एमओएक्स ईंधन: Difference between revisions
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उदाप्रत्येकण के लिए 7% प्लूटोनियम और 93% प्राकृतिक यूरेनियम का मिश्रण समान रूप से प्रतिक्रिया करता है। चूंकि एलईयू ईंधन (3 से 5% यूरेनियम -235) के लिए एमओएक्स में सामान्यतः दो चरण होते हैं: पहला UO<sub>2</sub> और दूसरा PuO<sub>2</sub> और एक एकल चरण ठोस समाधान (U,Pu)O<sub>2</sub> की सामग्री परमाणु रिएक्टर के प्रकार के आधार पर PuO<sub>2</sub>1.5 wt.% से 25–30 wt.% तक भिन्न हो सकता है। | उदाप्रत्येकण के लिए 7% प्लूटोनियम और 93% प्राकृतिक यूरेनियम का मिश्रण समान रूप से प्रतिक्रिया करता है। चूंकि एलईयू ईंधन (3 से 5% यूरेनियम -235) के लिए एमओएक्स में सामान्यतः दो चरण होते हैं: पहला UO<sub>2</sub> और दूसरा PuO<sub>2</sub> और एक एकल चरण ठोस समाधान (U,Pu)O<sub>2</sub> की सामग्री परमाणु रिएक्टर के प्रकार के आधार पर PuO<sub>2</sub>1.5 wt.% से 25–30 wt.% तक भिन्न हो सकता है। | ||
एमओएक्स ईंधन का एक आकर्षण यह है कि यह अधिशेष [[हथियार-ग्रेड परमाणु सामग्री]] का उपयोग करने का एक प्रकार है| हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम, अधिशेष प्लूटोनियम के भंडारण का एकमात्र विकल्प है। जिसे [[परमाणु हथियार|परमाणु हथियारों]] में उपयोग के लिए चोरी के हानि से सुरक्षित करने की आवश्यकता होगी।<ref>{{cite web|url=http://www.world-nuclear.org/info/inf13.html|title=Military Warheads as a Source of Nuclear Fuel - Megatons to MegaWatts - World Nuclear Association|website=www.world-nuclear.org}}</ref><ref>{{cite web|url=http://fissilematerials.org/blog/2011/04/us_mox_program_wanted_rel.html|title=U.S. MOX program wanted relaxed security at the weapon-grade plutonium facility|date=11 April 2011}}</ref> दूसरी ओर कुछ अध्ययनों ने चेतावनी दी है कि एमओएक्स ईंधन के वैश्विक व्यावसायिक उपयोग को सामान्य करने और [[परमाणु पुनर्संसाधन]] के संबंधित विस्तार से [[परमाणु प्रसार]] के हानि को कम करने के अतिरिक्त असैन्य परमाणु में | एमओएक्स ईंधन का एक आकर्षण यह है कि यह अधिशेष [[हथियार-ग्रेड परमाणु सामग्री]] का उपयोग करने का एक प्रकार है| हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम, अधिशेष प्लूटोनियम के भंडारण का एकमात्र विकल्प है। जिसे [[परमाणु हथियार|परमाणु हथियारों]] में उपयोग के लिए चोरी के हानि से सुरक्षित करने की आवश्यकता होगी।<ref>{{cite web|url=http://www.world-nuclear.org/info/inf13.html|title=Military Warheads as a Source of Nuclear Fuel - Megatons to MegaWatts - World Nuclear Association|website=www.world-nuclear.org}}</ref><ref>{{cite web|url=http://fissilematerials.org/blog/2011/04/us_mox_program_wanted_rel.html|title=U.S. MOX program wanted relaxed security at the weapon-grade plutonium facility|date=11 April 2011}}</ref> दूसरी ओर कुछ अध्ययनों ने चेतावनी दी है कि एमओएक्स ईंधन के वैश्विक व्यावसायिक उपयोग को सामान्य करने और [[परमाणु पुनर्संसाधन]] के संबंधित विस्तार से [[परमाणु प्रसार]] के हानि को कम करने के अतिरिक्त असैन्य परमाणु में व्ययकिए गए ईंधन चक्र से प्लूटोनियम के बढ़ते पृथक्करण को प्रोत्साहित करके वृद्धि होगी।<ref>{{cite web|url=http://www.armscontrol.org/act/2005_09/Fetter-VonHippel|title=Is U.S. Reprocessing Worth The Risk? - Arms Control Association|website=www.armscontrol.org}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.nirs.org/factsheets/moxproliferation.htm|title=Factsheets on West Valley · NIRS|date=1 March 2015}}</ref><ref>{{cite web|last=Podvig|first=Pavel|title=U.S. plutonium disposition program: Uncertainties of the MOX route|url=http://fissilematerials.org/blog/2011/03/us_plutonium_disposition_.html|publisher=International Panel on Fissile Materials|access-date=13 February 2012|date=10 March 2011}}</ref> | ||
