भारत में 3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम

भारत में 3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम स्वर्गीय एच. जे. भाभा द्वारा विकसित किया गया था, जिन्हें कभी-कभी भारत के परमाणु ऊर्जा विकास का जनक कहा जाता है।

भारत में 3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम को देश की विशाल थोरियम-232 आपूर्ति का दोहन करने के लिए डिज़ाइन किया गया था।

• यह ध्यान देने योग्य है कि भारत के पास दुनिया का तीसरा सबसे बड़ा थोरियम भंडार है। हालाँकि, थोरियम का उपयोग अपनी प्राकृतिक अवस्था में ईंधन के रूप में नहीं किया जा सकता।

• प्रतिक्रियाओं के एक क्रम के बाद, इसे एक उपयोगी विखंडनीय रूप में परिवर्तित किया जाना चाहिए। भारतीय वैज्ञानिक डॉ. होमी जे. भाभा ने इसे सुगम बनाने और अंततः अपनी थोरियम आपूर्ति से परमाणु ऊर्जा विकसित करने के लिए एक 3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम की रूपरेखा तैयार की।

एक बंद परमाणु ईंधन चक्र पर आधारित 3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम योजना तैयार की गई थी।

3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम के 3 चरण इस प्रकार हैं:

• प्राकृतिक यूरेनियम-ईंधन वाले दाबित भारी जल रिएक्टर (पीएचडब्ल्यूआर)
• प्लूटोनियम-आधारित ईंधन का उपयोग करने वाले तीव्र प्रजनक रिएक्टर (एफबीआर)
• थोरियम का उपयोग करने वाली उन्नत परमाणु ऊर्जा प्रणालियाँ।

भारत के 3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम की पृष्ठभूमि

भारत के तीन-चरणीय परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम का सृजन 1954 में डॉ. होमी भाभा द्वारा किया गया था। इसे भारत को ऊर्जा सुरक्षा प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। प्राथमिक उद्देश्य भारत के छोटे यूरेनियम भंडार को ध्यान में रखते हुए इसके बड़े थोरियम भंडार का उपयोग करना था।

• भारत के पास दुनिया के थोरियम भंडार का 25% है लेकिन दुनिया के यूरेनियम भंडार का केवल लगभग 2% है।
• परमाणु ऊर्जा सुविधाएँ पहली बार 1950 के दशक की शुरुआत में बनाई गई थीं। हाल तक, परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों में यूरेनियम सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला ईंधन था।
• इसलिए, एच.जे. भाभा ने एक आत्मनिर्भर तकनीक प्रस्तुत की। यह रणनीति आयात पर निर्भरता कम करेगी। 3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम को चार साल बाद, 1958 में, भारत सरकार द्वारा औपचारिक रूप से अपनाया गया था।
• इसके अलावा, कार्यक्रम के अनुमोदन से दो साल पहले, भारत का पहला परमाणु रिएक्टर, अप्सरा, ने कार्य करना शुरू कर दिया था।

3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम के उद्देश्य

• भारत के पास दुनिया के थोरियम भंडार का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है लेकिन वैश्विक यूरेनियम भंडार में केवल एक छोटा हिस्सा है।
• यूरेनियम के विपरीत, थोरियम स्वाभाविक रूप से विखंडनीय नहीं है, जिसका अर्थ है कि यह एक परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए नहीं रख सकता और अपने आप ऊर्जा उत्पन्न नहीं कर सकता।
• हालाँकि, थोरियम को एक अन्य विखंडनीय तत्व यू-233 में परिवर्तित किया जा सकता है, जिसका उपयोग अक्सर परमाणु ईंधन के रूप में किया जाता है।
• यू-233 के प्रजनन और एक थोरियम ईंधन चक्र स्थापित करने की बहु-चरणीय प्रकृति के कारण, भारत ने एक तीन-चरणीय कार्यक्रम लागू किया है।

यह कार्यक्रम थोरियम ईंधन चक्र को सफलतापूर्वक पूरा करने और देश की ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करने में आत्मनिर्भरता प्राप्त करने का लक्ष्य रखता है।

3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम: प्रक्रिया

चार दशक पहले भारत के परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम की शुरुआत से ही, हमारे देश के लिए एक सतत संसाधन के रूप में परमाणु ऊर्जा के महत्व को स्वीकार किया गया था। एक बंद परमाणु ईंधन चक्र पर केंद्रित एक व्यापक तीन-चरणीय परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम तैयार किया गया था।

ये तीन चरण इस प्रकार हैं:

