Neutron poison
نیوکلیئر ری ایکٹروں جیسی ایپلی کیشنز میں، نیوٹران زہر (جسے نیوٹران جذب کرنے والا یا نیوکلیئر زہر بھی کہا جاتا ہے) ایک ایسا مادہ ہے جس میں نیوٹران کے بڑے جذب کراس سیکشن ہوتے ہیں۔ اس طرح کی ایپلی کیشنز میں، نیوٹرانوں کو جذب کرنا عام طور پر ایک ناپسندیدہ اثر ہوتا ہے۔ تاہم، نیوٹرون جذب کرنے والے مواد، جنہیں زہر بھی کہا جاتا ہے، کو جان بوجھ کر کچھ قسم کے ری ایکٹروں میں داخل کیا جاتا ہے تاکہ ان کے ابتدائی تازہ ایندھن کے بوجھ کی اعلی رد عمل کو کم کیا جا سکے۔ ان میں سے کچھ زہر ختم ہو جاتے ہیں کیونکہ وہ ری ایکٹر آپریشن کے دوران نیوٹرون کو جذب کرتے ہیں جبکہ دیگر نسبتا مستقل رہتے ہیں۔ مختصر نصف زندگی کے فشن مصنوعات کے ذریعہ نیوٹرانوں کی گرفت کو ری ایکٹر زہر کے نام سے جانا جاتا ہے۔ طویل عرصے تک رہنے والے یا مستحکم فشن مصنوعات کے ذریعہ نیوٹرون کی گرفتاری کو ری ایکٹر سلیگنگ کہا جاتا ہے۔ عارضی فشن پروڈکٹ زہر جوہری رد عمل کے دوران پیدا ہونے والی کچھ فشن پروڈکٹس میں اعلی نیوٹرون جذب کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے، جیسے زینون-135 (خوردبین کراس سیکشن σ = 2,000,000 بارنس (b) ؛ ری ایکٹر کے حالات میں 3 ملین بارنس تک) اور سماریم-149 (σ = 74,500 b)۔ چونکہ یہ دونوں، فشن پروڈکٹ زہر ری ایکٹر سے نیوٹرانوں کو ہٹاتے ہیں، اس لیے وہ تھرمل استعمال کے عنصر کو متاثر کریں گے اور اس طرح، رد عمل کو۔ ان فشن مصنوعات کے ذریعہ ری ایکٹر کور کا زہر اتنا سنگین ہو سکتا ہے کہ سلسلہ وار رد عمل رک جاتا ہے۔ زینون-135 خاص طور پر جوہری ری ایکٹر کے عمل کو بہت زیادہ متاثر کرتا ہے کیونکہ یہ سب سے طاقتور، معروف، نیوٹرون زہر ہے۔ زینون-135 کی تعمیر (تقریبا 10 گھنٹوں کے بعد زیادہ سے زیادہ تک پہنچ جاتا ہے) کی وجہ سے ری ایکٹر کے دوبارہ شروع ہونے میں ناکامی کو بعض اوقات زینون سے متعلق اسٹارٹ اپ کہا جاتا ہے۔ وہ مدت جس میں ری ایکٹر زینون-135 کے اثرات کو ختم کرنے سے قاصر ہوتا ہے اسے زینون ڈیڈ ٹائم یا زہر کی بندش کہا جاتا ہے۔ مستحکم حالت کے آپریشن کے ادوار کے دوران، مستقل نیوٹرون بہاؤ کی سطح پر، زینون-135 کا ارتکاز تقریبا 40 سے 50 گھنٹوں میں اس ری ایکٹر پاور کے لیے اپنی توازن قدر تک پہنچ جاتا ہے۔ جب ری ایکٹر کی طاقت میں اضافہ کیا جاتا ہے، تو زینون-135 کا ارتکاز ابتدائی طور پر کم ہو جاتا ہے کیونکہ نئی، اعلی طاقت کی سطح پر جلنے میں اضافہ ہوتا ہے۔ اس طرح، زینون زہر کی حرکیات بہاؤ کے نمونے اور ہندسی طاقت کی تقسیم کے استحکام کے لیے اہم ہیں، خاص طور پر جسمانی طور پر بڑے ری ایکٹروں میں۔ چونکہ زینون-135 کی پیداوار کا 95 فیصد آیوڈین-135 کے سڑنے سے ہوتا ہے، جس کی نصف زندگی 6 سے 7 گھنٹے ہوتی ہے، اس لیے زینون-135 کی پیداوار مستقل رہتی ہے ؛ اس مقام پر، زینون-135 کا ارتکاز کم سے کم تک پہنچ جاتا ہے۔ اس کے بعد ارتکاز ایک ہی وقت میں نئی طاقت کی سطح کے توازن میں بڑھ جاتا ہے، تقریبا 40 سے 50 گھنٹے۔ بجلی کی تبدیلی کے بعد ابتدائی 4 سے 6 گھنٹے کی مدت کے دوران ارتکاز کی تبدیلی کی شدت اور شرح کا انحصار ابتدائی طاقت کی سطح اور طاقت کی سطح میں تبدیلی کی مقدار پر ہوتا ہے۔ طاقت کی سطح میں بڑی تبدیلی کے لیے زینون-135 ارتکاز کی تبدیلی زیادہ ہوتی ہے۔ جب ری ایکٹر کی طاقت کم ہوتی ہے تو عمل الٹ جاتا ہے۔ چونکہ سماریم-149 تابکار نہیں ہے اور اسے سڑنے سے نہیں ہٹایا جاتا ہے، اس لیے یہ زینون-135 سے درپیش مسائل سے کچھ مختلف مسائل پیش کرتا ہے۔ توازن کا ارتکاز (اور اس طرح زہر آلود ہونے کا اثر) تقریبا 500 گھنٹوں (تقریبا تین ہفتوں) میں ری ایکٹر آپریشن کے دوران توازن کی قدر تک پہنچ جاتا ہے، اور چونکہ سماریم-149 مستحکم ہے، اس لیے ری ایکٹر آپریشن کے دوران ارتکاز بنیادی طور پر مستقل رہتا ہے۔ ایک اور دشواری زدہ آاسوٹوپ جو بناتا ہے وہ گیڈولینیم-157 ہے، جس کا خوردبین کراس سیکشن σ = 200,000 b ہے۔ جمع ہونے والے فشن پروڈکٹ کے زہر متعدد دیگر فشن پروڈکٹس ہیں جو، ان کے ارتکاز اور تھرمل نیوٹرون جذب کراس سیکشن کے نتیجے میں، ری ایکٹر آپریشن پر زہریلا اثر ڈالتے ہیں۔ انفرادی طور پر، ان کا اثر بہت کم ہوتا ہے، لیکن ایک ساتھ مل کر ان کا نمایاں اثر پڑتا ہے۔ ان کی خصوصیت اکثر ٹکڑے ٹکڑے کی مصنوعات کے زہر کے طور پر کی جاتی ہے اور ری ایکٹر میں فی ٹکڑے ٹکڑے کے واقعہ میں اوسطا 50 بارن کی شرح سے جمع ہوتے ہیں۔ ایندھن میں فشن پروڈکٹ کے زہر کی تشکیل بالآخر کارکردگی کے نقصان کا باعث بنتی ہے، اور بعض صورتوں میں عدم استحکام کا باعث بنتی ہے۔ عملی طور پر، جوہری ایندھن میں ری ایکٹر کے زہر کی تشکیل ہی ری ایکٹر میں جوہری ایندھن کی عمر کا تعین کرتی ہے: تمام ممکنہ فشن ہونے سے بہت پہلے، طویل عرصے تک رہنے والے نیوٹرون جذب کرنے والی فشن مصنوعات کی تعمیر سلسلہ وار رد عمل کو ختم کر دیتی ہے۔ یہی وجہ ہے کہ نیوکلیئر ری پروسیسنگ ایک مفید سرگرمی ہے: ٹھوس خرچ شدہ نیوکلیئر ایندھن میں نئے تیار کردہ نیوکلیئر ایندھن میں موجود اصل فشن ایبل مواد کا تقریبا 97 فیصد ہوتا ہے۔ فشن مصنوعات کی کیمیائی علیحدگی ایندھن کو بحال کرتی ہے تاکہ اسے دوبارہ استعمال کیا جا سکے۔ فشن پروڈکٹ کو ہٹانے کے دیگر ممکنہ طریقوں میں ٹھوس لیکن سوراخ دار ایندھن شامل ہے جو فشن مصنوعات اور مائع یا گیس ایندھن (پگھلی ہوئی نمک ری ایکٹر، آبی یکساں ری ایکٹر) سے بچنے کی اجازت دیتا ہے۔ یہ ایندھن میں فشن پروڈکٹ کے جمع ہونے کے مسئلے کو آسان بناتے ہیں، لیکن فشن پروڈکٹ کو محفوظ طریقے سے ہٹانے اور ذخیرہ کرنے کا اضافی مسئلہ پیدا کرتے ہیں۔ کچھ فشن مصنوعات خود مستحکم ہوتی ہیں یا تیزی سے مستحکم نیوکلائڈز میں ختم ہو جاتی ہیں۔ (تقریبا نصف درجن ہر ایک) درمیانی عمر اور طویل عرصے تک رہنے والی فشن مصنوعات میں سے کچھ، جیسے، جوہری منتقلی کے لیے تجویز کیے گئے ہیں کیونکہ ان کا غیر معمولی کیپچر کراس سیکشن ہے۔ نسبتا زیادہ جذب کراس سیکشن والی دیگر فشن مصنوعات میں 83Kr، 95Mo، 143Nd، 147Pm شامل ہیں۔ اس کمیت سے اوپر، یہاں تک کہ بہت سے یکساں کمیت والے آاسوٹوپس میں بھی جذب کے بڑے کراس سیکشن ہوتے ہیں، جس سے ایک نیوکلئس متعدد نیوٹرانوں کو سیریل طور پر جذب کر سکتا ہے۔ بھاری ایکٹینائڈز کا فشن لینتھانائڈ رینج میں زیادہ بھاری فشن پروڈکٹس پیدا کرتا ہے، اس لیے فشن پروڈکٹس کا کل نیوٹرون جذب کراس سیکشن زیادہ ہوتا ہے۔ تیز ری ایکٹر میں فشن پروڈکٹ زہر کی صورتحال نمایاں طور پر مختلف ہو سکتی ہے کیونکہ نیوٹران جذب کراس سیکشن تھرمل نیوٹران اور تیز نیوٹران کے لیے مختلف ہو سکتے ہیں۔ آر بی ای سی-ایم لیڈ-بسمتھ کولڈ فاسٹ ری ایکٹر میں، نیوٹرون والے فشن پروڈکٹس کل فشن پروڈکٹس کے 5 فیصد سے زیادہ پر قبضہ کرتے ہیں، ترتیب میں، 133 سی، 101 آر یو، 103 آر ایچ، 99 ٹی سی، 105 پی ڈی اور 107 پی ڈی کور میں ہیں، جس میں 149 ایس ایم 107 پی ڈی کی جگہ لے کر افزائش کمبل میں چھٹے مقام پر ہے۔ کٹاؤ زہر فشن پروڈکٹ کے زہر کے علاوہ، ری ایکٹر میں موجود دیگر مواد ایسے مواد میں ختم ہو جاتے ہیں جو نیوٹرون زہر کے طور پر کام کرتے ہیں۔ اس کی ایک مثال ٹریٹیم کا ہیلیم-3 میں انحطاط ہے۔ چونکہ ٹریٹیئم کی نصف زندگی 12.3 سال ہوتی ہے، اس لیے عام طور پر یہ سڑنا ری ایکٹر کی کارروائیوں کو نمایاں طور پر متاثر نہیں کرتا کیونکہ ٹریٹیئم کے سڑنے کی شرح اتنی سست ہوتی ہے۔ تاہم، اگر ٹریٹیئم کو ری ایکٹر میں تیار کیا جاتا ہے اور پھر کئی مہینوں کے طویل شٹ ڈاؤن کے دوران ری ایکٹر میں رہنے دیا جاتا ہے، تو کافی مقدار میں ٹریٹیئم ہیلیم-3 میں ختم ہو سکتا ہے جس سے منفی رد عمل کی کافی مقدار شامل ہو سکتی ہے۔ شٹ ڈاؤن کی مدت کے دوران ری ایکٹر میں پیدا ہونے والے کسی بھی ہیلیم-3 کو بعد کے آپریشن کے دوران نیوٹران-پروٹون رد عمل کے ذریعے ہٹا دیا جائے گا۔ دباؤ والے ہیوی واٹر ری ایکٹر ہیوی واٹر ماڈریٹر میں نیوٹران کیپچر کے ذریعے چھوٹی لیکن قابل ذکر مقدار میں ٹریٹیئم پیدا کریں گے، جو اسی طرح ہیلیم-3 میں ختم ہو جائے گا۔ ٹریٹیئم اور ہیلیم-3 دونوں کی اعلی مارکیٹ ویلیو کو دیکھتے ہوئے، ٹریٹیئم کو وقتا فوقتا کچھ کینڈو ری ایکٹروں کے ماڈریٹر/کولینٹ سے ہٹا دیا جاتا ہے اور منافع پر فروخت کیا جاتا ہے۔ واٹر بورشن (ماڈریٹر/کولینٹ میں بورک ایسڈ کا اضافہ) جو عام طور پر دباؤ والے ہلکے پانی کے ری ایکٹروں میں استعمال ہوتا ہے، مسلسل رد عمل (n، α) اور (n، αn) یا (تیز نیوٹرون کی موجودگی میں) (n، 2n) اور اس کے بعد (n، α) کے ذریعے ٹریٹیئم کی غیر معمولی مقدار پیدا کرتا ہے۔ تیز نیوٹرون بھی براہ راست بوران سے (n، 2α) کے ذریعے ٹریٹیم پیدا کرتے ہیں۔ تمام نیوکلیئر فشن ری ایکٹر ٹرنیری فشن کے ذریعے ایک مخصوص مقدار میں ٹریٹیئم پیدا کرتے ہیں۔ زہر پر قابو ری ایکٹر کے کام کرنے کے دوران کور میں موجود ایندھن کی مقدار یکسانیت سے کم ہو جاتی ہے۔ اگر ری ایکٹر کو طویل عرصے تک کام کرنا ہے، تو جب ری ایکٹر کو ایندھن دیا جاتا ہے تو عین طور پر نازک ہونے کے لیے درکار ایندھن سے زیادہ ایندھن شامل کرنا ضروری ہے۔ اضافی ایندھن کی وجہ سے مثبت رد عمل کو نیوٹرون جذب کرنے والے مواد سے منفی رد عمل کے ساتھ متوازن ہونا چاہیے۔ نیوٹرون جذب کرنے والے مواد پر مشتمل متحرک کنٹرول سلاخیں ایک طریقہ ہے، لیکن اضافی رد عمل کو متوازن کرنے کے لیے اکیلے کنٹرول سلاخیں کسی خاص بنیادی ڈیزائن کے لیے ناقابل عمل ہو سکتی ہیں کیونکہ سلاخیں یا ان کے میکانزم کے لیے ناکافی گنجائش ہو سکتی ہے، یعنی آبدوزوں میں، جہاں جگہ خاص طور پر زیادہ ہوتی ہے۔ جلنے کے قابل زہر کنٹرول سلاخوں کے بغیر ایندھن کی اضافی رد عمل کی بڑی مقدار کو کنٹرول کرنے کے لیے، جلنے کے قابل زہر کو کور میں لادا جاتا ہے۔ جلنے کے قابل زہر وہ مواد ہیں جن میں اعلی نیوٹران جذب کراس سیکشن ہوتا ہے جو نیوٹران جذب کے نتیجے میں نسبتا کم جذب کراس سیکشن کے مواد میں تبدیل ہو جاتے ہیں۔ زہر کے مواد کے جلنے کی وجہ سے، جلنے کے قابل زہر کی منفی رد عمل بنیادی زندگی میں کم ہو جاتی ہے۔ مثالی طور پر، ان زہروں کو اپنی منفی رد عمل کو اسی شرح سے کم کرنا چاہیے جس سے ایندھن کی اضافی مثبت رد عمل ختم ہو جائے۔ فکسڈ برن ایبل زہر عام طور پر بورون یا گیڈولینیم کے مرکبات کی شکل میں استعمال ہوتے ہیں جو الگ الگ جالی کے پنوں یا پلیٹوں کی شکل میں ہوتے ہیں، یا ایندھن میں اضافی اجزاء کے طور پر متعارف کروائے جاتے ہیں۔ چونکہ انہیں عام طور پر کنٹرول سلاخوں سے زیادہ یکساں طور پر تقسیم کیا جا سکتا ہے، اس لیے یہ زہر کور کی طاقت کی تقسیم میں کم خلل ڈالتے ہیں۔ ری ایکٹر کے کچھ علاقوں کے قریب ضرورت سے زیادہ بہاؤ اور بجلی کے عروج کو روکنے کے لیے فلکس پروفائلز کو تشکیل دینے یا کنٹرول کرنے کے لیے بنیادی طور پر مخصوص مقامات پر فکسڈ برن ایبل زہر کو بھی احتیاط سے لوڈ کیا جا سکتا ہے۔ تاہم موجودہ عمل یہ ہے کہ اس خدمت میں فکسڈ غیر جلنے والے زہر کا استعمال کیا جائے۔ غیر جلنے والا زہر ایک غیر جلنے والا زہر ہے جو کور کی زندگی بھر مستقل منفی رد عمل کو برقرار رکھتا ہے۔ اگرچہ کوئی نیوٹرون زہر سختی سے غیر آتش گیر نہیں ہوتا ہے، لیکن بعض حالات میں بعض مواد کو غیر آتش گیر زہر کے طور پر مانا جا سکتا ہے۔ ایک مثال ہفنیم ہے۔ اس میں پانچ مستحکم آاسوٹوپ ہوتے ہیں، جو تمام نیوٹرانوں کو جذب کر سکتے ہیں، لہذا پہلے چار نیوٹرانوں کو جذب کرکے کیمیائی طور پر تبدیل نہیں ہوتے ہیں۔ (ایک حتمی جذب پیدا ہوتا ہے، جس میں بیٹا کمی واقع ہوتی ہے۔) اس جذب سلسلہ کے نتیجے میں ایک طویل عرصے تک جلنے والا زہر پیدا ہوتا ہے جو غیر جلنے والی خصوصیات کا تخمینہ لگاتا ہے۔ گھلنشیل زہر گھلنشیل زہر، جسے کیمیائی شیم بھی کہا جاتا ہے، پانی کے کولینٹ میں تحلیل ہونے پر مقامی طور پر یکساں نیوٹران جذب پیدا کرتے ہیں۔ تجارتی دباؤ والے پانی کے ری ایکٹروں (پی ڈبلیو آر) میں سب سے عام گھلنشیل زہر بورک ایسڈ ہے، جسے اکثر گھلنشیل بورون کہا جاتا ہے۔ کولینٹ میں موجود بورک ایسڈ تھرمل استعمال کے عنصر کو کم کر دیتا ہے، جس کی وجہ سے رد عمل میں کمی واقع ہوتی ہے۔ کولینٹ میں بورک ایسڈ کے ارتکاز کو تبدیل کرکے، ایک ایسا عمل جسے بورشن اور ڈائلیوشن کہا جاتا ہے، کور کی رد عمل کو آسانی سے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ اگر بوران کا ارتکاز بڑھ جاتا ہے (بورشن)، تو کولینٹ/ماڈریٹر زیادہ نیوٹرانوں کو جذب کرتا ہے، جس سے منفی رد عمل میں اضافہ ہوتا ہے۔ اگر بوران کا ارتکاز کم ہو جائے (ڈائلیوشن) تو مثبت رد عمل شامل کیا جاتا ہے۔ پی ڈبلیو آر میں بوران کے ارتکاز کی تبدیلی ایک سست عمل ہے اور بنیادی طور پر ایندھن کے جلنے یا زہر کی تعمیر کی تلافی کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ بوران کے ارتکاز میں تغیر کنٹرول راڈ کے استعمال کو کم سے کم کرنے کی اجازت دیتا ہے، جس کے نتیجے میں کور پر چپٹا بہاؤ پروفائل ہوتا ہے جو راڈ داخل کرنے سے پیدا ہوتا ہے۔ چپٹے بہاؤ کا خاکہ اس وجہ سے ہوتا ہے کہ دبے ہوئے بہاؤ کے ایسے علاقے نہیں ہیں جو داخل کردہ کنٹرول سلاخوں کے آس پاس پیدا ہوتے ہیں۔ یہ نظام وسیع پیمانے پر استعمال میں نہیں ہے کیونکہ کیمیکل ماڈریٹر کے درجہ حرارت کی رد عمل کے گتانک کو کم منفی بناتے ہیں۔ امریکہ میں کام کرنے والی تمام تجارتی پی ڈبلیو آر اقسام (ویسٹنگ ہاؤس، دہن انجینئرنگ، اور بابکاک اور ولکوکس) اضافی رد عمل کو کنٹرول کرنے کے لیے گھلنشیل بوران کا استعمال کرتی ہیں۔ امریکی بحریہ کے ری ایکٹر اور بوائلنگ واٹر ری ایکٹر ایسا نہیں کرتے۔ بورک ایسڈ کا ایک معروف مسئلہ یہ ہے کہ اس سے کٹاؤ کے خطرات میں اضافہ ہوتا ہے، جیسا کہ ڈیوس-بیس نیوکلیئر پاور اسٹیشن کے 2002 کے واقعے میں دکھایا گیا ہے۔ گھلنشیل زہر ہنگامی بندش کے نظام میں بھی استعمال ہوتے ہیں۔ ایس سی آر اے ایم کے دوران آپریٹر نیوٹرون زہر پر مشتمل محلول کو براہ راست ری ایکٹر کولینٹ میں داخل کر سکتے ہیں۔ مختلف آبی محلول، بشمول بورکس اور گیڈولینیم نائٹریٹ (جی ڈی (این او 3) 3· ایچ 2 او)، استعمال کیے جاتے ہیں۔ حوالہ جات کتابچہ نیوکلیئر ٹیکنالوجی نیوکلیئر ری ایکٹر سیفٹی