থোরিয়াম পারমাণবিক শক্তি কি ইউরেনিয়াম চুল্লি প্রতিস্থাপনের জন্য একটি নিরাপদ প্রযুক্তি?

এই ব্লগ পোস্টটি পরীক্ষা করে দেখেছে যে থোরিয়াম পারমাণবিক শক্তি একটি নিরাপদ বিকল্প শক্তি প্রযুক্তিতে পরিণত হতে পারে যা বিদ্যমান ইউরেনিয়াম চুল্লির ঝুঁকি হ্রাস করে।

ইউরেনিয়াম বিদারণ বিক্রিয়ার মাধ্যমে পারমাণবিক বিদ্যুৎ শিল্প, যা থ্রি মাইল আইল্যান্ড দুর্ঘটনা এবং চেরনোবিল দুর্ঘটনার পরেও 'অর্থনৈতিক কার্যকারিতা'র উপর জোর দিয়ে বৃদ্ধি অব্যাহত রেখেছে। তবে, জাপানের ফুকুশিমা ঘটনার পর, নিরাপত্তা নিয়ে উদ্বেগ আরও ছড়িয়ে পড়েছে, যার ফলে এর গতি কমে গেছে, জার্মানি এবং তাইওয়ানের মতো দেশগুলি পারমাণবিক বিভাজন নীতি ঘোষণা করেছে। এই পরিস্থিতির মধ্যে, একটি প্রযুক্তি মনোযোগ আকর্ষণ করছে: 'থোরিয়াম চুল্লি', যা ইউরেনিয়ামের পরিবর্তে থোরিয়ামের পারমাণবিক বিদারণ বিক্রিয়ার মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপাদন করে। ১৯৭০-এর দশকে পারমাণবিক প্রযুক্তির প্রাথমিক দিনগুলি পর্যন্ত থোরিয়াম চুল্লিগুলির পাশাপাশি থোরিয়াম চুল্লিগুলি নিয়ে গবেষণা করা হয়েছিল কিন্তু সেই সময়ের প্রযুক্তিগত এবং রাজনৈতিক-অর্থনৈতিক অবস্থার কারণে তা বন্ধ করে দেওয়া হয়েছিল। এখন যেহেতু ইউরেনিয়াম চুল্লিগুলি হ্রাস পাচ্ছে, তাই তৎকালীন থোরিয়াম চুল্লিগুলির অসুবিধাগুলি সুবিধায় পরিণত হয়েছে, যা সেগুলিকে আবার আলোচনায় এনেছে। আসুন নীতি, বৈশিষ্ট্য, তাদের পুনর্নবীকরণ মনোযোগের কারণ এবং থোরিয়াম চুল্লি বাস্তবায়নের পদ্ধতিগুলি পরীক্ষা করি।
থোরিয়াম চুল্লিগুলি মূলত ইউরেনিয়াম চুল্লি থেকে আলাদা, তারা যে জ্বালানি ব্যবহার করে তা দিয়ে শুরু করে, এবং ফলস্বরূপ, চুল্লির কোরের ভিতরে ঘটে যাওয়া বিক্রিয়াগুলিও আলাদা। প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া সমস্ত থোরিয়াম থোরিয়াম-232 (²³²Th) হিসাবে বিদ্যমান যার ভর সংখ্যা 232। যখন একটি নিউট্রন চুল্লির ভিতরে 232Th নিউক্লিয়াসে আঘাত করে, তখন নিউক্লিয়াস এটি শোষণ করে এবং 233Th হয়ে যায়। এই উপাদানটি অত্যন্ত অস্থির এবং দ্রুত 233Pa-তে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। 233Pa তারপর ধীরে ধীরে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, প্রায় 27 দিনের অর্ধ-জীবন সহ, 233U-তে। ফলস্বরূপ 233U, যার ভর সংখ্যা 233, তুলনামূলকভাবে কম-শক্তির নিউট্রনগুলির সাথেও বিদারণের মধ্য দিয়ে যায়, যা ইউরেনিয়াম চুল্লিতে ব্যবহৃত 235U-এর মতো। থোরিয়াম চুল্লিগুলি 233U-এর এই বিদারণ প্রক্রিয়ার সময় উৎপাদিত তাপীয় শক্তি থেকে বৈদ্যুতিক শক্তি উৎপন্ন করে।
