तरल धातु ठंडा रिएक्टर

एक तरल धातु ठंडा परमाणु रिएक्टर, या एलएमआर एक प्रकार का परमाणु रिएक्टर है जहां प्राथमिक परमाणु रिएक्टर शीतलक एक तरल धातु है।लिक्विड मेटल कूल्ड रिएक्टरों को पहले ब्रीडर रिएक्टर पावर जनरेशन के लिए अनुकूलित किया गया था।उनका उपयोग परमाणु पनडुब्बी को बिजली देने के लिए भी किया गया है।

उनकी उच्च तापीय चालकता के कारण, धातु कूलेंट उच्च शक्ति घनत्व को सक्षम करते हुए गर्मी को प्रभावी ढंग से हटा देते हैं।यह उन्हें उन स्थितियों में आकर्षक बनाता है जहां आकार और वजन एक प्रीमियम पर होते हैं, जैसे जहाजों और पनडुब्बियों पर।पानी के साथ शीतलन में सुधार करने के लिए, अधिकांश रिएक्टर डिजाइनों को उबलते बिंदु को बढ़ाने के लिए अत्यधिक दबाव डाला जाता है, जो सुरक्षा और रखरखाव के मुद्दों को प्रस्तुत करता है जिसमें तरल धातु डिजाइन की कमी होती है।इसके अतिरिक्त, तरल धातु के उच्च तापमान का उपयोग उच्च थर्मोडायनामिक दक्षता के साथ इलेक्ट्रिक पावर रूपांतरण को चलाने के लिए किया जा सकता है।यह उन्हें परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में बिजली उत्पादन, लागत प्रभावशीलता और ईंधन दक्षता में सुधार के लिए आकर्षक बनाता है।

तरल धातु, विद्युत रूप से अत्यधिक प्रवाहकीय होने के नाते, विद्युत चुम्बकीय पंपों द्वारा स्थानांतरित किया जा सकता है।^[1] नुकसान में अपारदर्शी पिघले हुए धातु में डूबे हुए रिएक्टर के निरीक्षण और मरम्मत से जुड़ी कठिनाइयों को शामिल किया गया है, और धातु की पसंद पर निर्भर करता है, आग के खतरे के जोखिम (क्षार धातुओं के लिए), जंग और/या रेडियोधर्मी सक्रियण उत्पादों का उत्पादन एक मुद्दा हो सकता है।

डिजाइन

लिक्विड मेटल कूलेंट को थर्मल-न्यूट्रॉन रिएक्टर दोनों पर लागू किया गया है। थर्मल- और फास्ट-न्यूट्रॉन रिएक्टरों।

आज तक, अधिकांश तेज न्यूट्रॉन रिएक्टरों को तरल धातु कूल्ड फास्ट रिएक्टर (LMFRS) किया गया है।जब एक ब्रीडर रिएक्टर (जैसे प्रजनन कंबल के साथ) के रूप में कॉन्फ़िगर किया जाता है, तो ऐसे रिएक्टरों को तरल धातु फास्ट ब्रीडर रिएक्टर कहा जाता है। लिक्विड मेटल फास्ट ब्रीडर रिएक्टर (LMFBRS)।

शीतलक गुण

उपयुक्त तरल धातु कूलेंट में एक कम न्यूट्रॉन कैप्चर न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन होना चाहिए, संरचनात्मक सामग्रियों के अत्यधिक जंग का कारण नहीं होना चाहिए, और पिघलने और उबलते बिंदु होने चाहिए जो रिएक्टर के ऑपरेटिंग तापमान के लिए उपयुक्त हैं।

तरल धातुओं में आम तौर पर उच्च उबलते बिंदु होते हैं, इस संभावना को कम करते हैं कि शीतलक उबाल सकता है, जिससे कूलेंट दुर्घटना हो सकती है।कम वाष्प दबाव निकट-अस्पष्ट दबाव में संचालन को सक्षम करता है, नाटकीय रूप से एक दुर्घटना की संभावना को कम करता है।कुछ डिजाइन पूरे कोर और हीट एक्सचेंजर्स को शीतलक के एक पूल में डुबो देते हैं, वस्तुतः उस जोखिम को समाप्त कर देते हैं जो इनर-लूप कूलिंग खो जाएगा।

