Fast Breeder Reactor क्या है? | Fast Breeder Reactor in Hindi Explained

Fast Breeder Reactor (FBR) एक ऐसा विशेष प्रकार का न्यूक्लियर रिएक्टर है जो अपने आप से अधिक fissile material पैदा कर सकता है — यानी यह 'breed' करता है। सामान्य रिएक्टर फ्यूल को consume करते हैं, जबकि breeder reactors fertile isotopes (जैसे U-238 या Th-232) को fissile isotopes (जैसे Pu-239 या U-233) में बदलकर कुल usable fuel बढ़ाते हैं।

Breeder Reactor का मूल सिद्धांत

Breeder reactor में fast neutrons का उपयोग किया जाता है। जब fast neutrons fertile isotopes से मिलते हैं, तो वे capture होकर नई fissile isotopes उत्पन्न करते हैं। उदाहरण के लिए:

• U-238 + n → (capture) → Pu-239 (breeding)
• Th-232 + n → (capture) → U-233 (breeding)

यदि reactor में पैदा हुए fissile material की मात्रा, consumed fissile material से अधिक हो, तो उसे breeder कहा जाता है।

Fast Breeder Reactor (FBR) की विशेषताएँ

• Fast neutrons: Moderators का उपयोग कम या नहीं किया जाता; neutrons तेज़ रहते हैं।
• Coolant: अक्सर लिक्विड मेटल्स (जैसे सोडियम) या कभी-कभी लिक्विड लाईड्स का उपयोग होता है क्योंकि वे उच्च ताप पर बेहतर heat transfer देते हैं और neutron moderation कम करते हैं।
• Breeding Zone: Core के पास fertile material की परत (blanket) लगाई जाती है जहाँ breeding होता है।
• High Power Density: Fast reactor designs में power density अधिक हो सकती है।

FBR का लेआउट और मुख्य घटक

• Fuel Assemblies: Fissile material (जैसे Pu-239 या U-235) fuel pins में।
• Blanket (Fertile Layer): U-238 या Th-232 की परत जो neutrons capture करके fissile बनती है।
• Coolant System: Sodium (Na) सबसे सामान्य है — high thermal conductivity और low moderation।
• Control Rods: Reaction को control करने के लिए neutron absorbing materials जैसे boron, hafnium।
• Heat Exchangers & Steam Generator: Core से heat लेकर turbine तक भेजने के लिए।

क्यूँ Sodium को Coolant के रूप में चुना जाता है?

Liquid sodium कई कारणों से fast breeder reactors में पसंद किया जाता है:

• उच्च thermal conductivity — heat को तेज़ी से transfer करता है।
• कम neutron moderation — fast neutron spectrum maintain रहता है।
• उच्च boiling point — high operating temperature पर भी low pressure पर काम कर सकता है।

अंतर: sodium जल और हवा के साथ reactive है, इसलिए sodium handling और leak detection पर विशेष ध्यान चाहिए।

Breeding Ratio क्या है?

Breeding ratio उस अनुपात को कहते हैं जिसमें नया उत्पन्न fissile material पुरानी fissile material की तुलना में बना। यदि breeding ratio > 1 हो तो reactor breeder कहलाता है। यह श्रेणी निर्णय करती है कि reactor कितना efficient तरीके से नया fuel बना रहा है।

FBR के फायदे

• Fuel Utilization: Uranium का बेहतर उपयोग — U-238 जैसी abundant isotopes का conversion करके ज्यादा energy निकाली जा सकती है।
• Resource Extension: प्राकृतिक यूरेनियम और थोरियम के संसाधन काफी लंबी अवधि के लिए बढ़ जाते हैं।
• Waste Reduction: कुछ designs में long-lived actinides को burn करके radioactive waste की कुलता और हानिकारकता कम की जा सकती है।
• Energy Security: ज्यादा fuel output से देश की ऊर्जा आत्मनिर्भरता बढ़ती है।

FBR की चुनौतियाँ और सीमाएँ

• Safety & Complexity: Fast spectrum reactors का design और operation complex होता है; sodium coolant के reactivity कारण विशेष safety systems चाहिए।
• Cost: High initial capital और R&D लागत।
• Materials & Corrosion: High temperature और liquid metal environment में structural materials पर असर।
• Proliferation Concerns: Pu-239 जैसी materials weapons grade production के रूप में misuse हो सकती हैं — इसलिए safeguards जरूरी हैं।

भारत में Fast Breeder Reactor कार्यक्रम

भारत ने अपने तीन-स्टेज न्यूक्लियर प्रोग्राम के दूसरे चरण में breeder reactors को केंद्रीय स्थान दिया है। प्रमुख प्रोजेक्ट्स:

• FBTR (Fast Breeder Test Reactor): Prototype research reactor जिसने भारत को fast reactor technology में अनुभव दिया।
• PFBR (Prototype Fast Breeder Reactor): 500 MWe के करीब का prototype जिसे commercial deployment के लिए तैयार किया गया है।
• Future Plans: बड़े पैमाने पर breeder fleet और thorium-U233 cycle के साथ integrated fuel strategy।

India के लिए breeder reactors विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं क्योंकि देश के पास U-238 और thorium (Th-232) के बड़े भंडार हैं — ये resources breeder technology के साथ electricity generation की अवधि को बहुत बढ़ा सकते हैं।

Safety Measures और Waste Management

Fast reactors के लिए robust safety systems, passive heat removal features, reliable leak detection (sodium के लिए) और fuel reprocessing facilities जरूरी हैं। breeder cycle में reprocessing से plutonium और अन्य actinides को recover करके fuel बनाया जाता है — इससे waste volume और toxicity दोनों घट सकते हैं लेकिन यह complex और sensitive process है।

निष्कर्ष

Fast Breeder Reactors भविष्य की ऊर्जा पॉलिसी के लिहाज़ से निर्णायक भूमिका निभा सकते हैं — वे existing nuclear fuel resources का बेहतर उपयोग कर ऊर्जा उपलब्धता बढ़ाते हैं और long-term energy security दिला सकते हैं। हालांकि, तकनीकी जटिलताएँ, safety और proliferation नियंत्रण जैसे मुद्दे हैं जिनका संवेदनशील और वैज्ञानिक समाधान जरूरी है। भारत जैसे थोरियम-समृद्ध देशों के लिए breeder technology विशेष रूप से प्रासंगिक और लाभदायक हो सकती है।