विकिरण खतरा: विखंडन रिएक्टर बनाम संलयन रिएक्टर

वाविलोव-चेरेंकोव की यह सुंदर नीली चमक किसी व्यक्ति को सीधे विकिरण (इस मामले में, देखें) को महसूस करने का एकमात्र अवसर है। दुर्भाग्य से, हमारी इंद्रियां हमें कुछ भी नहीं बताएंगी, भले ही हम आयनकारी विकिरण की चपेट में आ जाएं, जो एक मिनट में मार देता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के विकिरण का खतरा आधुनिक संस्कृति का एक हिस्सा बन गया है, जो परमाणु ऊर्जा के कई प्रतियोगियों द्वारा खेला जाता है - और थर्मोन्यूक्लियर कार्यक्रमों के विचारक एक "स्वच्छ", विकिरण से रहित, ऊर्जा का वादा करते हुए, एक तरफ खड़े नहीं होते हैं।


ऐसा है क्या? सच कहूँ तो, नहीं। भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट परमाणु सुविधा वाले होंगे, जिसमें सभी निहित गुण (पर्यावरणविदों के फैंस तक सही होंगे), लेकिन परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के साथ अभी भी अंतर है। आज मैं एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र और एक काल्पनिक TNPP से निकलने वाले विकिरण खतरे के विभिन्न पहलुओं की तुलना करने की कोशिश करूँगा, जो निर्माणाधीन ITER टोकम के लिए की गई गणनाओं से शुरू होता है।


काम पर ITER भवन में विकिरण क्षेत्रों की गणना का एक उदाहरण। विडिनो, जो स्वयं रिएक्टर के करीब है (यह केंद्र में एक सफेद सर्कल में स्थित है), खेत 40 Sv / h (4000 R / h) तक पहुंचते हैं।

इसलिए, सबसे पहले, दो अवधारणाओं को अलग करना आवश्यक है। आयनकारी विकिरण का शरीर पर एक हानिकारक प्रभाव पड़ता है, लेकिन परमाणुओं के अस्थिर संस्करण - रेडियोइसोटोप्स (जिसे रेडियोन्यूक्लाइड्स भी कहा जाता है) - परमाणु सुविधाओं पर इसके स्रोत के रूप में काम करते हैं। रेडियोन्यूक्लाइड का खतरा उनकी रेडियोटॉक्सिसिटी से मापा जाता है, अर्थात "जहरीला" जब अंतर्ग्रहण (सभी रेडियो आइसोटोप पर बारीकियों के लिए, डॉसिमीटर बाइबल देखें )। चूंकि कुछ समस्थानिकों के लिए वास्तव में खतरनाक खुराक सैकड़ों नैनोग्राम्स (!) से शुरू होती हैं, इसलिए मनुष्यों से रेडिन्यूक्लाइड के अलगाव के मुद्दे मौलिक हैं। रेडियोधर्मी परमाणु को नष्ट करने का कोई तरीका नहीं है, इसके लिए कोई मारक नहीं है - यही कारण है कि रेडियोधर्मी अपशिष्ट प्रबंधन (यानी कि सड़न रोकनेवाला रेडियोन्यूक्लाइड्स) का विषय परमाणु उद्योग से जुड़ी हर चीज में सबसे महंगा है।


उदाहरण के लिए, फुकुशिमा दाइची एनपीपी में hermetically मुहरबंद निरीक्षकों को रेडियोन्यूक्लाइड से संरक्षित किया जाता है, न कि विकिरण से।

कर्मियों के डिस्पोजेबल कपड़े, ताले, विशेष वेंटिलेशन, और विशेष विशेष वेंटिलेशन, वाष्पित तरल पदार्थों की स्थापना, जो रेडियोधर्मी संदूषक के मामूली निशान को धोते हैं, और वाष्पीकरण से अवशेषों को सीमेंट करते हैं - ऐसी प्रणालियां नाभिकीय पौधों, रेडियोकेमिकल पौधों और यहां तक ​​कि चिकित्सा प्रयोगशालाओं की दैनिक वास्तविकता हैं। रेडियोधर्मी फार्मास्यूटिकल्स तैयार करना।


