ऊर्जा हर समाज या राष्ट्र की सबसे बुनियादी आवश्यकता है क्योंकि वह विकास की सीढ़ी पर आगे बढ़ता है।
हाल के दिनों में, दुनिया बिजली और ऊर्जा संकट से जूझ रही है। जबकि इस आपातकाल का कारण बनने वाले कारक अलग-अलग देशों में अलग-अलग हैं, इसका परिणाम जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता कम करने और व्यवहार्य विकल्पों की तलाश करना है।
इस संदर्भ में, परमाणु ऊर्जा के पास देने के लिए बहुत कुछ है। एक तरफ, यह वर्तमान में मनुष्य के लिए ज्ञात ऊर्जा का सबसे सस्ता, हरित और सबसे सुरक्षित स्रोत हो सकता है। दूसरी ओर, यह मानव इतिहास की कुछ सबसे भीषण आपदाओं के लिए भी जिम्मेदार रहा है
परमाणु ऊर्जा, परमाणुओं के मूल, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बनी ऊर्जा का एक रूप है। ऊर्जा का यह स्रोत दो तरीकों से उत्पन्न किया जा सकता है: विखंडन – जब परमाणुओं के नाभिक कई भागों में विभाजित हो जाते हैं – या संलयन – जब नाभिक एक साथ जुड़ जाते हैं।
आज दुनिया भर में बिजली उत्पादन के लिए परमाणु ऊर्जा का उपयोग परमाणु विखंडन के माध्यम से किया जाता है , जबकि संलयन से बिजली उत्पन्न करने की तकनीक अनुसंधान एवं विकास चरण में है ।
- परमाणु विखंडन:
- एक परमाणु का नाभिक दो संतति नाभिकों में विभाजित हो जाता है।
- यह क्षय रेडियोधर्मी क्षय द्वारा प्राकृतिक स्वतःस्फूर्त विभाजन हो सकता है , या वास्तव में आवश्यक शर्तों (न्यूट्रॉन, अल्फा कणों, आदि के साथ बमबारी) को प्राप्त करके एक प्रयोगशाला में अनुकरण किया जा सकता है।
- परिणामी टुकड़ों में संयुक्त द्रव्यमान होता है जो मूल से कम होता है। लुप्त द्रव्यमान आमतौर पर परमाणु ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है।
- वर्तमान में, सभी वाणिज्यिक परमाणु रिएक्टर परमाणु विखंडन पर आधारित हैं।
- परमाणु संलयन:
- नाभिकीय संलयन को दो हल्के नाभिकों के एक भारी नाभिक में संयोजन के रूप में परिभाषित किया गया है।
- ऐसी परमाणु संलयन प्रतिक्रियाएँ सूर्य और अन्य तारों में ऊर्जा का स्रोत हैं।
- नाभिक को संलयन के लिए बाध्य करने में काफी ऊर्जा लगती है। इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक परिस्थितियाँ अत्यधिक हैं – लाखों डिग्री तापमान और लाखों पास्कल दबाव।
- हाइड्रोजन बम थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया पर आधारित है। हालाँकि, प्रारंभिक ऊर्जा प्रदान करने के लिए यूरेनियम या प्लूटोनियम के विखंडन पर आधारित परमाणु बम को हाइड्रोजन बम के मूल में रखा जाता है।
गंभीरता:
- विद्युत उत्पादन की दिशा में गंभीरता पहला कदम है । एक परमाणु रिएक्टर को महत्वपूर्ण तब कहा जाता है जब रिएक्टर के अंदर परमाणु ईंधन विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखता है।
- प्रत्येक विखंडन प्रतिक्रिया प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला को बनाए रखने के लिए पर्याप्त संख्या में न्यूट्रॉन छोड़ती है। इस घटना में ऊष्मा उत्पन्न होती है, जिसका उपयोग भाप उत्पन्न करने के लिए किया जाता है जो बिजली बनाने के लिए टरबाइन को घुमाता है ।
- विखंडन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक परमाणु का नाभिक दो या दो से अधिक छोटे नाभिकों और कुछ उपोत्पादों में विभाजित हो जाता है।
