भारत का 3-चरणीय परमाणु कार्यक्रम

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

भारत का 3-चरणीय परमाणु कार्यक्रम देश के विशाल थोरियम-232 भंडारों का दोहन करने के लिए बनाया गया था।

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

• एक श्रृंखला की अभिक्रियाओं के बाद इसे उपयोगी विखंड्य रूप में परिवर्तित किया जाना चाहिए। भारतीय वैज्ञानिक डॉ. होमी जे. भाभा ने इसे सरल बनाने और अंततः अपने थोरियम भंडारों से परमाणु ऊर्जा विकसित करने के लिए एक 3-चरणीय परमाणु कार्यक्रम तैयार किया।

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

3-चरणीय परमाणु कार्यक्रम के तीन चरण हैं:

• प्राकृतिक यूरेनियम से संचालित प्रेशराइज्ड हेवी वाटर रिएक्टर (PHWRs)

• प्लूटोनियम आधारित ईंधन का उपयोग करने वाले फास्ट ब्रीडर रिएक्टर (FBRs)

• थोरियम का उपयोग करने वाले उन्नत परमाणु ऊर्जा प्रणाल

भारत के 3-चरणीय परमाणु कार्यक्रम की पृष्ठभूमि

भारत का तीन-चरणीय परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम 1954 में डॉ. होमी भाभा द्वारा बनाया गया था। इसे भारत को ऊर्जा सुरक्षा प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। प्राथमिक उद्देश्य भारत के बड़े थोरियम भंडारों का उपयोग करना था, जबकि इसके सीमित यूरेनियम भंडारों को ध्यान में रखा गया।

• भारत के पास दुनिया के थोरियम भंडारों का 25% है, लेकिन यूरेनियम भंडारों का केवल लगभग 2% है।

• परमाणु ऊर्जा सुविधाओं का निर्माण पहली बार 1950 के दशक की शुरुआत में किया गया था। हाल ही तक, यूरेनियम परमाणु बिजली रिएक्टरों में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला ईंधन था।

• इसलिए, एचजे भाभा ने एक आत्मनिर्भर तकनीक प्रस्तुत की। यह रणनीति आयात पर निर्भरता को कम करेगी। तीन चरणों वाला परमाणु कार्यक्रम चार वर्ष बाद 1958 में भारत सरकार द्वारा औपचारिक रूप से अपनाया गया।

• इसके अतिरिक्त, कार्यक्रम की मंजूरी से दो वर्ष पहले भारत का पहला परमाणु रिएक्टर, APSARA, संचालन में आया।

तीन चरणों वाले परमाणु कार्यक्रम के उद्देश्य

• भारत के पास विश्व के थोरियम भंडार का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है लेकिन यूरेनियम भंडार का केवल एक छोटा हिस्सा है।

• यूरेनियम के विपरीत, थोरियम स्वाभाविक रूप से विखंडनशील नहीं है, जिसका अर्थ है कि यह परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए नहीं रख सकता और स्वयं ऊर्जा उत्पन्न नहीं कर सकता।

• हालांकि, थोरियम को U-233 नामक एक अन्य विखंडनशील तत्व में परिवर्तित किया जा सकता है, जिसे प्रायः परमाणु ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है।

• U-233 के बहु-चरणीय प्रजनन और थोरियम ईंधन चक्र की स्थापना की जटिलता 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 चरणों वाला परमाणु कार्यक्रम; प्रक्रिया

भारत के परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम की शुरुआत के चार दशक से अधिक समय पहले से, परमाणु ऊर्जा को एक स्थायी संसाधन के रूप में हमारे देश के लिए महत्वपूर्ण माना गया। एक व्यापक तीन-चरणीय परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम तैयार किया गया, जो एक बंद परमाणु ईंधन चक्र पर केंद्रित है।

ये तीन चरण इस प्रकार हैं:

प्रेशराइज्ड हेवी वाटर रिएक्टर (PHWRs) प्राकृतिक यूरेनियम से ईंधनित होते हैं।
फास्ट ब्रीडर रिएक्टर (FBRs) का कार्यान्वयन जो प्लूटोनियम आधारित ईंधन का उपयोग करते हैं।
थोरियम को 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, उपलब्ध संसाधनों और तकनीकी प्रगति का इष्टतम उपयोग करते हुए।

