायदे हैं क्योंकि अपशिष्ट धाराओं में काफी कमी आई है। महत्वपूर्ण रूप से, जब एक रिएक्टर तेज न्यूट्रॉन पर चलता है, तो प्लूटोनियम आइसोटोप के न्यूट्रॉन को अवशोषित करने पर विखंडित होने की संभावना अधिक होती है। इस प्रकार, तेज न्यूट्रॉन के यूरेनियम और प्लूटोनियम द्वारा पकड़े जाने की संभावना कम होती है, लेकिन जब वे पकड़े जाते हैं, तो विखंडन पैदा करने की संभावना बहुत अधिक होती है। इसका मतलब है कि तेज रिएक्टरों से ट्रांसयूरेनिक कचरे की सूची मौजूद नहीं है। तरल सोडियम जैसे तरल धातु शीतलकों का प्राथमिक लाभ यह है कि धातु के परमाणु कमजोर न्यूट्रॉन मध्यस्थ होते हैं। पानी एक बहुत मजबूत न्यूट्रॉन नियंत्रक है क्योंकि पानी में पाए जाने वाले हाइड्रोजन परमाणु धातु परमाणुओं की तुलना में बहुत हल्के होते हैं, और इसलिए हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ टकराव में न्यूट्रॉन अधिक ऊर्जा खो देते हैं। इससे तेज रिएक्टर के लिए शीतलक के रूप में पानी का उपयोग करना मुश्किल हो जाता है क्योंकि पानी तेज न्यूट्रॉन को थर्मल न्यूट्रॉन में धीमा (मध्यम) कर देता है (हालांकि कम मॉडरेशन वाले जल रिएक्टरों के लिए अवधारणाएं मौजूद हैं)। तरल सोडियम शीतलक का एक अन्य लाभ यह है कि सोडियम 371के पर पिघलता है और 1156के पर उबलता/वाष्पित होता है, जो ठोस/जमे हुए और गैस/वाष्प अवस्थाओं के बीच 785के का अंतर है। तुलनात्मक रूप से, सामान्य, समुद्र-स्तर वायुमंडलीय दबाव स्थितियों में पानी की तरल तापमान सीमा (बर्फ और गैस के बीच) केवल 100K है। सोडियम की कम विशिष्ट गर्मी (पानी की तुलना में) के बावजूद, यह बड़े सुरक्षा मार्जिन को बनाए रखते हुए तरल चरण में महत्वपूर्ण गर्मी के अवशोषण को सक्षम बनाता है। इसके अलावा, सोडियम की उच्च तापीय चालकता प्रभावी रूप से ऊष्मा क्षमता का एक भंडार बनाती है जो अति ताप के खिलाफ तापीय जड़ता प्रदान करती है। सोडियम पर दबाव डालने की आवश्यकता नहीं है क्योंकि इसका क्वथनांक रिएक्टर के संचालन तापमान से बहुत अधिक है, और सोडियम स्टील रिएक्टर के हिस्सों को नष्ट नहीं करता है, और वास्तव में, धातुओं को क्षरण से बचाता है। शीतलक द्वारा पहुँचा गया उच्च तापमान (फेनिक्स रिएक्टर के निकास का तापमान 560 डिग्री सेल्सियस था) पानी से ठंडा किए गए रिएक्टरों की तुलना में उच्च ऊष्मागतिकीय दक्षता की अनुमति देता है। विद्युत-प्रवाहकीय पिघले हुए सोडियम को विद्युत चुम्बकीय पंपों द्वारा स्थानांतरित किया जा सकता है। यह तथ्य कि सोडियम पर दबाव नहीं है, इसका तात्पर्य है कि एक बहुत पतले रिएक्टर पात्र का उपयोग किया जा सकता है (जैसे। 2 सेमी मोटी)। रिएक्टर में प्राप्त बहुत अधिक तापमान के साथ, इसका मतलब है कि शटडाउन मोड में रिएक्टर को निष्क्रिय रूप से ठंडा किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, वायु नलिकाओं को इंजीनियर किया जा सकता है ताकि बंद होने के बाद सभी क्षय गर्मी को प्राकृतिक संवहन द्वारा हटा दिया जाए, और किसी पंपिंग कार्रवाई की आवश्यकता न हो। इस प्रकार के रिएक्टर आत्म-नियंत्रित होते हैं। यदि कोर का तापमान बढ़ता है, तो कोर थोड़ा बढ़ेगा, जिसका अर्थ है कि अधिक न्यूट्रॉन कोर से बाहर निकलेंगे, जिससे प्रतिक्रिया धीमी हो जाएगी। नुकसान सोडियम का एक नुकसान इसकी रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता है, जिसमें आग को रोकने और दबाने के लिए विशेष सावधानी बरतने की आवश्यकता होती है। यदि सोडियम पानी के संपर्क में आता है तो यह सोडियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए प्रतिक्रिया करता है, और हाइड्रोजन हवा के संपर्क में जलता है। 