থোরিয়াম চুল্লি ইউরেনিয়াম চুল্লির তুলনায় বেশ কিছু সুবিধা প্রদান করে। প্রথমত, বিশ্বব্যাপী থোরিয়ামের মজুদ ইউরেনিয়ামের মজুদের চেয়ে চারগুণ বেশি। তদুপরি, ইউরেনিয়াম চুল্লিগুলি কেবলমাত্র 235U ব্যবহার করতে পারে, যা প্রকৃতিতে অত্যন্ত কম পরিমাণে বিদ্যমান, থোরিয়াম চুল্লিগুলি সম্পূর্ণ প্রাকৃতিকভাবে উৎপন্ন 232Th ব্যবহার করতে পারে। ইউরেনিয়াম চুল্লিগুলি উচ্চ-স্তরের তেজস্ক্রিয় বর্জ্য তৈরি করে, যেমন প্লুটোনিয়াম, যার বিষাক্ততা হাজার হাজার বছর ধরে স্থায়ী হয়, যা এর নিষ্কাশনকে একটি বড় সমস্যা করে তোলে। তবে, থোরিয়াম চুল্লিগুলি উচ্চ-স্তরের তেজস্ক্রিয় বর্জ্য তৈরি করে না। তারা যে তেজস্ক্রিয় বর্জ্য তৈরি করে তা কয়েকশ বছরের মধ্যে সাধারণ কয়লা খনির সাথে তুলনীয় মাত্রায় তার বিষাক্ততা হ্রাস করে।
থোরিয়াম চুল্লির সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য হল ফুকুশিমা বিপর্যয়ের মতো অপ্রত্যাশিত দুর্ঘটনার সময় স্বয়ংক্রিয়ভাবে পারমাণবিক বিক্রিয়া বন্ধ করার ক্ষমতা। ইউরেনিয়াম চুল্লিতে, নিউট্রন শোষণকারী ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াস বিদারণের মধ্য দিয়ে পারমাণবিক বিক্রিয়া ক্রমাগত ঘটে, যা পুনরাবৃত্তিমূলক চক্রে আরও নিউট্রন নির্গত করে। একে 'শৃঙ্খল বিক্রিয়া' বলা হয়। তবে, থোরিয়াম চুল্লির বিক্রিয়া প্রক্রিয়ায়, প্রাথমিকভাবে প্রবর্তিত সংখ্যার চেয়ে কম নিউট্রন উৎপন্ন হয়। অন্য কথায়, যদি না বাইরে থেকে আরও নিউট্রন সরবরাহ করা হয় বা বিক্রিয়ার সময় আরও নিউট্রন নির্গত হয়, তাহলে পারমাণবিক বিক্রিয়া বন্ধ হয়ে যায়।
কয়েক দশক আগে, যখন থোরিয়াম চুল্লিগুলি প্রথম গবেষণা করা হয়েছিল, তখন তাদের বৈশিষ্ট্যগুলি - প্লুটোনিয়ামের মতো উচ্চ-স্তরের তেজস্ক্রিয় বর্জ্য তৈরি না করা এবং নিউট্রন সরবরাহ ছাড়াই বিক্রিয়া বন্ধ করা - মারাত্মক ত্রুটি হিসাবে দেখা হয়েছিল। ঠান্ডা যুদ্ধের সময়, পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র নির্মাণের একটি উদ্দেশ্য ছিল পারমাণবিক অস্ত্রের জন্য প্লুটোনিয়ামের মতো পারমাণবিক উপকরণ সংগ্রহ করা; থোরিয়াম চুল্লিগুলি সেই লক্ষ্য থেকে অনেক দূরে ছিল। অধিকন্তু, সেই যুগের দৃষ্টিকোণ থেকে, যেখানে দক্ষতা ছিল সর্বোচ্চ মূল্য, থোরিয়াম চুল্লিগুলি - তাদের নিজস্ব বিক্রিয়া বজায় রাখতে অক্ষম এবং বন্ধ হওয়ার প্রবণতা - স্পষ্টতই ইউরেনিয়াম চুল্লিগুলির তুলনায় 'নিকৃষ্ট প্রযুক্তি' হিসাবে বিবেচিত হত। যাইহোক, পরে এটি স্পষ্ট হয়ে ওঠে যে ইউরেনিয়াম চুল্লিগুলির সুবিধা - একটি স্ব-টেকসই শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া বজায় রাখার ক্ষমতা - মানুষের নিয়ন্ত্রণ হারিয়ে গেলে একটি বিপর্যয়ে পরিণত হতে পারে। 