Liquid metal coolants
Metal Coolant	Melting point	Boiling point
Sodium	97.72 °C, (207.9 °F)	883 °C, (1621 °F)
NaK	−11 °C, (12 °F)	785 °C, (1445 °F)
Mercury	−38.83 °C, (−37.89 °F)	356.73 °C (674.11 °F)
Lead	327.46 °C, (621.43 °F)	1749 °C, (3180 °F)
Lead-bismuth eutectic	123.5 °C, (254.3 °F)	1670 °C, (3038 °F)
Tin	231.9 °C, (449.5 °F)	2602 °C, (4716 °F)

पारा

क्लेमेंटाइन (परमाणु रिएक्टर) पहला तरल धातु कूल्ड परमाणु रिएक्टर था और पारा शीतलक का उपयोग करता था, जिसे स्पष्ट पसंद माना जाता था क्योंकि यह कमरे के तापमान पर तरल है।हालांकि, उच्च विषाक्तता सहित नुकसान के कारण, कमरे के तापमान पर भी उच्च वाष्प का दबाव, कम उबलते बिंदु, जब गर्म होते हैं, तो अपेक्षाकृत कम तापीय चालकता, अपेक्षाकृत कम थर्मल चालकता,^[2] और एक उच्च^[3] न्यूट्रॉन क्रॉस-सेक्शन, यह एहसान से बाहर हो गया है।

सोडियम और नाक

सोडियम और नाक (एक गलनक्रांतिक सोडियम-पोटेशियम मिश्र धातु) किसी भी महत्वपूर्ण डिग्री के लिए स्टील को खारिज नहीं करते हैं और कई परमाणु ईंधन के साथ संगत होते हैं, जो संरचनात्मक सामग्रियों की एक विस्तृत पसंद के लिए अनुमति देते हैं।NAK को 1951 में फर्स्ट ब्रीडर रिएक्टर प्रोटोटाइप, प्रायोगिक ब्रीडर रिएक्टर -1 में शीतलक के रूप में इस्तेमाल किया गया था।

सोडियम और नाक, हालांकि, हवा के साथ संपर्क पर अनायास प्रज्वलित करते हैं और हाइड्रोजन गैस का उत्पादन करते हुए, पानी के साथ हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं।1995 के एक दुर्घटना और आग में मोनजू परमाणु ऊर्जा संयंत्र में यह मामला था।सोडियम भी रूसी बीएन रिएक्टर श्रृंखला में उपयोग किया जाने वाला शीतलक और आज वाणिज्यिक संचालन में चीनी सीएफआर श्रृंखला में उपयोग किया जाता है।^{[citation needed]} सोडियम के न्यूट्रॉन सक्रियण से भी इन तरल पदार्थ ऑपरेशन के दौरान तीव्रता से रेडियोधर्मी हो जाते हैं, हालांकि आधा जीवन छोटा होता है और इसलिए उनकी रेडियोधर्मिता एक अतिरिक्त निपटान चिंता का सामना नहीं करती है।

सोडियम कूल्ड जनरल IV LMFR के लिए दो प्रस्ताव हैं, एक ऑक्साइड ईंधन पर आधारित है, दूसरा धातु-ईंधन वाले अभिन्न तेज रिएक्टर पर।

लीड

लीड में उत्कृष्ट न्यूट्रॉन गुण (प्रतिबिंब, कम अवशोषण) हैं और गामा किरणों के खिलाफ एक बहुत ही शक्तिशाली विकिरण ढाल है।लीड का उच्च क्वथनांक सुरक्षा लाभ प्रदान करता है क्योंकि यह रिएक्टर को कुशलता से ठंडा कर सकता है, भले ही यह सामान्य परिचालन स्थितियों से कई सौ डिग्री सेल्सियस तक पहुंचता हो।हालांकि, क्योंकि लीड में एक उच्च पिघलने बिंदु और एक उच्च वाष्प दबाव होता है, यह ईंधन भरने और एक लीड कूल्ड रिएक्टर की सेवा करने के लिए मुश्किल है।पिघलने बिंदु को विस्मुट के साथ लीड को मिश्र करके उतारा जा सकता है, लेकिन सीसा-बिस्मथ यूटेक्टिक अधिकांश धातुओं के लिए अत्यधिक संक्षारक है^[4]^[5] संरचनात्मक सामग्रियों के लिए उपयोग किया जाता है।

