अणूऊर्जेपासून विजेची निर्मिती - भाग ८ - पी.एच.डब्ल्यू.आर.

प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर रिअॅक्टर्स

तांदूळ निवडतांना आपण त्यातले वेगळे दिसणारे खडे वेचून त्यांना काढून टाकतो, पिठामधल्या कोंड्याचे कण आकाराने मोठे असल्यामुळे चाळणीतून खाली पडत नाहीत, रेती धुतली तर त्यातली माती पाण्याबरोबर वाहून जाते, पाण्यात मिसळलेला मद्यार्क (अल्कोहोल) त्याला उकळवून पाण्यापासून वेगळे केला जातो. एकमेकात मिसळलेले भिन्न पदार्थ अशा अनेक पध्दती वापरून आपल्याला पुन्हा वेगवेगळे करता येतात कारण त्या दोहोंच्या गुणधर्मात काही महत्वाचे फरक असतात. त्या फरकामुळे आपण त्यांचे वेगळेपण ओळखून त्यांना बाजूला करू शकतो. पण मूलद्रव्यांचे वेगवेगळे आयसोटोप्स मात्र सर्वच दृष्टीने अगदी एकसारखे असतात, त्यांचे एकूण एक भौतिक व रासायनिक गुणधर्म (फिजिकल आणि केमिकल प्रॉपर्टीज) जवळ जवळ समान असतात, त्यांचे अतीसूक्ष्म अणू एकमेकात बेमालूम मिसळलेले असतात. घन किंवा द्रवरूप अवस्थेत ते अणू जवळच्या इतर अणूंना घट्ट चिकटलेले असल्यामुळे त्यांना वेगळे करणे अशक्यच असते. वायूरूप स्थितीत मात्र प्रत्येक अणू स्वतःच सुटा होऊन फिरत असतो पण तो सुपरसॉनिक विमानाच्या गतीने दाही दिशांना भरकटत असतो. वेगवेगळ्या आयसोटोप्सच्या अशा गतीमान अणूंना गोळा करून त्यांचे निरनिराळे समूह करणे कोणत्याही सोप्या क्रियेने शक्य नसते. थोडक्यात सांगायचे तर आयसोटोप्सना सहजासहजी वेगळे करता येत नाही.

निसर्गात सापडणा-या युरेनियममध्ये यू २३५ आणि यू २३८ हे त्याचे दोन आयसोटोप्स असतात. त्यामधील यू २३५ भंजनक्षम असते, त्यापासून अणू ऊर्जा उत्पन्न करता येते, पण यू २३८ या कामासाठी उपयुक्त नसते. नैसर्गिक युरेनियममधून या दोहोंना वेगळे करण्यासाठी या सर्वात जड अशा मूलद्रव्याला वायुरूप अवस्थेत आणून त्या वायूचे पृथक्करण करणे हे कल्पनातीत महाकठीण कर्म असते. त्याबाबतचे सारे कार्य अत्यंत गुप्तपणे केले जाते. त्याची माहिती आणि त्यासाठी लागणारी यंत्रसामुग्री मिळत नाही. यामुळे व्यावसायिक दृष्ट्या विद्युत निर्मितीसाठी नैसर्गिक युरेनियमचा उपयोग कसा करता येईल याविषयी प्रयत्न सुरुवातीपासूनच चाललेले आहेत. त्या दृष्टीने ग्राफाईट मॉडरेटर रिअॅक्टर्स बनवण्याच्या प्रयत्नाबद्दल मागील भागात पाहिले.

