இந்திய அணுமின்சக்தித் தொழில் நுட்பம் முதிர்ச்சி யானதா ? அணுவியல் இயக்குநர்கள் முதிர்ச்சி பெற்றவரா ? கட்டுரை : 2

கட்டுரை -2

சி. ஜெயபாரதன் B.E.(Hons) P.Eng (Nuclear) கனடா

அணுசக்தி மின்சார உற்பத்திக்கு இப்போதிருந்து இன்னும் இருபதாண்டுகளில் வெற்றிகரமாகப் பயன்படுத்தப் பட்டால், இந்தியா தனக்குத் தேவையான திறமைசாலிகளைத் தனது இல்லத்திலேயே தோற்றுவித்துக் கொண்டு, அன்னிய நாடுகளில் தேட வேண்டிய திருக்காது.

டாக்டர் ஹோமி பாபா (1944)

சுருங்கித் தேயும் நிலக்கரிச் சுரங்கங்கள், குன்றிடும் ¨ஹைடிரோ-கார்பன் எரிசக்தி சேமிப்புகளைக் கொண்டு, விரிந்து பெருகும் இந்தியாவின் நிதிவளத்தை நோக்கினால், நூறு கோடியைத் தாண்டிவிட்ட மக்களின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய யுரேனியம், தோரியம் ஆகியவற்றின் எரிசக்தியை முழுமையாகப் பயன் படுத்தி அணுசக்தியை உற்பத்தி செய்யும் முறை ஒன்றுதான் தற்போது இந்தியாவுக்கு ஏற்றதாக உள்ளது

டாக்டர் அனில் ககோட்கர் [அணுசக்திப் பேரவை அதிபர்] (செப்டம்பர் 17, 2003)

Fig. 1

Types of Radiation

முன்னுரை: “அணு ஆற்றல் தொழில் நுட்பம் என்பது முதிர்ச்சியானதா என்ற கேள்வி ஒருபுறமிருக்கட்டும், அதனை நடைமுறைப் படுத்தும் நம்நாட்டின் அரசியல்வாதிகளும் அதிகாரிகளும் இன்னபிற சம்பந்தப் பட்டவர்களும் இந்த தருணத்தில் முதிர்ச்சியானவர்களா என்ற கோணத்தையும் கவனத்தில் கொண்டு கட்டுரை எழுத வேண்டுகிறேன். மாற்று எரிபொருளுக்கான முயற்சிகள் உடனடியாக தேவையென்று எல்லோரும் ஒப்புக்கொள்ளும் அதே வேளையில், கடினமான தொழில்நுட்ப  விஷயங்களையும் புள்ளி விபரங்களையும் கொண்டு மட்டுமல்லாது இன்றய இந்தியாவின் அரசியல் மற்றும் சமூக நிலைப்பாடுகளையும் கவனித்தில் கொண்டு எழுதிய உங்கள் கட்டுரையைக் காண ஆவலுடன்.” என்று ஆகஸ்டு 9, 2007 திண்ணைக் கடிதம் ஒன்றில் நண்பர் R. பாலா குறிப்பிட்டிருந்தார்.

அணுமின்சக்தித் தொழில் நுட்பம் முதிர்ச்சியானதா ? அணுவியல் இயக்குநர் முதிர்ச்சி பெற்றவரா ? என்ற அவரது இரண்டு கேள்விகளுக்கும் பதில் கூறவே இந்தக் கட்டுரையை நான் எழுதுகிறேன். அணு ஆயுத சம்பந்தமான அணுக்கருப் பிளவு எருக்களைத் [Nuclear Fissile Materials Uranium-235, Uraniuam-233 & Plutonium-239] தயாரிக்கும் அணு உலைகளின் கண்காணிப்புகளை இராணுவமும், அரசாங்கமும் தேசீயப் பாதுகாப்புச் சட்டத்தின் கீழ் இரகசியமாக நடத்தி வருவதால் அவற்றைப் பற்றி இந்தக் கட்டுரையில் எதுவும் நான் குறிப்பிட விரும்பவில்லை.