उदाहरण के लिए, रेडियोकेमिकल काम के लिए एक अलग "गर्म कक्ष"।

अस्थिर परमाणु कहां से आते हैं? परमाणु प्रतिक्रियाओं से। उदाहरण के लिए, दबाव (VVER प्रकार) के साथ पानी के साथ एक पारंपरिक रिएक्टर में, एक तेज न्यूट्रॉन 16O पानी के ऑक्सीजन परमाणु से एक प्रोटॉन को दस्तक देने में सक्षम है और इसे तेजी से सड़ने वाले 16N नाइट्रोजन आइसोटोप में बदल देता है। 7 सेकंड में औसतन 16 ग्राम तक क्षय होगा, साथ ही गामा विकिरण की मात्रा का उत्सर्जन होगा। एक अन्य विकल्प यूरेनियम विखंडन की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया है, जो एक परमाणु रिएक्टर चलाता है। हर बार, 235U परमाणु 2 लाइटर नाभिक में घटता है, और केवल कुछ ही मामलों में वे स्थिर होते हैं, और बेटी क्षय उत्पादों की अत्यधिक संख्या बहुत
रेडियोधर्मी पदार्थ होते हैं। इस व्यापक IAEA दस्तावेज़ में सभी सक्रियण प्रक्रियाओं के बारे में और पढ़ें ।


रेडिन्यूक्लाइड्स के अलगाव का एक और उदाहरण है डिस्पोजेबल कपड़े और स्मोलेन्स्क एनपीपी में संभावित रूप से दूषित क्षेत्र से बाहर निकलने पर एक शॉवर। इस प्रकार, परिधि से परे शरीर और कपड़ों पर रेडियोन्यूक्लाइड्स को हटाने की संभावना अवरुद्ध है।

इस प्रकार, परमाणु रिएक्टर में विकिरण क्षमता उत्पन्न करने के लिए दो मुख्य चैनल न्यूट्रॉन और परमाणु प्रतिक्रियाओं के रेडियोधर्मी उत्पादों के उत्पादन के आसपास की हर चीज की सक्रियता है। ये दोनों चैनल किसी भी परमाणु ऊर्जा संयंत्र में मौजूद हैं और एक काल्पनिक टीएनपीपी में होंगे। अंतर केवल विवरण में है।

सक्रियण।

यदि हम आज उपलब्ध एकमात्र प्रतिक्रिया लेते हैं कि एक संलयन रिएक्टर काम कर सकता है - ड्यूटेरियम और ट्रिटियम (D + T -> 4He + n) का संलयन, तो हमें परमाणु रिएक्टर की तुलना में कई गुना अधिक न्यूट्रॉन प्रति किलोवाट शक्ति प्राप्त होगी। इसके अलावा, ये न्यूट्रॉन बहुत अधिक ऊर्जावान होंगे, जिससे आस-पास की संरचना में बहुत अधिक दुर्भावनापूर्ण सक्रिय समस्थानिक पैदा होते हैं। यदि आप इस न्यूट्रॉन प्रवाह का उपयोग करने के लिए कोई प्रयास नहीं करते हैं, तो इस पहलू में, TNW के डिजाइन की सक्रियता की विकिरण क्षमता, यह एक धमाके के साथ परमाणु ऊर्जा संयंत्र को खो देगा। तो, ITER के लिए, सक्रिय भागों का द्रव्यमान 31,000 टन होगा, जबकि एक विशिष्ट 1000-मेगावाट (यानी ITER की तुलना में 6 गुना अधिक शक्तिशाली, अगर हम थर्मल क्षमता पर विचार करें) परमाणु रिएक्टर, सक्रिय संरचनाओं का वजन 8,000 टन है।


रिएक्टर पोत को पानी के नीचे भागों में काटना।

वैसे, संरचनात्मक सामग्रियों की सक्रियता की डिग्री अक्सर अशुद्धियों के कारण होती है, उदाहरण के लिए, कोबाल्ट, नाइओबियम और पोटेशियम की अशुद्धियां स्टील के लिए महत्वपूर्ण तत्व हैं। प्रति टन दस ग्राम के क्षेत्र में सामग्री के बावजूद, वे एक न्यूट्रल प्रवाह में होने के बाद संरचना की रेडियोधर्मिता की डिग्री निर्धारित करेंगे। यह एक कारण है कि परमाणु उद्योग को उच्च-परिशुद्धता और उच्च-तकनीकी सामग्री की आवश्यकता होती है, जिसके बारे में मैंने लिखा था ।