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प्रत्येक यूरेनियम आधारित [[परमाणु रिएक्टर कोर]] में यूरेनियम-235 जैसे यूरेनियम समस्थानिकों का [[परमाणु विखंडन]] होता है और [[न्यूट्रॉन कैप्चर]] के कारण नए और भारी समस्थानिकों का निर्माण होता है। मुख्य रूप से यूरेनियम-238 द्वारा रिएक्टर में अधिकांश ईंधन द्रव्यमान यूरेनियम-238 है। न्यूट्रॉन कैप्चर और दो क्रमिक [[बीटा क्षय]] से यूरेनियम-238 [[प्लूटोनियम -239|प्लूटोनियम-239]] बन जाता है। जो क्रमिक न्यूट्रॉन कैप्चर द्वारा [[प्लूटोनियम -240|प्लूटोनियम-240]], प्लूटोनियम-241, [[प्लूटोनियम -242|प्लूटोनियम-242]], और (आगे बीटा क्षय के बाद) अन्य [[ट्रांसयूरानिक]] या [[एक्टिनाइड]] न्यूक्लाइड बन जाता है। प्लूटोनियम-239 और [[प्लूटोनियम 241|प्लूटोनियम-241]] विखंडनीय पदार्थ हैं। जैसे [[यूरेनियम-238]]। इसी प्रकार यूरेनियम-235 से [[यूरेनियम-236]], [[नैप्टुनियम-237]] तथा [[प्लूटोनियम -238]] की अल्प मात्राएँ बनती हैं। | प्रत्येक यूरेनियम आधारित [[परमाणु रिएक्टर कोर]] में यूरेनियम-235 जैसे यूरेनियम समस्थानिकों का [[परमाणु विखंडन]] होता है और [[न्यूट्रॉन कैप्चर]] के कारण नए और भारी समस्थानिकों का निर्माण होता है। मुख्य रूप से यूरेनियम-238 द्वारा रिएक्टर में अधिकांश ईंधन द्रव्यमान यूरेनियम-238 है। न्यूट्रॉन कैप्चर और दो क्रमिक [[बीटा क्षय]] से यूरेनियम-238 [[प्लूटोनियम -239|प्लूटोनियम-239]] बन जाता है। जो क्रमिक न्यूट्रॉन कैप्चर द्वारा [[प्लूटोनियम -240|प्लूटोनियम-240]], प्लूटोनियम-241, [[प्लूटोनियम -242|प्लूटोनियम-242]], और (आगे बीटा क्षय के बाद) अन्य [[ट्रांसयूरानिक]] या [[एक्टिनाइड]] न्यूक्लाइड बन जाता है। प्लूटोनियम-239 और [[प्लूटोनियम 241|प्लूटोनियम-241]] विखंडनीय पदार्थ हैं। जैसे [[यूरेनियम-238]]। इसी प्रकार यूरेनियम-235 से [[यूरेनियम-236]], [[नैप्टुनियम-237]] तथा [[प्लूटोनियम -238]] की अल्प मात्राएँ बनती हैं। | ||
सामान्यतः एलईयू ईंधन को प्रत्येक पांच वर्ष में बदल दिया जाता है। रिएक्टर में अधिकांश प्लूटोनियम-239 जल जाता है। यह यूरेनियम-235 की प्रकार व्यवहार करता है। विखंडन के लिए थोड़ा अधिक [[परमाणु क्रॉस सेक्शन]] होता है और इसका विखंडन समान मात्रा में [[ऊर्जा]] जारी करता है। सामान्यतः एक रिएक्टर से निकलने वाले प्रयुक्त परमाणु ईंधन का लगभग एक प्रतिशत प्लूटोनियम होता है और प्लूटोनियम का लगभग दो-तिहाई प्लूटोनियम-239 होता है। विश्न में प्रत्येक वर्ष लगभग 100 टन प्लूटोनियम | सामान्यतः एलईयू ईंधन को प्रत्येक पांच वर्ष में बदल दिया जाता है। रिएक्टर में अधिकांश प्लूटोनियम-239 जल जाता है। यह यूरेनियम-235 की प्रकार व्यवहार करता है। विखंडन के लिए थोड़ा अधिक [[परमाणु क्रॉस सेक्शन]] होता है और इसका विखंडन समान मात्रा में [[ऊर्जा]] जारी करता है। सामान्यतः एक रिएक्टर से निकलने वाले प्रयुक्त परमाणु ईंधन का लगभग एक प्रतिशत प्लूटोनियम होता है और प्लूटोनियम का लगभग दो-तिहाई प्लूटोनियम-239 होता है। विश्न में प्रत्येक वर्ष लगभग 100 टन प्लूटोनियम व्ययकिए गए ईंधन में उत्पन्न होता है। | ||