Atomic Structure

அணுசக்தி உலைகள் இயக்கத்துக்குத் தேவையான பாதுகாப்புகள்

 (முன் கட்டுரைத் தொடர்ச்சி)

2.  உட்புற, வெளிப்புற மனிதருக்குக் கதிரியக்கப் பாதுகாப்பு

அணுசக்தி நிலைய மின்சார உற்பத்தியில் முக்கியப் பாதுகாப்பு விதி, கதிரியக்க வெளியேற்றத்தைக் கோட்டை அரணுக்குள்ளே கட்டுப்படுத்தி, கவசமிட்டு குறைவு படுத்தி, உள்ளே பணி செய்வோரையும், வெளியே வாழ்பவரையும் கதிர்வீச்சிலிருந்து காப்பாற்றுவது. அணு உலைக்குள்ளே எல்லாத் தளங்களிலும், காற்றோற்றம் உள்ள எல்லா அறைகளிலும் வெவ்வேறு அளவுகளில் கதிரியக்கம் சூழ்ந்துள்ளது. மனிதர் நடமாடும் தளமெங்கும் ஒவ்வோர் இடத்திலும் உள்ள கதிர்வீச்சு அளவுகளைக் கருவிகள் காட்டுகின்றன ! திடீரெனக் கதிர்வீச்சு அளவு அதிகமானல் எச்சரிக்கை அறிவிப்பு மணி அடிக்கிறது. மிகவும் அதிகமானால் அபாயச் சங்கு ஊதிப் பணி செய்வோரைப் புறத்தே செல்ல அறிவிக்கிறது. அத்துடன் அணு உலை உடல்நலக் குழுவினர் [Health Physics Group] அனுதினமும் தமது தனிப்பட்டக் கதிர்வீச்சுக் கருவிகளில் [Radiation Monitors] தள உளவு, வாயு உளவு செய்து, கால நேரத்தையும் குறிப்பிட்டுப் பலகைகளில் எழுதி யாவரும் காணும்படி வைக்கிறார்.

Uranium Fission

கதிரியக்க அணு உலை இயக்க வல்லுநர் முதல், தரையைச் சுத்தம் செய்யும் சாதாரணப் பணியாளிகள் வரை அனைவருக்கும் கதிரிக்க எழுச்சி, கதிரிக்கத் தீங்கு, கதிரியக்கக் கவசம், கதிரிக்கப் பாதுகாப்பு பற்றி விளக்கமான பயிற்சிகள் நிலையத்தில் முதலில் அளிக்கப்படுகிறது. பாரத அணு உலைகளில் வேலை செய்யும் படிப்பில்லாத நபர்களை மேலாளர் ஒருவர் எப்போதும் அவர்கள் பணி புரியும் போது அருகில் நின்று கண்காணித்து வருகிறார். உட்புறம் வேலை செய்யும் அனைவரது கதிர்வீச்சுத் தாக்கலைப் பதிவு செய்ய ஒவ்வொரு வருக்கும் தனிப்பட்ட கதிர்ப்பதிவுப் பதக்கம் [Personal Dosimeter Badge] அளிக்கப் படுகிறது. பணியாட்களும் மற்ற அணு உலை இயக்குநர், எஞ்சினியர், மேலதிகாரிகளும் அணு உலை நிலயத்துள் நுழையும் போது கட்டாயம் கதிர்ப் பதக்கத்தைத் நெஞ்சில் தெரியும்படி அணிய வேண்டும். நிலையத்தை விட்டு வெளியே செல்லும் போது அவர்கள் வாயிலில் தொங்கும் பலகையில் வைத்துவிட்டு நீங்க வேண்டும்.