चरण I

• भारत के परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम का पहला चरण प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग करके PHWRs को ईंधन देता है ताकि बिजली और प्लूटोनियम-239 उत्पाद के रूप में उत्पन्न हो।

• PHWRs को चुना गया क्योंकि वे यूरेनियम उपयोग की दृष्टि से कुशल हैं।

• यह गणना की गई कि यूरेनियम समृद्धि सुविधाओं की तुलना में हेवी वाटर उत्पादन सुविधाएँ बनाना आसान होगा।

• LWRs के बजाय PHWRs का उपयोग करना एक बुद्धिमान निर्णय था क्योंकि PHWRs असमृद्ध यूरेनियम का उपयोग करते हैं, जिसे भारत स्वदेश में उत्पादित कर सकता है।

• उत्पाद के रूप में मिला प्लूटोनियम-239 कार्यक्रम के दूसरे चरण में उपयोग किया जाएगा।

यहाँ पहले चरण में उपयोग किए गए रिएक्टर हैं:

बॉयलिंग वाटर रिएक्टर
प्रेशराइज्ड हेवी वाटर रिएक्टर
प्रेशराइज्ड वाटर रिएक्टर

चरण II

• परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम के दूसरे चरण में, प्लूटोनियम-239 का उपयोग मिक्स्ड-ऑक्साइड ईंधन बनाने के लिए किया जाता है जिसे फास्ट ब्रीडर रिएक्टर में उपयोग किया जाता है।

• प्लूटोनियम-239 विखंडन से ऊर्जा उत्पन्न करता है, और परिणामी धातु ऑक्साइड को समृद्ध यूरेनियम के साथ मिलाकर अतिरिक्त प्लूटोनियम-239 उत्पादित किया जाता है।

• इसके अलावा, एक बार पर्याप्त मात्रा में प्लूटोनियम-239 जमा हो जाने पर, रिएक्टर में थोरियम का उपयोग यूरेनियम-233 उत्पन्न करने के लिए किया जाएगा। यह यूरेनियम-233 कार्यक्रम के तीसरे चरण का एक महत्वपूर्ण घटक है।

• फास्ट ब्रीडर रिएक्टर, जिसे पहली बार तमिलनाडु के कल्पक्कम में स्थापित किया गया था, मॉडरेटर के बिना संचालित होता है और तरल सोडियम को कूलेंट के रूप में उपयोग करता है। इसे आमतौर पर फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर भी कहा जाता है।

चरण III

• भारत के परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम का तीसरा चरण 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 उपजाऊ सामग्री है, जिसका अर्थ है कि इसका उपयोग विखंड्य सामग्री उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। तीसरे चरण में थोरियम का उपयोग थर्मल ब्रीडर रिएक्टरों में किया जाएगा।

• ये रिएक्टर थोरियम का उपयोग यूरेनियम-233 उत्पन्न करने के लिए करेंगे, जिसका उपयोग फिर अन्य रिएक्टरों को ईंधन देने के लिए किया जा सकता है।

• तीसरे चरण में थोरियम के उपयोग से यह सुनिश्चित करने में मदद मिलेगी कि भारत के पास परमाणु ईंधन की एक सतत आपूर्ति है।

यहां परमाणु ऊर्जा में थोरियम के उपयोग की कुछ चुनौतियां दी गई हैं:

थोरियम का सीधे उपयोग नहीं किया जा सकता। इसका उपयोग अतिरिक्त विखंड्य सामग्री के साथ करना होता है।

थोरियम न्यूट्रॉनों को अवशोषित करता है, जिससे एक फास्ट ब्रीडर रिएक्टर में अधिक कुशलता से अधिक प्लूटोनियम उत्पन्न होता है।

इसका अर्थ है कि परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम के पहले या दूसरे चरण के प्रारंभिक भाग में थोरियम का उपयोग करने से प्रारंभिक अवधिय में परमाणु ऊर्जा उत्पादन क्षमता की वृद्धि दर पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ेगा।

थोरियम प्रौद्योगिकी के लाभ क्या हैं?