उपयोग करने योग्य ईंधन में प्लूटोनियम को पुन: संसाधित करने से मूल यूरेनियम से प्राप्त ऊर्जा में लगभग 12% की वृद्धि होती है और यदि यूरेनियम-235 को भी पुन: संवर्धन द्वारा पुनर्नवीनीकरण किया जाता है। तो यह लगभग 20% हो जाता है।<ref name=WNAMOX>{{cite web|url=http://www.world-nuclear.org/info/inf29.html|title=Information from the World Nuclear Association about MOX}}</ref> वर्तमान में प्लूटोनियम को केवल पुनर्संसाधित किया जाता है और एक बार एमओएक्स ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है; [[मामूली एक्टिनाइड|सामान्यत एक्टिनाइड्स]] और प्लूटोनियम आइसोटोप के उच्च अनुपात के साथ | उपयोग करने योग्य ईंधन में प्लूटोनियम को पुन: संसाधित करने से मूल यूरेनियम से प्राप्त ऊर्जा में लगभग 12% की वृद्धि होती है और यदि यूरेनियम-235 को भी पुन: संवर्धन द्वारा पुनर्नवीनीकरण किया जाता है। तो यह लगभग 20% हो जाता है।<ref name=WNAMOX>{{cite web|url=http://www.world-nuclear.org/info/inf29.html|title=Information from the World Nuclear Association about MOX}}</ref> वर्तमान में प्लूटोनियम को केवल पुनर्संसाधित किया जाता है और एक बार एमओएक्स ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है; [[मामूली एक्टिनाइड|सामान्यत एक्टिनाइड्स]] और प्लूटोनियम आइसोटोप के उच्च अनुपात के साथ व्ययकिए गए एमओएक्स ईंधन को अपशिष्ट के रूप में संग्रहीत किया जाता है। | ||
एमओएक्स ईंधन को प्रस्तुत करने से पहले उपस्थित परमाणु रिएक्टरों को फिर से लाइसेंस दिया जाना चाहिए क्योंकि इसका उपयोग करने से रिएक्टर की परिचालन विशेषताओं में परिवर्तन होता है और इसे लेने के लिए संयंत्र को थोड़ा डिजाइन या अनुकूलित किया जाना चाहिए। उदाहरण प्रत्येक कण के लिए अधिक [[नियंत्रण छड़|नियंत्रण छड़ों]] की आवश्यकता होती है। प्रायः ईंधन लोड का केवल एक तिहाई से आधा एमओएक्स पर स्विच किया जाता है। किन्तु50% से अधिक एमओएक्स लोडिंग के लिए महत्वपूर्ण परिवर्तन आवश्यक होते हैं और एक रिएक्टर को उसी के अनुसार डिजाइन करने की आवश्यकता होती है। प्रणाली[[बीएन-800 रिएक्टर]] डिज़ाइन विशेष रूप से फीनिक्स एरिजोना के पास यूएस [[पालो वर्डे न्यूक्लियर जनरेटिंग स्टेशन]] पर लगे हुए 100% एमओएक्स कोर संगतता के लिए डिज़ाइन किया गया था। किन्तुअभी तक सदैव ताजा कम समृद्ध यूरेनियम पर संचालित होता है। सिद्धांत रूप में तीन पालो वर्डे रिएक्टर प्रत्येक वर्ष सात ईंधन वाले रिएक्टरों से उत्पन्न होने वाले एमओएक्स का उपयोग कर सकते हैं और अब नये यूरेनियम ईंधन की आवश्यकता नहीं होगी। | एमओएक्स ईंधन को प्रस्तुत करने से पहले उपस्थित परमाणु रिएक्टरों को फिर से लाइसेंस दिया जाना चाहिए क्योंकि इसका उपयोग करने से रिएक्टर की परिचालन विशेषताओं में परिवर्तन होता है और इसे लेने के लिए संयंत्र को थोड़ा डिजाइन या अनुकूलित किया जाना चाहिए। उदाहरण प्रत्येक कण के लिए अधिक [[नियंत्रण छड़|नियंत्रण छड़ों]] की आवश्यकता होती है। प्रायः ईंधन लोड का केवल एक तिहाई से आधा एमओएक्स पर स्विच किया जाता है। किन्तु50% से अधिक एमओएक्स लोडिंग के लिए महत्वपूर्ण परिवर्तन आवश्यक होते हैं और एक रिएक्टर को उसी के अनुसार डिजाइन करने की आवश्यकता होती है। प्रणाली[[बीएन-800 रिएक्टर]] डिज़ाइन विशेष रूप से फीनिक्स एरिजोना के पास यूएस [[पालो वर्डे न्यूक्लियर जनरेटिंग स्टेशन]] पर लगे हुए 100% एमओएक्स कोर संगतता के लिए डिज़ाइन किया गया था। किन्तुअभी तक सदैव ताजा कम समृद्ध यूरेनियम पर संचालित होता है। सिद्धांत रूप में तीन पालो वर्डे रिएक्टर प्रत्येक वर्ष सात ईंधन वाले रिएक्टरों से उत्पन्न होने वाले एमओएक्स का उपयोग कर सकते हैं और अब नये यूरेनियम ईंधन की आवश्यकता नहीं होगी। | ||
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== एमओएक्स ईंधन का उपयोग == | == एमओएक्स ईंधन का उपयोग == | ||
