আজকে আমরা নিউক্লিয় রিঅ্যাকটর সম্পর্কে আলোচনা করবো। যা বাউবি এইচএসসি ২৮৭১ পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র ইউনিট ৯ নিউক্লিয় পদার্থবিজ্ঞান এর অন্তর্ভুক্ত।

Table of Contents

নিউক্লিয় রিঅ্যাকটর

শৃঙ্খল বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে আমরা দেখেছি, 2U কে তাপীয় নিউট্রন দিয়ে আঘাত করলে এই ভারী 92 নিউক্লিয়াসটি প্রায় সমান ভাবে দুটি নিউক্লিয়াসে ভেঙ্গে যায়। এর সাথে প্রচুর শক্তি নির্গত করে।

শৃঙ্খল বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে 1,3,9,27,81……এই গুণোত্তর শ্রেণিতে বিভাজনের সংখ্যা দ্র“ত বৃদ্ধি পায়। ফলে অতি অল্প সময়ের মধ্যেই U এর সমগ্র নমুনার মধ্যে এক বিপুল পরিমাণ শক্তির উদ্ভব হয়। এটিই হল পারমাণবিক বোমার (atom bomb-এর) মূলনীতি ।

যদি এই প্রক্রিয়াকে নিয়ন্ত্রিত করে এখান থেকে প্রয়োজনীয় শক্তি সংগ্রহ করা যায় তবে এই শক্তিকে মানব কল্যানে ব্যবহার
করা যাবে।

নিউক্লিয় বিভাজন থেকে উৎপন্ন তাপশক্তিকে তড়িৎশক্তিতে রূপান্ডুরিত করার জন্য এমন ব্যবস্থা নেওয়া দরকার, যাতে অতি অল্প সময়ে বিপুল পরিমাণ শক্তি উৎপন্ন হয়ে সমগ্র প্রক্রিয়াটি নিয়ন্ত্রণের বাইরে চলে না যায় এবং যাতে দীর্ঘ সময় ধরে সমহারে শক্তির সরবরাহ পাওয়া যায়। একে নিয়ন্ত্রিত বিভাজন বা নিউক্লিয় রিঅ্যাকটর বলা হয়। পারমাণবিক শক্তি কেন্দ্রের নিউক্লিয় রিঅ্যাকটরকে এই নিয়ন্ত্রিত বিভাজনের উপযোগী করে তৈরি করা হয়।

নিউক্লিয় রিঅ্যাকটরের বিভিন্ন অংশ সম্বন্ধে এখানে সংক্ষেপে আলোচনা করা হলো।

১। মডারেটর (Moderator) :

এই বিক্রিয়ার জন্য তাপীয় নিউট্রন অর্থাৎ ধীর গতির নিউট্রন প্রয়োজন ।

অথচ এই বিক্রিয়ায় নির্গত নিউট্রনের শক্তি প্রায় 181MeV অর্থাৎ দ্রতগতি সম্পন্ন নিউট্রন সেইজন্য এর গতি কমিয়ে তাপীয় নিউট্রন তৈরি করা প্রয়োজন। মডারেটরের কাজ হলো দ্রতগতি সম্পন্ন নিউট্রনগুলিকে আবার পরবর্তী বিভাজনে কাজে লাগাতে হলে পর্যাপ্ত পরিমাণ মন্দন ঘটিয়ে তাপীয় নিউট্রনে পরিণত করে নিতে হয়। যেসব পদার্থের মধ্য দিয়ে পাঠালে উচ্চ গতির নিউট্রন মন্দীভূত হয়ে তাপীয় নিউট্রনে পরিণত হতে পারে, তাদের বলা হয় মডারেটর। বহুল প্রচলিত দুটি মডারেটর হল: (i) ভারী জল বা ডিউটেরিয়াম অক্সাইড (D, O) এবং (ii) গ্রাফাইট ।

২। ক্রাড়ি বা সন্ধি আকার (Critical size):

নিউক্লিয় বিভাজনে যে নিউট্রনগুলি উৎপন্ন হয়, তেজষ্ক্রিয় নমুনার বাইরের তল দিয়ে সেগুলির বেরিয়ে যাওয়ার প্রবণতা থাকে। বেশি সংখ্যক নিউট্রন বেরিয়ে গেলে ধাপে ধাপে নিউট্রনের সংখ্যা না বেড়ে কমে যাওয়ার আশঙ্কা থাকে। তখন আর শৃঙ্খল বিক্রিয়া বজায় থাকে না এবং নিউক্লিয় বিভাজন বন্ধ হয়ে যায়। এই ঘটনাকে রোধ করতে দুটি উপায় অবলম্বন করা হয়।

তেজস্ক্রিয় নমুনাটিকে গোলকের আকারে নেওয়া হয়, যাতে আয়তনের সাপেক্ষে বাইরের তলের ক্ষেত্রফল কম হয় এবং নমুনার ভরকে আগে থেকে হিসাব করা একটি ন্যূনতম ভর অপেক্ষা বেশি রাখা হয়। শৃঙ্খল বিক্রিয়া বজায় রেখে নিউক্লিয়
বিভাজন চালিয়ে যাওয়ার জন্য তেজস্ক্রিয় নমুনাকে যে ন্যূনতম আকারে নিতে হয়, তাকে সন্ধি আকার বলা হয় ।

