अणुऊर्जेपासून विजेची निर्मिती – १ इतिहास आणि विज्ञान

भाग १ : सुरुवात

विजेचे उत्पादन आणि पुरवठा करण्याचा उद्योग एकोणीसाव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत व्यावसायिक तत्वावर सुरू झाला होता. त्यात मुख्यतः जलविद्युत (हैड्रो) आणि औष्णिक (थर्मल) वीजकेंद्रे होती. ज्या ठिकाणी नदीला धरण बांधून तिचे पाणी साठवून ठेवणे शक्य असेल अशा जागी धरण बांधतात, त्याच्या जलाशयातल्या पाण्याचा प्रवाह वळवून तो टर्बाइन नावाच्या यंत्रांमधून नेला जातो आणि त्या प्रवाहामुळे त्या यंत्रांच्या गोल फिरत असलेल्या चक्राच्या दांड्याला जोडलेल्या जनरेटरमध्ये विजेची निर्मिती होते. भूगर्भातील कोळसा किंवा तेल, वायू वगैरे इंधने औष्णिक केंद्रांमध्ये जाळून त्या ऊष्णतेच्या उपयोगातून पाण्याची वाफ केली जाते आणि त्या वाफेच्या सहाय्याने वेगळ्या प्रकारच्या टर्बाईन यंत्रांची चक्रे फिरवली जातात. शून्यातून ऊर्जा निर्माण करणे ही गोष्ट वैज्ञानिक दृष्ट्या केवळ अशक्य असल्यामुळे निसर्गातच पण वेगळ्या स्वरूपात उपलब्ध असलेल्या ऊर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर करण्याचे काम ही केंद्रे करतात. ऊन, वारा, समुद्राच्या लाटा यासारख्या ऊर्जेच्या इतर नैसर्गिक स्त्रोतांचा उपयोग वीजनिर्मितीच्या कामासाठी करण्याचे प्रयत्नसुध्दा पूर्वीपासून केले जात आहेत, आता त्यांना अधिक प्राधान्य मिळाले आहे, पण आपल्या आवश्यकता भागवण्यासाठी पुरेशी इतकी सगळी वीज फक्त त्यांच्यापासून तयार करता येण्याची शक्यता मात्र अजून दृष्टीपथात आलेली नाही.

अणूपासून प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा मिळण्याची शक्यता दिसू लागताच या बाबतीतले सर्व संशोधनकार्य अत्यंत गुप्तपणे केले जाऊ लागले. त्या सुमाराला दुसरे महायुध्द भडकलेले असल्यामुळे या ऊर्जेचा सर्वात पहिला जाहीर उपयोग मात्र हिरोशिमा आणि नागासाकी या जपानमधील शहरांचा पुरता विध्वंस करण्यासाठीच केला गेला. त्यामुळे अणुशक्ती ही एक केवळ महाभयानक आणि विनाशकारी अशा प्रकारची शक्ती आहे असा समज रूढ झाला आणि हा गैरसमज आजपर्यंत टिकून राहिला आहे, किंबहुना सध्या त्याला अधिक खतपाणी घातले जात आहे.

अणुऊर्जेवर अंकुश ठेवण्याचे प्रयोग अॅटमबाँबच्या अनियंत्रित अशा विस्फोटाच्या आधीपासून केले जात होते. १९३२ साली न्यूट्रॉन या कणाचा शोध लागला, न्यूट्रॉनमुळे होऊ शकणाऱ्या युरेनियमच्या भंजनाची क्रिया १९३८ साली समजली, त्यावरून १९३९ मध्ये न्यूक्लियर चेन रिअॅक्शनची कल्पना मांडली गेली आणि १९४२ मध्ये ती क्रिया प्रत्यक्षात घडवून आणणारा पहिला रिअॅक्टर कार्यान्वितसुध्दा झाला. या सर्व घटना निरनिराळ्या देशांमध्ये घडल्या होत्या यावरून हे काम किती तातडीने आणि एकाच काळात अनेक देशांमध्ये केले जात होते याची कल्पना येईल. अणुऊर्जेवर संपूर्णपणे आणि खात्रीपूर्वक असे नियंत्रण करणारी यंत्रणा तयार झाल्यामुळेच हा रिअॅक्टर बनवता आला होता. मात्र हे सगळे काम अत्यंत गुप्तपणे चालले होते. बाहेरच्या जगाला त्याचा सुगावाही लागू दिला नव्हता.

अॅटम बाँबच्या आधी अॅटॉमिक रिअॅक्टर तयार झाला म्हणजे नेमके काय झाले? “या दोन्हीमध्ये अगदी केसाएवढा सूक्ष्म फरक असतो, रिअॅक्टरचे रूपांतर कोणत्याही क्षणी बाँबमध्ये होऊ शकते.” अशी (गैर)समजूत अनेक उच्चशिक्षित लोकांची सुध्दा असणे शक्य आहे. सर्वसामान्य लोकांच्या मनात तर दोन्हीबद्दल तेवढीच भीती असते. या बाबतीत बाळगण्यात येणाऱ्या कमालीच्या गोपनीयतेमुळे तसे झाल्यास आश्चर्य नाही, पण सत्यपरिस्थिती वेगळी असते. निदान समाजाचे नेतृत्व करणारे लोकनेते आणि वर्तमानपत्रांचे संपादक या मंडळींनी अशा प्रकारची भन्नाट विधाने करण्याआधी त्यासंबंधी थोडा अभ्यास केला तर ते समाजाच्या दृष्टीने बरे होईल.

सोप्या उदाहरणाने सांगायचे झाले तर नवरात्रामध्ये नऊ दिवस देवघरात अखंड तेवत राहणारी समई आणि दिवाळीच्या दिवशी (रात्री) उडवलेला सुतळी बाँब यात जेवढा फरक असतो तेवढाच फरक अॅटॉमिक रिअॅक्टर आणि अॅटम बाँब यांच्या रचनेमध्ये असतो. सुतळी बाँबच्या वातीला बत्ती दिली की ती आतपर्यंत जळत जाते, आत ठेवलेल्या स्फोटक दारूचे अत्यंत वेगाने ज्वलन होऊन त्यातून जी ऊर्जा बाहेर पडते ती तप्त वायूंच्या दाबाच्या रूपात बाँबच्या कवचाच्या आतमध्येच साठत जाते, तसेच बाँब बनवतांना स्फोटक द्रव्यांना सर्व बाजूने गुंडाळलेल्या त्याच्या आवरणाला आतून जाळत जाऊन त्याला कमकुवत बनवत जाते. हे सगळे क्षणार्धात घडत असतांना अंतर्गत दाब सहन न झाल्यामुळे ते कवच अनेक बाजूंनी फाटते आणि त्याच्या चिंधड्या उडवून आतील सारी साठलेली ऊर्जा एकाच वेळी बाहेर पडल्यामुळे त्याचा मोठा स्फोट होतो. या उलट देवघरातील समई त्यात तेल असेपर्यंत मंद उजेड देत राहते. त्या तेलामधील एक एक सूक्ष्म थेंब वातीमधून हळूहळू ज्योतीत जातो आणि जळत राहतो. समईमध्ये असलेल्या सगळ्या तेलामधील सर्व राखीव ऊर्जेचा एकदम स्फोट होण्याची शक्यता नसते. रिअॅक्टरचे रूपांतर बाँबमध्ये होण्याची शक्यता यापेक्षा कमी असते, किंबहुना ते कदापि शक्य होऊ नये यासाठी खास काळजी त्याच्या रचनेत अनेक प्रकारांनी घेतलेली असते. एकाद्या माथेफिरू अतिरेक्याने ठरवून तसे करायचे ठरवले तरीसुध्दा ते घडण्याची शक्यता नसते.