थर्मल रिएक्टरों से | थर्मल रिएक्टरों से व्ययकिए गए एमओएक्स ईंधन में बिना जले प्लूटोनियम की सामग्री महत्वपूर्ण है। जिसकी मात्रा प्रारंभिक प्लूटोनियम लोडिंग के 50% से अधिक हैं। चूंकि एमओएक्स के जलने के समय फिशाइल (विषम संख्या वाले) आइसोटोप का नॉन-फिशाइल (ईवन) से अनुपात बर्न अप के आधार पर लगभग 65% से 20% तक गिर जाता है। यह विखंडनीय समस्थानिकों को पुनर्प्राप्त करने के किसी भी प्रयास को कठिन बना देता है और किसी भी बल्क Pu को पुनर्प्राप्त करने के लिए किसी भी दूसरी पीढ़ी के एमओएक्स में Pu के इतने उच्च अंश की आवश्यकता होगी कि यह अव्यावहारिक होगा।{{why|date=January 2022}} इसका अर्थ यह है कि इस प्रकार से व्यय किए गए ईंधन को प्लूटोनियम के पुन: उपयोग (जलने) के लिए पुन: संसाधित करना कठिन होगा। Pu की कम घुलनशीलता के कारण [[चरण (पदार्थ)]] व्यय किए गए नाइट्रिक एसिड में एमओएक्स का नियमित पुनर्संसाधन कठिन है।<ref name="Burakov">{{cite book |last1=Burakov |first1=B. E. |last2=Ojovan |first2=M. I. |last3=Lee |first3=W. E. |title=Crystalline Materials for Actinide Immobilisation |publisher=Imperial College Press |location=London |page=58 |year=2010}}</ref> 2015 तक फेनिक्स फास्ट रिएक्टर में दो बार-पुनर्नवीनीकरण उच्च-बर्नअप ईंधन का एकमात्र प्रदर्शन हुआ।<ref>{{cite journal|title= Reprocessing of spent fast reactor nuclear fuels, Natarajan |doi=10.1016/B978-1-78242-212-9.00009-5 | year=2015|journal=Reprocessing and Recycling of Spent Nuclear Fuel|pages=213–243 | last1 = Natarajan | first1 = R.}}</ref> | ||
== वर्तमान अनुप्रयोग == | == वर्तमान अनुप्रयोग == | ||
[[File:SEMofusedMOX.jpg|thumb|340px|एक प्रयुक्त एमओएक्स, जिसमें 63 जीडब्ल्यू दिन (थर्मल) बर्नअप है और इलेक्ट्रॉन माइक्रोप्रोब अटैचमेंट का उपयोग करके [[स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप]] के साथ जांच की गई है। दाहिने हाथ में पिक्सेल जितना हल्का होगा। उस स्थान पर सामग्री की प्लूटोनियम सामग्री उतनी ही अधिक होगी।]]एमओएक्स बनाने के लिए वाणिज्यिक परमाणु ईंधन का परमाणु पुनर्संसाधन [[फ्रांस]] में और कुछ समय तक [[रूस]], [[भारत]] और [[जापान]] में किया जाता है। यूके में [[THORP|टीएचओआरपी]] 1994 से 2018 तक संचालित हुआ। [[चीन]] ने [[फास्ट ब्रीडर रिएक्टर]] और पुनर्संसाधन विकसित करने की योजना बनाई है। अप्रसार संबंधी विचारों के कारण संयुक्त राज्य अमेरिका में | [[File:SEMofusedMOX.jpg|thumb|340px|एक प्रयुक्त एमओएक्स, जिसमें 63 जीडब्ल्यू दिन (थर्मल) बर्नअप है और इलेक्ट्रॉन माइक्रोप्रोब अटैचमेंट का उपयोग करके [[स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप]] के साथ जांच की गई है। दाहिने हाथ में पिक्सेल जितना हल्का होगा। उस स्थान पर सामग्री की प्लूटोनियम सामग्री उतनी ही अधिक होगी।]]एमओएक्स बनाने के लिए वाणिज्यिक परमाणु ईंधन का परमाणु पुनर्संसाधन [[फ्रांस]] में और कुछ समय तक [[रूस]], [[भारत]] और [[जापान]] में किया जाता है। यूके में [[THORP|टीएचओआरपी]] 1994 से 2018 तक संचालित हुआ। [[चीन]] ने [[फास्ट ब्रीडर रिएक्टर]] और पुनर्संसाधन विकसित करने की योजना बनाई है। अप्रसार संबंधी विचारों के कारण संयुक्त राज्य अमेरिका में व्यय किए गए वाणिज्यिक-रिएक्टर परमाणु ईंधन के पुनर्संसाधन की अनुमति नहीं है। जर्मनी के पास [[वैकर्सडॉर्फ]] में एक पुनर्संसाधन संयंत्र की योजना थी। किन्तुजैसा कि यह प्रचलन में लाने में विफल रहा। इसके अतिरिक्त 2005 में पुनर्प्रसंस्करण के लिए जर्मन में व्यय किए गए ईंधन के परिवहन को प्रशासनिक रूप से गैर प्रशासनिक घोषित करने तक फ्रांसीसी परमाणु पुनर्संसाधन क्षमताओं पर निर्भर रहा।<ref>[https://rueckfuehrung.bgz.de/ Rücknahme radioaktiver Abfälle aus der Wiederaufarbeitung (In German)]</ref> | ||