Fission Power Equation

பணியாட்களை நிலைய மேலாளர் [Plant Supervisors] கண்காணிப்பதுடன், தனிப்பட்ட உடல்நலக் குழுவினரும் [Independent Health Physics Unit] அடிக்கடி உளவு செய்து மேற்பார்வை செய்வதால் மனிதத் தவறுகள் பேரளவு குறைகின்றன. மேலும் நிலைய நபர்களின் கதிர்ப் பதக்கங்கள் 15 நாட்களுக்கு ஒருமுறை மாற்றப்பட்டு, புதியவை அளிக்கப்படும். பழைய பதக்கங்களின் பதிவுக் கதிரடிகள் [Radiation Doses Recorded] ஆய்வு செய்யப்பட்டு அவரவர் பெயருக்கடியில் நிரந்தரமாய் சேமிப்பாகின்றன. யாராவது மிகையான அளவில் கதிரடி பட்டிருந்தால் விசாரணைக் குழு அதன் காரணத்தை உளவு செய்யும். அவ்விதம் கதிரடிப் பதிவு, உளவு, பதக்க மாற்றம் அனைத்துப் பணி களையும் தனிப்பட்ட உடல்நலக் குழுவினரே நிலையத்தில் கவனமாகச் செய்து வருகிறார்.

Radioactivity

3. கதிரியக்கம், அரை ஆயுள் என்றால் என்ன ?

நாமறிந்த எளிய ஹைடிரஜன் முதல் கனமான யுரேனியம் வரை உள்ள நூற்றுக்கும் மேற்பட்ட மூலகங்களில் ரேடியம், பொலோனியம், யுரேனியம், தோரியம், புளுடோனியம் போன்ற கன உலோகங்கள் சுயமாகவே கதிர்வீசுகின்றன. அவ்விதம் கதிர்வீசி பளு குறைந்து படிப்படியாய் வேறு மூலகங்களாக மாறுகின்றன. அவற்றின் அணுக்கரு சிதைந்து பொதுவாக வெளியாகுபவை ஆல்ஃபா துகள், பீட்டா துகள், அல்லது காமாக் கதிர். மூன்றும் வெளியாகலாம். அல்லது மூன்றில் ஒன்று அல்லது இரண்டு வெளியேறலாம். இயல் யுரேனியம் [Natural Uranium (U-238+U-235] அணுக்கருவில் சுயப்பிளவுகள் [Spontaneous Fissions] நிகழ்ந்து நியூட்ரான்களும் வெளியேறும். யுரேனியம் ஆல்ஃபா துகள் வீசுவது. சுயப்பிளவில் விளையும் அணுப்பிளவுத் துணுக்கள் பெரும்பாலும் பீட்டா துகளும், காமாக் கதிர்களும் வெளியிடுகின்றன. அதைப் போல் செயற்கையாக ஆக்கும் புளுடோனியமும் Pu-239, யுரேனியம் U-233 இரண்டும் சுயப்பிளவாகி வெப்பம் தரும் உலோகங்கள். ஆதலால் அணு உலைகளில் பயன்படும் மூன்று முக்கிய கன உலோகங்கள் இயல் யுரேனியம், புளுடோனியம்-239 மற்றும் யுரேனியம் -233.

PWR Reactor Coolant Systems

ரேடிய உலோகம் ஆல்ஃபா துகள், காமா வீசுவது. அவ்விதம் அதன் அணுக்கரு சிதையும் போது, அதன் பளு படிப்படியாய்க் குறைவாகி வருகிறது. ரேடியத்தின் பளு பாதியாகும் காலத்தை அரை ஆயுள் [Half Life] என்று விஞ்ஞானிகள் குறிப்பிடுகிறார்கள். அதாவது ஒரு கன உலோகத்தின் அரை ஆயுள் அது தீவிரமாகத் தேய்கிறதா அல்லது மெதுவாகத் தேய்கிறதா என்பதைக் காட்டுகிறது.

