क्या थोरियम परमाणु ऊर्जा यूरेनियम रिएक्टरों की जगह लेने के लिए एक सुरक्षित तकनीक है?

इस ब्लॉग पोस्ट में इस बात की जांच की गई है कि क्या थोरियम परमाणु ऊर्जा एक सुरक्षित वैकल्पिक ऊर्जा प्रौद्योगिकी बन सकती है जो मौजूदा यूरेनियम रिएक्टरों के जोखिमों को कम कर सकती है।

यूरेनियम विखंडन अभिक्रियाओं का उपयोग करने वाला परमाणु ऊर्जा उद्योग, थ्री माइल आइलैंड दुर्घटना और चेरनोबिल आपदा के बाद भी 'आर्थिक व्यवहार्यता' पर ज़ोर देकर बढ़ता रहा है। हालाँकि, जापान में फुकुशिमा दुर्घटना के बाद, सुरक्षा संबंधी चिंताएँ और बढ़ गई हैं, जिससे इसकी गति धीमी पड़ गई है, और जर्मनी और ताइवान जैसे देशों ने परमाणु चरणबद्ध समाप्ति की नीतियों की घोषणा कर दी है। इस स्थिति के बीच, एक तकनीक ध्यान आकर्षित कर रही है: 'थोरियम रिएक्टर', जो यूरेनियम के बजाय थोरियम की परमाणु विखंडन अभिक्रिया का उपयोग करके बिजली उत्पन्न करता है। 1970 के दशक में परमाणु प्रौद्योगिकी के शुरुआती दिनों तक यूरेनियम रिएक्टरों के साथ-साथ थोरियम रिएक्टरों पर भी शोध किया जाता रहा, लेकिन उस समय की तकनीकी और राजनीतिक-आर्थिक परिस्थितियों के कारण इसे ठंडे बस्ते में डाल दिया गया। अब जबकि यूरेनियम रिएक्टरों का चलन कम हो रहा है, थोरियम रिएक्टरों के पुराने नुकसान अब फायदे में बदल गए हैं, जिससे वे फिर से चर्चा में आ गए हैं। आइए थोरियम रिएक्टरों के सिद्धांतों, विशेषताओं, उन पर नए सिरे से ध्यान दिए जाने के कारणों और उन्हें साकार करने के तरीकों पर गौर करें।
थोरियम रिएक्टर यूरेनियम रिएक्टरों से मौलिक रूप से भिन्न होते हैं, सबसे पहले उनमें प्रयुक्त ईंधन से, और परिणामस्वरूप, रिएक्टर कोर के अंदर होने वाली अभिक्रियाएँ भी भिन्न होती हैं। सभी प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले थोरियम, थोरियम-232 (²³²Th) के रूप में पाए जाते हैं, जिनकी द्रव्यमान संख्या 232 होती है। जब कोई न्यूट्रॉन रिएक्टर के अंदर 232Th नाभिक से टकराता है, तो नाभिक उसे अवशोषित कर लेता है और 233Th बन जाता है। यह पदार्थ अत्यधिक अस्थिर होता है और शीघ्र ही 233Pa में विघटित हो जाता है। फिर 233Pa धीरे-धीरे, लगभग 27 दिनों की अर्ध-आयु के साथ, 233U में विघटित हो जाता है। परिणामी 233U, जिसकी द्रव्यमान संख्या 233 होती है, अपेक्षाकृत कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉनों के साथ भी विखंडित हो जाता है, यूरेनियम रिएक्टरों में प्रयुक्त 235U के समान। थोरियम रिएक्टर 233U की इस विखंडन प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न ऊष्मीय ऊर्जा से विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।
थोरियम रिएक्टर यूरेनियम रिएक्टरों की तुलना में कई लाभ प्रदान करते हैं। पहला, वैश्विक थोरियम भंडार यूरेनियम भंडार से चार गुना अधिक हैं। इसके अलावा, जहाँ यूरेनियम रिएक्टर केवल 235U का उपयोग कर सकते हैं, जो प्रकृति में अत्यंत अल्प मात्रा में पाया जाता है, वहीं थोरियम रिएक्टर इसके संपूर्ण प्राकृतिक रूप, 232Th का उपयोग कर सकते हैं। यूरेनियम रिएक्टर प्लूटोनियम जैसे उच्च-स्तरीय रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पन्न करते हैं, जिसकी विषाक्तता हज़ारों वर्षों तक बनी रहती है, जिससे इसका निपटान एक बड़ी समस्या बन जाता है। हालाँकि, थोरियम रिएक्टर उच्च-स्तरीय रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पन्न नहीं करते। जो रेडियोधर्मी अपशिष्ट वे उत्पन्न करते हैं, उसकी विषाक्तता कुछ सौ वर्षों में सामान्य कोयला खदानों के बराबर हो जाती है।
