Chothi Nasal Ke Atomic Reactors
چوتھی نسل کے ایٹمی ری ایکٹرز

چین نے جوہری توانائی کے ایک ایسے پلانٹ کا کامیاب آپریشن کرلیا ہے جس میں نیوکلئیر پاور پلانٹس میں سب سے بڑے مسئلے کا حل تلاش کرلیا گیا ہے۔ عام طور پر 70 فیصد تک جوہری پاور پلانٹس اس قسم کے ہیں جن میں ذیادہ دباؤ پر پانی استعمال ہوتا ہے (Pressurized Water Reactor) اور ان PWR پلانٹس میں سب سے بڑا مسئلہ جوہری کور کے پگھلنے (Core Meltdown) کا خطرہ ہے جیسا کہ جاپان میں 2011 میں ہوا اس سے پہلے چرنوبل میں ہوا۔
پاکستان میں اس وقت تمام جوہری پلانٹ PWR قسم کے ہی ہیں۔
اب چین نے ایک نیا ری ایکٹر ڈیزائن کیا ہے جو آج سے پہلے 70 کی دہائی میں استعمال ہوتا رہا ہے لیکن کچھ مسائل کی وجہ سے بند کردیے گئے تھے۔ یہ چوتھی نسل کے ری ایکٹرز اب دوبارہ نئے ڈیزائن اور سیفٹی فیچرز کے ساتھ تیار کیے جا رہے ہیں۔ چین کے علاوہ امریکہ میں بھی نجی شعبہ ایسے ری ایکٹر تیار کر رہا ہے۔
یہ نئی قسم کے ری ایکٹر، جو پگھلنے سے محفوظ مانے جاتے ہیں، ان کو Pebble Bed Reactor کہا جاتا ہے۔
یہ PBR ایک Generation IV نیوکلیئر ری ایکٹر ہے جو عام فیول راڈز کی بجائے چھوٹے ٹینس بال کے سائز کے گولے فیول سٹور کرنے کے لیے استعمال کرتا ہے جنہیں "پبلز" کہا جاتا ہے۔ یورینیم فیول کے باہر گریفائٹ اور سیلیکون کاربائیڈ (SiC) کی تہیں ہوتی ہیں۔ یہ وہی سیلیکون کاربائیڈ ہے جو عموماً شہابیوں میں ملتا ہے لیکن زمین پر بھی آسانی سے مصنوعی طور پر بنایا جاتا ہے۔
فیول کیا ہے؟
ہر پبل میں جوہری فیول ہوتا ہے (ایک پبل میں بہت سارے فیول کی چھوٹی گولیاں ہوتی ہیں جن کو TRISO کہاجاتا ہے)۔ ہر TRISO گولی میں فیول کے باہر سیلیکون کاربائیڈ اور گریفائٹ کی پرتیں ہوتی ہیں، یہ پرتیں بہت زیادہ درجہ حرارت پر بھی ریڈیو ایکٹو فشن پروڈکٹس کو باہر آنے نہیں دیتیں۔
ان پبلز کو کور کے اندر ایک خصوصی انداز میں رکھا جاتا ہے اور ہیلیم گیس عام طور پر Coolant کے طور پر استعمال ہوتی ہے (یعنی ان پبلز سے حرارت نکالنے کے لیے)۔
پبلز میں موجود یورینیم میں نیوکلیئر فشن ہوتا ہے، جس سے حرارت خارج ہوتی ہے اور ہیلیم گیس پبلز کے درمیان موجود جگہوں سے گزر کر فشن عمل کے دوران پیدا ہونے والی حرارت کو جذب کرتی ہے۔
اس گرم ہیلیم سے پھر بجلی پیدا کرنے کے لیے گیس ٹربائن چلائی جاتی ہے یا بھاپ پیدا کرنے کے لیے سٹیم جنریٹر میں بھیجا جاتا ہے جو سٹیم ٹربائن میں استعمال ہوتی ہے۔
اس میں سیفٹی فیچر کیا ہے؟
اگر ری ایکٹر زیادہ گرم ہوجائے تو، نیوکلیئر فشن کا عمل خود بخود Doppler Broadening effect کی وجہ سے سست ہوجاتا ہے۔ درجہ حرارت بہت زیادہ بڑھ جانے کی صورت میں نیوکلیئر چین رد عمل خود بخود ڈاپلر اثر کی وجہ سے سست ہو جاتا ہے کیونکہ یہ عمل نیوٹرانز کے جذب ہونے کے عمل کو بڑھاتا ہے اگر نیوٹرون کی تعداد کم ہوجائے تو Fission Chain Reaction ختم ہوجاتا ہے۔
فیول پارٹیکلز کو بہت زیادہ درجہ حرارت (1600°C یا زیادہ) کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ اگر کولنٹ کی فراہمی میں کوئی خرابی بھی ہو جائے تو فیول اپنا فشن کا عمل انتہائی سست کرلیتا ہے اور کور کو کسی بیرونی مدد کے بغیر زیادہ درجہ حرارت پر پگھلنے سے بچاتا ہے۔
مزید برآں، ہیلیم کا کولنٹ کے طور پر استعمال کیمیائی دھماکوں یا زنگ لگنے کے خطرے کو ختم کرتا ہے، جو PWR ری ایکٹرز میں ہوسکتا ہے۔
پبل بیڈ ری ایکٹرز میں عام طور پر Low Enriched Uranium استعمال کی جاتی ہے، عام طور پر 8-10% یورینیم-235 تک جبکہ عام پانی سے PWRs میں 3-5% enrichment ہوتی ہے۔ یہ ری ایکٹر کم پاور پیدا کرتے ہیں جو عموماً 50 سے 200 میگاواٹ تک ہوتی ہے۔
نیوکلیئر ری ایکٹرز میں "ڈاپلر براڈننگ اثر" کیسے کام کرتا ہے؟
یہ DPE ایک بنیادی طبعیاتی مظہر ہے جو نیوکلیئر ری ایکٹرز کی سیفٹی کے لیے اہم کردار ادا کرتا ہے، خاص طور پر پبل بیڈ ری ایکٹرز (PBRs) ڈیزائن میں۔ یہ نیوٹرانز کے (Absorption) Cross Section میں تبدیلی کو ظاہر کرتا ہے جو ری ایکٹر کور میں ایٹموں کی thermal vibration کی وجہ سے ہوتی ہے۔ یہ اثر یورینیم یا پلوٹونیم فیول استعمال کرنے والے ری ایکٹرز میں خاص طور پر اہم ہے کیونکہ یہ اس بات کو متاثر کرتا ہے کہ نیوٹرانز کس حد تک مؤثر طریقے سے فشن Isotopes جیسے یورینیم-235 (U-235) یا پلوٹونیم-239 (Pu-239) کے ذریعے جذب ہوتے ہیں۔
زیادہ تر نیوکلیئر ری ایکٹرز میں، بشمول پبل بیڈ ری ایکٹرز، DPE ایک Negative Reactivity Feedback میکانزم فراہم کرتا ہے۔ چین کے علاوہ امریکہ میں X Energy کمپنی بھی اسی طرح کا 80 میگاواٹ کا جوہری پاور پلانٹ بنا رہی ہے۔ اس طرح کے محفوظ جوہری پلانٹ مستقبل میں گرین انرجی کی کمی کو پورا کرنے میں اہم کردار ادا کریں گے۔