आता अॅटॉमिक रिअॅक्टरचा थोडासा पूर्वेतिहास पाहू. १९३२ साली न्यूट्रॉनचा शोध लागला म्हणजे नेमके काय झाले? ते तर प्रत्येक द्रव्याच्या अणूरेणूंमध्ये आधीपासून अस्तित्वात होतेच. त्या वर्षी केलेल्या प्रयोगांमध्ये त्यांना पहिल्यांदा अणूच्या गर्भामधून बाहेर काढून दाखवले गेले. याचा अर्थ भुईमुगाच्या शेंगातले दाणे काढून डब्यात भरून ठेवावेत तसे कोणी न्यूट्रॉन्सना बाटलीत भरून जगाला दाखवले असा होत नाही. एका विशिष्ट प्रक्रियेमध्ये क्षणभरासाठी न्यूट्रॉन्स एका अणूमधून बाहेर पडतात आणि लगेच ते अनंतात विलीन होऊन जातात. ती क्रिया घडवून आणणे आणि त्या क्षणापुरते त्या न्यूट्रॉनचे वेगळे अस्तित्व ओळखणे या गोष्टी एका शास्त्रज्ञाने साध्य करून दाखवल्या. टेलीव्हिजन आणि इंटरनेट यासारखी प्रभावी माध्यमे नसतांनाच्या त्या काळातसुध्दा ही बातमी जगभरातील वैज्ञानिकांमध्ये पसरली. त्यानुसार न्यूट्रॉनचा झोत तयार करून त्याचे विविध पदार्थांवर होणारे परिणाम यावर सगळीकडे संशोधन सुरू झाले. इतर सर्व पदार्थ या सुट्या न्यूट्रॉन्सना लगेच गिळंकृत करून टाकत असतांना युरेनियम या धातूमधून मात्र दुप्पट तिप्पट संख्येने जास्तच न्यूट्रॉन्स बाहेर पडतात असे धक्कादायक निरीक्षण १९३८ साली प्रसिध्द झाले. या क्रियेला फिशन (भंजन) असे नाव दिले गेले. ही क्रिया सातत्याने घडवून आणत राहणे शक्य होत असेल तर त्या क्रियांची एक वेगाने वाढत जाणारी साखळी (चेन रिअॅक्शन) बनवता येईल आणि त्यातून निर्माण होणाऱ्या न्यूट्रॉन्सची संख्या अनंतपटीने वाढवत नेता येईल असा तर्क केला जाऊ लागला. त्या वेळी हा फक्त तर्क होता, प्रत्यक्ष कृती करून तो पडताळून पाहणे आवश्यक होते. त्यासाठी नक्की काय करायला हवे हा सुध्दा एक मोठा प्रश्न होता. अनेक शास्त्रज्ञ त्यासाठी आपली बुध्दी पणाला लावत होते.

ते काम करण्यासाठी अनेक प्रयत्न करून झाल्यानंतर १९४२ साली पहिला यशस्वी रिअॅक्टर बनवला गेला त्याची चित्तरकथा मजेदार आहे. ज्या प्रयोगशाळेत हा उभारायचे ठरले होते त्या ठिकाणी मजूरांचा संप सुरू झाला. शास्त्रज्ञ आणि सरकारचे संरक्षण खाते यांना तर हा प्रयोग करण्याची घाई झाली होती. शिकागो युनिव्हर्सिटीमध्ये एक ओस पडलेली जुनी इमारत होती. तिथल्या एका खोलीत ग्राफाइटचे खूप ठोकळे आणि युरेनियमच्या चकत्या (पेलेट्स) यांची विशिष्ट प्रकारे रचना केली गेली. त्या काळी ‘रिअॅक्टर’ या शब्दाचा उपयोग सुरू झाला नव्हता. या रचनेला एक ‘ढीग (पाईल)’ असे साधे नाव दिले. न्यूट्रॉन्सचे शोषण करण्यासाठी कॅड्मियमचा मुलामा दिलेल्या काही सळ्या त्या पाइलच्या आतबाहेर सरकवता येतील अशी व्यवस्था केली होती. त्यांना हळूहळू पाईलच्या बाहेर काढले (वर उचलले) की चेन रिअॅक्शन सुरू होऊन न्यूट्रॉन्सची संख्या वाढेल आणि त्यांना खाली सोडून आत ढकलले की चेन रिअॅक्शन बंद पडून न्यूट्रॉन्सची संख्या रोडावेल अशी अपेक्षा होती. न्यूट्रॉन्सची आणि रेडिएशनची अत्यंत सूक्ष्म गणना करणारी अचूक अशी उपकरणेच पाईलच्या आत चाललेल्या किंवा बंद पडलेल्या रिअॅक्शनची माहिती पुरवणार होती. या न्यूट्रॉन्सची अपेक्षित गणती अगदी नगण्य असल्यामुळे त्यांच्यापासून रेडिएशनचे दुष्परिणाम होण्याची भीती नव्हती तसेच यातून निर्माण होणारी क्षीण ऊष्णता वाहून नेण्यासाठी कसलीही व्यवस्था केलेली नव्हती. प्रयोगाचे संचालक महान शास्त्रज्ञ एन्रिको फर्मी यांना हा प्रयोग हाताबाहेर जाणारच नाही याबद्दल एवढी जबरदस्त खात्री होती की त्यांनी कसल्याही प्रकारचे शील्डिंग सुध्दा बसवले नव्हते. आज कोणीही अशा प्रयोगाला सुध्दा अनुमती देणार नाही, पण युध्दपातळीवर चाललेल्या संशोधनाच्या त्या टप्प्यावर अशा रीतीने जगातला पहिला वहिला ‘मानवनिर्मित रिअॅक्टर’ तयार झाल्याची अधिकृत नोंद झाली.