1995 में मोंजू परमाणु ऊर्जा संयंत्र में हुई दुर्घटना में ऐसा ही हुआ था। इसके अलावा, न्यूट्रॉन ग्रहण के कारण यह रेडियोधर्मी हो जाता है, हालांकि इसका आधा जीवन केवल 15 घंटे का होता है। एक और समस्या रिसाव की है। उच्च तापमान पर सोडियम ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर प्रज्वलित होता है। इस तरह के सोडियम की आग को पाउडर से या हवा को नाइट्रोजन से बदलकर बुझाया जा सकता है। एक रूसी ब्रीडर रिएक्टर, बीएन-600 ने 17 साल की अवधि में 27 सोडियम रिसाव की सूचना दी, जिनमें से 14 सोडियम की आग का कारण बने। डिजाइन लक्ष्य संचालन तापमान ईंधन के पिघलने के तापमान से अधिक नहीं होना चाहिए। फ्यूल-टू-क्लैडिंग केमिकल इंटरेक्शन (एफसीसीआई) को समायोजित करना होगा। एफसीसीआई ईंधन और आवरण के बीच यूटेक्टिक पिघलना है; यूरेनियम, प्लूटोनियम और लैंथेनम (एक विखंडन उत्पाद) आवरण के लोहे के साथ अंतर-प्रसार करते हैं। जो मिश्र धातु बनती है उसका गलने का तापमान कम होता है। एफ. सी. सी. आई. क्लैडिंग की ताकत और यहां तक कि टूटने का कारण बनता है। यूरेनियम से प्लूटोनियम के उत्पादन से ट्रांसयूरैनिक संक्रमण की मात्रा सीमित होती है। एक काम के आसपास एक निष्क्रिय मैट्रिक्स है, उदाहरण के लिए, मैग्नीशियम ऑक्साइड। मैग्नीशियम ऑक्साइड में लोहे जैसे तत्वों की तुलना में न्यूट्रॉन (तापीय और तेज) के साथ बातचीत करने की संभावना कम होती है। उच्च-स्तरीय अपशिष्ट और विशेष रूप से, प्लूटोनियम और अन्य एक्टिनाइड्स के प्रबंधन को नियंत्रित किया जाना चाहिए। सुरक्षा विशेषताओं में एक लंबा तापीय प्रतिक्रिया समय, शीतलक उबलने के लिए एक बड़ा अंतर, एक प्राथमिक शीतलन प्रणाली जो वायुमंडलीय दबाव के पास काम करती है, और प्राथमिक प्रणाली में रेडियोधर्मी सोडियम और बिजली संयंत्र में पानी और भाप के बीच एक मध्यवर्ती सोडियम प्रणाली शामिल है। नवान्वेषण पूंजी लागत को कम कर सकते हैं, जैसे मॉड्यूलर डिजाइन, प्राथमिक लूप को हटाना, पंप और मध्यवर्ती ताप विनिमायक को एकीकृत करना और बेहतर सामग्री। एस. एफ. आर. का तेज स्पेक्ट्रम उपलब्ध विखंडनीय और उपजाऊ सामग्री (क्षीण यूरेनियम सहित) का उपयोग एक बार के ईंधन चक्र वाले थर्मल स्पेक्ट्रम रिएक्टरों की तुलना में काफी अधिक कुशलता से करना संभव बनाता है। इतिहास 2020 में नैट्रियम को अपने एस. एफ. आर. के विकास के लिए अमेरिकी ऊर्जा विभाग से 80 मिलियन डॉलर का अनुदान मिला। कार्यक्रम की योजना 5-20% यूरेनियम युक्त उच्च-परख, कम समृद्ध यूरेनियम ईंधन का उपयोग करने की है। रिएक्टर के भूमिगत होने और गुरुत्वाकर्षण-प्रविष्ट नियंत्रण छड़ होने की उम्मीद थी। चूंकि यह वायुमंडलीय दबाव पर काम करता है, इसलिए एक बड़े नियंत्रण कवच की आवश्यकता नहीं है। अपनी बड़ी ताप भंडारण क्षमता के कारण, यह 345 मेगावाट की अपनी निरंतर शक्ति से परे, 5 + घंटों के लिए 500 मेगावाट की वृद्धि शक्ति का उत्पादन करने में सक्षम होने की उम्मीद थी। रिएक्टर सोडियम-कूल्ड रिएक्टरों में शामिल हैंः इनमें से अधिकांश प्रयोगात्मक संयंत्र थे जो अब चालू नहीं हैं। 30 नवंबर, 2019 को, सीटीवी ने बताया कि न्यू ब्रंसविक, ओंटारियो और सस्केचेवान के कनाडाई प्रांतों ने न्यू ब्रंसविक स्थित एआरसी न्यूक्लियर कनाडा के छोटे सोडियम फास्ट मॉड्यूलर परमाणु रिएक्टरों पर सहयोग करने के लिए एक संयुक्त योजना के बारे में एक घोषणा की योजना बनाई। फास्ट ब्रीडर रिएक्टर फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर इंटीग्रल फास्ट रिएक्टर लीड-कूल्ड फास्ट रिएक्टर गैस-कूल्ड फास्ट रिएक्टर जनरेशन IV रिएक्टर संदर्भ बाहरी लिंक इडाहो नेशनल लेबोरेटरी सोडियम-कूल्ड फास्ट रिएक्टर फैक्ट शीट जनरेशन IV इंटरनेशनल फोरम एस. एफ. आर. वेबसाइट आई. एन. एल. एस. एफ. आर. कार्यशाला सारांश ए. एल. एम. आर./पी. आर. आई. एस. एम. तरल धातु तेज रिएक्टर रेडियोधर्मी अपशिष्ट