- जब नाभिक विभाजित होता है, तो विखंडन टुकड़ों (प्राथमिक नाभिक) की गतिज ऊर्जा को ऊष्मा ऊर्जा के रूप में ईंधन में अन्य परमाणुओं में स्थानांतरित किया जाता है, जिसका उपयोग अंततः टरबाइनों को चलाने के लिए भाप का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।
विखंडनीय और उपजाऊ सामग्री (Fissile and Fertile materials)
- विखंडनीय पदार्थ वह है जो न्यूट्रॉन द्वारा बमबारी पर एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रख सकता है।
- उपजाऊ का अर्थ है कि यह एक विखंडनीय रेडियोआइसोटोप (यू-233) में परिवर्तित हो सकता है लेकिन स्वयं एक श्रृंखला प्रतिक्रिया जारी नहीं रख सकता है।
- थोरियम स्वयं उपजाऊ है।
- थोरियम रिएक्टर में, यूरेनियम या प्लूटोनियम जैसे विखंडनीय पदार्थ को थोरियम द्वारा कंबल दिया जाता है।
- विखंडनीय सामग्री, जिसे इस मामले में चालक भी कहा जाता है , ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए श्रृंखला प्रतिक्रिया को संचालित करती है और साथ ही उपजाऊ सामग्री को विखंडनीय सामग्री में परिवर्तित करती है।
समस्थानिक (Isotopes)
- परमाणु और तत्व प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन से बने होते हैं। नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है और इलेक्ट्रॉन नाभिक को घेरे रहते हैं। प्रोटॉन की संख्या और न्यूट्रॉन की संख्या का योग परमाणु द्रव्यमान के बराबर होता है।
- आइसोटोप ऐसे परमाणु होते हैं जिनमें प्रोटॉन की संख्या समान होती है लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या अलग-अलग होती है। चूँकि परमाणु संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है और परमाणु द्रव्यमान प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का योग होता है, हम यह भी कह सकते हैं कि आइसोटोप समान परमाणु संख्या लेकिन अलग-अलग द्रव्यमान संख्या वाले तत्व हैं।
- उदाहरण के लिए: U-233, U-235, U-238 (U-यूरेनियम)
- इनमें से तीन U-233 और U-235 विखंडनीय हैं जबकि U-238 उपजाऊ हैं।
- पहले दो विखंडन से ऊष्मा और न्यूट्रॉन के साथ-साथ 2 हल्के नाभिक उत्पन्न होते हैं जबकि तीसरा विखंडन पीयू-239 में बदल जाता है जो कि विखंडनीय पदार्थ है। इसी प्रकार Th-232 भी एक उपजाऊ तत्व है, यह U-233 में बदल जाता है।
परमाणु भट्टी (Nuclear Reactor)
- परमाणु रिएक्टर, या बिजली संयंत्र, मशीनों की एक श्रृंखला है जो बिजली उत्पादन के लिए परमाणु विखंडन को नियंत्रित कर सकती है। परमाणु रिएक्टर परमाणु विखंडन उत्पन्न करने के लिए जिस ईंधन का उपयोग करते हैं वह यूरेनियम तत्व के छर्रे हैं। परमाणु रिएक्टर में, यूरेनियम के परमाणुओं को टूटने के लिए मजबूर किया जाता है। जैसे ही वे विभाजित होते हैं, परमाणु छोटे कण छोड़ते हैं जिन्हें विखंडन उत्पाद कहा जाता है। विखंडन उत्पाद अन्य यूरेनियम परमाणुओं को विभाजित करने का कारण बनते हैं, जिससे एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू होती है। इस श्रृंखला प्रतिक्रिया से निकलने वाली ऊर्जा से गर्मी पैदा होती है।
- परमाणु विखंडन से उत्पन्न ऊष्मा रिएक्टर के शीतलन एजेंट को गर्म कर देती है। शीतलन एजेंट आमतौर पर पानी होता है, लेकिन कुछ परमाणु रिएक्टर तरल धातु या पिघला हुआ नमक का उपयोग करते हैं। परमाणु विखंडन द्वारा गर्म किया गया शीतलन एजेंट भाप उत्पन्न करता है। भाप टरबाइनों, या बहती धारा द्वारा घुमाए गए पहियों को घुमाती है। टर्बाइन जनरेटर या इंजन चलाते हैं जो बिजली बनाते हैं।