आजकालच्या अत्यंत गुंतागुंतीच्या रिअॅक्टर्सशी तुलना करता हा प्रयोग पहायला गेल्यास फारच साधा होता. त्या प्रॉजेक्टवर काम करणाऱ्या शास्त्रज्ञांनी आणि त्यांच्या सहाय्यकांनीच त्यातले ग्राफाईटचे ब्लॉक्स आणि युरेनियमचे पेलेट्स एका लाकडी सांगाड्यामध्ये हाताने रचले आणि त्यात आपले अंग आणि कपडे मळवून घेतले. नियंत्रण करणारे कॅडमियमकोटेड रॉड्स दोरीला टांगले होते आणि त्यांना हाताने ओढून वरखाली करण्यासाठी तीन निधड्या छातीचे शिलेदार पाईलच्या माथ्यावर उभे होते. प्रयोगात काही गंभीर स्वरूपाची गफलत झाली असतीच तर ते थेट आसमानात गेले असते. याशिवाय एक खूप शक्तीशाली आणि वजनदार वेगळा रॉड टांगून ठेवला होता आणि संदेश मिळाला की तत्क्षणी त्याच्या दोरीवर घाव घालून तिला तोडण्याच्या तयारीने एक जवान हातात कुऱ्हाड घेऊन त्याच्या शेजारी सज्ज उभा होता. त्याला SCRAM—the safety control rod ax-man असे नाव दिले होते. पाईलमधल्या न्यूक्लियर रिअॅक्शन प्रमाणाबाहेर जाऊ लागल्या असल्याची शंका आल्यास त्या माणसाने कुऱ्हाडीचा घाव घालून ती दोरी तोडायची आणि तो रॉड पाईलमध्ये खाली पडला की रिअॅक्शन नक्की बंद पडणारच अशी व्यवस्था होती. गरज पडताच रिअॅक्टरला आपोआप बंद पाडण्याची स्वयंचलित ‘ट्रिप’ किंवा ‘शट डाऊन सिस्टम’ प्रत्येक रिअॅक्टरमध्ये असतेच. अमेरिकेत त्यांना आजही ‘स्क्रॅम’ असे म्हणतात.

या प्रयोगासाठीसुध्दा अफाट खर्च आला होता. त्यासाठी वापरले गेलेले तीनचारशे टन ग्राफाईट आणि कित्येक टन युरेनियम यांचीच किंमत त्याकाळी कोटींच्या घरात, म्हणजे आजच्या काळातील अब्जावधी रुपये एवढी होती. आणि त्यातून जेवढी ऊष्णता बाहेर पडत होती त्यावर एक कप चहासुध्दा झाला नसता. पण अणुशक्तीचा उपयोग करून त्यातून भरपूर प्रमाणात ऊष्णता निर्माण करणे हा या प्रयोगाचा उद्देश नव्हताच. भंजनाची (फिशन) एक अखंड साखळी तयार करता येईल अशी जी एक भन्नाट कल्पना पुढे आली होती, त्या कल्पनेचा पुरावा प्रत्यक्ष प्रमाणातून मिळवणे हा या प्रयोगाचा एकमेव उद्देश होता. एकदा ते सिध्द झाले की पुढे जाण्याचा मार्ग प्रशस्त होणार होता. जवळ जवळ अर्धा तास या पाईलशी हो नाही चा खेळ खेळून घेतल्यानंतर आपल्याला हवे तेंव्हा भंजनक्रियेची साखळी (न्यूक्लियर चेन रिअॅक्शन) सुरू करता आली, अपेक्षेनुसार ती सुरू होते, त्यानंतर ती आपोआप चालत राहते आणि नको वाटली की तिला लगेच बंदही करता येते या सगळ्या गोष्टींची शास्त्रज्ञांना पूर्ण खात्री पटली. त्यांच्या मनातून तसे व्हावे असेच वाटत असले तरी त्यात कसलाही अनपेक्षित गोंधळ होणार नाही याचा प्रत्यक्ष पुरावा हवा होता. तो मिळाल्यानंतर त्यांनी हा पाईल कायमचा बंद करून टाकला, दोन तीन महिन्यातच त्यातले सारे सामान जसे रचले होते तसेच ते उतरवले आणि नव्या जागी पुन्हा व्यवस्थितपणे रचून आपले पुढील प्रयोग सुरू केले.

मानवाच्या भवितव्यावर एवढा मोठा प्रभाव ज्याने पडला अशा या ऐतिहासिक प्रयोगाबद्दल त्या काळात मात्र कमालीची गुप्तता बाळगली होती. त्यात मिळालेल्या माहितीला तर कणभर देखील प्रसिध्दी दिली गेली नाहीच, या प्रयोगावर काम करणाऱ्या शास्त्रज्ञांच्या बायकांनादेखील आणखी काही वर्षे उलटून जाईपर्यंत असा प्रयोग केला गेल्याबद्दल सुध्दा अवाक्षर समजले नव्हते. या शास्त्रज्ञांनी अनेक दिवसरात्र काम करून केलेल्या अथक परिश्रमानंतर मिळालेल्या यशाने खूष होऊन श्रमपरिहार करण्यासाठी एक लहानशी पार्टी केली. त्या पार्टीत कोणीतरी डॉ.फर्मी यांचे अभिनंदन करताच ते कशाबद्दल असे त्यांच्या पत्नीने त्यांना विचारले. आयत्या वेळी एक थाप मारून त्या सहकाऱ्याने ती वेळ निभावून नेली, पण त्यानंतर त्या थापेशी सुसंगत अशी उडवाउडवी त्यांना अनेक दिवस करत रहावी लागली होती.

भाग २ – भंजन (फिशन)

शिकागो पाईल हा पहिला मानवनिर्मित रिअॅक्टर म्हणजे एक ग्राफाइटच्या विटांचा मोठा ढिगारा होता. त्यात मध्ये मध्ये युरेनियमचे गोळे पेरून ठेवले होते. त्या ढिगाच्या मध्यभागी एक पोकळी ठेवून त्यात कॅड्मियमने मढवलेल्या सळ्या टांगून ठेवल्या होत्या आणि त्यांना वर किंवा खाली करण्याची व्यवस्था केलेली होती. या तीनही पदार्थांची संख्या तसेच त्यांचे आकार सहजपणे हवे तसे बदलता येण्याच्या दृष्टीने ही रचना अतीशय सोयिस्कर होती. त्यातला युरेनियम हा ऊर्जेचा स्त्रोत होता. त्याचा न्यूट्रॉनशी संयोग झाल्यास त्यामधून प्रचंड ऊर्जा प्रगट होते आणि त्याबरोबरच बाहेर निघालेले दोन तीन न्यूट्रॉन या ऊर्जेवर स्वार होऊन तुफान वेगाने उड्डाण करतात. त्या क्षणी त्यांचा वेग प्रकाशकिरणांच्या वेगाशी तुलना करता येण्याइतका जास्त असतो. इतके वेगवान न्यूट्रॉन युरेनियमच्या दुसऱ्या एकाद्या अणूवर आदळले तर नक्कीच त्या अणूचे दोन तुकडे करतील असे वाटेल. त्या अॅटॉमिक रिअॅक्शनतून बाहेर पडलेले सहा सात न्यूट्रॉन पुन्हा वेगवेगळ्या अणूंचे भंजन करत जातील आणि अनेक नव्या न्यूट्रॉन्सना जन्म देतील, ते असेच काम करून वाढत जातील आणि असंख्य न्यूट्रॉन्स तयार होऊन अशा प्रकारे साठ्यामधील सर्व युरेनियमचा मोठा स्फोट होईल. अणुबाँबच्या स्फोटात साधारणपणे असे घडते, पण वीजनिर्मितीसाठी आपल्याला थोडी थोडी ऊर्जा सतत देत राहणारा स्त्रोत हवा असतो. यासाठी त्या स्फोटांवर काटेकोर नियंत्रण ठेवता येणे अत्यंत महत्वाचे आहे.