हेवी वॉटर मॉडरेटर आणि नैसर्गिक युरेनियम फ्यूएल यांचा वापर करून सुध्दा ही गोष्ट साध्य करता येते. हैड्रोजन या मूलद्रव्याचा ड्यूटेरियम नावाचा एक वजनदार जुळा भाऊ (आयसोटोप) आहे. त्याचे दोन अणू आणि ऑक्सीजनचा एक अणू यांच्या संयोगाने जड पाणी (हेवी वॉटर) बनते. साध्या पाण्यातच ते अत्यल्प प्रमाणात असते. आपल्या शरीरात नेहमीच चमचाभर हेवी वॉटरसुध्दा असते असे म्हणता येईल. पण शुध्द हेवी वॉटरच्या निर्मितीसाठी हैड्रोजन या मूलद्रव्याच्या ड्यूटेरियम या आयसोटोपाला वेगळे काढावे लागत असल्याने हे सुध्दा सहजपणे करता येत नाही. मात्र पाणी हा द्रव आपल्या चांगला ओळखीचा आहे, आर्किमिडीजच्याही आधीपासून त्यावर संशोधन केले गेले आहे, पाणी आणि वाफ यांच्या गुणधर्मांबद्दल भरपूर आणि सविस्तर माहिती उपलब्ध आहे, विविध प्रकाराने त्यांचा वापर होत असलेली नानाविध प्रकारची यंत्रसामुग्री गेल्या दोन तीन शतकांपासून तयार होत आली आहे, शिवाय जड पाणी हे विनाशकारी, विस्फोटक किंवा विषारी असे भयानक द्रव्य नसल्यामुळे त्याच्या उत्पादनावर सरसकट फार कडक आणि जाचक आंतरराष्ट्रीय प्रतिबंध कदाचित घातले जात नसावेत. अशा अनेक कारणांमुळे युरेनियमच्या एन्रिचमेंटच्या तुलनेत हेवी वॉटर बनवणे किंचित सुलभ, कमी खर्चिक आणि आवाक्यातले वाटते.

इतर प्रगत देशांनी देखील सुरुवातीच्या काळात यावर संशोधन केले असले तरी कॅनडाने या बाबतीत स्पृहणीय यश मिळवले. कँडू या नावाने ओळखल्या जाणा-या अनेक रिअॅक्टर्सची उभारणी कॅनडामध्ये करून त्यांनी हे तंत्रज्ञान प्रस्थापित केले, तसेच अशा प्रकारचे रिअॅक्टर्स निर्यात केले. भारतीय अणूऊर्जेचे जनक डॉ.होमी भाभा यांनी दूरदृष्टीने विचार करून हेच तंत्रज्ञान भारतासाठी सर्वात चांगले आहे हे ओळखले आणि या क्षेत्रातील भारताच्या धोरणाला दिशा दिली. कॅनडामध्ये डग्लस पॉइंट या जागी २२० मेगावॉट क्षमतेचे पहिले पॉवर स्टेशन बांधले जात असतांना त्याच्या मागोमाग भारतात राजस्थानातील रावतभाटा या ठिकाणी तशाच स्वरूपाचा पहिला प्रकल्प कॅनडाच्या सहाय्याने उभारला गेला. त्यानंतर त्याच डिझाइनचा आणखी एक रिअॅक्टर त्याच्या बाजूला स्थापन केला गेला. हे करतांना आपल्या तंत्रज्ञांनी यासंबंधीचे तंत्रज्ञान आत्मसात केले आणि आधी त्यात थोडा थोडा आणि नंतर आमूलाग्र फरक करत अशा प्रकारची न्यूक्लियर पॉवर स्टेशन्स अनेक ठिकाणी उभारली.