संयुक्त राज्य अमेरिका दक्षिण कैरोलिना में [[सवाना नदी साइट]] पर एक एमओएक्स ईंधन संयंत्र का निर्माण कर रहा था। चूंकि [[टेनेसी घाटी प्राधिकरण]] (टीवीए) और [[ड्यूक एनर्जी]] ने हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के रूपांतरण से एमओएक्स रिएक्टर ईंधन का उपयोग करने में रुचि व्यक्त की।<ref>[http://chronicle.augusta.com/stories/2009/06/10/met_527123.shtml TVA might use MOX fuels from SRS], June 10, 2009</ref> टीवीए (वर्तमान में सबसे संभावित ग्राहक) ने अप्रैल 2011 में कहा था कि यह तब तक निर्णय लेने में देरी करेगा। जब तक कि यह नहीं समझ पाता कि [[फुकुशिमा दाइची]] में परमाणु दुर्घटना में एमओएक्स ईंधन ने कैसा प्रदर्शन किया।<ref>[https://www.nytimes.com/2011/04/11/us/11mox.html?_r=1 New Doubts About Turning Plutonium Into a Fuel], April 10, 2011</ref> मई 2018 में ऊर्जा विभाग ने बताया कि संयंत्र को पूरा करने के लिए और $48 बिलियन की आवश्यकता होगी। जो पहले से | संयुक्त राज्य अमेरिका दक्षिण कैरोलिना में [[सवाना नदी साइट]] पर एक एमओएक्स ईंधन संयंत्र का निर्माण कर रहा था। चूंकि [[टेनेसी घाटी प्राधिकरण]] (टीवीए) और [[ड्यूक एनर्जी]] ने हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के रूपांतरण से एमओएक्स रिएक्टर ईंधन का उपयोग करने में रुचि व्यक्त की।<ref>[http://chronicle.augusta.com/stories/2009/06/10/met_527123.shtml TVA might use MOX fuels from SRS], June 10, 2009</ref> टीवीए (वर्तमान में सबसे संभावित ग्राहक) ने अप्रैल 2011 में कहा था कि यह तब तक निर्णय लेने में देरी करेगा। जब तक कि यह नहीं समझ पाता कि [[फुकुशिमा दाइची]] में परमाणु दुर्घटना में एमओएक्स ईंधन ने कैसा प्रदर्शन किया।<ref>[https://www.nytimes.com/2011/04/11/us/11mox.html?_r=1 New Doubts About Turning Plutonium Into a Fuel], April 10, 2011</ref> मई 2018 में ऊर्जा विभाग ने बताया कि संयंत्र को पूरा करने के लिए और $48 बिलियन की आवश्यकता होगी। जो पहले से व्यय किए गए $7.6 बिलियन से अधिक है और बाद में इसका निर्माण बन्द कर दिया गया था।<ref>{{cite news |url=https://www.reuters.com/article/us-usa-plutonium-mox/trump-administration-kills-contract-for-plutonium-to-fuel-plant-idUSKCN1MM2N0 |title=Trump administration kills contract for plutonium-to-fuel plant |first=Timothy |last=Gardner |newspaper=Reuters |date=12 October 2018}}</ref> | ||
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* एमओएक्स ईंधन असेंबलियों में विखंडन गैस की रिहाई एमओएक्स ईंधन के अधिकतम बर्न-अप समय को सीमित कर सकती है। | * एमओएक्स ईंधन असेंबलियों में विखंडन गैस की रिहाई एमओएक्स ईंधन के अधिकतम बर्न-अप समय को सीमित कर सकती है। | ||
मूल रूप से एमओएक्स ईंधन में लोड किए गए प्लूटोनियम का लगभग 30% थर्मल रिएक्टर में उपयोग से क्रयमूल्य होता है। सिद्धांत रूप में यदि कोर ईंधन भार का एक तिहाई एमओएक्स और दो तिहाई यूरेनियम ईंधन है। तो | मूल रूप से एमओएक्स ईंधन में लोड किए गए प्लूटोनियम का लगभग 30% थर्मल रिएक्टर में उपयोग से क्रयमूल्य होता है। सिद्धांत रूप में यदि कोर ईंधन भार का एक तिहाई एमओएक्स और दो तिहाई यूरेनियम ईंधन है। तो व्यय किए गए परमाणु ईंधन में प्लूटोनियम के द्रव्यमान में शून्य शुद्ध परिवर्तन होता है और चक्र को दो बार प्रयोग किया जा सकता है। चूंकि व्यय किए गए एमओएक्स ईंधन के पुनर्संसाधन में कई कठिनाइयाँ बनी हुई हैं। 2010 तक प्लूटोनियम को केवल एक बार थर्मल रिएक्टरों में पुनर्नवीनीकरण किया जाता है और व्यय किए गए एमओएक्स ईंधन को शेष व्यय किए गए ईंधन से कचरे के रूप में संग्रहीत करने के लिए अलग किया जाता है।<ref name=NDA-options /> | ||