वेगाने धडकणारे काही ‘फास्ट न्यूट्रॉन्स’ युरेनियमच्या अणूचे भंजन किंवा विघटन (फिशन) घडवून आणतात, पण बरेचसे न्यूट्रॉन्स त्या अणूला आपटून किंवा चाटून वेगानेच दूर चालले जातात. क्रिकेटमधल्या पेस बॉलरचा चेंडू जसा बॅट्समनच्या बॅट किंवा पॅडला लागून वेगाने सीमापार जातो तसे काहीसे या ‘फास्ट न्यूट्रॉन्स’ च्या बाबतीत घडते. याला ‘स्कॅटर’ असे म्हणतात. याचे प्रमाण फिशनच्या मानाने जास्त असते. युरेनियम आणि प्ल्युटोनियम वगळता इतर कोणत्याही पदार्थाच्या अणूला न्यूट्रॉन धडकला तर एक तर तो स्कॅटर होतो म्हणजे वेगळ्या दिशेला चालला जातो किंवा तो अणू त्या न्यूट्रॉनला ‘कॅप्चर’ करतो म्हणजे तो न्यूट्रॉन त्या अणूमध्ये विरून जातो. ग्राफाइटमधील कार्बन या मूलधातूचे अणू मुख्यतः न्यूट्रॉन्सना स्कॅटर करतात, पण ते करतांना त्या न्यूट्रॉनमधली थोडी ऊर्जा त्यांना मिळते. त्यामुळे न्यूट्रॉनचा वेग कमी होतो. अशा अनेक अणूंशी टक्कर झाल्यानंतर हा वेग अगदी कमी होतो (तरीसुध्दा तो एकाद्या रॉकेट किंवा सुपरसॉनिक विमानाच्या वेगाइतका असतो). या संथगती न्यूट्रॉन्सना ‘थर्मल न्यूट्रॉन्स’ असे नाव दिले आहे. तसेच त्यांची गती मंद करण्याच्या क्रियेला ‘मॉडरेशन’ असे म्हणतात. असा संथ गतीचा थर्मल न्यूट्रॉन जेंव्हा युरेनियमच्या अणूला भेटतो तेंव्हा मात्र तो त्याच्या पोटात शिरतो आणि त्याची दोन शकले करतो. अशा प्रकारे ग्राफाइटने केलेल्या मॉडरेशनमुळे युरेनियमच्या अणूंच्या भंजनाची क्रिया पुढे चालत राहण्याला मदत मिळते. कॅड्मियमचे अणू मात्र आलेल्या सगळ्या न्यूट्रॉन्सना गिळून टाकतात (कॅप्चर करतात). त्यामुळे भंजनाची क्रिया मंदावते किंवा पूर्णपणे थांबते. अशा पदार्थांना ‘पॉयझन’ म्हणतात

मोटार गाडीमध्ये अॅक्सेलेरेटर आणि ब्रेक्स दिलेले असतात आणि या दोघांचा उपयोग करून चालक गाडीवर नियंत्रण ठेवतो. त्याच प्रमाणे मॉडरेटर आणि पॉयझन यांच्या सहाय्याने रिअॅक्टरवर नियंत्रण ठेवले जाते. शिकागो पाइलमध्ये ग्राफाइट या मॉडरेटरच्या हजारो विटा ठेवल्या होत्या. रिअॅक्टर सुरू करायच्या आधी त्यांची संख्या कमी जास्त करणे शक्य होते, पण त्यात अॅटॉमिक रिअॅक्शन चालू झाल्यानंतर ती चालली असतांना त्यात बदल करणे शक्य नसते. कॅड्मियम रॉड्सना कमी अधिक प्रमाणात खाली वर करणे त्या मानाने खूपच सोपे असते. या कारणांमुळे पाइल (रिअॅक्टर)ची रचना करतांना त्यात गरजेपेक्षा जास्त युरेनियम आणि ग्राफाइट ठेवले गेले, ते करण्यापूर्वी कॅड्मियमचे रॉड पूर्णपणे आत ठेवले होते. न्यूट्रॉन्सची लहान प्रमाणावर निर्मिती करणारा एक ‘सोर्स’ पाइलच्या आतमध्ये सरकवताच त्यामधून न्यूट्रॉन्स बाहेर पडू लागले. चूल पेटवण्यासाठी आधी त्यात कागद घालून तो काडेपेटीने पेटवतात तशा प्रकारे या सोर्सचा उपयोग सुरुवात करण्यासाठी केला. रिअॅक्टरमधले कॅड्मियम रॉड अनेक न्यूट्रॉन्सना गिळंकृत करत असल्यामुळे सुरुवातीला फिशन चेन रिअॅक्शन टिकत नव्हती. हे रॉड हळूहळू वर नेत गेल्यानंतर त्यांचा प्रभाव कमी होत गेला आणि असा क्षण आला की ही भंजनांची साखळी पुढे आपल्या आप चालत राहिली. याला ‘क्रिटिकॅलिटी’ असे म्हणतात. त्यानंतर कॅड्मियम रॉड आणखी वर उचलले असते तर रिअॅक्टर ‘सुपरक्रिटिकल’ झाला असता म्हणजे भंजनांची संख्या वेगाने वाढत गेली असती आणि त्यातून बाहेर पडणाऱ्या ऊष्णतेची तीव्रता वाढत गेली असती. कॅड्मियम रॉड खाली सोडले असते तर रिअॅक्टर ‘सबक्रिटिकल’ झाला असता म्हणजे भंजनांची संख्या वेगाने कमी होत जाऊन ती थांबली असती. या पहिल्या यशस्वी प्रयोगाला आता सत्तर वर्षे होत आली असली तरी आजसुध्दा जगातला प्रत्येक रिअॅक्टर अशाच प्रकारे सुरू केला जातो. मात्र आता हे कंट्रोल रॉड्स हाताने ओढत नाहीत, त्यासाठी स्वयंचलित यांत्रिक व्यवस्था असते एवढाच बदल त्यात झाला आहे.

शिकागो पाइल रचली आणि लगेच ती यशस्वी झाली असे मात्र झाले नव्हते. कोणत्याही वैज्ञानिक प्रयोगात अशी शक्यता जवळ जवळ नसतेच. त्या काळात तर युरेनियम, कार्बन, कॅड्मियम वगैरेंचे गुणधर्मसुध्दा अजून हळूहळू समजत होते. त्यामुळे ठाऊक असलेल्या आणि प्रयोगामधून मिळालेल्या माहितीचा उपयोग करून घेत टप्प्याटप्प्याने हा प्रयोग आकार घेत होता. गरजेनुसार सुधारणा करता याव्या या दृष्टीनेच त्याची रचना पाइलच्या स्वरूपात केली होती. एक नाही, दोन नाही, तर तब्बल तीस वेळा वेगवेगळ्या आकारांच्या ढिगाऱ्यांवर अयशस्वी प्रयोग करून झाल्यानंतर केलेला हा एकतीसावा प्रयोग यशस्वी झाला आणि ऊर्जेच्या निर्मितीच्या क्षेत्रात एक नवे दालन उघडले.