1986 সালের চেরনোবিল দুর্ঘটনা রাশিয়া এবং ইউক্রেনের প্রায় 5 মিলিয়ন মানুষকে তেজস্ক্রিয়তার মুখোমুখি করেছিল, যেখানে কয়েক বছর আগে জাপানে ফুকুশিমা বিপর্যয় প্রায় 800 জনকে হত্যা করেছিল এবং আমাদের খাদ্য সরবরাহের নিরাপত্তাকে হুমকির মুখে ফেলেছে। কয়েক দশক ধরে ইউরেনিয়াম চুল্লির বিপদগুলি প্রকাশিত হওয়ার কারণে, থোরিয়াম চুল্লির অনুভূত অসুবিধাটি একটি সুবিধা হয়ে ওঠে: 'নিরাপত্তা'।
নিরাপত্তার দিক থেকে, নিউট্রন সরবরাহ ব্যাহত হলে বিক্রিয়া বন্ধ হয়ে যাওয়া আসলেই একটি সুবিধা। তবে, স্বাভাবিক পরিস্থিতিতে, চুল্লিটি কখনই বন্ধ করা উচিত নয়। এই সমস্যা সমাধানের জন্য দুটি প্রাথমিক পদ্ধতি গবেষণা করা হয়েছে। প্রথম পদ্ধতিতে থোরিয়াম এবং ইউরেনিয়াম বা প্লুটোনিয়াম উভয় ধারণকারী মিশ্র জ্বালানী ব্যবহার করা হয়, যা ঐতিহ্যগতভাবে বিদ্যমান চুল্লিগুলিতে ব্যবহৃত হয়। ইউরেনিয়াম এবং প্লুটোনিয়াম শোষণের চেয়ে বেশি নিউট্রন নির্গত করে, যা সহজেই একটি শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া বজায় রাখে। এটি থোরিয়ামের পারমাণবিক বিক্রিয়া প্রক্রিয়ার সময় হারিয়ে যাওয়া নিউট্রনের ক্ষতিপূরণ দেয়। তবে, এই পদ্ধতির অন্তর্নিহিত সীমাবদ্ধতা রয়েছে। প্রযুক্তিগতভাবে কম চ্যালেঞ্জিং হলেও, এই ধরনের চুল্লিগুলি সত্যিকারের থোরিয়াম চুল্লি নয় বরং একটি আপস ব্যবস্থা, বিদ্যমান ইউরেনিয়াম/প্লুটোনিয়াম চুল্লি এবং থোরিয়াম চুল্লির মধ্যে একটি অর্ধ-পরিমাপ। ফলস্বরূপ, থোরিয়াম চুল্লির অনেক অন্তর্নিহিত সুবিধা হারিয়ে যায়। ইউরেনিয়াম এবং প্লুটোনিয়াম ব্যবহার বা উৎপাদন না করার সুবিধা বাস্তবায়িত হয় না। তদুপরি, মিশ্রণ অনুপাত সামঞ্জস্য করে শৃঙ্খল বিক্রিয়ার মাত্রা নিয়ন্ত্রণ করা গেলেও, দুর্ঘটনার পরেও শৃঙ্খল বিক্রিয়ার ফলে নির্গত নিউট্রনের কারণে মিশ্র চুল্লিতে পারমাণবিক বিক্রিয়া চলতে থাকবে। অন্য কথায়, এই পদ্ধতিটি থোরিয়াম চুল্লির সুবিধাগুলি সম্পূর্ণরূপে উপলব্ধি করে না; এটি কেবল থোরিয়াম ব্যবহার করে যা অন্যথায় কোনও কাজে আসবে না।