உதாரணமாக

ரேடியம் அரை ஆயுள் : 1600 ஆண்டுகள்

இயல் யுரேனியத்தின் U-238 அரை ஆயுள் : 4.5X10^9 ஆண்டுகள்

யுரேனியம் U-235 [from Nat Uranium] அரை ஆயுள்: 7.1×10^8 ஆண்டுகள்

யுரேனியம் [U-233 from Thorium] அரை ஆயுள்: 1.6X10^5 ஆண்டுகள்

புளுடோனியம் -239 [from Nat Uranium U-238] அரை ஆயுள் : 2.4X10^4 ஆண்டுகள்

தோரியம் -232 அரை ஆயுள் : 1.4X10^10 ஆண்டுகள்

Nuclear Fission

அணு உலையில் நிகழும் நியூட்ரான்-அணுக்கரு இயக்கங்கள்:

அணு உலையில் நூற்றுக்கணக்கான துளைகளில் நுழைக்கப்பட்டுள்ள யுரேனியக் கோல்களைச் சுற்றிலும் மூழ்க்கும் திரவமாக நீர் எப்போதும் நிரப்பப் பட்டுள்ளது. அதுவே நியூட்ரான் வேகத்தைத் தணிக்கும் மிதவாக்கி [Neutron Moderator] நீராகச் சீரான உஷ்ண அளவில் அணு உலைக்குள் செலுத்தப்படுகிறது. அணுக்கருவை நியூட்டிரான்கள் பிளக்கும் போது ஒவ்வோர் பிளவிலும் வெப்பசக்தி உண்டாகிறது. அந்த வெப்பசக்தியைத் தொடர்ந்து கடத்திக் கொதிகலனுக்கு எடுத்துச் செல்ல தனியாக வேறொரு நீரோட்டம் அழுத்தமாக பூதப் பம்ப்புகளால் சுற்றோட்டம் பெறுகிறது. அது பிரதமக் கனல்தணிப்பு நீரோட்டம் [Primary Coolant] என்று அழைக்கப் படுகிறது. அணு உலை இயங்கினாலும் இயங்கா விட்டாலும் அந்த பிரதம நீரோட்டம் தொடர்ந்து யுரேனிய வெப்பத்தைச் சீரான உஷ்ணத்தில் கட்டுப்பாடு செய்ய வேண்டும்.

யுரேனியம் -235 உலோகத்தின் அணுக்கருவில் சுயப்பிளவு எழுவதால் வேக நியூட்ரான்கள் எழுந்த வண்ணம் இருக்கும். அந்த நியூட்ரான்களின் வேகத்தைக் குறைக்க நீர்த் தடாகமோ [Water Moderator] அல்லது திரள்கரி [Graphite Moderator] கவசமோ இல்லாவிட்டால் அவை காற்றில் மறைந்து விடும். அவ்விதம் மிதவாக்கி இருந்தால் மிதவேக நியூட்ரான்கள் மெதுவாக அடுத்தும் யுரேனிய அணுக்கருவைப் பிளந்து வெப்பசக்தியை வெளியாக்கும். நியூட்ரான் கணைகள் யுரேனியத்தைத் தாக்கி உண்டாகும் ஒவ்வொரு அணுப்பிளவிலும், இரண்டு அல்லது மூன்று நியூட்ரான்கள் மற்றும் சிறிய பிளவுத் துணுக்குகள் எரிக்கோல் கவசக் குழல்களில் சேமிப்பாகும். நியூட்ரான் பெருக்கத்தை அணு உலைக் கலனில் கட்டுப்படுத்துவது இயக்குநரின் முக்கியப் பணி. நியூட்ரான் எண்ணிகை அதிகமானால், வெப்பசக்தி ஆக்கம் மிகுதி ஆகும். நியூட்ரான் எண்ணிக்கை ஒரே எண்ணிக்கையில் கட்டுப் பாடானால், வெப்பசக்தி ஒரே அளவில் உற்பத்தி ஆகிறது. நியூட்ரான் எண்ணிக் கையைக் குறைத்தால் வெப்பசக்தி ஆற்றல் குன்றுகிறது. அந்தப் பணிக்கு உதவ மூன்று வித நியூட்ரான் விழுங்கிகள் [Neutron Absorbers] தேவைப்படுகின்றன.