‘फ्यूएल’ (इंधन), ‘मॉडरेटर’ आणि ‘पॉयझन’ यांची निरनिराळ्या प्रकारे वेगवेगळ्या प्रमाणात रचना करून अनेक प्रकारचे रिअॅक्टर्स बनवण्याचे प्रयोग सुरू झाले. अत्यंत गुप्तता बाळगली गेली असली तरी हे विज्ञान आणि तंत्रज्ञान जगभरातील अनेक देशांनी विकसित आणि आत्मसात केले. त्या कामात अमेरिकेने पुढाकार घेतला असला तरी सोव्हिएट युनियन, ब्रिटन, फ्रान्स, जर्मनी, कॅनडा यासारखी राष्ट्रेसुध्दा या दिशेने प्रगतीपथावर होतीच. ग्राफाइटप्रमाणे पाणी आणि जड पाणी यांचा उपयोग मॉडरेशनसाठी करता येतो. त्यासाठी आवश्यक अशा आकाराचे पात्र (रिअॅक्टर व्हेसल) बवनण्याचे तंत्रज्ञान विकसित झाले. तसेच नियंत्रण करण्यासाठी स्वयंचालित यंत्रांच्या सहाय्याने चालणारे कंट्रोल रॉड्स तयार केले गेले. अणूंच्या भंजनातून निघालेल्या ऊष्णतेपासून वीज तयार करायची झाल्यास त्या ऊष्णतेला रिअॅक्टरमधून बाहेर नेण्याची व्यवस्था करायला हवी. त्यासाठी ‘कूलंट (शीतनक)’ ची आवश्यकता असते. पाणी, कार्बन डाय ऑक्साइड वायू, वितळलेला सोडियम धातू अशा अनेक विकल्पांचा त्यासाठी विचार केला जाऊ लागला आणि त्यातील प्रत्येकावर शेकडोंनी प्रयोग केले गेले. अशा असंख्य गोष्टींपासून त्या विषयीच्या तंत्रज्ञानाचीच एक वेगळी शाखा तयार झाली असे म्हणता येईल.

१९४२ च्या अखेरीस शिकागो पाइल १ हा पहिला रिअॅक्टरचा यशस्वी प्रयोग करून दाखवला गेल्यानंतर सुमारे नऊ वर्षांनी म्हणजे १९५१ च्या अखेरीस अमेरिकेमधीलच इडाहो या गावी स्थापन केलेल्या प्रायोगिक रिअॅक्टरमध्ये त्यामधून निघालेल्या ऊष्णतेपासून पहिल्यांदा विजेची निर्मिती झाली. ती होती फक्त १०० किलोवॉट! त्यावर त्या प्रयोगशाळेमधले काही दिवे तेवढेच पेटवले गेले होते. त्यानंतर लवकरच म्हणजे १९५४ साली सोव्हिएट युनियन (रशीया) मधील ओब्निस्क या गावी अणूशक्तीपासून ५ मेगावॉट इतकी वीज निर्माण करून ती ग्रिडला म्हणजेच विजेच्या जाळ्याला दिली गेली आणि घरोघरी तिचा वापर होऊ लागला.

भाग ३ : अणुभट्टीत होत असलेल्या क्रिया

कोणत्याही पदार्थाच्या अणूला न्यूट्रॉनने धडक दिली तर त्याचे तीन निरनिराळे परिणाम होण्याची शक्यता असते. तो अणु युरेनियमचा असल्यास त्याचे ‘फिशन’ (भंजन किंवा विखंडन) होऊ शकेल, नसल्यास कदाचित तो अणु त्या न्यूट्रॉनला ‘कॅप्चर’ करेल म्हणजे त्याला स्वतःमध्ये सामावून घेईल आणि त्यामुळे त्या न्यूट्रॉनचे ‘अॅब्सॉर्प्शन’ होईल किंवा यातील काहीही न होता तो न्यूट्रॉन ‘स्कॅटर’ होईल म्हणजे तो त्या अणूला धडकून निराळ्या दिशेने चालता होईल. अणुऊर्जेचा वापर करण्यासाठी तयार केलेल्या रिअॅक्टरमध्ये फिशन, अॅब्सॉर्प्शन आणि स्कॅटर या तीन्ही शक्यतांचा कल्पकतेने उपयोग करून घेतला जातो. या क्रियांची काही ठळक वैशिष्ट्ये आणि त्यांचे दुष्परिणाम (साइड इफेक्ट्स) समजून घ्यायला हवेत.

फिशनः यामधून निघालेल्या ऊर्जेचा उपयोग करून घेण्यासाठीच हा सारा खटाटोप असतो आणि त्यामधून निघालेल्या सुट्या न्यूट्रॉन्समुळे ‘फिशन रिअॅक्शन’ची साखळी अखंड चालत राहून आपल्याला ही ऊर्जा सातत्याने मिळत राहते. पण या क्रियेतून निर्माण झालेले ‘फिशन फ्रॅग्मेंट्स’ (युरेनियमच्या अणूचे दोन तुकडे) हे रेडिओअॅक्टिव्ह ब्रह्मराक्षस मात्र फारच त्रासदायक असतात, तसेच त्यांना दीर्घायुष्याचे वरदान मिळालेले असल्यामुळे त्यांच्यापासून स्वतःचा बचाव करून घेण्यासाठी अनेक प्रकारचे प्रयत्न करावे लागतात, त्यात खूप खर्च येतो आणि तरीसुध्दा त्यांची भीती टांगत्या तलवारीप्रमाणे कायम राहते.

अॅब्सॉर्प्शनः या क्रियेत न्यूट्रॉनचे वेगळे अस्तित्व संपुष्टात येते, पण ज्या अणूमध्ये तो मिसळून जातो त्या अणूवर त्याचा परिणाम होतो. काही बाबतीत ते अणू त्यांच्याच मूलद्रव्याचे (कार्बन, हैड्रोजन यासारख्यांचे) वेगळे रूप (आयसोटोप) बनतात आणि त्यांचे रासायनिक गुणधर्म बदलत नाहीत, तर काही बाबतीत त्या अणूंचे एका वेगळ्या मूलद्रव्यामध्ये परिवर्तन होते आणि त्यामुळे त्यांचे सगळेच गुणधर्म बदलतात. अणूंचे हे नवे रूप किंवा वेगळ्या मूलद्रव्यांचे नवे अणु बहुतेक वेळी रेडिओअॅक्टिव्ह असतात. त्यामुळे फिशन फ्रॅग्मेंट्सच्या जोडीने त्यांचासुध्दा उपसर्ग होतो. शिवाय काही बाबतीत ते नवे अणु पॉयझनसारखे न्यूट्रॉन्सचे शत्रू असतात (त्यांना अॅब्सॉर्ब करतात) आणि रिअॅक्टरमधील ‘चेन रिअॅक्शन’ला अडथळा बनतात, तर काही बाबतीत याच्या उलट होते. हवेला खाली दाबून आकाशात उंचावर उडणाऱ्या विमानावर वातावरणामधील बदलाचा (हवेचा दाब कमी अधिक होण्याचा) परिणाम होतो आणि त्यामुळे विमान चालकाला त्यानुसार त्याचे नियंत्रण करावे लागते, तसेच रिअॅक्टरला कंट्रोल करतांना या जास्तीच्या अडचणींवर मात करून रिअॅक्टर चालवत ठेवण्याची आवश्यकता असते. मात्र युरेनियम २३८ आणि थोरियम २३२ यांचे रूपांतर अनुक्रमे प्ल्युटोनियम आणि युरेनियममध्ये होते आणि त्यांचे फिशन होणे शक्य असल्यामुळे त्यांच्य़ापासून आपल्याला लगेच जास्तीची अणूऊर्जा मिळू लागते किंवा भविष्यात मिळवता येते. यामुळे हा बदल मात्र फायदेशीर असतो.