सक्रिय संरचनाओं के भंडारण का एक और उदाहरण सोवियत पनडुब्बियों के रिएक्टर डिब्बे हैं।

शटडाउन के एक दिन बाद ITER के अंदर सक्रिय संरचनाओं से विकिरण प्रवाह 10,000-50000 हजार एक्स-रे / घंटे, विशिष्ट परमाणु रिएक्टर - 1000-15000 एक्स-रे / घंटे की सीमा में होगा। ऐसे क्षेत्रों को मिनटों में मार दिया जाता है, इसलिए यह सब अच्छा है रेडियोधर्मी कचरा, जो रिएक्टर के करियर के पूरा होने के बाद, कटौती करने की जरूरत है, गतिविधि द्वारा छांटा गया और रेडियोधर्मी कचरे के भंडारण की सुविधा के लिए भेजा गया। सबसे दिलचस्प बात यह है कि इन हजारों टन में रेडियोधर्मी परमाणुओं की कुल संख्या केवल कुछ किलोग्राम (गंभीर मामलों में - कई दसियों) है।


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इस रेडियोधर्मी विरासत के साथ काम करने की रणनीति इस प्रकार है - 10 साल प्रतीक्षा करने के लिए ... कम से कम 20 साल (और इसलिए सबसे सक्रिय) आइसोटोप क्षय सहित, सक्रिय कोबाल्ट की सामग्री (5.3 वर्ष के आधे जीवन के साथ "कोबाल्ट बम" से प्रसिद्ध 60Co) में कमी आएगी, और फिर कचरे को अलग करना और छांटना होगा जो सुरक्षित स्तर तक हिलाया जा सकता है, जैसे कि स्टील बार, अपशिष्ट जो अल्पकालिक भंडारण की आवश्यकता होती है और लंबे समय तक भंडारण की आवश्यकता होती है। बाद में आम तौर पर कुल द्रव्यमान का लगभग 10% प्राप्त होता है, और जब तक सक्रिय परमाणुओं का सुरक्षित स्तर तक क्षय नहीं हो जाता है, तब तक भंडारण का समय 100 ... 1000 वर्ष है। काफी कुछ, लेकिन फिर हम पूरी तरह से अलग आंकड़े देखेंगे।


एक अन्य समान तस्वीर ITER परिस्थितियों में उच्च गुणवत्ता वाले परमाणु ग्रेड स्टेनलेस स्टील की सक्रियता है। संख्या प्रति घंटे / किग्रा में रेडियोटॉक्सिक समकक्ष (यदि आप इस स्टील को खाना शुरू करते हैं) के रूप में दिया जाता है। यह देखा जा सकता है कि हालांकि गतिविधि का स्तर पहले 40 वर्षों में काफी कम हो गया है, यह स्टील 200 वर्षों तक धूल के रूप में खतरनाक बना हुआ है।

और हां, दोनों रिएक्टरों के संचालन के दौरान और उनके बंद होने के बाद, गैर-प्रसार अवरोधों के लिए डिज़ाइन किए गए इस उद्देश्य के लिए कट्टरपंथी बाड़ों के अंदर रेडियोन्यूक्लाइड को अलग करने के लिए लगातार उपायों का एक सेट लिया जाना चाहिए। महंगे निर्माण / रखरखाव के उपायों के अलावा (उदाहरण के लिए, ITER पर कंक्रीट को ड्रिल करना असंभव है, और इसलिए पूरी स्थापना धातु बोर्डों पर बनाई गई है जब कंक्रीट में डाला जाता है) संभावित दुर्घटनाओं के खिलाफ लड़ाई भी होती है।


और यह है कि रेडियोकार्बन पौधों का परिशोधन कैसे दिखता है - सब कुछ एक बहुलक फिल्म से भरा होता है जो रेडियोन्यूक्लाइड्स के साथ दीवारों को छील देता है।

