प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टर

शेगडीवर ठेवलेल्या उघड्या पातेल्यातले चहाचे आधण सुमारे १०० अंश सेल्शियस तपमानाला उकळू लागते, पण प्रेशर कूकरच्या हवाबंद पात्रातील वाफ कोंडलेली असल्यामुळे तिचा दाब वाढत जातो. जेंव्हा तो वातावरणातल्या हवेच्या दाबाच्या दुप्पट होतो तेंव्हा कूकरमधील उकळणा-या पाण्याचे तपमान सुमारे १२० अंशापर्यंत वर जाते. दाब वाढल्यामुळे पाण्याच्या उत्कलनबिंदूमध्ये वाढ होते. पाण्याच्या या गुणधर्माचा उपयोग प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टरमध्ये करून घेतला जातो.

PWR

या रिअॅक्टरच्या पात्राचा (रिअॅक्टर व्हेसलचा) आकारसुद्धा एका प्रचंड उभ्या कॅपसूलसारखाच असतो आणि यातही समृद्ध (एन्रिच्ड) युरेनियम हेच इंधन वापरले जाते. प्राथमिक शीतलक (प्रायमरी कूलंट) सुद्धा साधे पाणीच (लाइट वॉटर) असते, मात्र यातील पाण्याचा दाब सुमारे १५० बार म्हणजे हवेच्या दाबाच्या सुमारे दीडशेपट एवढा असतो. युरेनियमच्या भंजनातून (फिशन मधून) निघणा-या ऊर्जेने फ्यूएल रॉड्सच्या बाजूने वहात असलेले हे पाणी तापते. या पाण्याचे तपमान सुमारे सव्वातीनशे अंशावर गेले तरीही ते पाणी उकळून त्याची वाफ न होता ते पाणी त्याच्या द्रवरूपातच राहते. उच्च दाबाचे अतीशय तप्त असे हे पाणी रिअॅक्टरकडून स्टीम जनरेटरकडे पाठवले जाते.

स्टीम जनरेटर हा शेल अँड ट्यूब प्रकारचा हीट एक्स्चेंजर असतो. या प्रकारात एक शेल किंवा बाह्य पात्र असते आणि त्यात ट्यूब्ज म्हणजे अनेक नलिकांचे मोठमोठे जुडगे बसवलेले असतात. एक द्रव या शेलमधून तर वेगळाच द्रव त्यातील नलिकांमधून वहात असतो. यातला एक द्रव ऊष्ण आणि दुसरा थंड असतो. हे दोन्ही द्रव निरनिराळ्या द्वारांतून हीट एक्स्चेंजरमध्ये प्रवेश करतात आणि वेगवेगळ्या मार्गाने वहात असतात. ते कुठेही एकमेकात मिसळत नाहीत, पण त्यांच्या सान्निध्यामुळे ऊष्ण द्रवामधून त्यातली ऊष्णता तेवढी थंड द्रवाकडे वहाते. त्यामुळे ऊष्ण द्रवाचे तपमान कमी होते आणि थंड द्रवाचे वाढते. हीट एक्स्चेंजरमधून बाहेर पडतांना त्या दोन्ही द्रवांचे तपमान एकमेकांच्या जवळ येते.

स्टीम जनरेटरच्या शेलचा आकार बहुतेक ठिकाणी मशरूमसारखा असतो आणि त्यात यू या अक्षराप्रमाणे वाकवलेल्या शेकडो नलिकांचे गठ्ठे (ट्यूब बंडल्स) बसवलेले असतात. या नलिका एकमेकींना चिकटणार नाहीत आणि प्रत्येक नळीच्या सर्व बाजूंना पाण्याला मुक्तपणे वाहण्यासाठी मोकळी जागा राहील याची काळजी घेतलेली असते. रिअॅक्टरमधून बाहेर निघालेले प्रायमरी कूलंटचे तप्त पाणी स्टीम जनरेटरच्या नलिकांमधून वहाते. त्या नलिकांच्या बाहेरच्या बाजूला शेलमधून सेकंडरी पाणी वहात असते. ते तापून त्याची वाफ होते आणि शेलच्या वरच्या फुगीर भागातल्या ड्रममध्ये गोळा होते. त्यापुढील भाग म्हणजे टर्बाइन, कंडेन्सर वगैरे सारे काही बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टरसारखेच असते.

स्टीम जनरेटरच्या ट्यूब्जमधून एका बाजूने आत शिरलेले प्रायमरी कूलंटचे ऊष्ण पाणी दुस-या बाजूने बाहेर पडते तेंव्हा त्याचे तपमान कमी झाले असले तरी ते उकळत असलेल्या सेकंडरी कूलंटच्या मानाने जास्तच असणे आवश्यक असते कारण तसे असले तरच त्या पाण्यातील ऊष्णतेचा वाफ तयार करण्याच्या कामात उपयोग होऊ शकतो. वाफेचे तपमान जितके जास्त असेल तेवढी जास्त वीजनिर्मिती होत असल्याकारणाने ते सुमारे अडीचशे अंशांच्यावर ठेवण्यात येते. याचा अर्थ थंड होऊन परतणारे प्रायमरी पाणी २६०-२७० अंश इतके गरम असते. या तपमानाला ते द्रवरूप राहण्यासाठी त्याचा दाब भरपूर असणे आवश्यक असते. स्टीम जनरेटरच्या अरुंद नलिकांमधून वहात असतांना पाण्याचा दाब कमी होऊन वातावरणाच्या सुमारे शंभरपट एवढा झालेला असतो. (प्रत्येक रिअॅक्टर आणि स्टीम जनरेटरचा आकार, क्षमता आणि अंतर्गत रचना यांच्यानुसार हे आकडे वेगळे असतात. एक साधारण अंदाज यावा म्हणून वरील ढोबळ आकडे दिले आहेत.) हे कमी तपमान असलेले पाणी पंपाद्वारे पुन्हा रिअॅक्टरकडे पाठवले जाते आणि तिथली ऊष्णता घेऊन तप्त झाल्यानंतर ते पुन्हा स्टीम जनरेटरकडे जाते. अशा प्रकारे त्याचे चक्राकार अभिसरण चालत राहते.

यातील पंपाचा उपयोग पाण्याचा दाब अंशतः वाढवण्यासाठी होत असला तरी मुळात तो वाढवून त्या दाबाचे नियंत्रण करण्यासाठी प्रेशरायजर नावाचे वेगळे उपकरण बसवतात. कॅपसूलच्याच आकाराच्या या पात्रातला खालचा भाग पाण्याने भरलेला असतो आणि वरील भागात वाफ असते. प्रायमरी सिस्टममधील पाण्याचे तपमान वाढले तर ते प्रसरण पावून जास्तीचे पाणी प्रेशराइजरमध्ये येते आणि त्यामुळे त्यातली वाफ कोंडली जाऊन तिचा दाबही वाढतो. या वेळी प्रेशरायजरच्या माथ्यावर बसवलेला थंड पाण्याचा स्प्रे सुरू होतो. त्यामुळे थोड्या वाफेचे रूपांतर पाण्यात होऊन तिने व्यापलेली जागा रिकामी होते आणि तिचा दाब कमी होतो. पाण्याचे तपमान कमी होऊन ते आकुंचन पावले तर प्रेशरायजरमधला इलेक्ट्रिक हीटर सुरू होतो आणि पाण्याचे रूपांतर वाफेत करून तिचा दाब वाढवतो. अशा प्रकारे पाणी आणि वाफ यांचे प्रेशर ठराविक मर्यादेत राखले जाते.

प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टरमधले प्रायमरी कूलंटचे पाणी फक्त रिअॅक्टर, स्टीम जनरेटर आणि पंप एवढ्यांमध्येच फिरत राहते. त्यामुळे त्याचा विस्तार कमी असतो. शिवाय ही सारी उपकरणे रिअॅक्टर बिल्डिंगच्या कंटेनमेंटच्या आत ठेवलेली असल्यामुळे सारा किरणोत्सार फक्त तेवढ्या जागेत बंदिस्त राहतो. टर्बाईन, जनरेटर, कंडेन्सर वगैरे इतर सारे भाग त्यापासून मुक्त राहतात. त्यांच्या देखभालीसाठी आणि गरज पडल्यास दुरुस्तीसाठी त्या भागांमध्ये केंव्हाही जाता येते. पीडब्ल्यूआरचा हा सर्वात महत्वाचा फायदा असतो. जगातील ४४२ पैकी २६९ म्हणजे निम्म्याहून जास्त रिअॅक्टर्स या प्रकारचे आहेत आणि जगातील ३७५ पैकी २४८ गीगावॉट म्हणजे दोन तृतीयांश विजेचे उत्पादन त्यातून होत असते.

या रिअॅक्टरच्या प्रायमरी कूलंट सर्किटमधील कोणतेही पात्र, पंप, पाइप किंवा इतर कोणत्याही उपकरणामधून पाण्याची गळती झाली तर भरपाई प्रेशराइजरमधून आपोआप होते आणि त्यातील पाण्याची पातळी खाली जाऊन धोक्याची पूर्वसूचना मिळते. इमर्जन्सी कोअर कूलिंग सिस्टममध्ये अशा अॅक्सिडेंटच्या वेळी उपयोगात आणण्यासाठी अनेक राखीव उपाययोजना करून ठेवलेल्या असतात आणि त्यांचा उपयोग करून रिअॅक्टरला पुरेसे पाणी पुरवले जाते. रिअॅक्टरच्या तुलनेत स्टीम जनरेटर अधिक उंचावर ठेवलेले असतात. विजेचा पुरवठा पुरता ठप्प झाल्यामुळे प्रायमरी पंप बंद पडले तरीही रिअॅक्टरमधील पाणी तापून हलके होते आणि आपोआप वरच्या बाजूला असलेल्या स्टीमजनरेटरकडे जाते आणि तिथे थंड झाल्यामुळे वजनाने जड झालेले पाणी गुरुत्वाकर्षणाने खालच्या बाजूला रिअॅक्टरमध्ये परतते. अशा प्रकारे रिअॅक्टर थंड होत राहतो. याला नैसर्गिक पुनराभिसरण (नॅचरल रिसर्क्युलेशन) म्हणतात. ते घडवून आणण्यासाठी स्टीम जनरेटरला केला जाणारा थंड सेकंडरी पाण्याचा पुरवठा रेडिओअॅक्टिव्ह क्षेत्राच्या बाहेरून होत असल्यामुळे त्यावर नियंत्रण करणे किंवा त्याची पर्यायी व्यवस्था करणे तुलनेने सोपे असते. यामुळे प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टरमधील संभाव्य गंभीर अॅक्सिडेंट हाताळणारी यंत्रणा बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टरपेक्षा जास्त भरोशाची असते असे म्हणता येईल. थ्री माइल आयलंड येथे झालेल्या घटनेमुळे तिचा अनुभव आलेला आहे. त्या रिअॅक्टरमध्येही कोअर मेल्टडाउनपर्यंत बिघाड झाला होता, पण किरणोत्सार मात्र आटोक्यात राहिला.

.................................................................................... (क्रमशः)