- परमाणु जहर कहलाने वाली सामग्री की छड़ें यह समायोजित कर सकती हैं कि कितनी बिजली का उत्पादन किया जाए। परमाणु जहर ऐसी सामग्रियां हैं, जैसे कि तत्व क्सीनन का एक प्रकार, जो परमाणु विखंडन द्वारा निर्मित कुछ विखंडन उत्पादों को अवशोषित करते हैं। श्रृंखला प्रतिक्रिया के दौरान परमाणु जहर की जितनी अधिक छड़ें मौजूद होंगी, प्रतिक्रिया उतनी ही धीमी और अधिक नियंत्रित होगी। छड़ों को हटाने से एक मजबूत श्रृंखला प्रतिक्रिया होगी और अधिक बिजली पैदा होगी।
परमाणु ऊर्जा संयंत्र के घटक
- ईंधन
- यूरेनियम मूल ईंधन है। आमतौर पर यूरेनियम ऑक्साइड (UO2) के छर्रों को ईंधन की छड़ें बनाने के लिए ट्यूबों में व्यवस्थित किया जाता है। छड़ों को रिएक्टर कोर में ईंधन असेंबलियों में व्यवस्थित किया जाता है। * 1000 मेगावाट वर्ग पीडब्ल्यूआर में 18 मिलियन से अधिक छर्रों के साथ 51,000 ईंधन छड़ें हो सकती हैं।
- मध्यस्थ
- कोर में मौजूद सामग्री जो विखंडन से निकलने वाले न्यूट्रॉन को धीमा कर देती है जिससे वे अधिक विखंडन का कारण बनते हैं। यह आमतौर पर पानी होता है, लेकिन भारी पानी या ग्रेफाइट भी हो सकता है।
- नियंत्रण छड़ें या ब्लेड
- ये कैडमियम, हेफ़नियम या बोरान जैसी न्यूट्रॉन-अवशोषित सामग्री से बने होते हैं, और प्रतिक्रिया की दर को नियंत्रित करने या इसे रोकने के लिए कोर से डाले या निकाले जाते हैं।
- शीतलक
- कोर के माध्यम से घूमने वाला एक तरल पदार्थ जिससे गर्मी को स्थानांतरित किया जा सके। हल्के जल रिएक्टरों में जल मॉडरेटर प्राथमिक शीतलक के रूप में भी कार्य करता है
- दबाव पात्र या दबाव नलिकाएँ
- आमतौर पर एक मजबूत स्टील का बर्तन जिसमें रिएक्टर कोर और मॉडरेटर/कूलेंट होता है, लेकिन यह ईंधन रखने वाली और आसपास के मॉडरेटर के माध्यम से शीतलक को पहुंचाने वाली ट्यूबों की एक श्रृंखला हो सकती है।
- वाष्प जेनरेटर
- दबावयुक्त जल रिएक्टरों (पीडब्ल्यूआर और पीएचडब्ल्यूआर) की शीतलन प्रणाली का हिस्सा जहां रिएक्टर से गर्मी लाने वाले उच्च दबाव वाले प्राथमिक शीतलक का उपयोग द्वितीयक सर्किट में टरबाइन के लिए भाप बनाने के लिए किया जाता है।
परमाणु ऊर्जा के लाभ
- परमाणु ऊर्जा हमारे ऊर्जा ग्रिड के उत्सर्जन-मुक्त वर्कहॉर्स के रूप में कई लाभ प्रदान करती है । इसका अद्वितीय मूल्य किसी अन्य ऊर्जा स्रोत में नहीं पाया जा सकता।
- परमाणु राष्ट्रीय सुरक्षा की रक्षा करता है .
- परमाणु ऊर्जा में अमेरिकी नेतृत्व विश्व स्तर पर सुरक्षा और अप्रसार मानकों को बनाए रखता है, घर पर एक लचीले विद्युत ग्रिड का समर्थन करता है, और एक मजबूत नौसेना को ईंधन देता है।
- परमाणु जलवायु परिवर्तन से लड़ता है।
- परमाणु ऊर्जा अब बड़ी मात्रा में 24/7 कार्बन-मुक्त बिजली प्रदान करती है, जो पर्यावरण की रक्षा के लिए अपूरणीय है।
- परमाणु प्रौद्योगिकी में अमेरिकी नेतृत्व सुनिश्चित करता है।
- संयुक्त राज्य अमेरिका ने दुनिया के लिए परमाणु ऊर्जा का नेतृत्व किया है और निरंतर नेतृत्व के साथ, उन्नत रिएक्टरों के साथ दुनिया भर में बढ़ती स्वच्छ ऊर्जा की मांग का जवाब दे सकता है।
- परमाणु विश्वसनीय रूप से बिजली का उत्पादन करता है।
- 21वीं सदी में हमारे देश की समृद्धि के लिए चौबीसों घंटे बिजली बहुत जरूरी है। स्वच्छ, विश्वसनीय परमाणु ऊर्जा अमेरिकी बुनियादी ढांचे का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है क्योंकि यह एक समय में 18-24 महीनों तक बिना रुके चलती है।
- परमाणु रोजगार पैदा करता है.
- परमाणु ऊर्जा 100,000 से अधिक अच्छी तनख्वाह वाली, दीर्घकालिक नौकरियाँ प्रदान करती है और राज्य और स्थानीय कर राजस्व में लाखों डॉलर के साथ स्थानीय अर्थव्यवस्थाओं का समर्थन करती है।
- परमाणु हमारी वायु की रक्षा करता है।
- नाइट्रोजन ऑक्साइड, सल्फर डाइऑक्साइड, पार्टिकुलेट मैटर और पारा: जिस हवा में आप सांस लेते हैं उसमें वे सभी चीजें हैं जो आप नहीं चाहते हैं। परमाणु ऊर्जा उन प्रदूषकों के निशान के बिना 24/7 बिजली प्रदान करती है।
- परमाणु अंतर्राष्ट्रीय विकास को बढ़ावा देता है।
- परमाणु ऊर्जा विकासशील देशों को सतत विकास लक्ष्यों को पूरा करने में मदद करती है।
- परमाणु ऊर्जा इलेक्ट्रिक वाहन। विद्युतीकृत परिवहन कार्बन उत्सर्जन को कम करने का वादा करता है। कार्बन-मुक्त परमाणु ऊर्जा द्वारा संचालित होने पर, इलेक्ट्रिक वाहन अपनी पूरी क्षमता तक पहुंच सकते हैं।
परमाणु ऊर्जा क्यों?
- थोरियम की उपलब्धता: भारत थोरियम नामक परमाणु ईंधन के नए संसाधन का नेता है, जिसे भविष्य का परमाणु ईंधन माना जाता है।
- थोरियम की उपलब्धता के साथ, भारत जीवाश्म ईंधन मुक्त राष्ट्र के सपने को साकार करने वाला पहला राष्ट्र बनने की क्षमता रखता है।
- आयात बिल में कटौती: परमाणु ऊर्जा देश को सालाना लगभग 100 बिलियन डॉलर से भी राहत दिलाएगी जो हम पेट्रोलियम और कोयले के आयात पर खर्च करते हैं।
- स्थिर और विश्वसनीय स्रोत: ऊर्जा के सबसे हरित स्रोत निश्चित रूप से सौर और पवन हैं। लेकिन सौर और पवन ऊर्जा, अपने सभी फायदों के बावजूद, स्थिर नहीं हैं और मौसम और धूप की स्थिति पर अत्यधिक निर्भर हैं।
- दूसरी ओर, परमाणु ऊर्जा अंतरराष्ट्रीय उपस्थिति के साथ विश्वसनीय ऊर्जा का अपेक्षाकृत स्वच्छ, उच्च घनत्व स्रोत प्रदान करती है।
- चलाना सस्ता: परमाणु ऊर्जा संयंत्र अपने कोयला या गैस प्रतिद्वंद्वियों की तुलना में चलाना सस्ता है। यह अनुमान लगाया गया है कि रेडियोधर्मी ईंधन और निपटान परमाणु संयंत्रों के प्रबंधन जैसी लागतों को ध्यान में रखते हुए भी कोयला संयंत्र की लागत 33 से 50% और गैस संयुक्त-चक्र संयंत्र की 20 से 25% के बीच होती है।
परमाणु ऊर्जा को अपनाने की चुनौतियाँ
- पूंजी गहन: परमाणु ऊर्जा संयंत्र पूंजी गहन हैं और हाल के परमाणु निर्माणों को बड़ी लागत वृद्धि का सामना करना पड़ा है । इसका उदाहरण दक्षिण कैरोलिना (यूएस) में वीसी समर परमाणु परियोजना है, जहां लागत इतनी तेजी से बढ़ी कि परियोजना को छोड़ दिया गया – 9 अरब डॉलर से अधिक के खर्च के बाद।
- अपर्याप्त परमाणु स्थापित क्षमता : 2008 में, परमाणु ऊर्जा आयोग ने अनुमान लगाया था कि 2050 तक भारत के पास 650GW स्थापित क्षमता होगी; वर्तमान स्थापित क्षमता केवल 6.78 गीगावॉट है।
- ऐसे लक्ष्य इस उम्मीद पर आधारित थे कि भारत-अमेरिका असैन्य परमाणु समझौते के बाद भारत कई हल्के-जल रिएक्टरों का आयात करेगा। लेकिन, इस समझौते के संपन्न होने के 13 साल बाद भी एक भी नए परमाणु संयंत्र की स्थापना नहीं हो पाई है ।
- सार्वजनिक वित्त पोषण की कमी: परमाणु ऊर्जा को अतीत में प्राप्त जीवाश्म ईंधन और वर्तमान में नवीकरणीय ऊर्जा को प्राप्त होने वाली उदार सब्सिडी की मात्रा कभी नहीं मिली है।