सभी प्लूटोनियम समस्थानिक या तो विखंडनीय या उर्वर होते हैं। चूंकि प्लूटोनियम-242 को विखंडनीय [[कोर्ट]]-245 बनने से पहले 3 न्यूट्रॉन को अवशोषित करने की आवश्यकता होती है। थर्मल रिएक्टरों में समस्थानिक क्षरण प्लूटोनियम रीसायकल क्षमता को सीमित करता है। वर्तमान [[LWR|एलडब्लूआरएस]] से | सभी प्लूटोनियम समस्थानिक या तो विखंडनीय या उर्वर होते हैं। चूंकि प्लूटोनियम-242 को विखंडनीय [[कोर्ट]]-245 बनने से पहले 3 न्यूट्रॉन को अवशोषित करने की आवश्यकता होती है। थर्मल रिएक्टरों में समस्थानिक क्षरण प्लूटोनियम रीसायकल क्षमता को सीमित करता है। वर्तमान [[LWR|एलडब्लूआरएस]] से व्यय किए गए परमाणु ईंधन का लगभग 1% प्लूटोनियम है। जिसकी अनुमानित समस्थानिक संरचना 52% है {{nuclide|Plutonium|239|link=yes}}, 24% {{nuclide|Plutonium|240|link=yes}}, 15% {{nuclide|Plutonium|241|link=yes}}, 6% {{nuclide|Plutonium|242|link=yes}} और 2% {{nuclide|Plutonium|238|link=yes}} जब ईंधन को पहली बार रिएक्टर से निकाला जाता है।<ref name=NDA-options /> | ||
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=== प्लूटोनियम पृथक्करण === | === प्लूटोनियम पृथक्करण === | ||
पहला प्रयास [[प्योरेक्स]] प्रक्रिया का उपयोग करके प्लूटोनियम को शेष यूरेनियम (लगभग 96% | पहला प्रयास [[प्योरेक्स]] प्रक्रिया का उपयोग करके प्लूटोनियम को शेष यूरेनियम (लगभग 96% व्यय किए गए ईंधन) और विखंडन उत्पादों को अन्य कचरे (एक साथ लगभग 3%) से अलग करना है। | ||
===सूखा मिश्रण=== | ===सूखा मिश्रण=== | ||
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== अमेरिका की सामग्री == | == अमेरिका की सामग्री == | ||
प्लूटोनियम के अल्पकालिक [[आइसोटोप]] के [[रेडियोधर्मी क्षय]] से उत्पन्न अशुद्धियों से उत्पन्न होने वाली समस्याओं से बचने के लिए पुन: संसाधित ईंधन से प्लूटोनियम सामान्यतः इसके उत्पादन के पांच वर्ष से कम समय के अन्दर एमओएक्स में निर्मित होता है। विशेष रूप से प्लूटोनियम-241 का 14 वर्ष के आधे जीवन के साथ अमेरिका -241 में क्षय होता है क्योंकि [[अमेरिकियम-241]] एक [[गामा किरण]] उत्सर्जक है। इसकी उपस्थिति एक संभावित [[व्यावसायिक सुरक्षा और स्वास्थ्य]] के लिए भय है। चूंकि रासायनिक पृथक्करण प्रक्रिया द्वारा प्लूटोनियम से [[रेडियोऐक्टिव]] को निकालना संभव है। यहां तक कि सबसे खराब परिस्थितियों में भी एमरिकियम या प्लूटोनियम मिश्रण | प्लूटोनियम के अल्पकालिक [[आइसोटोप]] के [[रेडियोधर्मी क्षय]] से उत्पन्न अशुद्धियों से उत्पन्न होने वाली समस्याओं से बचने के लिए पुन: संसाधित ईंधन से प्लूटोनियम सामान्यतः इसके उत्पादन के पांच वर्ष से कम समय के अन्दर एमओएक्स में निर्मित होता है। विशेष रूप से प्लूटोनियम-241 का 14 वर्ष के आधे जीवन के साथ अमेरिका -241 में क्षय होता है क्योंकि [[अमेरिकियम-241]] एक [[गामा किरण]] उत्सर्जक है। इसकी उपस्थिति एक संभावित [[व्यावसायिक सुरक्षा और स्वास्थ्य]] के लिए भय है। चूंकि रासायनिक पृथक्करण प्रक्रिया द्वारा प्लूटोनियम से [[रेडियोऐक्टिव]] को निकालना संभव है। यहां तक कि सबसे खराब परिस्थितियों में भी एमरिकियम या प्लूटोनियम मिश्रण व्यय-ईंधन विघटन एल्कोहल की तुलना में कम रेडियोधर्मी है। इसलिए यह प्यूरेक्स या अन्य जलीय पुनर्संसाधन विधि द्वारा प्लूटोनियम को पुनर्प्राप्त करने के लिए अपेक्षाकृत सरल होना चाहिए। | ||
Revision as of 08:20, 19 February 2023
मिश्रित ऑक्साइड ईंधन परमाणु ईंधन है। जिसे सामान्यतः एमओएक्स ईंधन के रूप में संदर्भित किया जाता है। जिसमें विखंडनीय सामग्री के एक से अधिक ऑक्साइड होते हैं और जिसमें सामान्यतः प्राकृतिक यूरेनियम, पुनर्संसाधित यूरेनियम या कम यूरेनियम के साथ मिश्रित प्लूटोनियम सम्मिलित होता है। एमओएक्स ईंधन कम समृद्ध यूरेनियम (एलईयू) ईंधन का एक विकल्प है। जिसका उपयोग हल्के-पानी रिएक्टरों में किया जाता है। जो परमाणु ऊर्जा उत्पादन को प्रबल और तीव्र करता है।
उदाप्रत्येकण के लिए 7% प्लूटोनियम और 93% प्राकृतिक यूरेनियम का मिश्रण समान रूप से प्रतिक्रिया करता है। चूंकि एलईयू ईंधन (3 से 5% यूरेनियम -235) के लिए एमओएक्स में सामान्यतः दो चरण होते हैं: पहला UO2 और दूसरा PuO2 और एक एकल चरण ठोस समाधान (U,Pu)O2 की सामग्री परमाणु रिएक्टर के प्रकार के आधार पर PuO21.5 wt.% से 25–30 wt.% तक भिन्न हो सकता है।