थोरियम रिएक्टरों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता फुकुशिमा आपदा जैसी अप्रत्याशित दुर्घटनाओं के दौरान परमाणु प्रतिक्रियाओं को स्वचालित रूप से रोकने की उनकी क्षमता है। यूरेनियम रिएक्टरों में, परमाणु प्रतिक्रिया निरंतर होती रहती है क्योंकि न्यूट्रॉन अवशोषित करने वाले यूरेनियम नाभिक विखंडन से गुजरते हैं, जिससे एक दोहराए जाने वाले चक्र में अधिक न्यूट्रॉन निकलते हैं। इसे 'श्रृंखला अभिक्रिया' कहते हैं। हालाँकि, थोरियम रिएक्टर की अभिक्रिया प्रक्रिया में, शुरू में उत्पन्न न्यूट्रॉन की संख्या से कम न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं। दूसरे शब्दों में, जब तक बाहर से अधिक न्यूट्रॉन की आपूर्ति नहीं की जाती या अभिक्रिया के दौरान अधिक न्यूट्रॉन नहीं निकलते, तब तक परमाणु प्रतिक्रिया रुक जाती है।
दशकों पहले, जब थोरियम रिएक्टरों पर पहली बार शोध किया गया था, तो उनकी विशेषताओं—प्लूटोनियम जैसे उच्च-स्तरीय रेडियोधर्मी अपशिष्ट का उत्पादन न करना और न्यूट्रॉन की आपूर्ति के बिना अभिक्रियाओं को बंद कर देना—को घातक दोष माना गया था। शीत युद्ध के दौरान, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के निर्माण का एक उद्देश्य परमाणु हथियारों के लिए प्लूटोनियम जैसी परमाणु सामग्री प्राप्त करना था; थोरियम रिएक्टर उस लक्ष्य से कोसों दूर थे। इसके अलावा, उस युग के दृष्टिकोण से, जहाँ दक्षता सर्वोच्च मूल्य थी, थोरियम रिएक्टर—जो अपनी अभिक्रिया को बनाए रखने में असमर्थ थे और बंद होने की संभावना रखते थे—यूरेनियम रिएक्टरों की तुलना में स्पष्ट रूप से 'निम्न तकनीक' माने जाते थे। हालाँकि, बाद में यह स्पष्ट हो गया कि यूरेनियम रिएक्टरों का मुख्य लाभ—एक आत्मनिर्भर श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए रखने की उनकी क्षमता—मानव नियंत्रण खो जाने पर एक आपदा में बदल सकती है। 1986 की चेरनोबिल दुर्घटना ने रूस और यूक्रेन में लगभग 5 लाख लोगों को विकिरण के संपर्क में ला दिया था, जबकि कुछ साल पहले जापान में फुकुशिमा आपदा में लगभग 800 लोगों की मौत हुई थी और यह हमारी खाद्य आपूर्ति की सुरक्षा के लिए खतरा बनी हुई है। दशकों से यूरेनियम रिएक्टरों के खतरों के उजागर होने के कारण, थोरियम रिएक्टरों का कथित नुकसान एक लाभ बन गया: 'सुरक्षा'।
सुरक्षा-प्रथम के दृष्टिकोण से, यह तथ्य कि न्यूट्रॉन की आपूर्ति बाधित होने पर प्रतिक्रिया रुक जाती है, वास्तव में एक लाभ है। हालाँकि, सामान्य परिस्थितियों में, रिएक्टर को कभी बंद नहीं करना चाहिए। इस समस्या के समाधान के लिए दो प्राथमिक विधियों पर शोध किया गया है। पहली विधि में थोरियम और यूरेनियम या प्लूटोनियम, दोनों सामग्रियों से युक्त मिश्रित ईंधन का उपयोग शामिल है, जो पारंपरिक रूप से मौजूदा रिएक्टरों में उपयोग की जाती हैं। यूरेनियम और प्लूटोनियम अवशोषित करने की तुलना में अधिक न्यूट्रॉन उत्सर्जित करते हैं, जिससे एक श्रृंखला प्रतिक्रिया आसानी से बनी रहती है। यह थोरियम की परमाणु प्रतिक्रिया प्रक्रिया के दौरान खोए हुए न्यूट्रॉन की भरपाई करता है। हालाँकि, इस दृष्टिकोण में अंतर्निहित सीमाएँ हैं। तकनीकी रूप से कम चुनौतीपूर्ण होते हुए भी, ऐसे रिएक्टर वास्तविक थोरियम रिएक्टर नहीं होते, बल्कि एक समझौता प्रणाली होते हैं, जो मौजूदा यूरेनियम/प्लूटोनियम