यह दिलचस्प है कि आज लगभग सौ बंद परमाणु रिएक्टर पूरी तरह से ध्वस्त हो गए थे, कभी-कभी गूढ़ तकनीकों के माध्यम से, जैसे "रोबोट के साथ पानी के नीचे रिएक्टर पोत को काटना"। "सभी बढ़ते फोम में डालो, टुकड़ों में काट लें और भंडारण में डालें"। फिर भी, इस तकनीक को विकसित किया गया है, और छंटाई और विशेष रूप से सक्रिय भागों को अलग करने के बाद हजारों टन के एक महत्वपूर्ण हिस्से को पुन: पिघलने / अन्य पुन: उपयोग के लिए उपयुक्त है। जर्मनों को इस तरह के संचालन में विशेष रूप से सफल रहे, जिसमें 11 बिजली रिएक्टर और एक दर्जन प्रायोगिक उपकरण पूरी तरह से नष्ट हो गए।


एक स्वच्छ क्षेत्र की स्थिति के लिए परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के विश्लेषण का एक उदाहरण।


यहां एक पूर्व नमक की खान में रेडियोधर्मी कचरे के दीर्घकालिक भंडारण का एक उदाहरण है।

संक्षेप में, न्यूट्रॉन की उपस्थिति इस तथ्य की ओर ले जाती है कि परमाणु या थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर, परमाणु ईंधन की मौजूदगी की परवाह किए बिना, महत्वपूर्ण परमाणु क्षमता के साथ एक वस्तु बन जाता है। इसका अर्थ है रेडियोन्यूक्लाइड्स के अलगाव के लिए एक निरंतर संघर्ष, पर्यवेक्षी अधिकारियों द्वारा नियंत्रण और एक गैर-भ्रमपूर्ण नश्वर विकिरण संकट, सहित "क्लीन" फ्यूजन रिएक्टर के लिए। लेकिन यह सबसे बुरा नहीं है।

परमाणु प्रतिक्रिया उत्पाद।

आज, विखंडन रिएक्टर रिएक्टरों के लिए लगभग एक ही ईंधन असेंबलियों का उपयोग करते हैं (ईंधन असेंबलियों, जिन्हें अक्सर गलती से ईंधन तत्व कहा जाता है, ईंधन तत्व केवल ईंधन असेंबलियों का हिस्सा होते हैं)। इस उत्पाद का वजन ~ ,०० किलोग्राम है, जिसमें २३५ यू आइसोटोप में ~ ४.५% तक समृद्ध यूरेनियम का ५०० किलोग्राम है, अर्थात। प्रत्येक ईंधन विधानसभा में २२-२३ किलोग्राम यूरेनियम २३५ और ~ ४ of० किलोग्राम यूरेनियम २३ An है ।


एक उदाहरण VVER रिएक्टरों का ईंधन विधानसभा है (ईंधन विधानसभा के ऊपर ईंधन विधानसभा -2 एम के केंद्र में)। यूरेनियम ऑक्साइड छर्रों ईंधन सेल वर्गों में दिखाई देते हैं।

ईंधन विधानसभा 3-4 वर्षों के लिए रिएक्टर में काम करती है और प्रत्येक वर्ष रिएक्टर 30 टन खर्च किए गए ईंधन या लगभग 40 ईंधन असेंबलियों को छोड़ देता है। स्पेंट फ्यूल में लगभग 2 प्रतिशत U235 और लगभग एक प्रतिशत प्लूटोनियम होता है। सबसे दिलचस्प बात यह है कि अभियान के दौरान बनाई गई प्लूटोनियम का आधा हिस्सा यह है कि बाकी पूरी तरह से अपने आप ही जल जाती है, जिससे बिजली पैदा होती है। इसके अलावा, ईंधन असेंबलियों में 20-25 किलोग्राम विखंडन उत्पाद (पीडी) होते हैं - लगभग 60 अलग-अलग, अक्सर बहुत रेडियोधर्मी समस्थानिक। ताजा विकिरणित ईंधन असेंबलियों में एक मिलियन एक्स-रे / घंटे की रेडियोधर्मिता होती है,


यह अद्भुत वीडियो दिखाता है कि विकिरणित ईंधन संयोजन कितना सक्रिय है - दोनों से गर्म पानी का प्रवाह और गामा किरणों से चेरेंकोव विकिरण दिखाई देता है।

