Sodium-cooled fast reactor
سوڈیم کولڈ فاسٹ ری ایکٹر ایک تیز نیوٹران ری ایکٹر ہے جسے مائع سوڈیم کے ذریعے ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ ایس ایف آر خاص طور پر دو جنریشن IV ری ایکٹر تجاویز کا حوالہ دیتے ہیں، ایک مکسڈ آکسائڈ فیول (ایم او ایکس) کا استعمال کرتے ہوئے موجودہ مائع دھات کولڈ ری ایکٹر (ایل ایم ایف آر) ٹیکنالوجی پر مبنی ہے، اور ایک دھات کے ایندھن والے انٹیگرل فاسٹ ری ایکٹر پر مبنی ہے۔ کئی سوڈیم کولڈ فاسٹ ری ایکٹر بنائے گئے ہیں اور کچھ موجودہ آپریشن میں ہیں، خاص طور پر روس میں۔ دیگر منصوبہ بندی میں ہیں یا زیر تعمیر ہیں۔ مثال کے طور پر 2022 میں، امریکہ میں، ٹیرا پاور (اپنی ٹریولنگ ویو ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے) کیممیرر، وومنگ میں نیٹریم اپیلشن کے تحت، جی ای ہیٹاچی کے پی آر آئی ایس ایم انٹیگرل فاسٹ ری ایکٹر ڈیزائن کے ساتھ شراکت میں پگھلی ہوئی نمک توانائی کے ذخیرے کے ساتھ اپنے ری ایکٹر بنانے کا منصوبہ بنا رہا ہے۔ روسی تجربے کے علاوہ جاپان، ہندوستان، چین، فرانس اور امریکہ اس ٹیکنالوجی میں سرمایہ کاری کر رہے ہیں۔ فیول سائیکل نیوکلیئر فیول سائیکل دو بڑے آپشنز کے ساتھ ایک مکمل ایکٹینائڈ ری سائیکل کا استعمال کرتا ہے: ایک انٹرمیڈیٹ سائز کا (150-600 MWe) سوڈیم کولڈ ری ایکٹر ہے جس میں یورینیم-پلوٹونیم-مائنر-ایکٹینائڈ-زرکونیم دھاتی مرکب ایندھن ہوتا ہے، جسے ری ایکٹر کے ساتھ مربوط سہولیات میں پائرو میٹالرجیکل ری پروسیسنگ پر مبنی فیول سائیکل کی مدد حاصل ہوتی ہے۔ دوسرا ایک درمیانے سے بڑے (500-1,500 MWe) سوڈیم کولڈ ری ایکٹر ہے جس میں مخلوط یورینیم-پلوٹونیم آکسائڈ ایندھن ہوتا ہے، جو متعدد ری ایکٹرز کی خدمت کرنے والے مرکزی مقام پر جدید آبی پروسیسنگ پر مبنی فیول سائیکل کے ذریعے سپورٹ کیا جاتا ہے۔ دونوں کے لیے آؤٹ لیٹ کا درجہ حرارت تقریبا 510-550 ڈگری سیلسیس ہے۔ سوڈیم کولینٹ مائع دھاتی سوڈیم کو کور سے حرارت لے جانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ سوڈیم میں صرف ایک مستحکم آاسوٹوپ ہے، سوڈیم-23، جو ایک کمزور نیوٹران جذب کنندہ ہے۔ جب یہ نیوٹرون کو جذب کرتا ہے تو یہ سوڈیم-24 پیدا کرتا ہے، جس کی نصف زندگی 15 گھنٹے ہوتی ہے اور مستحکم آاسوٹوپ میگنیشیم-24 میں ختم ہو جاتا ہے۔ پول یا لوپ کی قسم سوڈیم کولڈ ری ایکٹرز کے دو اہم ڈیزائن نقطہ نظر پول کی قسم اور لوپ کی قسم ہیں۔ پول کی قسم میں، بنیادی کولینٹ مرکزی ری ایکٹر برتن میں موجود ہوتا ہے، جس میں اس لیے ری ایکٹر کور اور ہیٹ ایکسچینجر شامل ہوتا ہے۔ یو ایس ای بی آر-2، فرانسیسی فینکس اور دیگر نے یہ نقطہ نظر استعمال کیا، اور یہ ہندوستان کے پروٹوٹائپ فاسٹ بریڈر ری ایکٹر اور چین کے سی ایف آر-600 کے ذریعے استعمال ہوتا ہے۔ لوپ کی قسم میں، ہیٹ ایکسچینجر ری ایکٹر ٹینک کے باہر ہوتے ہیں۔ فرانسیسی ریپسوڈی، برطانوی پروٹوٹائپ فاسٹ ری ایکٹر اور دیگر نے اس نقطہ نظر کو استعمال کیا۔ فوائد تمام تیز رفتار ری ایکٹرز کے پانی پر مبنی ری ایکٹرز کے موجودہ بیڑے کے مقابلے میں کئی فوائد ہیں جس میں فضلہ کی ندیوں میں نمایاں کمی واقع ہوتی ہے۔ اہم طور پر، جب کوئی ری ایکٹر تیز نیوٹرانوں پر چلتا ہے، تو پلوٹونیم آاسوٹوپس کے نیوٹرون کو جذب کرنے پر بکھرنے کا امکان بہت زیادہ ہوتا ہے۔ اس طرح تیز رفتار نیوٹرانوں کے یورینیم اور پلوٹونیم کے ذریعے پکڑے جانے کا امکان کم ہوتا ہے، لیکن جب وہ پکڑے جاتے ہیں تو ان کے پھٹنے کا امکان بہت زیادہ ہوتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ تیز رفتار ری ایکٹروں سے ٹرانس یورینک فضلہ کی انوینٹری موجود نہیں ہے۔ مائع دھاتی کولینٹس، جیسے مائع سوڈیم کا بنیادی فائدہ یہ ہے کہ دھات کے ایٹم کمزور نیوٹرون ماڈریٹر ہوتے ہیں۔ پانی ایک بہت زیادہ مضبوط نیوٹران ماڈریٹر ہے کیونکہ پانی میں پائے جانے والے ہائیڈروجن ایٹم دھاتی ایٹموں کے مقابلے میں بہت ہلکے ہوتے ہیں، اور اس وجہ سے ہائیڈروجن ایٹموں کے ساتھ تصادم میں نیوٹران زیادہ توانائی کھو دیتے ہیں۔ اس سے تیز ری ایکٹر کے لیے کولینٹ کے طور پر پانی کا استعمال مشکل ہو جاتا ہے کیونکہ پانی تیز نیوٹرانوں کو تھرمل نیوٹرانوں میں سست (اعتدال پسند) کر دیتا ہے (حالانکہ کم اعتدال پسند پانی کے ری ایکٹرز کے تصورات موجود ہیں)۔ مائع سوڈیم کولینٹ کا ایک اور فائدہ یہ ہے کہ سوڈیم 371K پر پگھلتا ہے اور 1156K پر ابالتا/بخارات بن جاتا ہے، جو ٹھوس/منجمد اور گیس/بخارات کی حالتوں کے درمیان 785K کا فرق ہے۔ اس کے مقابلے میں، پانی کی مائع درجہ حرارت کی حد (برف اور گیس کے درمیان) عام، سطح سمندر کے ماحولیاتی دباؤ کے حالات میں صرف 100K ہے۔ سوڈیم کی کم مخصوص حرارت (پانی کے مقابلے میں) کے باوجود، یہ مائع مرحلے میں اہم حرارت کے جذب کو قابل بناتا ہے، جبکہ بڑے حفاظتی مارجن کو برقرار رکھتا ہے۔ مزید برآں، سوڈیم کی اعلی تھرمل چالکتا مؤثر طریقے سے حرارت کی صلاحیت کا ذخیرہ بناتی ہے جو زیادہ گرمی کے خلاف تھرمل جمود فراہم کرتی ہے۔ سوڈیم پر دباؤ ڈالنے کی ضرورت نہیں ہے کیونکہ اس کا ابلتا ہوا نقطہ ری ایکٹر کے آپریٹنگ درجہ حرارت سے بہت زیادہ ہے، اور سوڈیم اسٹیل ری ایکٹر کے حصوں کو خراب نہیں کرتا ہے، اور درحقیقت، دھاتوں کو کٹاؤ سے بچاتا ہے۔ کولینٹ کے ذریعہ حاصل کردہ اعلی درجہ حرارت (فینکس ری ایکٹر آؤٹ لیٹ کا درجہ حرارت 560 سینٹی گریڈ تھا) پانی کے ٹھنڈے ری ایکٹرز کے مقابلے میں زیادہ تھرموڈینامک کارکردگی کی اجازت دیتا ہے۔ برقی طور پر موصل پگھلی ہوئی سوڈیم کو برقی مقناطیسی پمپوں کے ذریعے منتقل کیا جا سکتا ہے۔ حقیقت یہ ہے کہ سوڈیم پر دباؤ نہیں ہے اس کا مطلب یہ ہے کہ ایک بہت پتلا ری ایکٹر برتن استعمال کیا جا سکتا ہے (مثال کے طور پر۔ 2 سینٹی میٹر موٹی)۔ ری ایکٹر میں حاصل ہونے والے بہت زیادہ درجہ حرارت کے ساتھ مل کر، اس کا مطلب ہے کہ شٹ ڈاؤن موڈ میں ری ایکٹر کو غیر فعال طور پر ٹھنڈا کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، ہوا کی نالیوں کو انجینئر کیا جا سکتا ہے تاکہ شٹ ڈاؤن کے بعد تمام گرنے والی گرمی کو قدرتی کنویکشن کے ذریعے ہٹا دیا جائے، اور پمپنگ ایکشن کی ضرورت نہیں ہے۔ اس قسم کے ری ایکٹر خود پر قابو پانے والے ہوتے ہیں۔ اگر کور کا درجہ حرارت بڑھتا ہے تو کور قدرے پھیل جائے گا، جس کا مطلب ہے کہ زیادہ نیوٹرون کور سے نکل جائیں گے، اور رد عمل کو سست کر دیں گے۔ نقصانات سوڈیم کا ایک نقصان اس کی کیمیائی رد عمل ہے، جس میں آگ کو روکنے اور دبانے کے لیے خصوصی احتیاطی تدابیر کی ضرورت ہوتی ہے۔ اگر سوڈیم پانی کے ساتھ رابطے میں آتا ہے تو یہ سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ اور ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے رد عمل ظاہر کرتا ہے، اور ہائیڈروجن ہوا کے ساتھ رابطے میں جلتا ہے۔ یہ 1995 کے ایک حادثے میں مونجو نیوکلیئر پاور پلانٹ کا معاملہ تھا۔ اس کے علاوہ، نیوٹرون کی گرفت اس کے تابکار ہونے کا سبب بنتی ہے ؛ حالانکہ اس کی نصف زندگی صرف 15 گھنٹے ہے۔ ایک اور مسئلہ رساو ہے۔ اعلی درجہ حرارت پر سوڈیم آکسیجن کے ساتھ رابطے میں جلتا ہے۔ اس طرح کی سوڈیم کی آگ کو پاؤڈر کے ذریعے، یا ہوا کو نائٹروجن سے بدل کر بجھایا جا سکتا ہے۔ ایک روسی بریڈر ری ایکٹر، بی این-600 نے 17 سال کے عرصے میں 27 سوڈیم کے رساو کی اطلاع دی، جن میں سے 14 سوڈیم کی آگ کا باعث بنے۔ ڈیزائن کے اہداف آپریٹنگ درجہ حرارت ایندھن کے پگھلنے والے درجہ حرارت سے زیادہ نہیں ہونا چاہیے۔ فیول ٹو کلاڈنگ کیمیائی تعامل (ایف سی سی آئی) کو ایڈجسٹ کرنا ہوگا۔ ایف سی سی آئی ایندھن اور کلاڈنگ کے درمیان یوٹیکٹک پگھلنا ہے ؛ یورینیم، پلوٹونیم، اور لینتھانم (ایک فشن پروڈکٹ) کلاڈنگ کے لوہے کے ساتھ باہم پھیلا ہوا ہے۔ مرکب جو بنتا ہے اس میں کم یوٹیکٹک پگھلنے کا درجہ حرارت ہوتا ہے۔ ایف سی سی آئی کلاڈنگ کی طاقت میں کمی اور یہاں تک کہ پھٹنے کا سبب بنتا ہے۔ ٹرانس یورینک منتقلی کی مقدار یورینیم سے پلوٹونیم کی پیداوار سے محدود ہوتی ہے۔ ایک کام کے ارد گرد ایک غیر فعال میٹرکس ہے، مثال کے طور پر، میگنیشیم آکسائڈ کا استعمال کرتے ہوئے. میگنیشیم آکسائڈ میں لوہے جیسے عناصر کے مقابلے میں نیوٹرانوں (تھرمل اور تیز) کے ساتھ تعامل کا امکان کم ہوتا ہے۔ اعلی سطح کے فضلے اور، خاص طور پر، پلوٹونیم اور دیگر ایکٹینائڈز کے انتظام کو سنبھالا جانا چاہیے۔ حفاظتی خصوصیات میں ایک طویل تھرمل رسپانس ٹائم، کولینٹ بوائلنگ کے لیے ایک بڑا مارجن، ایک بنیادی کولنگ سسٹم جو ماحولیاتی دباؤ کے قریب کام کرتا ہے، اور پرائمری سسٹم میں تابکار سوڈیم اور پاور پلانٹ میں پانی اور بھاپ کے درمیان ایک انٹرمیڈیٹ سوڈیم سسٹم شامل ہیں۔ اختراعات سرمایہ کی لاگت کو کم کر سکتی ہیں، جیسے کہ ماڈیولر ڈیزائن، بنیادی لوپ کو ہٹانا، پمپ اور انٹرمیڈیٹ ہیٹ ایکسچینجر کو مربوط کرنا، اور بہتر مواد۔ ایس ایف آر کا تیز رفتار سپیکٹرم دستیاب بکھرے ہوئے اور زرخیز مواد (بشمول ختم شدہ یورینیم) کو تھرمل سپیکٹرم ری ایکٹرز کے مقابلے میں کافی زیادہ مؤثر طریقے سے استعمال کرنا ممکن بناتا ہے۔ تاریخ 2020 میں نیٹریم کو اپنے ایس ایف آر کی ترقی کے لیے امریکی محکمہ توانائی کی طرف سے 80 ملین ڈالر کی گرانٹ ملی۔ یہ پروگرام 5-20% یورینیم پر مشتمل ہائی اسے، کم افزودہ یورینیم ایندھن استعمال کرنے کا ارادہ رکھتا ہے۔ توقع کی جارہی تھی کہ ری ایکٹر کو زیر زمین رکھا جائے گا اور اس میں کشش ثقل سے جڑی ہوئی کنٹرول سلاخیں ہوں گی۔ چونکہ یہ ماحولیاتی دباؤ پر کام کرتا ہے، اس لیے ایک بڑی کنٹینمنٹ شیلڈ کی ضرورت نہیں ہے۔ اپنی بڑی حرارت ذخیرہ کرنے کی صلاحیت کی وجہ سے، توقع کی جارہی تھی کہ یہ اپنی 345 میگاواٹ کی مسلسل طاقت سے آگے بڑھ کر 5 + گھنٹوں کے لیے 500 میگاواٹ کی سرج پاور پیدا کر سکے گی۔ ری ایکٹر سوڈیم کولڈ ری ایکٹر میں شامل ہیں: ان میں سے زیادہ تر تجرباتی پلانٹ تھے جو اب کام نہیں کر رہے ہیں۔ 30 نومبر 2019 کو، سی ٹی وی نے اطلاع دی کہ کینیڈا کے صوبوں نیو برنزوک، اونٹاریو اور ساسکچیوان نے نیو برنزوک میں مقیم اے آر سی نیوکلیئر کینیڈا کے چھوٹے سوڈیم فاسٹ ماڈیولر نیوکلیئر ری ایکٹرز پر تعاون کرنے کے مشترکہ منصوبے کے بارے میں ایک اعلان کا منصوبہ بنایا ہے۔ فاسٹ بریڈر ری ایکٹر فاسٹ نیوٹران ری ایکٹر انٹیگرل فاسٹ ری ایکٹر لیڈ کولڈ فاسٹ ری ایکٹر گیس کولڈ فاسٹ ری ایکٹر جنریشن IV ری ایکٹر حوالہ جات بیرونی روابط ایڈاہو نیشنل لیبارٹری سوڈیم کولڈ فاسٹ ری ایکٹر فیکٹ شیٹ جنریشن IV انٹرنیشنل فورم ایس ایف آر ویب سائٹ آئی این ایل ایس ایف آر ورکشاپ خلاصہ اے ایل ایم آر/پی آر آئی ایس ایم مائع دھات تیز ری ایکٹر تابکار فضلہ