भारतातील ३ टप्प्यांचा अणुऊर्जा कार्यक्रम

भारतातील ३ टप्प्यांचा अणुऊर्जा कार्यक्रम स्वर्गीय एच. जे. भाभा यांनी विकसित केला होता, त्यांना कधीकधी भारताचे अणुऊर्जा विकासाचे जनक म्हणून ओळखले जाते.

भारतातील ३ टप्प्यांचा अणुऊर्जा कार्यक्रम देशातील प्रचंड थोरियम-२३२ साठ्याचा वापर करण्यासाठी रचला गेला होता.

• हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की भारताकडे जगातील तिसऱ्या क्रमांकाचे सर्वात मोठे थोरियम साठे आहेत. तथापि, थोरियमचा वापर त्याच्या नैसर्गिक स्थितीत इंधन म्हणून करता येत नाही.

• अनेक प्रतिक्रियांच्या क्रमानंतर, त्याचे एक उपयुक्त विखंडनक्षम स्वरूपात रूपांतर करणे आवश्यक आहे. भारतीय शास्त्रज्ञ डॉ. होमी जे. भाभा यांनी हे साध्य करण्यासाठी आणि शेवटी त्यांच्या थोरियम साठ्यावरून अणुऊर्जा विकसित करण्यासाठी एक ३ टप्प्यांचा अणुऊर्जा कार्यक्रम रचला.

बंद अणु इंधन चक्रावर आधारित ३ टप्प्यांच्या अणुऊर्जा कार्यक्रमाची योजना तयार करण्यात आली.

३ टप्प्यांच्या अणुऊर्जा कार्यक्रमाचे ३ टप्पे खालीलप्रमाणे आहेत:

• नैसर्गिक युरेनियम-इंधनित प्रेशरायझ्ड हेवी वॉटर रिऍक्टर्स (PHWRs)
• प्लुटोनियम-आधारित इंधन वापरणारे फास्ट ब्रीडर रिऍक्टर्स (FBRs)
• थोरियम वापरणारी प्रगत अणुऊर्जा प्रणाली.

भारताच्या ३ टप्प्यांच्या अणुऊर्जा कार्यक्रमाची पार्श्वभूमी

भारताचा तीन-टप्प्यांचा अणुऊर्जा कार्यक्रम १९५४ मध्ये डॉ. होमी भाभा यांनी तयार केला होता. हे भारताला ऊर्जा सुरक्षा देण्यासाठी रचले गेले होते. प्राथमिक उद्दिष्ट म्हणजे भारताच्या लहान युरेनियम साठ्याचा विचार करताना त्याच्या मोठ्या थोरियम साठ्याचा वापर करणे.

• भारताकडे जगातील २५% थोरियम साठे आहेत परंतु जगातील फक्त सुमारे २% युरेनियम साठे आहेत.
• अणुऊर्जा सुविधा प्रथमच १९५० च्या दशकाच्या सुरुवातीच्या काळात तयार करण्यात आल्या. अलिकडच्या काळापर्यंत, युरेनियम हे अणुऊर्जा रिऍक्टर्समध्ये सर्वात जास्त वापरले जाणारे इंधन होते.
• म्हणून, एच.जे. भाभा यांनी एक स्वयंपूर्ण तंत्र सादर केले. ही रणनीती आयातीवरील अवलंबन कमी करेल. ३ टप्प्यांचा अणुऊर्जा कार्यक्रम चार वर्षांनंतर, १९५८ मध्ये भारत सरकारने औपचारिकरित्या स्वीकारला.
• याव्यतिरिक्त, कार्यक्रमाच्या मंजुरीच्या दोन वर्षांपूर्वी, भारताचा पहिला अणुभट्टी, अप्सरा, कार्यान्वित झाला.

