પ્રોટોટાઇપ ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટર

સમાચારમાં શા માટે?

• તમિલનાડુના કલ્પક્કમ ખાતે સ્વદેશી રીતે રચાયેલ પ્રોટોટાઇપ ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટર (PFBR)એ તેની પ્રથમ ક્રિટિકલિટી (સતત પરમાણુ સાંકળ પ્રતિક્રિયાની શરૂઆત) સફળતાપૂર્વક પ્રાપ્ત કરી.
• આ સિદ્ધિ સાથે, ભારત સત્તાવાર રીતે તેના ત્રણ-તબક્કાના પરમાણુ ઉર્જા કાર્યક્રમના મહત્વપૂર્ણ બીજા તબક્કામાં પ્રવેશ્યું છે, જેનું વિઝન મૂળ ડૉ. હોમી જે. ભાભા દ્વારા કલ્પના કરવામાં આવ્યું હતું.

પ્રોટોટાઇપ ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટર (PFBR) શું છે?

• “PFBR એ 500 MWe (મેગાવોટ ઇલેક્ટ્રિકલ) એડવાન્સ્ડ ન્યુક્લિયર રિએક્ટર છે. તે ટેકનોલોજીકલ રીતે ઇન્દિરા ગાંધી સેન્ટર ફોર એટોમિક રિસર્ચ (IGCAR) દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું અને ભારતીય નાભિકિયા વિદ્યુત નિગમ લિમિટેડ (BHAVINI) દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું.”
• ક્રિટિકલિટી: ક્રિટિકલિટી એ બિંદુ છે જ્યાં સતત અને નિયંત્રિત ન્યુક્લિયર ફિશન ચેઇન રિએક્શન શરૂ થાય છે.ફિશન દ્વારા ઉત્પાદિત ન્યુટ્રોન ખોવાયેલા ન્યુટ્રોન જેટલું જ હોય ​​છે, જેના પરિણામે સ્થિર પાવર આઉટપુટ મળે છે, જે બાંધકામ તબક્કાથી ઓપરેશનલ પાવર-જનરેશન તબક્કામાં સંક્રમણ દર્શાવે છે.
• વૈશ્વિક સ્થિતિ: એકવાર સંપૂર્ણ વ્યાપારીકરણ થઈ ગયા પછી, ભારત વિશ્વનો (રશિયા પછી) બીજો દેશ બનશે જે વ્યાપારી ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટર સફળતાપૂર્વક ચલાવશે, કારણ કે જાપાન, ફ્રાન્સ અને યુએસ જેવા દેશોએ તકનીકી જટિલતાઓને કારણે તેમના કાર્યક્રમો બંધ કરી દીધા છે.
• ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટર (FBR): “FBR એ એક અત્યંત કાર્યક્ષમ ન્યુક્લિયર રિએક્ટર છે જે ઝડપી ન્યુટ્રોનનો ઉપયોગ કરીને તેના વપરાશ કરતાં વધુ ફિસાઇલ મટિરિયલ (ઇંધણ) ઉત્પન્ન કરે છે.”
• વપરાયેલ ઇંધણ: કુદરતી યુરેનિયમનો ઉપયોગ કરતા પરંપરાગત થર્મલ રિએક્ટરથી વિપરીત, PFBR યુરેનિયમ-પ્લુટોનિયમ મિશ્ર ઓક્સાઇડ (MOX) ઇંધણનો ઉપયોગ કરે છે. આ ફિસાઇલ મટિરિયલ સ્ટેજ 1 પ્રેશરાઇઝ્ડ હેવી વોટર રિએક્ટર (PHWRs) માંથી ખર્ચાયેલા ઇંધણને ફરીથી પ્રક્રિયા કરીને પુનઃપ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે.
• \'સંવર્ધન\' પદ્ધતિ: રિએક્ટર કોર ખાલી થયેલા યુરેનિયમ-238 ના \'ધાબળ\' થી ઘેરાયેલું છે. જ્યારે ઝડપી ન્યુટ્રોન આ ફળદ્રુપ U-238 ધાબળાને અથડાવે છે, ત્યારે તે વિભાજીત પ્લુટોનિયમ-239 માં પરિવર્તિત થાય છે, જેનાથી રિએક્ટર બળવા કરતાં વધુ બળતણ ઉત્પન્ન કરી શકે છે. 
• થોરિયમ: PFBR ખાસ કરીને થોરિયમ-232 ને તેના ધાબળામાં સમાવિષ્ટ કરવા માટે રચાયેલ છે. આ યુરેનિયમ-233જોડે પ્રક્રિયા  કરશે, જે સ્ટેજ 3 ને પાવર આપવા માટે જરૂરી બળતણ છે. 
• બંધ બળતણ ચક્ર: PFBR દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ખર્ચિત બળતણને રિએક્ટરમાં ફરીથી પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે અને રિસાયકલ કરવામાં આવે છે, જેનાથી પરમાણુ કચરો નાટકીય રીતે ઓછો થાય છે. 