दाबित भारी जल रिएक्टर (पीएचडब्ल्यूआर) प्राकृतिक यूरेनियम से संचालित होते हैं। तीव्र प्रजनक रिएक्टरों (एफबीआर) का कार्यान्वयन जो प्लूटोनियम-आधारित ईंधन का उपयोग करते हैं। थोरियम को एक संसाधन के रूप में उपयोग करने के लिए उन्नत परमाणु ऊर्जा प्रणालियों का विकास।

यह तीन-चरणीय कार्यक्रम भारत में एक सतत और आत्मनिर्भर परमाणु ऊर्जा क्षेत्र सुनिश्चित करने का लक्ष्य रखता है, जो उपलब्ध संसाधनों और तकनीकी प्रगति का इष्टतम उपयोग करता है।

चरण I

• भारत के परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम के पहले चरण में बिजली उत्पादन के लिए पीएचडब्ल्यूआर को ईंधन देने और एक उप-उत्पाद के रूप में प्लूटोनियम-239 का उत्पादन करने के लिए प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग किया जाता है।
• पीएचडब्ल्यूआर को चुना गया क्योंकि वे यूरेनियम उपयोग के मामले में कुशल हैं।
• यह गणना की गई थी कि यूरेनियम संवर्धन सुविधाओं की तुलना में भारी जल उत्पादन बनाना आसान होगा।
• एलडब्ल्यूआर के बजाय पीएचडब्ल्यूआर का उपयोग करना एक बुद्धिमान निर्णय था क्योंकि पीएचडब्ल्यूआर असंवर्धित यूरेनियम का उपयोग करते हैं, जिसे भारत घरेलू रूप से उत्पादित कर सकता था।
• उप-उत्पाद प्लूटोनियम-239 का उपयोग कार्यक्रम के दूसरे चरण में किया जाएगा।

पहले चरण में उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर यहां दिए गए हैं:

बॉयलिंग वाटर रिएक्टर दाबित भारी जल रिएक्टर दाबित जल रिएक्टर

चरण II

• परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम के दूसरे चरण में, तीव्र प्रजनक रिएक्टरों में उपयोग के लिए मिश्रित-ऑक्साइड ईंधन बनाने के लिए प्लूटोनियम-239 का उपयोग किया जाता है।
• प्लूटोनियम-239 ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए विखंडन से गुजरता है, और परिणामी धातु ऑक्साइड को अतिरिक्त प्लूटोनियम-239 का उत्पादन करने के लिए संवर्धित यूरेनियम के साथ मिलाया जाता है।
• इसके अलावा, एक बार पर्याप्त मात्रा में प्लूटोनियम-239 जमा हो जाने के बाद, यूरेनियम-233 का उत्पादन करने के लिए रिएक्टर में थोरियम का उपयोग किया जाएगा। यह यूरेनियम-233 कार्यक्रम के तीसरे चरण का एक महत्वपूर्ण घटक है।
• तीव्र प्रजनक रिएक्टर, जो पहली बार कलपक्कम, तमिलनाडु में स्थापित किया गया था, बिना मंदक के काम करता है और शीतलक के रूप में तरल सोडियम का उपयोग करता है। इसे आमतौर पर तीव्र न्यूट्रॉन रिएक्टर के रूप में भी जाना जाता है।

चरण III

• भारत के परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम के तीसरे चरण को एक सतत परमाणु ईंधन चक्र प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
• यह यूरेनियम-233 और थोरियम के संयोजन का उपयोग करके किया जाएगा।
• थोरियम एक उर्वर सामग्री है, जिसका अर्थ है कि इसका उपयोग विखंडनीय सामग्री के उत्पादन के लिए किया जा सकता है।
• तीसरे चरण में, थोरियम का उपयोग थर्मल प्रजनक रिएक्टरों में किया जाएगा।
• ये रिएक्टर यूरेनियम-233 का उत्पादन करने के लिए थोरियम का उपयोग करेंगे, जिसे फिर अन्य रिएक्टरों को ईंधन देने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
• तीसरे चरण में थोरियम का उपयोग यह सुनिश्चित करने में मदद करेगा कि भारत के पास परमाणु ईंधन की एक सतत आपूर्ति हो।

यहाँ परमाणु ऊर्जा में थोरियम के उपयोग की कुछ चुनौतियाँ हैं:

थोरियम का सीधे उपयोग नहीं किया जा सकता। इसका उपयोग अतिरिक्त विखंडनीय सामग्री के साथ किया जाना चाहिए। थोरियम न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है, जिससे तीव्र प्रजनक रिएक्टर में अधिक कुशलता से अधिक प्लूटोनियम का उत्पादन होता है। इसका मतलब है कि परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम के पहले या दूसरे चरण के शुरुआती भाग में थोरियम का उपयोग करने से प्रारंभिक अवधि में परमाणु ऊर्जा उत्पादन क्षमता की वृद्धि दर पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ेगा।

थोरियम प्रौद्योगिकी के क्या लाभ हैं?

