अणूऊर्जेपासून विजेची निर्मिती - भाग ५

बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टर (बी.डब्ल्यू.आर)


सगळ्या प्रकारच्या व्यावसायिक न्यूक्लियर पॉवर स्टेशन्समध्ये पाण्याची वाफ करून ती टर्बाईनला पुरवली जाते, पण 'बी.डब्ल्यू.आर' या प्रकारात रिअॅक्टर व्हेसलमध्येच पाण्यापासून वाफ तयार होते. इतर प्रकारांच्या रिअॅक्टर्समध्ये त्यासाठी वेगळी उपकरणे असतात. बी.डब्ल्यू.आर.मध्ये 'एन्रिच्ड युरेनियम' हे फ्यूएल असते. 'मॉडरेटर' आणि 'कूलंट' या दोन्ही कामासाठी 'डिमिनराइज्ड लाइट वॉटर' (शुध्द केलेले साधे पाणी) वापरले जाते. रिअॅक्टरमधील प्रायमरी कूलंटच मॉडरेशनचे काम करतो. वरील क्र. १ या चित्रात बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टर असलेल्या पॉवर स्टेशनची रचना ढोबळ मानाने दाखवली आहे. रिअॅक्टर, टर्बाईन, कंडेन्सर आणि पंप यामधून पुनःपुनः फिरत राहणारे पाणी व वाफ यांचे अभिसरण अखंड चालत राहते.

रिअॅक्टरमध्ये अणूंच्या भंजनातून निर्माण झालेली जितकी ऊष्णता वाफेला मिळते त्यातल्या निम्म्याहून कमी ऊर्जेचे रूपांतर जनरेटरमध्ये विजेत होते आणि बाकीची ऊर्जा वाफेसोबत टर्बाईनच्या बाहेर येते. त्या वाफेला थंड करण्यासाठी कंडेन्सरमधील नळ्यांमध्ये थंड पाणी खेळत ठेवलेले असते. वाफेमध्ये असलेली ऊष्णता त्या पाण्याकडे जाऊन ते थोडे तापते आणि वाफेला थंड केले गेल्यामुळे तिचे पुन्हा पाण्यात रूपांतर होते. ते होत असतांना कंडेन्सरमधील नळ्यांमध्ये वहात असलेल्या पाण्यातून तिच्यातली ऊर्जा वीजकेंद्रातून बाहेर जाते आणि बाहेरील वातावरणात विलीन होते. रिअॅक्टरमध्ये निर्माण झालेल्या अणूऊर्जेमधील फक्त तीस चाळीस टक्के ऊर्जेचे विजेत रूपांतर होऊन साठ सत्तर टक्के स्थानिक पर्यावरणात मिसळते. पण याला इलाज नसतो. सुमारे दोन तृतीयांश ऊर्जेला वीजकेंद्राबाहेर टाकून देणारे असले कंडेन्सर कशाला हवे असा विचार मनात येईल, पण ते नसले तर टर्बाईनमधून बाहेर निघणारी वाफ तिच्याकडे असलेल्या ऊर्जेसकट थेट वातावरणात जाईल. त्यामुळे तिच्याकडे असलेली ऊर्जाही वाया जाईल आणि त्याबरोबर अत्यंत शुध्द असे मौल्यवान पाणीही नष्ट होईल.

शिवाय टर्बाईनमधील वाफ थेट वातावरणात सोडली तर ती तितक्याच दाबाने बाहेर पडेल पण कंडेन्सरमध्ये तिचे पाण्यात रूपांतर होतांना तिने व्यापलेली जागा रिकामी झाल्यामुळे अंशतः निर्वात पोकळी (पार्शल व्हॅक्यूम) निर्माण होते. वातावरणाएवढ्या दाबापासून ते अंशतः निर्वात पोकळीपर्यंतचा वाफेचा जास्तीचा प्रवास टर्बाईनमधून होत असल्यामुळे त्या वाफेतल्या ऊर्जेचा जास्तीत जास्त उपयोग होतो. या कारणांमुळे वीजनिर्मितीच्या प्रक्रियेत 'कंडेन्सर' हा सुध्दा एक महत्वाचा घटक ठरतो. औष्णिक विद्युत केंद्रातही (थर्मल पॉवर स्टेशनमध्ये) असेच घडते. रेल्वे इंजिन सोडले तर इतर बहुतेक ठिकाणी वाफेचा उपयोग झाल्यानंतर कंडेन्सरमधून त्यातले पाणी परत मिळवले जाते.

बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टरच्या मुख्य पात्राची (रिअॅक्टर व्हेसलची) अंतर्गत रचना चित्र क्र. २ मध्ये दाखवली आहे. या पात्राचा आकार एका ऊभ्या कॅपसूलसारखा असतो. त्याचा मुख्य भाग दंडगोलाकार (सिलिंड्रिकल) असतो आणि त्याच्या दोन्ही टोकांना घुमटाचा आकार दिलेला असतो. या मुख्य पात्राच्या आत एक दंडगोलाकार उपपात्र ठेवलेले असते, याला 'कोअर श्राऊड' असे म्हणतात. जेवढ्या भागात इंधन ठेवलेले असते आणि त्यातून ऊष्णता निर्माण होते त्याला 'कोअर' असे म्हणतात. कोअरचे आवरण म्हणजे 'कोअर श्राऊड' झाले. फ्यूएल आणि कंट्रोल रॉड्स यांना विवक्षित जागी व्यवस्थित रीत्या बसवण्यासाठी आणि आवश्यकतेनुसार त्यांना आतबाहेर करण्यासाठी सोयिस्कर अशी रचना या श्राऊडमध्ये केली जाते. पंपामधून येणारे पाणी कोअरच्या वरच्या भागात रिअॅक्टरमध्ये येते आणि कोअरच्या बाहेरील अंगाने वहात खालच्या भागात आल्यानंतर ते दिशा बदलून कोअरमधील फ्यूएलरॉड्सला स्पर्श करत वर चढते. तापलेल्या फ्यूएल रॉड्समुळे त्यात वाफेचे बुडबुडे तयार होतात आणि मागून येत असलेल्या पाण्याच्या रेट्याने ते वेगाने वर चढत जातात. ते एकत्र येऊन तयार झालेली वाफ रिअॅक्टर व्हेसलच्या वरच्या भागात जमा होत जाते. 'स्टीम सेपरेटर' नावाच्या उपकरणात त्या वाफेसोबत आलेले पाण्याचे कण वेगळे काढले जातात आणि बाष्पीभवनासाठी खालच्या भागात साभार परत पाठवले जातात. सेपरेट झालेली वाफ 'स्टीम ड्रायर' नावाच्या उपकरणात जाते. या भागात पाण्याच्या उरल्यासुरल्या थेंबांचे वाफेत रूपांतर होते आणि सुकी झालेली वाफ (ड्राय स्टीम) टर्बाईनकडे पाठवली जाते. टर्बाईनमध्ये वेगाने गेलेल्या वाफेच्या झोतात पाण्याचे थेंब असल्यास त्यांच्यामुळे टर्बाईनच्या पात्यांची झीज (इरोजन) होते. ते टाळण्यासाठी यासारख्या काही उपाययोजना केल्या जातात.

रिअॅक्टरमधून वाहणा-या पाण्याच्या या मुख्य प्रवाहाशिवाय एक उपप्रवाह वहात असतो. रिअॅक्टर व्हेसलच्या खालच्या भागातून सतत थोडे पाणी बाहेर काढून ते सूक्ष्म छिद्रे असलेल्या चाळणीतून गाळले जाते (फिल्टरिंग) आणि त्याचे शुध्दीकरण (प्यूरिफिकेशन) करून झाल्यावर ते पाणी पुन्हा मुख्य प्रवाहात आणून सोडले जाते. यामुळे या अत्यंत महत्वाच्या पाण्यात कचरा साठत नाही. काही ठिकाणी या पाण्यातील ऊष्णतेपासून कमी दाबाची वाफ तयार करतात आणि वीजनिर्मितीसाठी तिचा उपयोग करून घेतात. रिअॅक्टर व्हेसलचा वरचा भाग स्टीम सेपरेटर आणि स्टीम ड्रायर यांनी व्यापलेला असल्यामुळे कंट्रेल रॉड्सना वरखाली करणारी यंत्रणा खालच्या बाजूने बसवलेली असते. या यंत्रांना चालवण्यासाठी वीज लागते तसेच त्यांची देखभाल व दुरुस्ती करावी लागते. या कारणांमुळे ही यंत्रे वेगळ्या खोलीत असतात आणि त्यांना ऊभ्या दांड्यांच्या द्वारे कंट्रोल रॉड्सबरोबर जोडले जाते.