स्कॅटरः क्रिकेटच्या पिचवर आपटल्यानंतर तो चेंडू कमी किंवा जास्त प्रमाणात उसळी घेतो, वळतो किंवा मंदावतो. त्याच प्रमाणे अणूला धडकल्यानंतर तो न्यूट्रॉन कसा परावर्तित होईल यात बरीच विविधता असते. पण या बाबतीत काही सर्वसाधारण नियम दिसतात. एका लहानशा गोटीने दुसऱ्या गोटीवर मारले तर ती दुसरी गोटी वेगाने पुढे जाते आणि पहिल्या गोटीचा वेग कमी होतो किंवा ती तिथेच थबकते, पण तीच लहानशी गोटी लोखंडाच्या मोठ्या गोळ्यावर आपटली तर त्या गोळ्यावर फारसा परिणाम होत नाही आणि ती गोटी वेगाने परत येते. याच प्रमाणे साधारणपणे न्यूट्रॉनच्याच आकाराच्या हैड्रोजनच्या अणूला तो धडकला तर त्याचा वेग पटकन कमी होतो, पण तो न्यूट्रॉन त्याच्या दोनशेपट मोठ्या शिसाच्या अणूवर आपटला तर मात्र वेगाने परावर्तित होतो. या टक्करीमधून त्याचा वेग मंदावत नाही. कार्बनचा अणु हैड्रोजनपेक्षा मोठा असला तरी तसा लहानच असल्यामुळे त्याचाही मॉडरेशनच्या कामासाठी उपयोग होतो.

रिअॅक्टरसाठी फ्यूएल, मॉडरेटर, अॅब्सॉर्बर आणि कूलंट ठरवतांना वरील गुणधर्मांचा विचार केला जातो. युरेनियम या इंधनामध्ये त्याच्या दोन आयसोटोप्सचे मिश्रण असते. आज निसर्गात उपलब्ध असलेल्य़ा युरेनियममध्ये ‘यू २३५’ हा भंजनक्षम (फिसाइल) उपयुक्त पदार्थ फक्त ०.७ टक्के एवढा असतो, तर ‘यू २३८’ हा निष्क्रिय पदार्थ ९९.३ टक्के इतक्या जास्त प्रमाणात असतो. म्हणजे १४० अणूंपैकी फक्त एकच अणु भंजन पावू शकतो आणि त्यातून आपल्याला अणुऊर्जा मिळते. आजकाल बहुतेक रिअॅक्टरमध्ये ‘एन्रिच्ड युरेनियम’ वापरतात. त्यात ‘यू २३५’ चे प्रमाण २-४ टक्क्यापर्यंत वाढवल्याने ते इंधन अधिक प्रभावी असते. रिअॅक्टर चालत असतांना त्यातल्या काही यू २३८ अणूंचे प्ल्युटोनियममध्ये परिवर्तन होते आणि त्यांचे भंजन होऊ लागते. पण यू २३५ चे प्रमाण जितके कमी होते तितके प्ल्युटोनियमचे प्रमाण वाढत नाही. त्यामुळे एकंदरीने पाहता हे इंधन क्षीण होत जाते आणि त्याला रिअॅक्टरच्या बाहेर काढून नव्या इंधनाचा भरणा करावा लागतो.

यू २३५ चे प्रमाण ७०-७५ टक्क्यांच्याहून जास्त ठेवले तर तो रिअॅक्टर कोणत्याही मॉडरेटरच्या सहाय्याशिवाय सुध्दा चालू शकतो. अशा रिअॅक्टरला ‘फास्ट रिअॅक्टर’ म्हणतात. फास्ट न्यूट्रॉन्सची फिशन घडवून आणण्याची क्षमता कमी असल्यामुळे अत्यंत समृध्द इंधनातून त्यांची संख्या खूप जास्त ठेवली जाते. त्यामधील बहुसंख्य न्यूट्रॉन्स ‘एस्केप’ होतात, म्हणजे रिअॅक्टर व्हेसलच्या बाहेर जातात. इंधनाच्या सर्व बाजूंनी यू २३८ किंवा नैसर्गिक युरेनियमचे मोठे आणि दाट कोंडाळे (ब्लँकेट) करून ठेवले तर रिअॅक्टरमधून बाहेरच्या दिशेने जाणारे काही न्यूट्रॉन्स त्यांत कॅप्चर केले जातात आणि त्यातून प्ल्युटोनियमची निर्मिती होते. अणुइंधनाची ही नवनिर्मिती खर्च झालेल्या इंधनापेक्षा जास्त असल्यास त्या रिअॅक्टरला ‘ब्रीडर’ असे म्हणतात. सुरुवातीच्या काळात ही कल्पना फारच आकर्षक वाटली होती आणि जवळजवळ सर्व प्रगत देशांनी असे प्रायोजिक रिअॅक्टर बनवले होते. पण यासाठी येणारा खर्च आणि त्यामधून प्रत्यक्ष मिळणारे उत्पन्न यांची सांगड नीट जुळत नसल्यामुळे व्यावसायिक तत्वावर असे प्रकल्प उभे राहिले नाहीत. यातल्या तांत्रिक अडचणी दूर करणे आणि खर्च कमी करणे यासाठी सगळीकडे संशोधन चालले आहे. कदाचित आणखी दहा वीस वर्षांनंतर हे चित्र पालटलेले दिसेल.

न्यूट्रॉन्सची गती कमी करण्यासाठी हैड्रोजनचे अणु सर्वाधिक कार्यक्षम असतात, पण वायुरूप अवस्थेत ते अतीशय विरळ असल्यामुळे पुरेसे परिणामकारक नसतात. पाण्याच्या ( एच टू ओ च्या) प्रत्येक रेणूमध्ये हैड्रोजनचे दोन अणु असतात. खोलीभर हैड्रोजन वायूमध्ये जेवढे अणु असतील तेवढे वाटीभर पाण्यात असतात. या कारणाने मॉडरेटर म्हणून पाण्याचा उपयोग सर्वात जास्त रिअॅक्टर्समध्ये केला जातो. न्यूट्रॉन्सची गती कमी करत असतांना मध्येच त्यातल्या काही न्यूट्रॉन्सना पाणी खाऊन टाकते (अॅब्सॉर्ब करते). याची भरपाई करण्यासाठी समृध्द युरेनियमच वापरावे लागते. हैड्रोजनमध्ये अगदी सूक्ष्म प्रमाणात त्याचा ‘ड्युटोरियम’ नावाचा त्याचा जुळा भाऊ (आयसोटोप) असतो, तो कार्यक्षमतेच्या बाबतीत किंचित डावा असला तरी त्याचे न्यूट्रॉनभक्षणाचे प्रमाण अत्यल्प आहे. या कारणाने या ड्युटेरियमने युक्त असे ‘जड पाणी’ (हेवी वॉटर) हे सर्वोत्कृष्ट मॉडरेटर आहे. हा मॉडरेटर असला तर नैसर्गिक युरेनियमचासुध्दा इंधन म्हणून उपयोग करता येतो. साध्या पाण्यामधून हे जड पाणी वेगळे करायला खूप खर्च येत असल्यामुळे हा मॉडरेटर महाग मात्र पडतो.