लीड-बिस्मथ यूटेक्टिक

लीड-बिस्मथ यूटेक्टिक कम तापमान की रेंज में धातु के शीतलक के ठंड को रोकने के दौरान कम तापमान पर संचालन की अनुमति देता है (यूटेक्टिक बिंदु : 123.5 °C / 255.3 °F).^[4]^[6]

इसके अत्यधिक संक्षारक चरित्र के बगल में,^[4]^[5]इसका मुख्य नुकसान बिस्मथ -209 के न्यूट्रॉन सक्रियण द्वारा गठन है²⁰⁹
Bi(और बाद में बीटा क्षय) पोलोनियम -210 का |²¹⁰
Po(आधा जीवन | टी_1⁄2 = 138.38 दिन), एक वाष्पशील अल्फा क्षय | अल्फा-एमिटर अत्यधिक रेडियोटॉक्सिस्मता (उच्चतम ज्ञात रेडियोटॉक्सिसिटी, प्लूटोनियम के ऊपर)।

टिन

हालांकि आज टिन का उपयोग काम करने वाले रिएक्टरों के लिए एक शीतलक के रूप में नहीं किया जाता है क्योंकि यह एक क्रस्ट बनाता है,^[7] यह परमाणु आपदाओं और रेडियोधर्मी घटनाओं या लॉस-ऑफ-कूलेंट दुर्घटनाओं की सूची में एक उपयोगी अतिरिक्त या प्रतिस्थापन शीतलक हो सकता है।

टिन के आगे के फायदे उच्च उबलते बिंदु हैं और तरल टिन पर भी एक क्रस्ट बनाने की क्षमता जहरीली लीक को कवर करने में मदद करती है और शीतलक को रिएक्टर में और अंदर रखती है।टिन किसी भी परमाणु रिएक्टर#वर्गीकरण को कूलेंट द्वारा सामान्य संचालन के लिए अनुपयोगी होने का कारण बनता है।यह यूक्रेन के शोधकर्ताओं द्वारा परीक्षण किया गया है और फुकुशिमा दाइची परमाणु आपदा में तरल टिन कूल्ड रिएक्टरों में उबलते पानी के रिएक्टरों को बदलने का प्रस्ताव दिया गया था।^[8]

प्रणोदन

पनडुब्बी

सोवियत संघ November-class submarine K-27 और सभी सात Alfa-class submarineएस ने अपने प्रणोदन पौधों के रूप में फीरोज़ा के साथ लीड-बिस्मथ यूटेक्टिक और न्यूट्रॉन मॉडरेटर द्वारा ठंडा किया गया रिएक्टरों का इस्तेमाल किया।(K-27 में VT-1 रिएक्टर; BM-40A रिएक्टर | BM-40A और OK-550 रिएक्टर दूसरों में)।

दूसरा परमाणु पनडुब्बी, USS Seawolf सोडियम-कूल्ड, बेरिलियम-न्यूट्रॉन मॉडरेटर परमाणु ऊर्जा संयंत्र के पास एकमात्र अमेरिकी पनडुब्बी थी।यह 1957 में कमीशन किया गया था, लेकिन इसके सुपरहाइटर्स में लीक हुए थे, जिन्हें बायपास किया गया था।बेड़े में रिएक्टरों को मानकीकृत करने के लिए,^{[citation needed]} पनडुब्बी के सोडियम-कूल्ड, बेरिलियम-मॉडरेट रिएक्टर को 1958 में शुरू किया गया था और एक दबाव वाले पानी के रिएक्टर के साथ बदल दिया गया था।