३ टप्प्यांच्या अणुऊर्जा कार्यक्रमाची उद्दिष्टे

• भारताकडे जगातील थोरियम साठ्याचा एक महत्त्वाचा भाग आहे परंतु जागतिक युरेनियम साठ्याचा फक्त एक लहान वाटा आहे.
• युरेनियमच्या विपरीत, थोरियम स्वाभाविकपणे विखंडनक्षम नाही, म्हणजेच तो अणु साखळी प्रतिक्रिया टिकवू शकत नाही आणि स्वतःच ऊर्जा निर्माण करू शकत नाही.
• तथापि, थोरियमचे दुसर्या विखंडनक्षम घटकात रूपांतर केले जाऊ शकते ज्याला यू-२३३ म्हणतात, ज्याचा वारंवार अणु इंधन म्हणून वापर केला जातो.
• यू-२३३ ची निर्मिती करण्याच्या आणि थोरियम इंधन चक्र स्थापित करण्याच्या बहु-चरणीय स्वरूपामुळे, भारताने तीन-टप्प्यांचा कार्यक्रम लागू केला आहे.

हा कार्यक्रम थोरियम इंधन चक्र यशस्वीरित्या पूर्ण करण्याचा आणि देशाच्या ऊर्जा गरजा पूर्ण करण्यासाठी स्वयंपूर्णता प्राप्त करण्याचा उद्देश ठेवतो.

३ टप्प्यांचा अणुऊर्जा कार्यक्रम: प्रक्रिया

चार दशकांपूर्वी भारताच्या अणुऊर्जा कार्यक्रमाच्या सुरुवातीपासून, आपल्या देशासाठी शाश्वत संसाधन म्हणून अणुऊर्जेचे महत्त्व ओळखले गेले. बंद अणु इंधन चक्रावर लक्ष केंद्रित करून एक व्यापक तीन-टप्प्यांचा अणुऊर्जा कार्यक्रम तयार करण्यात आला.

हे तीन टप्पे खालीलप्रमाणे आहेत:

प्रेशरायझ्ड हेवी वॉटर रिऍक्टर्स (PHWRs) नैसर्गिक युरेनियमद्वारे इंधनित केले जातात. प्लुटोनियम-आधारित इंधन वापरणारे फास्ट ब्रीडर रिऍक्टर्स (FBRs) ची अंमलबजावणी. थोरियमचा संसाधन म्हणून वापर करण्यासाठी प्रगत अणुऊर्जा प्रणालींचा विकास.

या तीन-टप्प्यांच्या कार्यक्रमाचा उद्देश भारतातील एक शाश्वत आणि स्वावलंबी अणुऊर्जा क्षेत्र सुनिश्चित करणे आहे, ज्यामध्ये उपलब्ध संसाधने आणि तांत्रिक प्रगतीचा सर्वोत्तम वापर केला जाईल.

पहिला टप्पा

• भारताच्या अणुऊर्जा कार्यक्रमाच्या पहिल्या टप्प्यात PHWRs ला इंधन देण्यासाठी नैसर्गिक युरेनियमचा वापर केला जातो ज्यामुळे वीज निर्माण होते आणि उपउत्पादन म्हणून प्लुटोनियम-२३९ तयार होते.
• PHWRs निवडण्यात आले कारण ते युरेनियम वापराच्या बाबतीत कार्यक्षम आहेत.
• युरेनियम संवर्धन सुविधांपेक्षा जड पाण्याचे उत्पादन निर्माण करणे सोपे होईल असे गणित केले गेले.
• LWRs ऐवजी PHWRs चा वापर करणे हा एक शहाणपणाचा निर्णय होता कारण PHWRs असंवर्धित युरेनियम वापरतात, जे भारत देशांतर्गत उत्पादन करू शकतो.
• उपउत्पादन प्लुटोनियम-२३९ चा वापर कार्यक्रमाच्या दुसऱ्या टप्प्यात केला जाईल.