अॅटॉमिक रिअॅक्टरला 'शट डाऊन' करून त्यामध्ये चालत असलेली भंजनाची क्रिया बंद केली तरीसुध्दा त्यानंतर त्यातून ऊष्णता बाहेर पडतच राहते. युरेनियममधून अणूऊर्जा बाहेर पडणे थांबले असले तरी त्याच्या फिशन प्रॉडक्ट्समधून निघणा-या किरणांमधून ती ऊर्जा बाहेर निघत राहते. निखारे विझल्यानंतरसुध्दा बराच वेळ राख धगधगत राहते, तसाच पण खूप मोठ्या प्रमाणावर हा प्रकार आहे. ही क्रिया हळूहळू आपोआप कमी कमी होत असते, पण तिला प्रतिबंध करण्याचा कोणताही उपाय अस्तित्वात नाही. ही नको असलेली ऊष्णता वाहून नेण्याची व्यवस्था करणे एवढेच करणे शक्य तसेच आवश्यक असते आणि त्यासाठी अनेक प्रकारच्या उपाययोजना केलेल्या असतात. रिअॅक्टरमधून जाणारे मुख्य आणि उपप्रवाह या दोन्हींच्या मार्गात निरनिराळे 'हीट एक्स्चेंजर्स' बसवलेले असतात. रिअॅक्टरमध्ये तप्त होऊन बाहेर निघालेले पाणी यात जाऊन थंड होऊन रिअॅक्टरमध्ये परत येते.

रिअॅक्टरमधून वाहणा-या पाण्याला 'प्रायमरी कूलंट' असे म्हणतात. त्याच्या मार्गावरील उपकरणे किंवा पाईपलाईन यात कोठेही बिघाड झाला आणि त्या पाण्याची गळती झाली तर रिअॅक्टरला पुरेसे पाणी मिळणार नाही. याला 'लॉस ऑफ कूलंट अॅक्सिडेंट' (लोका) असे म्हणतात. त्यामुळे रिअॅक्टरमधले तपमान वाढून ते धोकादायक ठरू शकते. यामुळे अशा परिस्थितीत प्रायमरी कूलंट सर्किटमध्ये जास्त पाणी टाकण्याचे अनेक उपाय केलेले असतात. तसेच रिअॅक्टरच्या बाहेर किरणोत्सर्ग होऊ नये यासाठी रिअॅक्टरच्या सर्व बाजूंनी अत्यंत कडेकोट बंदोबस्त करून ठेवलेला असतो. रिअॅक्टर व्हेसलच्या सर्व बाजूने एक एअरटाइट 'कंटेनमेंट' असते. ते पाइपलाइन्सच्या सहाय्याने एका 'व्हेपर सप्रेशन पूल'ला जोडलेले असते. रिअॅक्टरमधून वाफ बाहेर निघाल्यास ती आधी या कंटेनमेंटच्या 'ड्रायवेल' या भागात येते आणि पाइपांमधून पूलमधील पाण्यात सोडली गेल्याने ती त्या पाण्यात शोषली जाते. त्या वाफेसोबत आलेली ड्रायवेलमधली हवा 'वेटवेल'मध्ये जाते. सप्रेशन पूलमधील पाण्याला थंड करण्याची वेगळी व्यवस्था असते, गरज पडल्यास त्यात भर घालण्याची सोय केलेली असते, तसेच त्यातले पाणी पंपाने उपसून ते तडक रिअॅक्टरमध्ये नेऊन सोडण्याची व्यवस्थासुध्दा असते. जगातील शंभरातल्या नव्याण्णऊ रिअॅक्टरमध्ये यातल्या कशाचीच प्रत्यक्ष गरज पडलेली नाही. पण ती तरतूद करणे अत्यंत आवश्यक असते आणि प्रसंग पडला तर त्यांचा उपयोग करून संभाव्य अनर्थ टाळता येतो.