• थोरियम-आधारित रिएक्टर उन्नत सुरक्षा सुविधाएँ प्रदान करते हैं, क्योंकि प्रतिक्रिया को तुरंत रोका जा सकता है और इसे तीव्र दबाव की आवश्यकता नहीं होती है।
• यूरेनियम रिएक्टरों की तुलना में, थोरियम रिएक्टर काफी कम कचरा उत्पन्न करते हैं। जो कचरा वे उत्पन्न करते हैं उसकी अर्ध-आयु बहुत कम होती है।
• एक नए प्राथमिक ऊर्जा स्रोत के रूप में थोरियम का उपयोग कई वर्षों से दिलचस्प रहा है।
• हालाँकि, इसके अव्यक्त ऊर्जा मूल्य को लागत-कुशल तरीके से प्रभावी ढंग से उपयोग करना चुनौतीपूर्ण बना हुआ है और इसके लिए पर्याप्त शोध और विकास निवेश की आवश्यकता है।
• लोहे और यूरेनियम की तरह, थोरियम प्रकृति में एक मौलिक तत्व है।
• यूरेनियम की तरह, इसके गुण इसे एक परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया शुरू करने में सक्षम बनाते हैं जो एक बिजली संयंत्र को शक्ति प्रदान कर सकती है और ऊर्जा उत्पन्न कर सकती है। हालाँकि, थोरियम स्वयं विखंडन से नहीं गुजरता है और स्वतंत्र रूप से ऊर्जा नहीं छोड़ता है।

3 चरणीय परमाणु कार्यक्रम की चुनौतियाँ

• भारत के परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम में मुख्य चुनौती तकनीकी नहीं है। उर्वर थोरियम को विखंडनीय यू-233 में परिवर्तित करने के लिए विखंडनीय सामग्री की सीमित उपलब्धता है।
• भारत ने प्रयोगशालाओं में कार्यक्रम से संबंधित सभी प्रौद्योगिकियों का परीक्षण किया है, लेकिन इसे अधिक विखंडनीय सामग्री की आवश्यकता है।
• कार्यक्रम पूरा होने के बाद भी, रखरखाव, दुर्घटना रोकथाम और परमाणु कचरे के निपटान में अभी भी चुनौतियाँ होंगी। हालाँकि, तकनीकी नवाचार से इन चुनौतियों को काफी कम किया जा सकता है।
• सरकार को परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए भूमि अधिग्रहण और उपयुक्त स्थान खोजने में मदद की आवश्यकता हो सकती है।
• गामा किरणों को रोकने में कठिनाई के कारण इस्तेमाल किए गए ईंधन को संभालना और/या पुनर्चक्रण करना अधिक महंगा है।
• परमाणु उद्योग अत्यधिक रूढ़िवादी है, और थोरियम के साथ मुख्य चुनौती इसके परिचालन अनुभव की कमी है।
• थोरियम डाइऑक्साइड यूरेनियम डाइऑक्साइड की तुलना में 550 डिग्री अधिक तापमान पर पिघलता है। इसलिए, उच्च गुणवत्ता वाला ठोस ईंधन बनाने के लिए बहुत उच्च तापमान आवश्यक हैं।

भारत में परमाणु रिएक्टर

भारत में, कोयला, गैस, पवन और जलविद्युत के बाद, परमाणु ऊर्जा ऊर्जा उत्पादन के पांचवें सबसे बड़े स्रोत के रूप में स्थान रखती है। भारत में वर्तमान में 22 परमाणु रिएक्टर हैं जिनकी स्थापित क्षमता लगभग 6,780 मेगावाट है। होमी जे. भाभा के निर्देशन में, भारत का परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम स्वतंत्रता के आसपास शुरू किया गया था।

आगे का रास्ता

मुख्य रूप से स्वदेशी संसाधनों पर आधारित दीर्घकालिक ऊर्जा सुरक्षा, भारत जैसे बड़े देश के लिए आर्थिक और रणनीतिक दोनों दृष्टि से एक महत्वपूर्ण और अपरिहार्य आवश्यकता है। ऊर्जा संसाधनों का सतत विकास कई पहलुओं को समाहित करता है, जैसे कि आर्थिक, तकनीकी और राजनीतिक कारकों के अलावा वैश्विक पर्यावरणीय, पारिस्थितिक और सामाजिक कारक। ये कारक भविष्य में विभिन्न बिंदुओं पर हमारे ऊर्जा मिश्रण की इष्टतम संरचना निर्धारित करेंगे।