अणूऊर्जेपासून विजेची निर्मिती - भाग ७

ग्राफाइट मॉडरेटेड आणि गॅस कूल्ड रिअॅक्टर्स

वीज आणि ऊष्णता या ऊर्जेच्या दोन रूपांमध्ये काहीसा एकतर्फी संबंध असतो. आपल्या घरातले दिवे, टोस्टर, गीजर किंवा कारखान्यातल्या विजेच्या भट्ट्या, वेल्डिंग मशीन्स वगैरे असंख्य उपकरणांमध्ये विजेचे रूपांतर ऊष्णतेमध्ये सहजपणे होते. त्यासाठी या उपकरणातून विजेचा प्रवाह फक्त वहात जातो आणि त्याच्या वहनाला होत असलेल्या अडथळ्यामुळे ऊष्णता बाहेर पडते. पण याच्या उलट ऊष्णतेच्या इकडून तिकडे जाण्यामधून मात्र वीज तयार होत नाही. थर्मोकपलमध्ये अत्यंत सूक्ष्म प्रमाणात ऊष्णतेपासून वीज मिळते आणि त्यावरून ऊष्ण वस्तूचे तपमान मोजता येते. कृत्रिम उपग्रहांमधील थर्मोपाइल्समध्ये अशा प्रकारे अल्पशी वीज तयार करून काही इन्स्ट्रुमेंट्स चालवण्यासाठी तिचा उपयोग केला जातो. ऊष्णतेपासून मोठ्या प्रमाणावर थेट वीज निर्माण करण्याचे तंत्रज्ञान आजमितीला उपलब्ध नाही. ऊष्णतेचा उपयोग करून पाण्याची वाफ बनवायची आणि त्यावर इंजिन किंवा टर्बाइन चालवून त्याला विजेचा जनरेटर जोडायचा हाच राजमार्ग पन्नास वर्षांपूर्वी उपलब्ध होता आणि आजही त्यात फारसा फरक पडलेला नाही.

अणू ऊर्जेचा शोध लागल्यानंतर तिचा वीजनिर्मितीसाठी वापर करण्याच्या दिशेने संशोधन सुरू झाले. शिकागो पाइल या पहिल्या मानवनिर्मित रिअॅक्टरमध्ये अणूऊर्जेची निर्मिती झाली. पण या प्रयोगाची माहिती या कानाची त्या कानालासुद्धा कळणार नाही याची दक्षता त्या काळात घेतली होती. अमेरिकेत हा यशस्वी प्रयोग झाला असला तरी रशिया, इंग्लंड, जर्मनी आदि इतर प्रगत देशातसुद्धा यावर गुप्तपणे संशोधन चालले होतेच. अणूशक्तीच्या क्षेत्रामधील त्यांची स्पर्धा पडद्या आड चालली होती. तो काळ महायुद्धाचा होता आणि संशोधकांचे लक्ष विनाशकारी अस्त्रांच्या निर्मितीवर एकवटले होते. तरीसुद्धा त्याबरोबर विजेच्या निर्मितीसाठीही संशोधन होत होते आणि युद्ध संपल्यानंतर त्याला वेग आला.