- सार्वजनिक वित्त पोषण के अभाव में, परमाणु ऊर्जा को भविष्य में प्राकृतिक गैस और नवीकरणीय ऊर्जा के खिलाफ प्रतिस्पर्धा करना कठिन होगा।
- भूमि अधिग्रहण: देश में परमाणु ऊर्जा संयंत्र (एनपीपी) के लिए भूमि अधिग्रहण और स्थान का चयन भी एक बड़ी समस्या है।
- तमिलनाडु में कुडनकुलम और आंध्र प्रदेश में कोव्वाडा जैसे एनपीपी को भूमि अधिग्रहण संबंधी चुनौतियों के कारण कई देरी का सामना करना पड़ा है ।
- जलवायु परिवर्तन का प्रभाव: जलवायु परिवर्तन से परमाणु रिएक्टर दुर्घटनाओं का खतरा बढ़ जाएगा। दुनिया की बढ़ती गर्मी के दौरान, कई परमाणु ऊर्जा संयंत्रों को पहले ही अस्थायी रूप से बंद करना पड़ा है या ग्रिड से बाहर करना पड़ा है।
- इसके अलावा, परमाणु ऊर्जा संयंत्र अपने रिएक्टरों को ठंडा करने के लिए आस-पास के जल स्रोतों पर निर्भर हैं, और कई नदियों के सूखने के कारण, पानी के उन स्रोतों की अब कोई गारंटी नहीं है।
- भविष्य में ऐसी चरम मौसमी घटनाओं की आवृत्ति बढ़ने की संभावना है।
- अपर्याप्त पैमाने पर तैनाती: यह भारत के कार्बन उत्सर्जन को कम करने के लिए उपयुक्त विकल्प नहीं हो सकता है क्योंकि इसे आवश्यक पैमाने पर तैनात नहीं किया जा सकता है।
- परमाणु अपशिष्ट: परमाणु ऊर्जा का एक अन्य दुष्प्रभाव इसके द्वारा उत्पादित परमाणु अपशिष्ट की मात्रा है। परमाणु कचरा जीवन पर अत्यधिक बुरा प्रभाव डाल सकता है , उदाहरण के लिए, कैंसर के विकास का कारण बन सकता है , या जानवरों और पौधों की कई पीढ़ियों के लिए आनुवंशिक समस्याएं पैदा कर सकता है।
- भारत जैसे घनी आबादी वाले देश में, भूमि महंगी है और आपातकालीन स्वास्थ्य देखभाल समान रूप से उपलब्ध नहीं है।
परमाणु ऊर्जा के संबंध में भारत की पहल
- भारत बिजली उत्पादन के उद्देश्य से परमाणु ऊर्जा के दोहन की संभावना तलाशने के लिए सचेत रूप से आगे बढ़ा है।
- इस दिशा में 1950 के दशक में होमी भाभा द्वारा तीन चरणों वाला परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम तैयार किया गया था।
- परमाणु ऊर्जा अधिनियम, 1962 को भारतीय परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों में परमाणु ईंधन के रूप में दो प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तत्वों यूरेनियम और थोरियम का उपयोग करने के निर्धारित उद्देश्यों के साथ तैयार और कार्यान्वित किया गया था।
- दिसंबर, 2021 में, भारत सरकार ने बेड़े मोड में स्थापित किए जाने वाले दस स्वदेशी दबावयुक्त भारी जल रिएक्टर (पीएचडब्ल्यूआर) के निर्माण के बारे में संसद को सूचित किया था और फ्रांस से आयात किए जाने वाले 24 सहित 28 अतिरिक्त रिएक्टरों के लिए “सैद्धांतिक मंजूरी” दी थी। अमेरिका और रूस.
- हाल ही में, केंद्र ने महाराष्ट्र के जैतापुर में छह परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों की स्थापना के लिए सैद्धांतिक (पहला कदम) मंजूरी दे दी है।
- जैतापुर दुनिया का सबसे शक्तिशाली परमाणु ऊर्जा संयंत्र होगा । 9.6 गीगावॉट की स्थापित क्षमता वाले छह अत्याधुनिक इवोल्यूशनरी पावर रिएक्टर (ईपीआर) होंगे जो कम कार्बन बिजली का उत्पादन करेंगे।
- छह परमाणु ऊर्जा रिएक्टर, जिनमें से प्रत्येक की क्षमता 1,650 मेगावाट होगी, फ्रांस के तकनीकी सहयोग से स्थापित किए जाएंगे।