ભારતનો ત્રણ-તબક્કાનો પરમાણુ ઉર્જા કાર્યક્રમ શું છે? 

• 1950 ના દાયકામાં હોમી ભાભા દ્વારા ઘડવામાં આવેલ ભારતનો ત્રણ-તબક્કાનો પરમાણુ ઉર્જા કાર્યક્રમ, દેશના મર્યાદિત યુરેનિયમ અને વિશાળ થોરિયમ ભંડારનો ઉપયોગ કરીને ઊર્જા સ્વતંત્રતા સુરક્ષિત કરવા માટે રચાયેલ લાંબા ગાળાની વ્યૂહરચના છે. 
• તેનો ઉદ્દેશ્ય ત્રણ ક્રમિક તબક્કાઓ દ્વારા પરમાણુ બળતણ ચક્રને બંધ કરવાનો છે: દબાણયુક્ત ભારે પાણી રિએક્ટર (PHWRs), ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટર (FBRs), અને થોરિયમ-આધારિત રિએક્ટર. 

ત્રણ-તબક્કા: 

• તબક્કો 1 (દબાણયુક્ત ભારે પાણી રિએક્ટર - PHWRs): વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે કુદરતી યુરેનિયમનો ઉપયોગ કરે છે. ખર્ચાયેલ બળતણ ઉપ-ઉત્પાદન તરીકે પ્લુટોનિયમ ઉત્પન્ન કરે છે. 
• તબક્કો 2 (ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટર - FBRs): યુરેનિયમ સાથે મિશ્રિત સ્ટેજ 1 માંથી પ્લુટોનિયમનો ઉપયોગ કરે છે. 
• તે વધુ પ્લુટોનિયમનું સંવર્ધન કરે છે અને, મહત્વપૂર્ણ રીતે, યુરેનિયમ-233 ને સંવર્ધન કરવા માટે થોરિયમ-232 ને ઇરેડિયેટ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાશે. 
• તબક્કો 3 (થોરિયમ-આધારિત રિએક્ટર): ભારતના વિપુલ પ્રમાણમાં થોરિયમ ભંડારની સાથે સ્ટેજ 2 માં ઉછેરવામાં આવેલા યુરેનિયમ-233 પર ચાલશે જેથી મોટા પાયે વીજળી ઉત્પન્ન થાય.

ભારતમાં પરમાણુ ઊર્જાનો વર્તમાન સ્થિતિ:

• સ્થાપિત ક્ષમતા: ભારત હાલમાં 8.78 GW ની પરમાણુ ક્ષમતા ધરાવે છે. 2024-25 ના સમયગાળામાં, આ પ્લાન્ટોએ 56,681 મિલિયન યુનિટ વીજળી ઉત્પન્ન કરી.
• ઊર્જા મિશ્રણ યોગદાન: પરમાણુ ઊર્જા સ્થિર બેઝલોડ પ્રદાન કરે છે, જે 2024-25 માં ભારતના કુલ વીજળી ઉત્પાદનના લગભગ 3.1% જેટલો હિસ્સો ધરાવે છે.
• આયોજિત વિસ્તરણ: 2031-32 સુધીમાં ભારતની ક્ષમતા લગભગ ત્રણ ગણી વધીને 22.38 GW થવાનો અંદાજ છે. આ સ્વદેશી 700 MW રિએક્ટર અને આંતરરાષ્ટ્રીય સહયોગ દ્વારા વિકસિત 1,000 MW એકમો દ્વારા પ્રાપ્ત કરવામાં આવશે.
• વૈશ્વિક સહયોગ: મજબૂત આંતરરાષ્ટ્રીય વિશ્વાસને પ્રતિબિંબિત કરતા, ભારત 18 દેશો સાથે નાગરિક પરમાણુ સહકાર આંતર-સરકારી કરારો (IGA) ધરાવે છે.

ભારતને ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટરની જરૂર કેમ છે?

• યુરેનિયમની અછત દૂર કરવી: ભારત પાસે વૈશ્વિક યુરેનિયમ ભંડારનો માત્ર 1-2% હિસ્સો છે.
• વર્તમાન PHWRs યુરેનિયમમાંથી માત્ર 1% જેટલી ઉર્જા કાઢે છે. FBRs કાર્યક્ષમતાને મહત્તમ બનાવે છે, તે જ ઇંધણમાંથી 60 ગણી વધુ ઉર્જા કાઢે છે.
• થોરિયમ સંભવિતતા: ભારત વિશ્વના 25% થી વધુ થોરિયમ ભંડાર ધરાવે છે (કેરળ, તમિલનાડુ અને ઓડિશા જેવા દરિયાકાંઠાના રાજ્યોમાં મોનાઝાઇટ રેતીમાં જોવા મળે છે).જોકે, થોરિયમ કુદરતી રીતે વિભાજીત નથી. FBRs થોરિયમને ઉપયોગી યુરેનિયમ-233 માં રૂપાંતરિત કરવા માટે આવશ્યક પુલ તરીકે કાર્ય કરે છે.
• પરમાણુ ક્ષમતા વધારવી: ભારત 2031-32 સુધીમાં તેની પરમાણુ ક્ષમતાને વર્તમાન ~8.78 GW થી ત્રણ ગણી કરીને 22.38 GW કરવાનું લક્ષ્ય રાખે છે.ઝડપી ઔદ્યોગિક અને આર્થિક માંગને પહોંચી વળવા માટે બેઝલોડ જનરેશનને સ્કેલ કરવા માટે FBRs મહત્વપૂર્ણ છે.
• 2070 સુધીમાં નેટ-ઝીરો હાંસલ કરવું: પરમાણુ ઊર્જા એક વિશ્વસનીય, ઓછા કાર્બન ઉર્જા સ્ત્રોત છે. કોલસા અને અશ્મિભૂત ઇંધણ પર નિર્ભરતાથી દૂર થવું આ અદ્યતન રિએક્ટરની સફળતા પર ખૂબ આધાર રાખે છે. 
• પરમાણુ કચરો ઘટાડવો: ખર્ચાયેલા ઇંધણની પુનઃપ્રક્રિયા અને રિસાયક્લિંગ દ્વારા, FBR પરમાણુ કચરાના જથ્થા અને રેડિયોટોક્સિસિટીને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે, જે લાંબા ગાળાના ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય નિકાલની ચિંતાઓને હળવી કરે છે.

ભારતમાં ફાસ્ટ બ્રીડર રિએક્ટર (FBR) ને ઝડપી બનાવવાના પડકારો શું છે?

• શીતકના જોખમો: FBR ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતાવાળા ગરમી સ્થાનાંતરણ માટે પ્રવાહી સોડિયમનો શીતક તરીકે ઉપયોગ કરે છે. જો કે, પ્રવાહી સોડિયમ હવા અથવા પાણીના સંપર્કમાં આવે ત્યારે હિંસક પ્રતિક્રિયા આપે છે, જે દોષરહિત એન્જિનિયરિંગ, કડક લીક શોધ અને દોષરહિત સલામતી સંસ્કૃતિની માંગ કરે છે.
• ટેકનોલોજીકલ વિલંબ: FBR બનાવવું ખૂબ જ જટિલ છે. કલ્પક્કમ PFBR મૂળ રૂપે 2010 માં પૂર્ણ થવાનું હતું પરંતુ કડક સલામતી પરીક્ષણ અને સ્વદેશી સપ્લાય ચેઇન અવરોધોને કારણે એક દાયકાથી વધુ વિલંબનો સામનો કરવો પડ્યો.
• 100 GW ના 2047 ના લક્ષ્યને પૂર્ણ કરવા માટે, ભારતે આ બમણા સમયને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડવાની જરૂર છે.
• ઉચ્ચ મૂડી ખર્ચ: પ્રવાહી સોડિયમને હેન્ડલ કરવાની જટિલતા અને બિનજરૂરી સલામતી પ્રણાલીઓની જરૂરિયાતને કારણે FBR બનાવવા માટે PHWRs કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ ખર્ચાળ છે.
• પ્લુટોનિયમ અર્થતંત્ર: FBR પ્લુટોનિયમનું ઉત્પાદન અને ઉપયોગ કરતા હોવાથી, તેઓ તીવ્ર આંતરરાષ્ટ્રીય તપાસને પાત્ર છે. ડાયવર્ઝનથી મોટી માત્રામાં પ્લુટોનિયમનું રક્ષણ કરવું એ એક મહત્વપૂર્ણ રાજદ્વારી અને સુરક્ષા પડકાર છે.
• સપ્લાય ચેઇન: ભારતનો પરમાણુ કાર્યક્રમ LWR ટેકનોલોજી અને સમૃદ્ધ ઇંધણ માટે થોડા વૈશ્વિક ભાગીદારો, ખાસ કરીને રશિયા પર ખૂબ આધાર રાખે છે, જે વ્યૂહાત્મક નબળાઈ બનાવે છે. 
• સંઘર્ષો, પ્રતિબંધો અથવા શિપિંગ વિલંબ જેવા ભૂ-રાજકીય વિક્ષેપો સ્થાનિક સ્તરે હજુ સુધી ઉત્પાદિત ન થયેલા મહત્વપૂર્ણ ઘટકોના પુરવઠામાં વિક્ષેપ પાડી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, રશિયા-યુક્રેન સંઘર્ષને કારણે કુડનકુલમ યુનિટ 3 અને 4 (2025) માં વિલંબ બાહ્ય નિર્ભરતાના જોખમોને પ્રકાશિત કરે છે. 

ભારતનું લાંબા ગાળાનું પરમાણુ દ્રષ્ટિકોણ 

• 2047 લક્ષ્ય: કેન્દ્રીય બજેટ 2025-26 માં દર્શાવેલ પરમાણુ ઊર્જા મિશન, 2047 સુધીમાં 100 GW ની વિશાળ પરમાણુ ઊર્જા ક્ષમતા પ્રાપ્ત કરવાનો લક્ષ્ય રાખે છે. 
• SMRs પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરો: નવી તકનીકો પ્રત્યે ગંભીર પ્રતિબદ્ધતા દર્શાવતા, નાના મોડ્યુલર રિએક્ટર્સ (SMRs) માટે રૂ. 20,000 કરોડ ફાળવવામાં આવ્યા છે. ૨૦૩૩સુધીમાંઓછામાંઓછાપાંચસ્વદેશીરીતેડિઝાઇનકરાયેલાSMR કાર્યરત કરવાનો ધ્યેય છે.
• નેક્સ્ટ-જનરેશન રિએક્ટર ડિઝાઇન: ભાભા એટોમિક રિસર્ચ સેન્ટર (BARC) એ અદ્યતન રિએક્ટરના વિકાસનું નેતૃત્વ કરી રહ્યું છે, જેમાં BSMR-200 (200 MWe), SMR-55 (55 MWe), અને હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે બનાવેલ ઉચ્ચ-તાપમાન ગેસ-કૂલ્ડ રિએક્ટર (5 MWth સુધી)નો સમાવેશ થાય છે.
• શાંતિ અધિનિયમ, ૨૦૨૫: નવાઘડાયેલા\'સસ્ટેનેબલ હાર્નેસિંગ એન્ડ એડવાન્સમેન્ટ ઓફ ન્યુક્લિયર એનર્જી ફોર ટ્રાન્સફોર્મિંગ ઇન્ડિયા એક્ટ\' કાનૂની માળખાને આધુનિક બનાવે છે. નિર્ણાયક રીતે, તે કડક નિયમનકારી દેખરેખ હેઠળ મર્યાદિત ખાનગી ક્ષેત્રની ભાગીદારી અને રોકાણ માટે માર્ગો ખોલે છે.

ભારતની પરમાણુ ક્ષમતામાં કયા પગલાં વધારો કરી શકે છે?

• ગ્રીન વર્ગીકરણ: ભારતના ગ્રીન વર્ગીકરણ હેઠળ પરમાણુ ઊર્જાને \'ગ્રીન\' અથવા \'ટકાઉ\' રોકાણ તરીકે સત્તાવાર રીતે વર્ગીકૃત કરવાથી પરમાણુ પ્રોજેક્ટ્સને સસ્તા આંતરરાષ્ટ્રીય આબોહવા ધિરાણ અને ગ્રીન બોન્ડ્સ સુધી પહોંચવાની મંજૂરી મળશે.
• પ્લગ-એન્ડ-પ્લે ન્યુક્લિયર પાર્ક મોડેલ: સરકારે ન્યુક્લિયર પાર્ક મોડેલ અપનાવવું જોઈએ જ્યાં વિકાસકર્તાઓને ઓફર કરતા પહેલા પર્યાવરણીય અને ભૂકંપ મંજૂરીઓ માટે સાઇટ્સ પૂર્વ-ક્લિયર કરવામાં આવે.
• લોજિસ્ટિક્સ અને પાણીની ઍક્સેસ જેવા તૈયાર માળખા સાથે ખાસ ન્યુક્લિયર ઝોન (SNZ) બનાવવાથી બાંધકામ પહેલાંના વિલંબમાં ઘટાડો થશે. આ અનિશ્ચિતતા ઘટાડે છે અને પ્રોજેક્ટ અમલીકરણને વેગ આપે છે.
• ન્યુક્લિયર-હાઇડ્રોજન અને ઔદ્યોગિક એકીકરણ: પરમાણુ પ્લાન્ટ વીજળી, હાઇડ્રોજન અને ઔદ્યોગિક વરાળ સહ-ઉત્પાદન દ્વારા બહુ-ઉત્પાદન કેન્દ્રોમાં વિકસિત થવા જોઈએ.
• હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે સરપ્લસ બેઝલોડ પાવરનો ઉપયોગ પ્લાન્ટના ઉપયોગને સુધારી શકે છે અને વધારાના આવક પ્રવાહો બનાવી શકે છે. આ સ્વચ્છ ઇંધણ લક્ષ્યો સાથે પરમાણુ ઊર્જાને સંરેખિત કરે છે અને પ્રોજેક્ટ કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે.
• પરમાણુ ખરીદી જવાબદારીઓ (NPOs): નવીનીકરણીય ખરીદી જવાબદારીઓ જેવી જ પરમાણુ ખરીદી જવાબદારીઓ રજૂ કરવાથી પરમાણુ ઉર્જાની માંગ સુનિશ્ચિત થઈ શકે છે.
• ડિસ્કોમ અને ઉદ્યોગોને નિશ્ચિત દરે પરમાણુ ઉર્જાનો હિસ્સો ખરીદવાનો આદેશ આપવાથી આવક સ્થિરતા મળશે. આ નીતિગત સમર્થન સસ્તા નવીનીકરણીય ઉર્જાઓથી સ્પર્ધા છતાં પરમાણુ ઉર્જાને નાણાકીય રીતે સક્ષમ બનાવશે.

નિષ્કર્ષ

• ભારતનો સફળ PFBR સીમાચિહ્ન ઉર્જા સુરક્ષા અને તેના ત્રણ-તબક્કાના પરમાણુ વિઝન તરફ એક મહત્વપૂર્ણ પગલું છે. 
• જોકે, પરમાણુ ક્ષમતાને અસરકારક રીતે માપવા માટે તકનીકી, નાણાકીય અને પુરવઠા શૃંખલાના પડકારોનો સામનો કરવો આવશ્યક છે.
• યોગ્ય નીતિગત સમર્થન અને નવીનતા સાથે, પરમાણુ ઉર્જા ભારતના સ્વચ્છ ઉર્જા સંક્રમણનો વિશ્વસનીય આધારસ્તંભ બની શકે છે.

સારાંશ

• ભારતનો PFBR સીમાચિહ્ન તેના ત્રણ-તબક્કાના પરમાણુ કાર્યક્રમને આગળ ધપાવશે, ઊર્જા સુરક્ષામાં સુધારો કરશે અને ભવિષ્યમાં થોરિયમ ઉપયોગને સક્ષમ બનાવશે.
• જોકે, પરમાણુ ક્ષમતાને અસરકારક રીતે માપવા માટે ઊંચા ખર્ચ, તકનીકી વિલંબ અને સપ્લાય ચેઇન નિર્ભરતા જેવા પડકારોનો સામનો કરવો આવશ્યક છે.