शिकागो पाइल या पहिल्या मानवनिर्मित रिअॅक्टरमध्ये युरेनियम हे इंधन आणि ग्राफाइट हे मॉडरेटर होते. प्रयोगासाठी रचना आणि पुनर्रचना करायला हे सोयीचे होते. या विषयावर अत्यंत गुप्तता बाळगण्याच्या त्या काळात अमेरिकेखेरीज इतर प्रगत राष्ट्रांनीसुद्धा अशा प्रकारचे प्रायोगिक रिअॅक्टर बनवले असणारच. त्यापासून वीजनिर्मितीसाठी करण्याचे प्रयत्नही सगळ्यांनी गुपचुपपणे निरनिराळ्या मार्गांनी केले. त्यांना यश येऊन त्यापासून तयार झालेली वीज ग्राहकांना पुरवली जाऊ लागल्यानंतर त्याविषयीची माहिती हळूहळू बाहेर आली. ग्राफाइट मॉडरेटेड रिअॅक्टर आणि साधा बॉयलर यांचा संयोग करून सोव्ह्एट युनियनने आरबीएमके नावाचे रिअॅक्टर्स उभारले. रशियन भाषेत (reaktor bolshoy moshchnosti kanalniy म्हणजे High Power Channel-type Reactor). या रिअॅक्टरमध्ये बसवलेल्या नलिकांमधून पाणी आत सोडले जाते आणि ते उकळून तयार झालेली वाफ बाहेरील ड्रममध्ये जमा होते. अशा प्रकारचे रिअॅक्टर्स फक्त कम्युनिस्ट जगातच होते. इतर कोणी त्यांची उभारणी केली नव्हती. १९८६ साली झालेल्या चेर्नोबिल येथील अॅक्सिडेंटनंतर अशा प्रकारचे नवे रिअॅक्टर्स उभारणे बंद झाले. सोव्हिएट युनियनची शकले झाल्यानंतर युक्रेन आणि लिथुआनियामधले चालत असलेले सारे आरबीएमके रिअॅक्टर बंद केले गेले. रशियामध्ये मात्र असे काही रिअॅक्टर्स मूळच्या डिझाइनमध्ये सुधारणा करून अजूनही कार्यरत आहेत. आरबीएमके रिअॅक्टर्समध्ये प्रत्यक्षात किंचित समृद्ध (स्लाइटली एन्रिच्ड) युरेनियम हे इंधन वापरले जाते. पण नैसर्गिक युरेनियम आणि नैसर्गिक पाणी यांचा उपयोग करून रिअॅक्टर्स उभे करणे अशा प्रकारात तात्विक दृष्ट्या (थिअरॉटिकली) शक्य आहे. यामुळे त्यातल्या तांत्रिक अडचणींवर मात करता आली आणि त्याच्या सुरक्षिततेची संपूर्णपणे विश्वासार्ह अशी भक्कम प्रकारची व्यवस्था करता आली तर भविष्यकाळात या प्रकाराचे पुनरागमन होण्याची शक्यता नाकारता येत नाही. सध्या मात्र याचे महत्व संपुष्टात आले आहे.

अमेरिकेतील विद्युत निर्मितीचे काम पूर्णपणे खाजगी क्षेत्रात चालते. त्यामुळे यातील नफातोट्याचा विचार करून त्यात भांडवल गुंतवले जाते. त्या देशात पीडब्ल्यूआर आणि बीडब्ल्यूआर हे दोनच प्रकार मुख्यत्वाने पुढे आले, इतकेच नव्हे तर अशा प्रकारचे रिअॅक्टर्स अमेरिकन कंपन्यांनी जगभर अनेक देशांना विकले. महायुद्ध संपल्यानंतरच्या काळात तत्कालीन राजकीय आणि आर्थिक परिस्थितीचा विचार करून ब्रिटिश सरकारने ग्राफाइट मॉडरेटेड आणि गॅस कूल्ड रिअॅक्टर्सना भरघोस पाठिंबा दिला. मॅग्नॉक्स या नावाने प्रसिद्ध झालेले हे रिअॅक्टर्स यूकेमधील अनेक जागी स्थापले गेले. अणूशक्तीचा अभ्यास आणि विकास यासाठी रिअॅक्टर हवेत आणि त्यातून निघालेली ऊष्णता बाहेर काढून त्यांना थंड करणेही आवश्यकच असते. या ऊष्णतेचा उपयोग करून घेऊन जमेल तेवढी वीजनिर्मिती करून घ्यावी असा सूज्ञ विचार करून पन्नास साठ ते दीड दोनशे मेगावॉट क्षमतेचे वीस पंचवीस रिअॅक्टर त्यांनी बनवले आणि त्यांचा प्राथमिक उद्देश सफळ झाल्यानंतर ते मोडीतही काढले. त्यातला सर्वात मोठा सुमारे पाचशे मेगावॉट क्षमतेचा प्लँटही आता चाळीस वर्षे चालवल्यानंतर लवकरच निवृत्त होण्याच्या मार्गावर आहे. हे सारे रिअॅक्टर्स एका प्रकारे प्रायोगिक अवस्थेतले असल्यामुळे त्यांचे आकार आणि अंतर्गत रचना यात फरक आहेत. या सर्वांमध्ये नैसर्गिक युरेनियम हे इंधन, ग्राफाइट हे मॉडरेटर आणि कर्बद्विप्राणील ( कार्बन डायॉक्साइड) वायू हे कूलंट असतात. यातील युरेनियम फ्यूएल रॉड्सवर मॅग्नेशियम अॅलॉय (मिश्रधातू) चा मुलामा दिलेला असतो म्हणून याचे नाव मॅग्नॉक्स असे पडले. रिअॅक्टरमधील ऊष्णता घेऊन तप्त झालेला हा वायू एका हीट एक्स्चेंजर किंवा स्टीम जनरेटरमध्ये जातो. त्यातल्या सेकंडरी साइडमध्ये पाण्याची वाफ तयार होते. उरलेले सगळे इतर रिअॅक्टर्स सारखेच असते.