साधे किंवा जड पाणी जेंव्हा मॉडरेटर म्हणून रिअॅक्टरमध्ये घातले जाते, तेंव्हा त्याच पाण्याचा कूलंट म्हणून उपयोग करणे सोयीचे असते. एका बाजूच्या नळांमधून पंपाने थंड पाणी रिअॅक्टरमध्ये सोडतात आणि ऊष्ण पाणी ( किंवा वाफ) दुसऱ्या बाजूच्या नळामधून बाहेर पडते, तिच्यापासून वीजनिर्मिती केली जाते. त्यामुळे अशा प्रकारच्या रिअॅक्टर्समधले पाणी ‘मॉडरेटर’ आणि ‘कूलंट’ असे दुहेरी काम करते. पण जेंव्हा मॉडरेशनसाठी ग्राफाईटचा (कार्बन) वापर होतो तेंव्हा मात्र तो घनरूप असल्यामुळे एका जागी स्थिर राहतो. ‘कूलंट’च्या कामासाठी दुसरा एकादा प्रवाही पदार्थच वापरणे आवश्यक असते. काही रिअॅक्टर्समध्ये कार्बन डायॉक्साईड वायूचा उपयोग या कामासाठी करतात तर काही ठिकाणी यासाठी रिअॅक्टरमधून पाण्याचा प्रवाह सोडतात. उच्च तपमानाच्या अवस्थेत पाणी आणि ग्राफाईट यांचा संयोग होऊ शकत असल्यामुळे ते कोठेही एकमेकांना स्पर्श करणार नाहीत याची काळजी घ्यावी लागते. यातला पाण्याचा प्रवाह बंद अशा वेगळ्या नलिकांमधून वाहतो. फास्ट रिअॅक्टरमध्ये मॉडरेटरच नसतो. त्यातील ऊष्णतेचे वहन करण्यासाठी वितळलेल्या सोडियम धातूसारखा अजब कूलंट वापरावा लागतो.

न्यूट्रॉन्सना कॅप्चर करणारे ‘अॅब्सॉर्बर’ कंट्रोल रॉड्स या कामात खर्ची पडत नाहीत. त्यांना एकदा बनवून रिअॅक्टरमध्ये बसवले की ते आय़ुष्यभर पुरतात. या कामासाठी अनेक पदार्थ उपलब्ध आहेत. त्यांना स्टेनलेस स्टीलच्या कुप्यांमध्ये ठेऊन किंवा स्टेनलेस स्टीलमध्येच मिसळून त्याच्या दांड्यांच्या सहाय्याने वरखाली करण्याची खास यंत्रणा केली जाते. त्याशिवाय काही खास कारणांसाठी काही वेळा मॉडरेटरमध्ये विरघळणारे एकादे पॉयझन मिसळले जाते आणि त्या पाण्याचे शुध्दीकरण करतांना ते हळूहळू बाहेर काढले जाते.

फ्यूएल, मॉडरेटर आणि कूलंट यांच्यामधील विविधतेमुळे त्यांचा अनेक प्रकारे उपयोग करण्याचे असंख्य प्रयोग करण्यात आले. त्यातून जे तांत्रिक दृष्ट्या यशस्वी आणि व्यावसायिक दृष्टीने फायदेशीर ठरले असे मोजके प्रकार पुढे आले. त्यांची एक एक करून अधिक माहिती पुढील भागांमध्ये करून घेऊ.

भाग ४ : अणुविद्युतकेंद्रे

एका पातेल्यात नळाचे पाणी घेऊन शेगडीवर तापवायला ठेवले की ते गरम होत जाते. त्या पाण्याचे तपमान वाढत वाढत सुमारे १०० अंश सेल्सियसच्या जवळ (पाण्याच्या उत्कलनबिंदू एवढे) पोचले की ते द्रवरूप पाणी उकळायला लागते आणि त्याचे रूपांतर झपाट्याने वायूरूप वाफेत होऊ लागते. त्यानंतर पाण्याचे तपमान वाढणे थांबून ते उत्कलनबिंदूपाशी थबकून राहते आणि पाण्याची वाफ होऊन ती हवेमध्ये पसरत जाते. प्रेशर कुकरच्या हवाबंद पात्रातून या वाफेला बाहेर पडण्याचा मार्ग मिळत नसल्यामुळे ती आतल्या आत कोंडली जाते आणि तिचा दाब वाढत जातो. दाब वाढल्यामुळे पाण्याच्या उत्कलनबिंदूत वाढ होते आणि पाण्याचे तपमान शंभरावर (सुमारे १२० अंशाकडे) जाते. जास्त तपमान आणि दाब यामुळे त्या पाण्याला डाळ, तांदूळ वगैरेंच्या दाण्यांच्या आत शिरायला मदत मिळते आणि अन्न लवकर शिजते. वाफेचा दाब वातावरणातील हवेच्या सुमारे दुप्पट एवढा झाला तर त्या दबावामुळे कुकरची शिटी वर उचलली जाते आणि त्यात तयार झालेल्या फटीतून थोडी वाफ बाहेर पडते. त्यामुळे आतला दाब कमी होतो. तो कमी झाला की स्वतःच्या वजनामुळे शिटी खाली बसते. शेगडीच्या आंचेमुळे त्यानंतर नव्याने निर्माण झालेल्या वाफेचा दाब पुन्हा वाढला की शिटीद्वारे तो कमी केला जातो. अशा प्रकारे कुकरमधील वाफेच्या दाबावर नियंत्रण ठेवले जाते.