वास्तव में, यह पता चला है कि खर्च किए गए ईंधन के रूप में एक वर्ष में रिएक्टर 50 से अधिक ऑपरेशनों में सक्रिय संरचनाओं में जमा होने की तुलना में अधिक विकिरण क्षमता को बाहर निकालता है। दूसरी समस्या एसएनएफ में रेडियोधर्मी उत्पादों के क्षय का सुरक्षित स्तर पर होना है। यदि पीडीएस सबसे अधिक बार लंबे समय तक नहीं रहता है, (हालांकि प्रसिद्ध स्ट्रोंटियम 90 और सीज़ियम 137 30 वर्षों के क्रम के हैं। उदाहरण के लिए, चेर्नोबिल दुर्घटना के दौरान बाहर निकलने वाले स्ट्रोंटियम और सीज़ियम अब पैमाने की कल्पना करने के लिए आधे से विभाजित हो गए हैं), 100 वर्षों के बाद वे हावी होने लगते हैं। ट्रांसयूरेनिक उत्पाद - प्लूटोनियम, नेप्ट्यूनियम, एमरिकियम, क्यूरियम (अंतिम तीन तथाकथित नाबालिग एक्टिनाइड्स के हैं, जो रेडियोधर्मी कचरे के सबसे समस्याग्रस्त विषयों में से एक हैं)। बेहद रेडियो-टॉक्सिक, उनके पास सैकड़ों और हजारों वर्षों के क्रम का आधा जीवन है,जिसका मतलब है कि SNF कम से कम कई लाख वर्षों के लिए खतरनाक होगा!


समय के साथ एसएनएफ विकिरण की क्षमता। एफपी - विखंडन उत्पाद। ऊपर सक्रिय डिजाइन के साथ तुलना करें!


एक लाख साल बाद भी, परमाणु ईंधन मूल विकिरण के स्तर पर वापस नहीं आता है, जो यूरेनियम के धीमे क्षय द्वारा निर्धारित होता है।

खर्च किए गए परमाणु ईंधन (जो आज दुनिया में लगभग 200,000 टन जमा हो गया है) की पारलौकिक विकिरण क्षमता की पृष्ठभूमि के खिलाफ, सक्रिय संरचनाओं की समस्याएं थोड़ा ठीक हो जाती हैं?


दुनिया की सबसे बड़ी गीली एसएनएफ भंडारण सुविधाओं में से एक। मुझे इस बारे में उपयुक्त xkcd कॉमिक याद है ।

खर्च किए गए परमाणु ईंधन के लिए पुनर्संक्रमण के लिए एक विकल्प है, जब ईंधन असेंबलियों को यूरेनियम और प्लूटोनियम में कमजोर रूप से सक्रिय संरचनाओं में विभाजित किया जाता है, जिसे फिर से ऑपरेशन और विखंडन उत्पादों में डाला जा सकता है। इस प्रकार, अपशिष्ट की मात्रा लगभग 5 गुना कम हो जाती है, और दीर्घकालिक विकिरण क्षमता का लगभग आधा रिएक्टर में चला जाता है, लेकिन यह अंतिम समाधान नहीं है। तेजी से रिएक्टरों में मामूली एक्टिनाइड्स और प्लूटोनियम को जलाने पर भी गंभीरता से विचार किया जाता है, जो कि अवशेषों के भंडारण के समय को सैकड़ों हजारों से घटाकर दो हजार साल कर देगा। हालांकि, ये सभी जटिल और महंगे उपाय हैं, परिणामस्वरूप, यहां तक ​​कि खर्च किए गए परमाणु ईंधन का पुन: प्रसंस्करण, और यहां तक ​​कि यह पूरा नहीं है, केवल यूरोप में मौजूद है।


वैसे, प्रसंस्करण कचरे का एक महत्वपूर्ण हिस्सा ~ 50 ... 80 किलोग्राम के स्टील भागों में ईंधन असेंबलियों का है, जो विशेष रूप से सक्रिय हैं। वे इसे इस तरह से करते हैं।