या तरतुदी अंमलात आणण्यासाठी काही पंप चालणे, व्हॉल्व्हची उघडझाप होणे गरजेचे असते. ते काम करण्यासाठी विजेचे अनेक पर्याय दिलेले असतात. पॉवर स्टेशनमध्ये तयार होणारी वीज, बाहेरच्या ग्रिडमधून येणारी वीज, इमर्जन्सी डिझेल जनरेटर, बॅटरी बॅक अप अशा निरनिराळ्या स्त्रोतांकडून ती येत असल्याने सहसा तिचा तुटवडा पडत नाही आणि त्याच वेळी नेमका लोका अपघात होण्याची शक्यता अत्यंत कमी असते. फुकुशिमा येथील दाइ इची या एका स्टेशनमध्ये सुनामीमुळे आधी विजेचे सगळेच स्त्रोत एका झटक्यात निकामी झाले आणि त्यामुळे लोकासारखी परिस्थिती उद्भवली. टँकमध्ये साठवलेले पाणी आणि बॅटरी बँक या तरतुदी काही काळ कामाला येतात आणि नव्या पुरवठ्याची व्यवस्था करण्यासाठी सवड मिळते. एरवी तेवढ्या अवधीमध्ये ती करता आली असती, पण विक्रमी भूकंप आणि सुनामी यांनी केलेल्या पडझडीने जपानच्या त्या भागातले सारे जनजीवनच उध्वस्त झाल्यामुळे केलेले शर्थीचे प्रयत्न तोटके पडले. फुकुशिमा याच ठिकाणी असलेल्या दुस-या पॉवर स्टेशनमध्ये मात्र या आणीबाणीच्या व्यवस्था कामाला आल्या आणि त्या स्टेशनमध्ये मोठा अपघात झाला नाही.

रिअॅक्टरमध्ये प्रायमरी कूलंट या कामासाठी वापरले जात असलेले पाणी गाळून घेतले असले तरी त्या गाळण्याच्या (फिल्टरच्या) सूक्ष्म छिद्रातून आरपार जाऊ शकणारे अतिसूक्ष्म कण शिल्लक राहतात. तसेच आयन एक्स्चेंजरमध्ये शुध्द केलेल्या पाण्यातही अत्यल्प प्रमाणात विरघळलेले क्षार शिल्लक असतातच. पीपीएम (पार्ट्स पर मिलियन किंवा दशलक्षात अमूक एवढे भाग)इतक्या कमी प्रमाणात ही अशुध्द द्रव्ये त्यात शिल्लक राहतात. एरवी त्यांचा काही उपसर्ग नसतो. पण हे पाणी रिअॅक्टरमधून जात असतांना तेथील न्यूट्रॉन्सच्या साम्राज्यात काही न्यूट्रॉन्स या अशुध्द द्रव्यांमध्ये शोषले जातात, तसेच पाण्यामधील हैड्रोजन आणि ऑक्सीजन या मूलद्रव्यांवरसुध्दा न्यूट्रॉन्स परिणाम करतात. यामुळे हे पाणी रेडिओअॅक्टिव्ह बनते. याच पाण्याची वाफ टर्बाईन, कंडेन्सर वगैरेमध्ये जात असल्यामुळे हा सारा भाग माणसांनी प्रवेश करण्यायोग्य रहात नाही. रिअॅक्टर सुरू असतांना निरीक्षण किंवा देखरेख या कामासाठीसुध्दा कोणीही या भागात जाऊ शकत नाही. ही कामे करण्यासाठी रिअॅक्टर शट डाऊन करून रेडिओअॅक्टिव्हिटी कमी होण्याची वाट पहात काही काळ थांबावे लागते. बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टरमध्ये ही एक उणीव असते.

जगभरात बी.डब्ल्यू.आर. या प्रकारचे ९२ रिअॅक्टर्स असून त्यांची एकंदर क्षमता ८४००० मेगावॉट्स एवढी आहे. हा प्रकार दुस-या क्रमांकावर आहे आणि बरीच वर्षे राहणार आहे. भारतामध्ये तारापूर येथे उभारलेला सर्वात पहिला अणूविद्युत प्रकल्प या प्रकारचा होता. त्यानंतर पुन्हा अशा प्रकारच्या रिअॅक्टरची उभारणी केली गेली नाही.