नियंत्रक छड़ें

Control Rods

नियंत्रण छड़ें, परमाणु रिएक्टरों में एक आवश्यक घटक हैं, जिनका उपयोग परमाणु विखंडन प्रक्रिया को नियंत्रित और विनियमित करने के लिए किया जाता है। वे आम तौर पर ऐसी सामग्रियों से बने होते हैं जो न्यूट्रॉन को अवशोषित करने में प्रभावी होते हैं। नियंत्रण छड़ों का प्राथमिक उद्देश्य आगे की प्रतिक्रियाओं के लिए उपलब्ध न्यूट्रॉन की संख्या को समायोजित करके परमाणु विखंडन की दर को प्रबंधित करना है।

परिचालन सिद्धांत

नियंत्रण छड़ों को परमाणु रिएक्टर के कोर में डाला जाता है और परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की दर को नियंत्रित करने के लिए समायोजित किया जाता है, जिससे रिएक्टर का थर्मल पावर आउटपुट, भाप उत्पादन की दर और पावर का विद्युत पावर आउटपुट नियंत्रित होता है। स्टेशन।

डाली गई नियंत्रण छड़ों की संख्या और उन्हें डालने की दूरी, रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता को दृढ़ता से प्रभावित करती है। जब प्रतिक्रियाशीलता (प्रभावी न्यूट्रॉन गुणन कारक के रूप में) 1 से ऊपर होती है, तो समय के साथ परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की दर तेजी से बढ़ जाती है। जब प्रतिक्रियाशीलता 1 से नीचे होती है, तो समय के साथ प्रतिक्रिया की दर तेजी से कम हो जाती है। जब सभी नियंत्रण छड़ें पूरी तरह से डाल दी जाती हैं, तो वे प्रतिक्रियाशीलता को बमुश्किल 0 से ऊपर रखते हैं, जो एक चालू रिएक्टर को तुरंत धीमा कर देता है और इसे बंद (शटडाउन में) रखता है। यदि सभी नियंत्रण छड़ें पूरी तरह से हटा दी जाती हैं, तो प्रतिक्रियाशीलता 1 से काफी ऊपर होती है, और रिएक्टर तेजी से गर्म और गर्म हो जाता है, जब तक कि कोई अन्य कारक (जैसे तापमान प्रतिक्रियाशीलता प्रतिक्रिया) प्रतिक्रिया दर को धीमा नहीं कर देता। निरंतर बिजली उत्पादन को बनाए रखने के लिए दीर्घकालिक औसत न्यूट्रॉन गुणन कारक को 1 के करीब रखने की आवश्यकता होती है।

एक नए रिएक्टर को उसकी नियंत्रण छड़ों को पूरी तरह से डालकर इकट्ठा किया जाता है। परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को शुरू करने और वांछित शक्ति स्तर तक बढ़ाने की अनुमति देने के लिए नियंत्रण छड़ों को आंशिक रूप से कोर से हटा दिया जाता है। न्यूट्रॉन प्रवाह को मापा जा सकता है, और यह मोटे तौर पर प्रतिक्रिया दर और शक्ति स्तर के समानुपाती होता है। बिजली उत्पादन बढ़ाने के लिए कुछ नियंत्रण छड़ों को थोड़ी देर के लिए थोड़ी दूरी पर खींच लिया जाता है। बिजली उत्पादन को कम करने के लिए, कुछ नियंत्रण छड़ों को थोड़ी देर के लिए थोड़ी दूरी पर धकेला जाता है। कई अन्य कारक प्रतिक्रियाशीलता को प्रभावित करते हैं; उनकी भरपाई के लिए, एक स्वचालित नियंत्रण प्रणाली कुछ रिएक्टरों में आवश्यकतानुसार नियंत्रण छड़ों को थोड़ी मात्रा में अंदर या बाहर समायोजित करती है। प्रत्येक नियंत्रण छड़ रिएक्टर के कुछ हिस्से को दूसरों की तुलना में अधिक प्रभावित करती है; कोर के विभिन्न भागों में समान प्रतिक्रिया दर और तापमान बनाए रखने के लिए ईंधन वितरण में परिकलित समायोजन किया जा सकता है।

नियंत्रण छड़ों का कार्य

   रिएक्टर शक्ति को विनियमित करना

रिएक्टर कोर में नियंत्रण छड़ें डालने या निकालने से, विखंडन प्रतिक्रियाओं को शुरू करने के लिए उपलब्ध न्यूट्रॉन की संख्या को नियंत्रित किया जा सकता है। यह, बदले में, रिएक्टर के बिजली उत्पादन को नियंत्रित करता है।

   शटडाउन और सुरक्षा

आपातकालीन स्थिति में या जब रिएक्टर को बंद करने की आवश्यकता होती है, तो लगभग सभी न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए नियंत्रण छड़ें पूरी तरह से कोर में डाली जा सकती हैं, जिससे विखंडन प्रक्रिया को प्रभावी ढंग से रोका जा सकता है। यह एक सुरक्षा तंत्र के रूप में कार्य करता है।

गणितीय समीकरण

परमाणु रिएक्टर में नियंत्रण छड़ों के व्यवहार को न्यूट्रॉन अवशोषण से संबंधित गणितीय समीकरणों का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है। प्रमुख समीकरणों में से एक है:$Reactivity={\frac {Change\;in\;Neutron\;Population}{Neutron\;Population\;before\;Change}},$

प्रतिक्रियाशीलता = न्यूट्रॉन जनसंख्या में परिवर्तन, परिवर्तन से पहले न्यूट्रॉन जनसंख्या, प्रतिक्रियाशीलता = परिवर्तन से पहले न्यूट्रॉन जनसंख्या, न्यूट्रॉन जनसंख्या में परिवर्तन​

   प्रतिक्रियाशीलता न्यूट्रॉन जनसंख्या में परिवर्तन को मापती है और यह समझने के लिए आवश्यक है कि नियंत्रण छड़ें रिएक्टर के व्यवहार को कैसे प्रभावित करती हैं।

आरेख

यहां परमाणु रिएक्टर में नियंत्रण छड़ों की अवधारणा को दर्शाने वाला एक सरलीकृत चित्र दिया गया है:

              Control Rods
           |-----------------|
           |                 |
           |                 |
           |                 |
           |                 |
 Reactor   |    Fuel Rods    |    Moderator
  Core     |                 |
           |                 |
           |                 |
           |-----------------|

ईंधन तत्व के ऊपर, दबावयुक्त जल रिएक्टर के लिए नियंत्रण रॉड असेंबली

आरेख में, रिएक्टर कोर में डाली गई नियंत्रण छड़ें व उनकी स्थिति को समायोजित करके दिखाया गया है । नियंत्रण छड़ों से विखंडन प्रक्रिया के लिए उपलब्ध न्यूट्रॉन की संख्या को नियंत्रित किया जा सकता है।

प्रमुख बिंदु

•    परमाणु रिएक्टरों में परमाणु विखंडन की दर को नियंत्रित करने के लिए नियंत्रण छड़ों का उपयोग किया जाता है।
•    इनमें ऐसे पदार्थ होते हैं जो न्यूट्रॉन को प्रभावी ढंग से अवशोषित कर सकते हैं।
•    नियंत्रण छड़ें डालने या निकालने से, रिएक्टर के बिजली उत्पादन को विनियमित किया जा सकता है, और सुरक्षा के लिए रिएक्टर को बंद किया जा सकता है।

संक्षेप में

नियंत्रण छड़ें विखंडन प्रक्रिया को विनियमित करके और यह सुनिश्चित करके परमाणु रिएक्टरों के सुरक्षित और नियंत्रित संचालन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं कि आवश्यकता पड़ने पर रिएक्टर को सुरक्षित रूप से बंद किया जा सकता है।