परमाणु विमान

विमान परमाणु प्रणोदन कार्यक्रम के हिस्से के रूप में परमाणु विमान में उपयोग के लिए प्रैट और व्हिटनी द्वारा लिक्विड मेटल कूल्ड रिएक्टरों का अध्ययन किया गया था।^[9]

पावर जनरेशन

सोडियम रिएक्टर प्रयोग एक प्रायोगिक सोडियम-कूल्ड ग्रेफाइट-मॉडरेट परमाणु रिएक्टर (एक सोडियम-ग्राफाइट रिएक्टर, या एसजीआर) था, जिसे सांता सुसाना फील्ड प्रयोगशाला के एक हिस्से में रखा गया था, जिसे उत्तर अमेरिकी विमानन के परमाणु अंतर्राष्ट्रीय डिवीजन द्वारा संचालित किया गया था।

जुलाई 1959 में, सोडियम रिएक्टर प्रयोग को एक गंभीर घटना का सामना करना पड़ा जिसमें 43 ईंधन तत्वों में से 13 के आंशिक पिघलने और रेडियोधर्मी क्षय गैसों की एक महत्वपूर्ण रिलीज शामिल थी।^[10] रिएक्टर की मरम्मत की गई और सितंबर 1960 में सेवा में वापस आ गया और 1964 में ऑपरेशन समाप्त कर दिया। रिएक्टर ने कुल 37 GW-H बिजली का उत्पादन किया।

एसआरई हॉलम परमाणु ऊर्जा सुविधा के लिए प्रोटोटाइप था, एक और सोडियम-कूल्ड ग्रेफाइट-मॉडरेटेड एसजीआर जो नेब्रास्का में संचालित होता है।

मोनरो काउंटी में एनरिको फर्मी परमाणु उत्पन्न करने वाला स्टेशन, मिशिगन एक प्रयोगात्मक, तरल सोडियम-कूल्ड फास्ट ब्रीडर रिएक्टर था जो 1963 से 1972 तक संचालित था। यह 1963 में नागरिक परमाणु दुर्घटनाओं#1960 के दशक की सूची में था और 1975 में विघटित हो गया था।

कैथनेस में डौनेरी में, स्कॉटलैंड के सुदूर उत्तर में, यूनाइटेड किंगडम परमाणु ऊर्जा प्राधिकरण (UKAEA) ने डौनेरी फास्ट रिएक्टर (DFR) का संचालन किया, जो 1959 से 1977 तक एक शीतलक के रूप में ज़रूरत का उपयोग करते हुए, 600 GW-h बिजली का निर्यात करता है।उस अवधि में ग्रिड।यह PFR, प्रोटोटाइप फास्ट रिएक्टर द्वारा एक ही साइट पर सफल रहा, जो 1974 से 1994 तक संचालित हुआ और इसके शीतलक के रूप में तरल सोडियम का उपयोग किया।

सोवियत BN-600 रिएक्टर | BN-600 सोडियम कूल्ड है।BN-350 रिएक्टर | BN-350 और U.S. EBR-II परमाणु ऊर्जा संयंत्रों को सोडियम ठंडा किया गया।ईबीआर-आई ने कूलिंग के लिए एक तरल धातु मिश्र धातु, नाक का उपयोग किया।नाक कमरे के तापमान पर तरल है।लिक्विड मेटल कूलिंग का उपयोग अधिकांश फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों में भी किया जाता है, जिसमें फास्ट ब्रीडर रिएक्टरों जैसे कि अभिन्न तेज़ रिएक्टर शामिल हैं।

कई पीढ़ी IV रिएक्टरों का अध्ययन किया गया है, तरल धातु कूल्ड हैं:

संदर्भ

↑ Bonin, Bernhard; Klein, Etienne (2012). Le nucléaire expliqué par des physiciens.
↑ Bunker, Merle E. "Early Reactors From Fermi’s Water Boiler to Novel Power Prototypes" a chapter in Los Alamos Science - Winter/ Spring 1983 Edition Page 128. Published by Los Alamos National Laboratory and available here: http://library.lanl.gov/cgi-bin/getfile?00416628.pdf
↑ "Neutron Scattering Lengths and cross sections". www.ncnr.nist.gov.
↑ ^4.0 ^4.1 ^4.2 Weeks, J. R.; Romano, A. J. (1969). "तरल द्वि -पीबी मिश्र धातुओं में लिक्विडस घटता है और Fe, Ti, Zr, और Cu का जंग।". Corrosion. 25 (3): 131–136. doi:10.5006/0010-9312-25.3.131. OSTI 4803122.
↑ ^5.0 ^5.1 Gossé, Stéphane (June 2014). "लोहे, क्रोमियम की घुलनशीलता और गतिविधि का थर्मोडायनामिक मूल्यांकन, लीड बिस्मथ यूटेक्टिक में निकेल". Journal of Nuclear Materials. 449 (1–3): 122–131. Bibcode:2014JNuM..449..122G. doi:10.1016/j.jnucmat.2014.03.011. ISSN 0022-3115.
↑ Fazio, Concetta; Li, Ning; Na, Byung-Chan (2005-07-01). भारी तरल धातु प्रौद्योगिकी पर हैंडबुक।ईंधन चक्र के ओईसीडी/एनईए वर्किंग पार्टी के फ्रेम में तैयार किया गया. Retrieved 2022-06-05.
↑ Atmospheric corrosion of tin and tin alloy^{[dead link]}
↑ Ukraine advises Japan to use tin to cool Fukushima reactor Kyivpost
↑ "40 Curious Nuclear Energy Facts You Should Know". December 9, 2019.
↑ Ashley, R.L.; et al. (1961). SRE Fuel Element Damage, Final Report of the Atomics International Ad Hoc Committee (PDF). NAA-SR-4488-supl. Archived from the original (PDF) on 2009-04-10.

[bonin-1] Bonin, Bernhard; Klein, Etienne (2012). Le nucléaire expliqué par des physiciens.

[2] Bunker, Merle E. "Early Reactors From Fermi’s Water Boiler to Novel Power Prototypes" a chapter in Los Alamos Science - Winter/ Spring 1983 Edition Page 128. Published by Los Alamos National Laboratory and available here: http://library.lanl.gov/cgi-bin/getfile?00416628.pdf

[3] "Neutron Scattering Lengths and cross sections". www.ncnr.nist.gov.

[Weeks_1969-4] 4.0 ^4.1 ^4.2 Weeks, J. R.; Romano, A. J. (1969). "तरल द्वि -पीबी मिश्र धातुओं में लिक्विडस घटता है और Fe, Ti, Zr, और Cu का जंग।". Corrosion. 25 (3): 131–136. doi:10.5006/0010-9312-25.3.131. OSTI 4803122.

[Gosse_2014-5] 5.0 ^5.1 Gossé, Stéphane (June 2014). "लोहे, क्रोमियम की घुलनशीलता और गतिविधि का थर्मोडायनामिक मूल्यांकन, लीड बिस्मथ यूटेक्टिक में निकेल". Journal of Nuclear Materials. 449 (1–3): 122–131. Bibcode:2014JNuM..449..122G. doi:10.1016/j.jnucmat.2014.03.011. ISSN 0022-3115.

[NEA_Handbook_2005-6] Fazio, Concetta; Li, Ning; Na, Byung-Chan (2005-07-01). भारी तरल धातु प्रौद्योगिकी पर हैंडबुक।ईंधन चक्र के ओईसीडी/एनईए वर्किंग पार्टी के फ्रेम में तैयार किया गया. Retrieved 2022-06-05.

[7] Atmospheric corrosion of tin and tin alloy^{[dead link]}

[8] Ukraine advises Japan to use tin to cool Fukushima reactor Kyivpost

[9] "40 Curious Nuclear Energy Facts You Should Know". December 9, 2019.

[10] Ashley, R.L.; et al. (1961). SRE Fuel Element Damage, Final Report of the Atomics International Ad Hoc Committee (PDF). NAA-SR-4488-supl. Archived from the original (PDF) on 2009-04-10.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]