लेकिन फ्यूजन रिएक्टरों का क्या? उनका "उत्पादन अपशिष्ट" स्थिर हीलियम -4 है, जिसका उपयोग साइट पर बच्चों की गेंदों को फुलाने के लिए किया जा सकता है। सच है, रेडियोधर्मी ट्रिटियम का उपयोग कार्य में किया जाता है, जो प्लूटोनियम के साथ खतरे में तुलनीय है (और यह तथ्य कि यह आसानी से पानी में परिवर्तित हो जाता है और केवल जैविक चक्र में निर्मित होता है) व्यामोह जोड़ता है। ट्रिटियम की एक मात्रा को औद्योगिक TNPP में परिचालित किया जाएगा, जो फुकुशिमा या चेरनोबिल दुर्घटनाओं से उत्सर्जन के साथ कुल गतिविधि में तुलनीय है (दसियों मेगाक्रीश, जो ट्रिटियम की किलोग्राम इकाइयों से मेल खाती है)। वैसे, ट्रिटियम के कई सौ मिलीग्राम (कई हजार करी) थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर की आंतरिक सतहों पर बने रहेंगे, जो उनके निपटान के साथ अतिरिक्त समस्याएं पैदा करेंगे। दूसरी ओर, औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में, रेडियोधर्मी पदार्थों की मात्रा को गिगाकुरी में मापा जाता है,हालांकि वे ट्रिटियम के रूप में अस्थिर नहीं अधिकांश भाग के लिए हैं।


एक विशेष ग्लास जिसमें रेडियोधर्मी कचरे को दफन किया जाता है, एक मिलियन वर्षों तक क्षरण का सामना कर सकता है।

इसके अलावा, ट्रिटियम में 12 साल का आधा जीवन है (यानी, 120 साल बाद, इसकी मात्रा ~ 1000 गुना कम हो जाएगी) और इसकी बहुत कमजोर विकिरण - 12.3 केवी बीटा किरणें, जो 10 सेमी हवा से भी अच्छी तरह से परिरक्षित हैं, टीएनपीपी के पक्ष में भी एक भूमिका निभाती हैं। या एक मोटा दस्ताना। ट्रिटियम खतरनाक है केवल जब अंतर्ग्रहण किया जाता है। फिर भी, टीएनपीपी में इस आइसोटोप की उपस्थिति को बाहर निकलने से रोकने के लिए बहुत सारे शारीरिक आंदोलनों की आवश्यकता होगी - विशेष पृथक बक्से दबाव वाले कमरों के अंदर स्थित कम दबाव के साथ, एक विशेष वेंटिलेशन सिस्टम, किसी भी दुर्घटना में सभी ट्रिटियम वितरण पथ की गणना, और इन सभी मार्गों पर सुरक्षा अवरोधों का निर्माण आदि। पी। आदि।


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संक्षेप में, हम कह सकते हैं - यदि यह SNF के लिए नहीं है, जो कि विकिरण के खतरे के किसी भी अन्य स्रोत को कवर करता है, तो TNW परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में "क्लीनर" नहीं होगा। इसके अलावा, ट्रिटियम की उपस्थिति और सक्रिय संरचनाओं के उच्च वजन के कारण, वे अधिक खतरनाक होंगे। हालांकि, खर्च किए गए परमाणु ईंधन कहीं भी नहीं जाएंगे और सुरक्षित नहीं बनेंगे, परमाणु ऊर्जा के 99% विकिरण क्षमता का निर्धारण करते हैं, और काल्पनिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों के साथ सभी विखंडन रिएक्टरों के प्रतिस्थापन से पहले से ही क्षमता में उल्लेखनीय कमी आएगी। दूसरा, बहुत अधिक महत्वपूर्ण, लेकिन लाभ का एहसास करना मुश्किल है कि परमाणु ऊर्जा की विकिरण समस्याओं में केवल वृद्धि होगी, और 1000 वर्षों के बाद एसएनएफ की समस्या पूरी तरह से अलग पैमाने पर हो सकती है, जबकि परमाणु ऊर्जा संयंत्र के लिए सदियों से बढ़ रहे रेडियो कचरे के साथ ऐसी समस्याएं कभी नहीं होंगी। ।

Source: https://habr.com/ru/post/hi384595/