पहिल्या टप्प्यात वापरले जाणारे रिऍक्टर्स येथे आहेत:

बॉईलिंग वॉटर रिऍक्टर प्रेशरायझ्ड हेवी वॉटर रिऍक्टर प्रेशरायझ्ड वॉटर रिऍक्टर

दुसरा टप्पा

• अणुऊर्जा कार्यक्रमाच्या दुसऱ्या टप्प्यात, फास्ट ब्रीडर रिऍक्टर्समध्ये वापरण्यासाठी मिश्रित-ऑक्साईड इंधन तयार करण्यासाठी प्लुटोनियम-२३९ चा वापर केला जातो.
• प्लुटोनियम-२३९ विखंडन होऊन ऊर्जा निर्माण करतो आणि परिणामी धातू ऑक्साईड संवर्धित युरेनियमसह मिसळून अतिरिक्त प्लुटोनियम-२३९ तयार केला जातो.
• शिवाय, एकदा प्लुटोनियम-२३९ ची पुरेशी मात्रा जमा झाल्यानंतर, युरेनियम-२३३ तयार करण्यासाठी रिऍक्टरमध्ये थोरियमचा वापर केला जाईल. हे युरेनियम-२३३ कार्यक्रमाच्या तिसऱ्या टप्प्यासाठी एक महत्त्वाचा घटक आहे.
• तमिळनाडूतील कल्पक्कम येथे प्रथम स्थापन करण्यात आलेला फास्ट ब्रीडर रिऍक्टर, मध्यस्थ (मॉडरेटर) शिवाय चालतो आणि शीतलक म्हणून द्रव सोडियम वापरतो. याला सामान्यतः फास्ट न्यूट्रॉन रिऍक्टर असेही म्हणतात.

तिसरा टप्पा

• भारताच्या अणुऊर्जा कार्यक्रमाचा तिसरा टप्पा एक शाश्वत अणु इंधन चक्र साध्य करण्यासाठी रचला गेला आहे.
• हे युरेनियम-२३३ आणि थोरियमचे मिश्रण वापरून केले जाईल.
• थोरियम हे एक सुपीक साहित्य आहे, म्हणजेच त्याचा वापर विखंडनक्षम साहित्य तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. तिसऱ्या टप्प्यात, थर्मल ब्रीडर रिऍक्टर्समध्ये थोरियमचा वापर केला जाईल.
• हे रिऍक्टर्स युरेनियम-२३३ तयार करण्यासाठी थोरियम वापरतील, ज्याचा नंतर इतर रिऍक्टर्सला इंधन देण्यासाठी वापर केला जाऊ शकतो.
• तिसऱ्या टप्प्यात थोरियमचा वापर केल्याने भारताकडे अणु इंधनाचा शाश्वत पुरवठा आहे याची खात्री करण्यात मदत होईल.

अणुऊर्जेमध्ये थोरियम वापरण्याच्या काही आव्हाने येथे आहेत:

थोरियमचा थेट वापर करता येत नाही. त्यास जोडलेल्या विखंडनक्षम साहित्यासह वापरावे लागते. थोरियम न्यूट्रॉन शोषून घेतो, फास्ट ब्रीडर रिऍक्टरमध्ये अधिक कार्यक्षमतेने अधिक प्लुटोनियम तयार करतो. याचा अर्थ असा की अणुऊर्जा कार्यक्रमाच्या पहिल्या किंवा दुसऱ्या टप्प्याच्या सुरुवातीच्या भागात थोरियम वापरल्यास सुरुवातीच्या कालावधीत अणुऊर्जा निर्मिती क्षमतेच्या वाढीच्या दरावर प्रतिकूल परिणाम होईल.

थोरियम तंत्रज्ञानाचे फायदे काय आहेत?

• थोरियम-आधारित रिऍक्टर्स उन्नत सुरक्षा वैशिष्ट्ये ऑफर करतात, कारण प्रतिक्रिया त्वरीत थांबवता येते आणि तीव्र दबावाची आवश्यकता नसते.
• युरेनियम रिऍक्टर्सच्या तुलनेत, थोरियम रिऍक्टर्स लक्षणीय कमी कचरा निर्माण करतात. ते जो कचरा निर्माण करतात त्याचा अर्धायुकाल खूपच कमी असतो.
• नवीन प्राथमिक ऊर्जा स्रोत म्हणून थोरियमचा वापर करणे अनेक वर्षांपासून मनोरंजक आहे.
• तथापि, त्याच्या सुप्त ऊर्जा मूल्याचा किफायतशीरपणे प्रभावीपणे वापर करणे आव्हानात्मक राहते आणि त्यासाठी लक्षणीय संशोधन आणि विकास गुंतवणूक आवश्यक आहे.
• लोह आणि युरेनियम प्रमाणेच, थोरियम हा निसर्गातील एक मूलभूत घटक आहे.
• युरेनियम प्रमाणेच, त्याचे गुणधर्म त्याला अणु साखळी प्रतिक्रिया सुरू करण्यास सक्षम करतात ज्यामुळे पॉवर प्लांट चालवता येतो आणि ऊर्जा निर्माण होते. तथापि, थोरियम स्वतः विखंडन होत नाही आणि स्वतंत्रपणे ऊर्जा सोडत नाही.