एमओएक्स ईंधन का एक आकर्षण यह है कि यह अधिशेष हथियार-ग्रेड परमाणु सामग्री का उपयोग करने का एक प्रकार है| हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम, अधिशेष प्लूटोनियम के भंडारण का एकमात्र विकल्प है। जिसे परमाणु हथियारों में उपयोग के लिए चोरी के हानि से सुरक्षित करने की आवश्यकता होगी।[1][2] दूसरी ओर कुछ अध्ययनों ने चेतावनी दी है कि एमओएक्स ईंधन के वैश्विक व्यावसायिक उपयोग को सामान्य करने और परमाणु पुनर्संसाधन के संबंधित विस्तार से परमाणु प्रसार के हानि को कम करने के अतिरिक्त असैन्य परमाणु में व्ययकिए गए ईंधन चक्र से प्लूटोनियम के बढ़ते पृथक्करण को प्रोत्साहित करके वृद्धि होगी।[3][4][5]
निरीक्षण
प्रत्येक यूरेनियम आधारित परमाणु रिएक्टर कोर में यूरेनियम-235 जैसे यूरेनियम समस्थानिकों का परमाणु विखंडन होता है और न्यूट्रॉन कैप्चर के कारण नए और भारी समस्थानिकों का निर्माण होता है। मुख्य रूप से यूरेनियम-238 द्वारा रिएक्टर में अधिकांश ईंधन द्रव्यमान यूरेनियम-238 है। न्यूट्रॉन कैप्चर और दो क्रमिक बीटा क्षय से यूरेनियम-238 प्लूटोनियम-239 बन जाता है। जो क्रमिक न्यूट्रॉन कैप्चर द्वारा प्लूटोनियम-240, प्लूटोनियम-241, प्लूटोनियम-242, और (आगे बीटा क्षय के बाद) अन्य ट्रांसयूरानिक या एक्टिनाइड न्यूक्लाइड बन जाता है। प्लूटोनियम-239 और प्लूटोनियम-241 विखंडनीय पदार्थ हैं। जैसे यूरेनियम-238। इसी प्रकार यूरेनियम-235 से यूरेनियम-236, नैप्टुनियम-237 तथा प्लूटोनियम -238 की अल्प मात्राएँ बनती हैं।
सामान्यतः एलईयू ईंधन को प्रत्येक पांच वर्ष में बदल दिया जाता है। रिएक्टर में अधिकांश प्लूटोनियम-239 जल जाता है। यह यूरेनियम-235 की प्रकार व्यवहार करता है। विखंडन के लिए थोड़ा अधिक परमाणु क्रॉस सेक्शन होता है और इसका विखंडन समान मात्रा में ऊर्जा जारी करता है। सामान्यतः एक रिएक्टर से निकलने वाले प्रयुक्त परमाणु ईंधन का लगभग एक प्रतिशत प्लूटोनियम होता है और प्लूटोनियम का लगभग दो-तिहाई प्लूटोनियम-239 होता है। विश्न में प्रत्येक वर्ष लगभग 100 टन प्लूटोनियम व्ययकिए गए ईंधन में उत्पन्न होता है।
उपयोग करने योग्य ईंधन में प्लूटोनियम को पुन: संसाधित करने से मूल यूरेनियम से प्राप्त ऊर्जा में लगभग 12% की वृद्धि होती है और यदि यूरेनियम-235 को भी पुन: संवर्धन द्वारा पुनर्नवीनीकरण किया जाता है। तो यह लगभग 20% हो जाता है।[6] वर्तमान में प्लूटोनियम को केवल पुनर्संसाधित किया जाता है और एक बार एमओएक्स ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है; सामान्यत एक्टिनाइड्स और प्लूटोनियम आइसोटोप के उच्च अनुपात के साथ व्ययकिए गए एमओएक्स ईंधन को अपशिष्ट के रूप में संग्रहीत किया जाता है।
एमओएक्स ईंधन को प्रस्तुत करने से पहले उपस्थित परमाणु रिएक्टरों को फिर से लाइसेंस दिया जाना चाहिए क्योंकि इसका उपयोग करने से रिएक्टर की परिचालन विशेषताओं में परिवर्तन होता है और इसे लेने के लिए संयंत्र को थोड़ा डिजाइन या अनुकूलित किया जाना चाहिए। उदाहरण प्रत्येक कण के लिए अधिक नियंत्रण छड़ों की आवश्यकता होती है। प्रायः ईंधन लोड का केवल एक तिहाई से आधा एमओएक्स पर स्विच किया जाता है। किन्तु50% से अधिक एमओएक्स लोडिंग के लिए महत्वपूर्ण परिवर्तन आवश्यक होते हैं और एक रिएक्टर को उसी के अनुसार डिजाइन करने की आवश्यकता होती है। प्रणालीबीएन-800 रिएक्टर डिज़ाइन विशेष रूप से फीनिक्स एरिजोना के पास यूएस पालो वर्डे न्यूक्लियर जनरेटिंग स्टेशन पर लगे हुए 100% एमओएक्स कोर संगतता के लिए डिज़ाइन किया गया था। किन्तुअभी तक सदैव ताजा कम समृद्ध यूरेनियम पर संचालित होता है। सिद्धांत रूप में तीन पालो वर्डे रिएक्टर प्रत्येक वर्ष सात ईंधन वाले रिएक्टरों से उत्पन्न होने वाले एमओएक्स का उपयोग कर सकते हैं और अब नये यूरेनियम ईंधन की आवश्यकता नहीं होगी।