சிறிதளவு நியூட்ரான் எண்ணிக்கைக் கூட்டிக் குறைக்க கோபால்ட் வில்லைகள் கொண்ட “ஆட்சிக் கோல்கள்” [Adjuster Rods or Control Rods with Cobalt pellets] என்பவை பயன்படும். மிகையான எண்ணிக்கையில் விரைவாக விழுங்கி அணு உலையை நிறுத்த காட்மியம் வில்லைகள் கொண்ட “தடுப்புக் கோல்கள்” [Shut-off Rods with Cadmium Pellets] அணு உலைக்குள் நுழைக்கப் பட வேண்டும். நியூட்ரான் எண்ணிக்கை மீறிச் செல்லும் போது உடனே நிறுத்தவோ அல்லது அணு உலைப் பராமரிப்பு உத்திரவாதத்துக்கு கடோலினியம் நச்சுத் திரவம் [Gadolinium Poison Injection] மிதவாக்கி நீரில் பாய்ச்சப் படுகிறது.

Fission Energy Release

a) ஆறும் தொடரியக்கம் (Sub-critical Nuclear Reaction) :

அணு உலைத் தொடரியக்கம் (Chain Reaction) என்பது மிதவேக நியூட்ரான்கள் அணுக்கருப் பிளவால் அடுத்தடுத்து அணுக்கருவைத் தாக்கிச் சீராக வெப்பசக்தி உண்டாகி வருவது. ஒவ்வோர் அணுப்பிளவிலும் நியூட்ரான் எண்ணிக்கை 2, 4, 8, 16, 32, என்று பெருக்கம் அடைவதால் அந்தப் பெருக்கம் ஓரளவு கட்டுப்படுத்தப்பட, குறிப்பிட்ட அளவைத் தவிர தேவையற்றவை விழுங்கப்பட வேண்டும்.

ஆறும் தொடரியக்கம் என்பது நியூட்ரான் பெருக்கத்தை குறைக்கும் முறை. நியூட்ரான் விழுங்கிக் கோல்கள் அணு உலைக்குள் இறக்கப்பட்டு வெப்பசக்தி மெதுவாகக் குறைக்கப் படுவது. இந்த முறை திட்டமிடப் பட்ட பராமரிப்புப் பணிகளுக்காகச் செய்யப் படுவது.

b) நிறுத்தும் தொடரியக்கம் [Shutdown State]

நியூட்ரான் விழுங்கிகள் ஏறக்குறைய இயக்கம் புரியும் அனைத்து நியூட்ரான்களையும் விரைவாக விழுங்கித் தொடரியக்கம் பேரளவு சீக்கிரம் நிறுத்தமாகி வெப்பசக்தி குன்றச் செய்தல். இந்த தடுப்பு இயக்கம் சுயமாகவும் நிகழும். கையாட்சி முறையிலும் நிகழும். அணு உலைகளில் சுயத்தடுப்பு நிகழ்ச்சியைத் தடை செய்ய இயலாது.

c)  பூரணத் தொடரியக்கம் : (Criticality)

அணு உலை இயக்கம் ஆரம்பமாகி முதன்முதலில் உண்டாகித் தாக்கும் நியூட்ரான்களும், அணுக்கருவைப் பிளந்து பிறக்கும் நியூட்ரான்களும் ஒரே எண்ணிகையாகச் சீராகி தணிவான வெப்பசக்தி ஆற்றலில் அணு உலை இயங்குவது. அணு உலையின் வெப்பசக்தி ஆற்றலை மிகையாக்க இதுதான் அணு உலையின் முன்னோடி நிலை.