দ্বিতীয় পদ্ধতিতে 'প্রোটন অ্যাক্সিলারেটর' পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়, যেখানে প্রোটনগুলিকে উচ্চ গতিতে নিক্ষেপ করা হয় যাতে টাংস্টেনের মতো ধাতুর সাথে সংঘর্ষ হয়, যার ফলে পারমাণবিক বিক্রিয়ায় ব্যবহারের জন্য প্রচুর পরিমাণে নিউট্রন তৈরি হয়। এই পদ্ধতি ব্যবহার করে একটি থোরিয়াম চুল্লি অত্যন্ত নিরাপদ কারণ যদি কোনও দুর্ঘটনা ঘটে এবং প্রোটন অ্যাক্সিলারেটরের শক্তি বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়, তাহলে পারমাণবিক বিক্রিয়া ধীরে ধীরে বন্ধ হয়ে যায়। ১৯৯৫ সালে, ইতালীয় পদার্থবিদ কার্লো রুবিয়া প্রথম এই পদ্ধতিটি প্রস্তাব করেছিলেন, কিন্তু বছরের পর বছর ধরে এটি খুব কম মনোযোগ পায়নি। একটি স্থিতিশীল শৃঙ্খল বিক্রিয়া বজায় রাখার জন্য পর্যাপ্ত নিউট্রন তৈরি করতে প্রায় ১ GeV অ্যাক্সিলারেটর আউটপুট প্রয়োজন, যার জন্য প্রচুর শক্তি প্রয়োজন। বর্তমান প্রযুক্তি দক্ষ অ্যাক্সিলারেটর ডিজাইন করতে লড়াই করে, যার ফলে এমন পরিস্থিতি তৈরি হয় যেখানে অ্যাক্সিলারেটর পরিচালনা করতে ব্যবহৃত শক্তি চুল্লি দ্বারা উৎপাদিত শক্তির প্রায় সমান। এটি রোগের চেয়েও খারাপ নিরাময়ের ঘটনা। অতএব, প্রোটন অ্যাক্সিলারেটর পদ্ধতির জন্য একটি অত্যন্ত দক্ষ অ্যাক্সিলারেটর তৈরি করা একটি বড় চ্যালেঞ্জ। তদুপরি, এই পদ্ধতির প্রকৃতির কারণে, অত্যন্ত উচ্চ-গতির নিউট্রনের মাধ্যমে পারমাণবিক বিভাজন ঘটে। উচ্চ-গতির নিউট্রন দ্বারা সৃষ্ট নিউক্লিয়ার ফিশন বিক্রিয়ায়, কম-গতির নিউট্রন দ্বারা সৃষ্ট বিক্রিয়ার তুলনায় প্রতি ইউনিট ভরে কয়েক ডজন গুণ বেশি ক্যাডমিয়াম উৎপন্ন হয়। ক্যাডমিয়াম একটি ক্লাস 1 কার্সিনোজেন এবং মানুষের জন্য অত্যন্ত বিষাক্ত ধাতু।
আজ, যখন পারমাণবিক বিদ্যুৎ শিল্প সংকটের মুখোমুখি, আমরা 'থোরিয়াম রিঅ্যাক্টর'-কে একটি সম্ভাব্য বিকল্প প্রযুক্তি হিসেবে পরীক্ষা করেছি। থোরিয়াম রিঅ্যাক্টর, যা পারমাণবিক জ্বালানি হিসেবে ইউরেনিয়ামের পরিবর্তে থোরিয়াম ব্যবহার করে এবং সম্পূর্ণ ভিন্ন পারমাণবিক বিক্রিয়া প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়, প্রচলিত রিঅ্যাক্টরের তুলনায় এর সুবিধা রয়েছে। তবে, থোরিয়াম রিঅ্যাক্টরগুলিকে বাণিজ্যিকীকরণের জন্য এখনও উল্লেখযোগ্য গবেষণা প্রয়োজন। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং ভারতের মতো প্রচুর থোরিয়াম মজুদযুক্ত দেশগুলি থোরিয়াম রিঅ্যাক্টরের গবেষণার নেতৃত্ব দিচ্ছে। বিশেষ করে ভারত 'অ্যাডভান্সড হেভি ওয়াটার রিঅ্যাক্টর' (AHWR) নামে সক্রিয়ভাবে রপ্তানি চালিয়ে যাচ্ছে। এই সন্ধিক্ষণে, যেখানে কেবল পারমাণবিক বিদ্যুৎই নয়, সমগ্র শক্তি শিল্পই একটি পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে যাচ্ছে, থোরিয়াম রিঅ্যাক্টরগুলির উপর গুরুত্ব সহকারে বিবেচনা এবং গবেষণা প্রচেষ্টার যোগ্য।