मॅग्नॉक्स या पहिल्या पिढीतल्या प्रायोगिक रिअॅक्टर्सच्या अनुभवाच्या आधारावर अॅडव्हान्स्ड गॅस कूल्ड रिअॅक्टर्स (एजीसीआर) हे अकराबाराशे मेगावॉट्स क्षमतेचे रिअॅक्टर्स व्यावसायिक पायावर उभारले गेले. जास्त कार्यक्षमता मिळवण्यासाठी वाफेचे तपमान जास्त हवे, त्यासाठी कार्बन डायॉक्साइड कूलंटला जास्त तापवायला पाहिजे आणि ते सहन करण्याची क्षमता मॅग्नॉक्समध्ये नसल्यामुळे त्याऐवजी स्टेनलेस स्टीलचे अवगुंठन इंधनावर दिले गेले. त्यामुळे नैसर्गिक युरेनियम वापरता येत नाही म्हणून समृद्ध (एन्रिच्ड) युरेनियम आले. हा रिअॅक्टर चालत असतांनाच त्यात नवे फ्यूएल घालावयाची मूळ योजना होती, पण हे ऑन पॉवर फ्यूएलिंग बिनभरवशाचे ठरले आणि त्यासाठी रिअॅक्टर बंद (शट डाउन) करण्याची आवश्यकता पडू लागली. असे करता करता अखेर हे रिअॅक्टर्स चालवणे मूळ अपेक्षेच्या तुलनेत महागात पडू लागले आणि अशा प्रकारचे रिअॅक्टर्स नव्याने उभे करणे बंद झाले. तीस पस्तीस वर्षांपूर्वी उभे केलेले सात आठ रिअॅक्टर्स मात्र व्यवस्थित रीत्या चालवले जात आहेत आणि त्यांचे जीवनमान संपल्यावर यथावकाश त्यांना निवृत्त केले जाण्याची योजना आहे. वाफ आणि कूलंटचे दाब (प्रेशर), तपमान (टेंपरेचर) आणि त्यांचे प्रवाह या सगळ्याच बाबतीतल्या संख्या मॅग्नॉक्सच्या मानाने एजीसीआरमध्ये मोठ्या असतात. यातील स्टीम जनरेटर्ससुद्धा रिअक्टरच्या कोठडीत (व्हॉल्ट) बंदिस्त असल्यामुळे प्रायमरी कूलंट त्याच्या बाहेर जात नाही. हा एक महत्वाचा फरक आहे.

भारतामध्ये यातल्या कोणत्याही प्रकारचा रिअॅक्टर उभारलाच नाही आणि तशी योजनाही नाही. त्यामुळे त्यांच्यासंबंधीची माहिती फक्त उत्सुकतेपोटी गोळा केली जाते. त्याचा प्रत्यक्ष उपयोग करण्याची गरज पडत नाही.