औष्णिक विद्युत केंद्रात (थर्मल पॉवर स्टेशनमध्ये) एकाद्या हॉलएवढ्या मोठ्या आकाराची भट्टी (फर्नेस) असते. दिवसाला कित्येक वॅगन कोळसा किंवा कित्येक टँकर्स तेल जाळून टाकणारी भयंकर आग त्या फर्नेसमध्ये सतत जळत असते. त्या प्रखर अग्नीच्या ज्वाळा बॉयलरमधील पाण्याची वाफ बनवतात आणि त्या वाफेला बंदिस्त जागेत कोंडल्यामुळे तिचा दाब हवेच्या दाबाच्या शंभरपटीच्या आसपास इतका होतो. मोठमोठ्या नळांतून (पाइपातून) वहात ही वाफ स्टीम टर्बाईन नावाच्या यंत्राकडे जाते. या यंत्रामध्ये एकमेकांना जोडलेली अनेक चक्रे असतात आणि त्या प्रत्येक चक्राला कडेने अनेक पाती (व्हेन्स) बसवलेली असतात. उच्च दाबाची सामर्थ्यशाली वाफ (हाय प्रेशर स्टीम) सुसाट वेगाने टर्बाईनमध्ये घुसते आणि तिच्या मार्गात आडव्या येणाऱ्या पात्यांना बाजूला ढकलत पुढे जात राहते. वाफेने केलेल्या या प्रहाराने त्या पात्यांना जोडलेली टर्बाईनची चक्रे वेगाने फिरतात. टर्बाईनच्या दांड्याला (शाफ्टला) जनरेटर जोडलेला असतो. त्यात वीजेची निर्मिती होते. सायकलच्या चाकाला जोडलेल्या डायनॅमोमध्ये कशी वीज तयार होते हे ग्रामीण भागातील लोकांनी पाहिले असेल, तसेच मोटार किंवा स्कूटरच्या इंजिनाला जोडलेल्या यंत्रातून वीज तयार होऊन बॅटरीला चार्ज करत असते हे बहुतेकांना ठाऊक असते. पॉवर स्टेशनमधील जनरेटर याच तत्वावर चालतो पण त्याची क्षमता काही लाख किंवा कोटीपटीने जास्त असते.

टर्बाईनची चक्रे फिरवून झाल्यानंतर मोकळी सुटलेली वाफ कंडेन्सर नावाच्या अवाढव्य उपकरणात जाते. याचा आकारही मोठ्या खोलीसारखा असतो. पण त्यात रिकामी जागा नसते. हजारो लहान लहान नळ्यांच्या जाळ्यांनी त्यातील सर्व जागा व्यापलेली असते. नदी, तलाव किंवा समुद्रातले थंड पाणी या नळ्यांमध्ये खेळत असते. या नळ्यांना स्पर्श करताच वाफेचे पुन्हा पाण्यात रूपांतर (कंडेन्सेशन) होते आणि ते पाणी कंडेन्सरच्या तळाशी साठत जाते. पंपांच्या सहाय्याने ते पाणी उपसून पुन्हा बॉयलरकडे पाठवले जाते. याप्रमाणे पाण्याचे रूपांतर वाफेत आणि वाफेचे रूपांतर पुन्हा पाण्यात करण्याचे चक्र अव्याहतपणे चालत राहते. मात्र हे करतांना ते जल (पाणी) भट्टीमध्ये जळत असलेल्या अग्नीकडून ऊर्जा घेते आणि जनरेटरमध्ये त्या ऊर्जेचे रूपांतर विद्युतशक्तीमध्ये करते. तारांमार्फत ही वीज गावोगावी आणि घरोघरी पोचवली जाते.

अणूपासून प्रचंड ऊर्जा मिळवणे साध्य झाले आणि ही ऊर्जा आपल्याला ऊष्णतेच्या रूपामध्ये कशा प्रकारे मिळू शकते याचे आकलन झाल्यानंतर तिचे रूपांतर विजेत करण्यासाठी वरील पारंपरिक मार्गाचा अवलंब करणे साहजीकच होते. ऊष्णता मिळवण्यासाठी कोळसा किंवा तेलासारख्या इंधनाच्या ज्वलनाऐवजी अणुऊर्जेचा उपयोग करणे एवढा बदल केला की झाले. त्यामुळे भट्टी (फर्नेस) आणि बॉयलर यांच्याऐवजी अणूभट्टी (रिअॅक्टर)ची योजना केली गेली. पण या दोघांमध्ये काही मूलभूत फरक आहेत. ते जाणून घेणे आवश्यक आहे. पारंपरिक इंधने भट्टीत जळून नाहीशी होतात, त्यांच्या ज्वलनातून निघालेला धूर धुराड्यांमधून वातावरणात सोडला जातो आणि उरलेली राख भट्टीच्या खाली जमत जाते. या दोन्ही गोष्टींची योग्य प्रकारे विल्हेवाट लावण्यासाठी सविस्तर व्यवस्था करावी लागते. तसेच भट्टीत घालण्यासाठी इंधनाचा आणि त्याच्या ज्वलनासाठी आवश्यक असा भरपूर हवेचा अखंड पुरवठा करावा लागतो. अणुशक्तीचे इंधन जळून नष्ट होत नाही, पण खूप काळ पुरेल एवढा त्याचा साठा सुरुवातीलाच रिअॅक्टरमध्ये करून ठेवावा लागतो. नवे इंधन गरजेनुसार पुरवावे लागत असले तरी त्याची सर्व यंत्रणा मात्र पहिल्यापासून सुसज्ज ठेवावी लागतेच. पण इंधन वेगळ्या प्रकारचे असल्यामुळे ती यंत्रसामुग्री सर्वस्वी वेगळी असते.

अणुशक्तीतून ऊष्णता निर्माण करण्यासाठी जे रिअॅक्टर आजकाल उपयोगात येत आहेत त्यातील प्रमुख प्रकार खालीलप्रमाणे आहेत.
१. बॉइलिंग वॉटर (बीडब्ल्यूआर)- या रिअॅक्टरमध्येच पाण्याची वाफ होते आणि ती टर्बाईनला पुरवली जाते
२. प्रेशराइज्ड वॉटर (पीडब्ल्यूआर)- या रिअॅक्टरमध्ये पाणी तापते, पण त्याचा दाब इतका जास्त ठेवलेला असतो की ते अतीशय गरम झालेले पाणी द्रवरूपातच रिअॅक्टरमधून बाहेर पडते. स्टीम जनरेटर नावाच्या वेगळ्या उपकरणात या ऊष्ण पाण्यापासून वाफ तयार केली जाते.
३. प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर (पीएचडब्ल्यूआर) – वरील प्रकारेच, पण यात जड पाण्याचा उपयोग केला जातो.
४. गॅस कूल्ड (जीसीआर)- यात निर्माण झालेली ऊष्णता आधी कार्बन डायऑक्साई़ड वायू ग्रहण करतो आणि नंतर तिचा उपयोग वाफ बनवण्यासाठी केला जातो.

. . . . . . . . . . . . (क्रमशः)

पुढला भाग : अणुविद्युतकेंद्रांचे प्रकार

https://anandghare2.wordpress.com/2020/09/27/%e0%a4%85%e0%a4%a3%e0%a5%81%e0%a4%b5%e0%a4%bf%e0%a4%a6%e0%a5%8d%e0%a4%af%e0%a5%81%e0%a4%a4%e0%a4%95%e0%a5%87%e0%a4%82%e0%a4%a6%e0%a5%8d%e0%a4%b0%e0%a4%be%e0%a4%82%e0%a4%9a%e0%a5%87-%e0%a4%aa%e0%a5%8d/

One Response

प्रतिक्रिया व्यक्त करा

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  बदला )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  बदला )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  बदला )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  बदला )

Connecting to %s

%d bloggers like this: