Tuesday, February 04, 2014

पाणी, जड पाणी आणि मंतरलेले पाणी - भाग ३

अप्सरा ही भारतातली पहिली अणुभट्टी सुरू झाली तेंव्हा मी शाळेत शिकत होतो. या रिसर्च रिअॅक्टरचे नामकरण खुद्द स्व.पं.जवाहरलाल नेहरू यांनी त्याच्या उद्घाटनाच्या वेळी केले होते. या घटनेला त्या काळात चांगली प्रसिद्धी मिळाली होती. ही एक आगळ्याच स्वरूपाची भट्टी आहे. यात मध्यम आकाराच्या जलतरणतलावासारख्या (स्विमिंग पूल) एका टाकीमध्ये अत्यंत स्वच्छ आणि शुद्ध पाणी भरून ठेवलेले आहे आणि त्या पाण्याच्या तळाशी ठेवलेल्या समृद्ध युरेनियम (एन्रिच्ड युरेनियम) या इंधनामधून ऊष्णता बाहेर पडते. जळत्या लाकडावर पाणी टाकले की ती आग विझते, पण इथे पाण्यात बुडवून ठेवलेले इंधन त्याच्या अस्तित्वामुळे तापते. आजूबाजूचे पाणी ती ऊष्णता आणि त्यासोबत निघालेले रेडिएशन शोषून घेते आणि त्यामुळे तलावाबाहेरची किंवा त्याच्या काठावरची जागा माणसांना काम करण्यासाठी सुरक्षित राहते. पाण्याच्या तळाशी भट्टी असणे हा प्रकार विसंगत वाटत असला तरी आश्चर्यकारक नाही. माझ्या लहानपणी घराच्या भिंतींना लावायचा चुना घरीच कालवत असत. चुनाभट्टीमधून भाजून आणलेली चुनखडी डब्यातल्या पाण्यात टाकताच त्यातून स्स्स्स असा आवाज येत असे आणि गरम वाफा निघत असत. बीकरमधल्या थंडगार पाण्यामध्ये सोडियम धातूचा लहानसा खडा टाकताच तो उकळत्या तेलात टाकलेल्या भज्यासारखा कसा तडफडतो हे शाळेतल्या प्रयोगशाळेत एकदा दाखवले होते. समुद्राच्या पोटात एक वडवानल नावाचा अग्नि असतो असे वाचले होते. यामुळे अग्नि आणि पाणी यांचे नेहमीच हाडवैर नसते याचा थोडा अंदाज होता.

भारतातली दुसरी प्रायोगिक अणुभट्टी (रिसर्च रिअॅक्टर) कॅनडाच्या सहकार्याने उभारली गेली. त्यात जड पाणी हे मंदलक (मॉडरेटर) आणि नैसर्गिक युरेनियम इंधन यांचे काँबिनेशन आहे. मी जेंव्हा या रिअॅक्टरची माहिती वर्तमानपत्रांमध्ये वाचली तेंव्हा मला या गोष्टीचे थोडेसे नवल वाटले होते. जड पाणी (हार्ड वॉटर) पचायला जड, त्यात डाळी शिजत नाहीत यामुळे ते स्वयंपाकासाठी बाद, त्यात साबणाचा फेसच होत नसल्यामुळे कपडे धुवून स्वच्छ निघत नाहीत, त्यात आंघोळ केली तर शरीराला खाज सुटायची शक्यता, झाडांना दिले तर त्यांचीही नीट वाढ होत नाही वगैरे त्याच्यासंबंधी फक्त तक्रारीच ऐकल्या आणि वाचल्या होत्या. असे हे सगळ्याच दृष्टीने दुर्गुणी आणि कुचकामाचे वाटणारे पाणी रिअॅक्टरसाठी कशामुळे उपयोगी पडत असेल हे समजत नव्हते. "परमेश्वराने निर्माण केलेली कुठलीही वस्तू पूर्णपणे निरुपयोगी नसते, प्रत्येक वस्तूचा किंवा जीवाचा काही ना काही उपयोग असतोच." असे तात्पर्य असलेल्या काही बोधकथा वाचल्या होत्या त्यांची आठवण झाली. भारतात उभारल्या गेलेल्या त्या रिअॅक्टरसाठी लागणारे जड पाणी त्या काळात कॅनडामधून आयात केले होते ही आणखी एक बुचकळ्यात टाकणारी बाब होती. एवढ्या मोठ्या भारत देशात दोन चार टँकर जड पाणी मिळाले नसते का? ते कॅनडामधून आणण्याची काय गरज होती? असे त्या वेळी वाटले होते.

पुढे अणुशक्तीखात्यात नोकरीला लागल्यानंतर 'जड पाणी' (हेवी वॉटर) या शब्दाचा खरा अर्थ समजला. हे जड पाणी कॅनडातल्या कुठल्याही विहिरीत किंवा तळ्यातदेखील मिळत नाही. जगात कुठेच जड पाण्याचा वेगळा साठा उपलब्ध नाही. पण हे खास पाणी साध्या पाण्यामध्येच सूक्ष्म प्रमाणात अस्तित्वात असते. हैड्रोजन या मूलद्रव्याचे दोन अणू आणि ऑक्सीजनचा एक अणू यांच्या संयोगातून पाणी तयार होते. पृथ्वीच्या पाठीवरील कोणताही समुद्र, नदी, तलाव किंवा विहिरीमधल्या पाण्य़ात हेच अणू आणि याच प्रमाणात असतात, त्यामुळे इथून तिथून सगळे पाणी एकसारखे असते. आता चंद्रावर किंवा मंगळावर सापडलेल्या पाण्याचे पृथक्करण केले तर त्यातही हेच दिसेल. किंबहुना त्या ठिकाणी हे अणू आढळले म्हणून ''तिथे पाणी सापडले'' असे सांगितले जाते. पहायला जाता कोठल्याही मूलद्रव्याचे सगळे अणू एकसारखेच असतात, त्या प्रमाणे हैड्रोजनचेसुद्धा असतात, पण दर ६४२० हैड्रोजन अणूंमधला एक अणू जाड्या असतो, त्याला 'ड्युटेरियम' म्हणतात. मूलद्रव्यांच्या अशा भिन्न रूपांना आयसोटोप म्हणतात. हैड्रोजनच्या इतर अणूंमध्ये एक प्रोटॉन आणि एक इलेक्ट्रॉन असतो, त्याच्या या जुळ्या भावंडाकडे प्रोटॉनच्या सोबतीला एक न्यूट्रॉनसुद्धा असतो. यामुळे त्याचे वजन इतर अणूंच्या मानाने दुप्पट असते. अशा ड्युटेरियमचे दोन अणू आणि ऑक्सीजनचा एक अणू यांच्या संयोगातून जड पाणी तयार होते. ते सगळीकडे मिळणा-या साध्या पाण्यात सूक्ष्म प्रमाणात असते. आपल्या घरातल्या बादलीभर पाण्यातले काही थेंब जड पाण्याचे असतात, पण ते वेगळे नसतात, सगळीकडे पसरलेले असतात. बादलीतले एक थेंबभर पाणी काढून घेतले तर त्यातलासुद्धा सूक्ष्म भाग जड पाण्याचा असतो. 'जड पाण्या'चा हा अर्थ 'हार्ड वॉटर'पेक्षा खूप वेगळा आहे. हे जड पाणी साध्या पाण्यामधून महत्प्रयासाने बाहेर काढावे लागते, यामुळे मोठ्या कारखान्यामध्येच ते तयार होते. आता असे काही कारखाने भारतात उभारले आहेत आणि या बाबतीत आपला देश स्वयंपूर्ण झाला आहे.

जड पाणी आणि साधे (हलके) पाणी यांचे बहुतेक सगळे गुणधर्म अगदी एकसारखे आहेत आणि हे दोन्ही द्रव एकमेकांमध्ये अनिर्बंधपणे विरघळतात, त्यामुळे त्यांना वेगवेगळे करणे फार कठीण असते. सगळेच आयसोटोप्स रासायनिक क्रियांच्या बाबतीत अगदी एकच असतात. या दोन प्रकारच्या पाण्यांच्या कोणत्याही प्रकारच्या रासायनिक क्रियांमध्ये देखील काहीच फरक नसल्यामुळे त्यांचा उपयोग करून त्यांना वेगळे करणे अशक्य असते. जड पाणी हलक्या पाण्याच्या तुलनेत सुमारे साडेदहा टक्के भारी किंवा जड असते, पण ते साध्या पाण्यात संपूर्णपणे विरघळलेले असल्यामुळे गुरुत्वाकर्षणाने तळाशी जाऊन बसत नाही. त्याचा उत्कलन बिंदू (बॉइलिंग पॉइंट) फक्त एका अंशाने जास्त असतो. या सूक्ष्म फरकाचा उपयोग करून त्यांचे पार्शल डिस्टिलेशन करतात. त्याच्या प्रत्येक स्टेजमध्ये जड पाण्याचे प्रमाण किंचित वाढते. याची अनेक वेळा पुनरावृत्ती करून ते वाढवत नेले जाते. ही खूप गुंतागुंतीची प्रक्रिया (कॉम्पेक्स प्रोसेस) आहे आणि ती खर्चिकही आहेच, शिवाय तिच्याबद्दल प्रचंड गुप्तता (कॉन्फिडेन्शियालिटी) बाळगली जाते.

जड पाण्याचा एकच गुणधर्म साध्या (हलक्या) पाण्यापेक्षा खूप वेगळा आहे. साधे पाणी न्यूट्रॉन्सना जास्त प्रमाणात नष्ट (कॅप्चर) करते, जड पाणी हे काम जवळ जवळ शून्याइतकेच करते. यामुळे रिअॅक्टरमधल्या न्यूक्लियर रिअॅक्सन्सची साखळी टिकवून ठेवण्यासाठी साध्या पाण्यापेक्षा जड पाणी अधिक उपयुक्त ठरते. इतर अनेक प्रयोग करून झाल्यानंतर आज जे रिअॅक्टर्स बांधले जात आहेत त्यात दोन मुख्य प्रकार आहेत. जगातील बहुसंख्य अणूभट्ट्यांमध्ये समृद्ध युरेनियम (एन्रिच्ड युरेनियम) आणि हलके पाणी (लाइट वॉटर) वापरतात, तर भारत आणि कॅनडा या देशांमध्ये जड पाणी आणि नैसर्गिक युरेनियम इंधन यांचा उपयोग केला जातो. नैसर्गिक युरेनियम आणि नैसर्गिक पाणी यांच्या उपयोगामधून चेन रिअॅक्शन करता येत नाही. निसर्गात मिळणा-या युरेनियमचा त्या एन्रिच न करता उपयोग करायचा असल्यास जड पाणीच आवश्यक असते.

.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . (क्रमशः)

1 comment:

Nilesh Gurav said...

really informative..i am always read your blog posts..you had also cleared my doubt about Heavy water so thanks for the same