d)  விரியும் தொடரியக்கம் : (Diverging Nuclear Reaction)

அணு உலை “பூரண நிலை” அடைந்த பிறகு ஆட்சிக் கோல்களை மெதுவாக உயர்த்தி சிறிதளவு நியூட்ரான் பெருக்கத்தை ஏற்படுத்தி வெப்ப சக்தி அதிகமாக முனைதல். அதைத் தொடர்ந்து அணு உலையை உச்ச ஆற்றலில் இயங்க பின்பற்றப் படும் தொடரிக்கம் அது.

Radiation in Heavier Elements

e) மீறிய தொடரியக்கம் : (Super-critical Nuclear Reaction)

மனிதத் தவறாலோ அல்லது ஆட்சிக் கோல்களின் பழுதாலோ அணு உலையில் நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை பேரளவில் விரைவில் பெருகி, வெப்ப சக்தி கட்டுக்கு அடங்காமல் மிகையாவது. சோவியத் ரஷ்ய இயக்குநர்கள் செர்நோபில் அணுமின் நிலையில் செய்த மாபெரும் மனிதத் தவறுகளால் தணிவு நிலையில் சோதிப்பு நடக்கும் போது அவ்வித மீறிய தொடரியக்கமே நிகழ்த்தது.

முதல் காரணம் ஆட்சிக் கோல்கள் முழுவதும் மேலே கையாட்சியில் தூக்கப்பட்டு நியூட்ரான் பெருக்கம் மிகையானது.

இரண்டாவது காரணம் நிறுத்தக் கோல்கள் சுயக் கட்டுப்பாட்டில் இல்லாமல் கையாட்சிக்குக் கொண்டுவரப் பட்டது.

மூன்றாவது தானாக நியூட்ரான் விழுங்கிகள் இறங்க முடியாமல், கையாட்சியில் நுழைக்கப்பட்டு அணு உலை நிறுத்தம் தாமதமானது (Chain Reaction)

(தொடரும்)

***********************

தகவல்:

Picture Credits:

1. IAEA Team to Report on Kashiwazaki Kariwa Nuclear Power Plant Examination (Aug 16, 2007)

2. Japan Earthquake Triggers Nuclear Plant (Transformaer) Fire

3. Earthquake Spills Radioactive Water at Japanese Nuclear Plant (July 17, 2007)

4 Nuclear Waste (Water) Leak Fear after Japan Quake By: Justin McCurry (July 18, 2007) Tokyo

5. Japan Earthquake Caused Nuclear Waste (Water) Spill.

6. Japanese Earthquake Sparks Nuclear Plant (Transformer) Fire By: AP (July 16, 2007)

7. Japan Nuclear Power Plants and Earthquakes (August 2007)

8. Herald Tribune : Earthquake Stokes Fears Over Nuclear Safety in Japan By Martin Facker (July 24, 2007)

9. Earthquake Zone : Earthquakes & Nuclear Safety in Japan [Citizen Nuclear Information Center (CNIC)] By Philip White International Liaison Officer CNIC.

10. Four Categories of Buildings & Equipment for Earhtquake-resitant Design of Nuclear Power Plants.

11. Safety of Nuclear Power Reactors, [www.uic.com.au/nip14.htm] (July 2007)

12. Nuclear Power Plants & Earthquakes [www.uic.com.au/nip20.htm] (Aug 2007)

13. http://www.thinnai.com/?module=displaystory&story_id=80708091&format=html Letter By R. Bala (August 9, 2007)

14. http://www.wano.org.uk/WANO_Documents/What_is_Wano.asp [World Association of Nuclear Operation Website]

15.

16. IAEA Incident Reporting System Using Operational Experience to Improve Safety (IAEA Instruction)

******************

S. Jayabarathan [jayabarat@tnt21.com]  November 25, 2011