रिएक्टरों और थोरियम रिएक्टरों के बीच एक आधा-अधूरा उपाय होता है। परिणामस्वरूप, थोरियम रिएक्टरों के कई अंतर्निहित लाभ खो जाते हैं। यूरेनियम और प्लूटोनियम के न तो उपयोग करने और न ही उत्पादन करने का लाभ प्राप्त नहीं होता। इसके अलावा, जबकि मिश्रण अनुपात को समायोजित करके श्रृंखला अभिक्रिया की तीव्रता को नियंत्रित किया जा सकता है, मिश्रित रिएक्टर में परमाणु अभिक्रिया, दुर्घटना की स्थिति में भी श्रृंखला अभिक्रिया द्वारा उत्सर्जित न्यूट्रॉनों के कारण जारी रहेगी। दूसरे शब्दों में, यह विधि थोरियम रिएक्टर के लाभों को पूरी तरह से प्राप्त नहीं करती; यह केवल उस थोरियम का उपयोग करती है जिसका अन्यथा कोई उपयोग नहीं होता।
दूसरी विधि में 'प्रोटॉन त्वरक' पद्धति शामिल है, जहाँ प्रोटॉन को उच्च गति पर प्रज्वलित किया जाता है और टंगस्टन जैसी धातुओं से टकराकर परमाणु अभिक्रियाओं में उपयोग के लिए बड़ी मात्रा में न्यूट्रॉन उत्पन्न किए जाते हैं। इस पद्धति का उपयोग करने वाला थोरियम रिएक्टर अत्यधिक सुरक्षित होता है क्योंकि यदि कोई दुर्घटना होती है और प्रोटॉन त्वरक की शक्ति बाधित हो जाती है, तो परमाणु अभिक्रिया धीरे-धीरे रुक जाती है। 1995 में, इतालवी भौतिक विज्ञानी कार्लो रूबिया ने पहली बार इस पद्धति का प्रस्ताव रखा था, लेकिन वर्षों तक इस पर बहुत कम ध्यान दिया गया। एक स्थिर श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए रखने के लिए पर्याप्त न्यूट्रॉन उत्पन्न करने हेतु लगभग 1 GeV के त्वरक आउटपुट की आवश्यकता होती है, जिसके लिए अत्यधिक शक्ति की आवश्यकता होती है। वर्तमान तकनीक कुशल त्वरक डिज़ाइन करने में संघर्ष करती है, जिसके परिणामस्वरूप ऐसी स्थिति उत्पन्न होती है जहाँ त्वरक को संचालित करने के लिए खपत की जाने वाली शक्ति लगभग रिएक्टर द्वारा उत्पादित शक्ति के बराबर होती है। यह एक ऐसा मामला है जहाँ इलाज बीमारी से भी बदतर है। इसलिए, प्रोटॉन त्वरक पद्धति के लिए एक अत्यधिक कुशल त्वरक विकसित करना एक बड़ी चुनौती है। इसके अलावा, इस विधि की प्रकृति के कारण, नाभिकीय विखंडन अत्यंत उच्च-गति वाले न्यूट्रॉनों के माध्यम से होता है। उच्च-गति वाले न्यूट्रॉनों द्वारा प्रेरित नाभिकीय विखंडन अभिक्रियाओं में, निम्न-गति वाले न्यूट्रॉनों द्वारा प्रेरित अभिक्रियाओं की तुलना में प्रति इकाई द्रव्यमान में दर्जनों गुना अधिक कैडमियम उत्पन्न होता है। कैडमियम एक श्रेणी 1 का कैंसरकारी पदार्थ है और मनुष्यों के लिए अत्यधिक विषैली धातु है।
आज, जब परमाणु ऊर्जा उद्योग संकट का सामना कर रहा है, हमने एक संभावित वैकल्पिक तकनीक के रूप में 'थोरियम रिएक्टरों' का परीक्षण किया है। थोरियम रिएक्टर, जो परमाणु ईंधन के रूप में यूरेनियम के बजाय थोरियम का उपयोग करते हैं और एक पूरी तरह से अलग परमाणु अभिक्रिया प्रक्रिया से गुजरते हैं, पारंपरिक रिएक्टरों की तुलना में लाभप्रद हैं। हालाँकि, थोरियम रिएक्टरों के व्यावसायीकरण के लिए अभी भी महत्वपूर्ण शोध की आवश्यकता है। संयुक्त राज्य अमेरिका और भारत जैसे प्रचुर थोरियम भंडार वाले देश, थोरियम रिएक्टरों पर शोध में अग्रणी भूमिका निभा रहे हैं। विशेष रूप से, भारत 'उन्नत भारी जल रिएक्टर' (AHWR) के नाम से निर्यात को सक्रिय रूप से बढ़ावा दे रहा है। इस मोड़ पर, जहाँ न केवल परमाणु ऊर्जा, बल्कि संपूर्ण ऊर्जा उद्योग एक परिवर्तन के दौर से गुजर रहा है, थोरियम रिएक्टरों पर गंभीरता से विचार और शोध करना सार्थक है।