३ टप्प्यांच्या अणुऊर्जा कार्यक्रमाची आव्हाने

• भारताच्या अणुऊर्जा कार्यक्रमातील मुख्य आव्हान तांत्रिक नाही. सुपीक थोरियमचे विखंडनक्षम यू-२३३ मध्ये रूपांतर करण्यासाठी विखंडनक्षम साहित्याची मर्यादित उपलब्धता.
• भारताने प्रयोगशाळांमध्ये कार्यक्रमाशी संबंधित सर्व तंत्रज्ञानाची चाचणी केली आहे, परंतु त्याला अधिक विखंडनक्षम साहित्याची आवश्यकता आहे.
• कार्यक्रम पूर्ण झाल्यानंतरही, देखभाल, अपघात प्रतिबंध आणि अणुकचरा विल्हेवाट लावण्यात आव्हाने राहतील. तथापि, तांत्रिक नावीन्याने ही आव्हाने मोठ्या प्रमाणात कमी केली जाऊ शकतात.
• सरकारला अणुऊर्जा प्रकल्पांसाठी जमीन संपादन आणि योग्य ठिकाणे शोधण्यात मदतीची आवश्यकता पडू शकते.
• गॅमा किरणांपासून संरक्षण करणे कठीण असल्याने वापरलेल्या इंधनाचे हाताळणे आणि/किंवा पुनर्चक्रण करणे अधिक खर्चिक आहे.
• अणुऊर्जा उद्योग अत्यंत पुराणमतवादी आहे आणि थोरियमसोबतचे मुख्य आव्हान म्हणजे त्याचा ऑपरेटिंग अनुभवाचा अभाव.
• थोरियम डायऑक्साइड युरेनियम डायऑक्साइडपेक्षा ५५० अंश जास्त तापमानात वितळते. म्हणून, उच्च दर्जाचे घन इंधन बनवण्यासाठी खूप उच्च तापमान आवश्यक आहे.

भारतातील अणुभट्ट्या

भारतात, कोळसा, वायू, वारा आणि जलविद्युत नंतर, अणुऊर्जा हा ऊर्जा उत्पादनाचा पाचवा सर्वात मोठा स्रोत आहे. भारताकडे सध्या २२ अणुभट्ट्या आहेत ज्यांची स्थापित क्षमता सुमारे ६,७८० मेगावॅट आहे. होमी जे. भाभा यांच्या मार्गदर्शनाखाली, भारताचा अणुऊर्जा कार्यक्रम स्वातंत्र्याच्या आसपास सुरू करण्यात आला.

पुढील मार्ग

बहुतेकदा स्वदेशी संसाधनांवर आधारित दीर्घकालीन ऊर्जा सुरक्षा ही भारतासारख्या मोठ्या देशासाठी आर्थिक आणि धोरणात्मकदृष्ट्या एक महत्त्वाची आणि अपरिहार्य गरज आहे. ऊर्जा संसाधनांचा शाश्वत विकास हा अनेक पैलूंचा समावेश करतो, जसे की जागतिक पर्यावरणीय, पारिस्थितिक आणि सामाजिक घटक आर्थिक, तांत्रिक आणि राजकीय घटकांसह. हे घटक भविष्यातील विविध कालखंडात आपल्या ऊर्जा मिश्रणाची आदर्श रचना ठरवतील.