फास्ट न्यूट्रॉन बीएन-600 रिएक्टर बीएन-600 और बीएन-800 रिएक्टरों को 100% मॉक्स लोडिंग के लिए डिज़ाइन किया गया है। 2022 में बीएन-800 को पहली बार मॉक्स ईंधन से पूरी प्रकार लोड किया गया था।[7] कनाडा लिमिटेड की परमाणु ऊर्जा (एईसीएल) के अनुसार कैनडू रिएक्टर बिना भौतिक संशोधन के 100% मॉक्स कोर का उपयोग कर सकते हैं।[8][9] एईसीएल ने प्लूटोनियम डिस्पोजल पर यूनाइटेड स्टेट्स नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज कमेटी को बताया कि 0.5 से 3% प्लूटोनियम युक्त एमओएक्स ईंधन के उपयोग के परीक्षण में इसका व्यापक अनुभव है।
एमओएक्स ईंधन का उपयोग
थर्मल रिएक्टरों से व्ययकिए गए एमओएक्स ईंधन में बिना जले प्लूटोनियम की सामग्री महत्वपूर्ण है। जिसकी मात्रा प्रारंभिक प्लूटोनियम लोडिंग के 50% से अधिक हैं। चूंकि एमओएक्स के जलने के समय फिशाइल (विषम संख्या वाले) आइसोटोप का नॉन-फिशाइल (ईवन) से अनुपात बर्न अप के आधार पर लगभग 65% से 20% तक गिर जाता है। यह विखंडनीय समस्थानिकों को पुनर्प्राप्त करने के किसी भी प्रयास को कठिन बना देता है और किसी भी बल्क Pu को पुनर्प्राप्त करने के लिए किसी भी दूसरी पीढ़ी के एमओएक्स में Pu के इतने उच्च अंश की आवश्यकता होगी कि यह अव्यावहारिक होगा।[why?] इसका अर्थ यह है कि इस प्रकार से व्यय किए गए ईंधन को प्लूटोनियम के पुन: उपयोग (जलने) के लिए पुन: संसाधित करना कठिन होगा। Pu की कम घुलनशीलता के कारण चरण (पदार्थ) व्यय किए गए नाइट्रिक एसिड में एमओएक्स का नियमित पुनर्संसाधन कठिन है।[10] 2015 तक फेनिक्स फास्ट रिएक्टर में दो बार-पुनर्नवीनीकरण उच्च-बर्नअप ईंधन का एकमात्र प्रदर्शन हुआ।[11]
वर्तमान अनुप्रयोग
एमओएक्स बनाने के लिए वाणिज्यिक परमाणु ईंधन का परमाणु पुनर्संसाधन फ्रांस में और कुछ समय तक रूस, भारत और जापान में किया जाता है। यूके में टीएचओआरपी 1994 से 2018 तक संचालित हुआ। चीन ने फास्ट ब्रीडर रिएक्टर और पुनर्संसाधन विकसित करने की योजना बनाई है। अप्रसार संबंधी विचारों के कारण संयुक्त राज्य अमेरिका में व्यय किए गए वाणिज्यिक-रिएक्टर परमाणु ईंधन के पुनर्संसाधन की अनुमति नहीं है। जर्मनी के पास वैकर्सडॉर्फ में एक पुनर्संसाधन संयंत्र की योजना थी। किन्तुजैसा कि यह प्रचलन में लाने में विफल रहा। इसके अतिरिक्त 2005 में पुनर्प्रसंस्करण के लिए जर्मन में व्यय किए गए ईंधन के परिवहन को प्रशासनिक रूप से गैर प्रशासनिक घोषित करने तक फ्रांसीसी परमाणु पुनर्संसाधन क्षमताओं पर निर्भर रहा।[12]
संयुक्त राज्य अमेरिका दक्षिण कैरोलिना में सवाना नदी साइट पर एक एमओएक्स ईंधन संयंत्र का निर्माण कर रहा था। चूंकि टेनेसी घाटी प्राधिकरण (टीवीए) और ड्यूक एनर्जी ने हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के रूपांतरण से एमओएक्स रिएक्टर ईंधन का उपयोग करने में रुचि व्यक्त की।[13] टीवीए (वर्तमान में सबसे संभावित ग्राहक) ने अप्रैल 2011 में कहा था कि यह तब तक निर्णय लेने में देरी करेगा। जब तक कि यह नहीं समझ पाता कि फुकुशिमा दाइची में परमाणु दुर्घटना में एमओएक्स ईंधन ने कैसा प्रदर्शन किया।[14] मई 2018 में ऊर्जा विभाग ने बताया कि संयंत्र को पूरा करने के लिए और $48 बिलियन की आवश्यकता होगी। जो पहले से व्यय किए गए $7.6 बिलियन से अधिक है और बाद में इसका निर्माण बन्द कर दिया गया था।[15]
थर्मल रिएक्टर
उच्च बर्न अप यूरेनियम ऑक्साइड ईंधन का उपयोग करने वाले अधिकांश आधुनिक थर्मल रिएक्टर कोर के जीवन में पहले यूरेनियम 238 में न्यूट्रॉन कैप्चर द्वारा उत्पादित प्लूटोनियम के विखंडन से कोर जीवन के अंत में उनके उत्पादन का अत्यधिक महत्वपूर्ण अनुपात उत्पन्न करते हैं। इसलिए कुछ प्लूटोनियम ऑक्साइड को जोड़ते हैं। निर्माण में ईंधन सिद्धांत रूप में एक बहुत ही