पी.डब्ल्यू,आर प्रमाणेच प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर रिअॅक्टर्स (पी.एच.डब्ल्यू.आर) मधले प्रायमरी कूलंट फक्त रिअॅक्टर, पंप आणि स्टीम जनरेटर्स एवढ्या भागात फिरत असते. स्टीम जनरेटर्समधून बाहेर पडलेली वाफ टर्बाइनच्या शाफ्टला फिरवून कंडेन्सरमार्फत परत येते. त्याला जोडलेल्या जनरेटरमध्ये विजेची निर्मिती होते. पी.एच.डब्ल्यू.आर. मधला सगळाच कन्व्हेन्शनल एरिया पी.डब्ल्यू.आर.सारखाच असतो. या दोन प्रकारच्या रिअॅक्टर्समध्ये काही महत्वाचे फरक आहेत. पी.एच.डब्ल्यू.आरमध्ये रिअॅक्टर व्हेसलचा सिलिंडर आडवा असतो आणि त्यात नळीच्या आकाराचे तीन चारशे कूलंट चॅनल्स (किंवा फ्य़ूएल चॅनल्स) बसवलेले असतात. या नळ्यांमध्ये जुडग्यांच्या आकारातली अनेक फ्यूएल बंडल्स ठेवतात आणि त्यांच्या मधून वाहणारे उच्च दाबाचे हेवी वॉटर त्यातील ऊष्णतेला बाहेर वाहून स्टीम जनरेटरकडे नेते. रिअॅक्टर व्हेसलमधील कूलंट चॅनेल्स सोडून त्यांना सर्व बाजूंनी वेढलेला उरलेला भाग हेवी वॉटर मॉडरेटरने भरलेला असतो. यातील जड पाण्याचा दाब अगदी कमी असतो. त्याचे तपमान वाढू नये यासाठी एका वेगळ्या पंपाद्वारे हे पाणी निराळ्या हीट एक्स्चेंजरमधून खेळवून थंड केले जाते. पी.डब्ल्यू.आर, मध्ये वाहणारे एकाच सर्किटमधले साधे पाणी कूलंट आणि मॉडरेटर ही दोन्ही कामे करते, पण पी.एच.डब्ल्यू.आर. मध्ये उच्च दाबाचे कूलंट आणि कमी दाबाचे मॉडरेटर अशा दोन वेगवेगळ्या सिस्टिम्समध्ये जड पाणी वहात असते. ते कोठेही एकमेकांत मिसळत नाही.

नैसर्गिक युरेनियममधील भंजनक्षम भाग कमी असल्यामुळे वीजनिर्मितीसाठी त्यातला जेवढा भाग खर्च होतो त्याची लगेच भरपाई करणे आवश्यक असते. फ्यूएलिंग मशीन्स नावाच्या खास यंत्रांद्वारे हे काम रिअॅक्टर चालत असतांनाच केले जाते. याला ऑन पॉवर रिफ्यूएलिंग म्हणतात. चित्रात दाखवल्याप्रमाणे एका कूलंट चॅनलच्या दोन बाजूंनी दोन मशीने त्याला जोडली जातात. एका बाजूने नवे इंधन आत ढकलले जाते आणि जुने खर्ची पडलेले इंधन (स्पेंट फ्यूएल) दुस-या बाजूच्या मशीनमध्ये घेतले जाते. त्यानंतर ती मशीने चॅनलपासून वेगळी होतात. स्पेंट फ्यूएल त्याच्या स्टोअरेज बे किंवा पूलमध्ये पाण्याखाली साठवून ठेवले जाते आणि पुढील चॅनलच्या फ्यूएलिंगसाठी एका फ्यूएलिंग मशीनमध्ये नवे फ्यूएल घेतले जाते.

ड्यूटेरियम हे मूलद्रव्य न्यूट्रॉन्सना अगदी अल्प प्रमाणात खाते (अॅब्सॉर्ब करते) या कारणाने हेवी वॉटर हे सर्वोत्कृष्ट मॉडरेटर समजले जाते. पण जे थोडे न्यूट्रॉन्स ड्यूटेरियमच्या न्यूक्लियसमध्ये प्रवेश करतात त्यांच्यामुळे ट्रीशियम नावाचा हैड्रोजनचा तिसरा आयसोटोप तयार होतो आणि तो मात्र रेडिओअॅक्टिव्ह असतो. तो इतस्ततः पसरू नये आणि मूल्यवान हेवी वॉटर वाया जाऊ नये याची विशेष काळजी घ्यावी लागते. या रिअॅक्टरमध्ये बसवलेली सर्व यंत्रसामुग्री, उदाहरणार्थ पंप्स, व्हॉल्व्हज, हीट एक्स्चेंजर्स, फिल्टर्स, पाइप्स, फिटिंग्ज, सील्स वगैरेची कसून तपासणी केली जाते आणि त्यांच्या लीकटाइटनेसला खूप महत्व दिले जाते.

प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर रिअॅक्टर्स भारताच्या अणूऊर्जेच्या कार्यक्रमाचा गाभा असल्यामुळे त्यांचे डिझाईन, त्यामधील यंत्रांची निर्मिती, केंद्राची उभारणी आणि ती चालवणे या सर्व बाबतीत आपण खूप मजल मारली आहे आणि जवळजवळ स्वयंपूर्ण बनलेलो आहोत.