• थोरियम आधारित रिएक्टर सुरक्षा की बेहतर सुविधाएँ प्रदान करते हैं, क्योंकि इसकी अभिक्रिया को तेजी से रोका जा सकता है और इसके लिए अत्यधिक दबाव की आवश्यकता नहीं होती है।

• यूरेनियम रिएक्टरों की तुलना में, थोरियम रिएक्टर काफी कम अपशिष्ट उत्पन्न करते हैं। जो अपशिष्ट वे उत्पन्न करते हैं, उसकी अर्धायु अवधि बहुत कम होती है।

• थोरियम को एक नए प्राथमिक ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करना कई वर्षों से रोचक रहा है।

• हालाँकि, इसकी संभावित ऊर्जा मूल्य को लागत-प्रभावी तरीके से प्रभावी ढंग से उपयोग करना अभी भी चुनौतीपूर्ण है और इसके लिए पर्याप्त अनुसंधान और विकास निवेश की आवश्यकता होती है।

• लोहे और यूरेनियम की तरह, थोरियम भी प्रकृति में एक मूलभूत तत्व है।

• यूरेनियम की तरह, इसके गुण एक परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया को प्रारंभ करने में सक्षम बनाते हैं जो एक बिजली संयंत्र को संचालित करने और ऊर्जा उत्पन्न करने में सक्षम है। हालाँकि, थोरियम स्वयं विखंडन नहीं करता 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। निषेचनीय थोरियम को निषेचनीय U-233 में परिवर्तित करने के लिए सीमित मात्रा में विखंडनीय सामग्री उपलब्ध है।

• भारत ने प्रयोगशालाओं में कार्यक्रम से संबंधित सभी प्रौद्योगिकियों का परीक्षण किया है, लेकिन उसे और अधिक विखंडनीय सामग्री की आवश्यकता है।

• कार्यक्रम पूरा होने के बाद भी, रखरखाव, दुर्घटना रोकथाम और परमाणु अपशिष्ट निपटान में चुनौतियाँ बनी रहेंगी। हालाँकि, तकनीकी नवाचार से इन चुनौतियों को काफी हद तक कम किया जा सकता है।

• सरकार को भूमि अधिग्रहण और परमाणु बिजली संयंत्रों के लिए उपयुक्त स्थान खोजने में सहायता की आवश्यकता हो सकती है।

• खर्च किए गए ईंधन को संभालना और/या पुनर्चक्रित करना गामा किरणों को ढालने में कठिनाई के कारण अधिक महंगा है।

• परमाणु उद्योग अत्यधिक रूढ़िवादी है, और थोरियम की मुख्य चुनौती इसके संचालन अनुभव की कमी है।

• थोरियम डाइऑक्साइड उस तापमान पर पिघलता है जो यूरेनियम डाइऑक्साइड से 550 डिग्री अधिक है। इसलिए उच्च गुणवत्ता वाला ठोस ईंधन बनाने के लिए बहुत उच्च तापमान आवश्यक होते हैं।

भारत में परमाणु रिएक्टर

भारत में कोयले, गैस, पवन और जलविद्युत के बाद परमाणु ऊर्जा ऊर्जा उत्पादन का पाँचवाँ सबसे बड़ा स्रोत है। भारत के पास 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

दीर्घकालिक ऊर्जा सुरक्षा, जो मुख्यतः स्वदेशी संसाधनों पर आधारित है, भारत जैसे बड़े देश के लिए आर्थिक और रणनीतिक दोनों दृष्टियों से एक आवश्यक और अपरिहार्य आवश्यकता है। ऊर्जा संसाधनों का सतत विकास कई पहलुओं वाला है, जैसे कि वैश्विक पर्यावरणीय, पारिस्थितिक और सामाजिक कारक आर्थिक, तकनीकी और राजनीतिक कारकों के अतिरिक्त। ये कारक भविष्य के विभिन्न बिंदुओं पर हमारी ऊर्जा मिश्रण की आदर्श संरचना को निर्धारित करेंगे।