৩। কোর (Core) ঃ

কোরের মধ্যে নিউক্লিয় বিক্রিয়া ঘটানো হয়। এই অংশে জ্বালানি রড (Fuel rod), নিয়ন্ত্রণ রড (control rod), মডারেটর ও কুল্যান্ট (Coolant) থাকে ।

বিভিন্ন ধরনের রিঅ্যাকটরগুলির মধ্যে অন্যতম হল প্রেসারাইজড ওয়াটার রিঅ্যাকটর (Pressurized Water Reactor বা PWR) [চিত্র]। নীচে একটি PWR -এর সংক্ষিপ্ত বিবরণ দেওয়া হল ।

এই ধরণের রিঅ্যাকটরগুলিতে জ্বালানি রড হিসেবে 235 92U ব্যবহার করা হয়। 235 92U-কে নিউট্রন দ্বারা আঘাত করে তাপশক্তি উৎপন্ন করা হয়।

নিয়ন্ত্রণ রড হিসেবে বোরন প্রলেপযুক্ত ইস্পাত দন্ড ব্যবহার করা হয়।

মডারেটর হিসেবে সাধারণত ভারী পানি ব্যবহার করা হয়। নিউক্লীয় বিক্রিয়ার ফলে উৎপন্ন উচ্চ গতিশক্তিসম্পন্ন নিউট্রনগুলিকে মন্দীভূত করে মডারেটর। মন্দীভূত নিউট্রনগুলি আবার নিউক্লীয় বিক্রিয়া ঘটায়।

কুল্যান্ট হিসেবে আজকাল পানি ব্যবহার করা হয়। নিউক্লীয় বিক্রিয়া থেকে উৎপন্ন তাপশক্তি কুল্যান্টই শোষণ করে। উলেণ্ঢখ্য, উত্তপ্ত পানি প্রেসারাইজারের সাহায্যে খুব উচ্চ চাপে রাখা হয়; তাই এই জলে স্ফুটন না ঘটে ।

হিট এক্সচেঞ্জার (Heat exchanger) :

কোর থেকে নির্গত উত্তপ্ত পানি (কুল্যান্ট) হিট এক্সচেঞ্জারে গিয়ে পৌঁছোয়। এই পানি তেজস্ক্রিয় হয় । তাই এই পানিকে কংক্রিট শিল্ডিং (Concrete shielding)-এর বাইরে আসতে দেওয়া হয় না। কিন্তু পানিতে সঞ্চিত তাপশক্তি আমাদের প্রয়োজন। হিট এক্সচেঞ্জোরই এই পানির সঞ্চিত তাপশক্তিকে অতেজস্ক্রিয় পানিতে সঞ্চালিত করা হয় এরপর কনক্রিট শিল্ডিং এর বাইরে নিয়ে আসা হয় এবং বাষ্পে পরিণত করা হয়। এই বাষ্প টারবাইনে আসে এবং টারবাইন ঘুরিয়ে তড়িৎশক্তি উৎপন্ন করে ।

সার-সংক্ষেপ :

নিউক্লিয় রিঅ্যাকটর :

মডারেটর :

মডারেটরের কাজ হলো দ্রতগতি সম্পন্ন নিউট্রনগুলিকে আবার পরবর্তী বিভাজনে কাজে লাগাতে হলে পর্যাপ্ত পরিমাণ মন্দন ঘটিয়ে তাপীয় নিউট্রনে পরিণত করে নিতে হয়। যেসব পদার্থের মধ্য দিয়ে পাঠালে উচ্চ গতির নিউট্রন মন্দীভূত হয়ে তাপীয় নিউট্রনে পরিণত হতে পারে, তাদের বলা হয় মডারেটর।

ক্রাড়ি বা সন্ধি আকার (Critical size) :

তেজস্ক্রিয় নমুনাটিকে গোলকের আকারে নেওয়া হয়, যাতে আয়তনের সাপেক্ষে বাইরের তলের ক্ষেত্রফল কম হয়। নমুনার ভরকে আগে থেকে হিসাব করা একটি ন্যূনতম ভর অপেক্ষা বেশি রাখা হয়। শৃঙ্খল বিক্রিয়া বজায় রেখে নিউক্লিয় বিভাজন চালিয়ে যাওয়ার জন্য তেজস্ক্রিয় নমুনাকে যে ন্যূনতম আকারে নিতে হয়, তাকে সন্ধি আকার বলা হয়।

কোর ঃ

বহুনির্বাচনী প্রশ্নঃ

১। নিউক্লিয় রিঅ্যাকটর কি?

ক. নিয়ন্ত্রিত নিউক্লিয় বিভাজন থেকে উৎপন্ন তাপশক্তিকে তড়িৎশক্তিতে রূপান্ডুরিত করার জন্য এমন ব্যবস্থা

খ. শৃঙ্খল নিউক্লিয় বিক্রিয়া ঘটানো

গ. যে পদার্থ দ্রতগতিসম্পন্ন নিউট্রনকে মন্দন ঘটিয়ে তাপীয় নিউট্রনে পরিণত করে

ঘ. যেখানে নিউক্লিয় বিক্রিয়া ঘটানো হয়।

২। মডারেটরের কাজ হলো-

ক. কোরকে ঠান্ডা করা

খ. নিউক্লিয় বিক্রিয়া ঘটানো

গ. নিউক্লিয় শক্তিকে তাপ শক্তিতে রূপাড় করা

ঘ. নিউট্রনকে মন্দন ঘটিয়ে তাপীয় নিউট্রনে পরিণত করা