అణురియాక్టర్లలో భారజలం చేసే పని?

కేంద్రక రసాయన శాస్త్రం
కేంద్రక విచ్ఛిత్తి: ఒక భారకేంద్రకాన్ని న్యూట్రాన్లతో తాడనం (Collision) చెందించినప్పుడు దాదాపు సమాన భారాలున్న రెండు కేంద్రకాలుగా విడిపోయే ప్రక్రియనే కేంద్రక విచ్ఛిత్తి (Nuclear fission) అంటారు. ఈ ప్రక్రియ లో కొన్ని మిలియన్ ఎలక్ట్రాన్ వోల్ట్‌ల శక్తి విడుదలవుతుంది.

ఉదా: యురేనియం-235 కేంద్రకాన్ని న్యూట్రాన్లతో తాడనం చెందిస్తే బేరియం-141, క్రిప్టాన్-92 కేంద్రకాలుగా విడిపోయి 200 క్ఛగ శక్తి విడుదలవుతుంది. పరమాణు బాంబు లేదా కేంద్రక బాంబులో ఇమిడి ఉన్న సూత్రం ఇదే. ఈ చర్యలో గామా కిరణాలతో పాటు సగటున 2 నుంచి 3 న్యూట్రాన్లు విడుదలవుతాయి. ఇవి మరికొన్ని కేంద్రకాలను తాడ నం చెందిస్తాయి. ఇది ఒక అనియంత్రిత శృంఖ ల చర్య (Uncontrolled Chain reaction). అందువల్ల విస్ఫోటనం (explosion) జరుగుతుంది. న్యూక్లియర్ రియాక్టర్‌లను ఉపయోగించి పరమాణు బాంబులో ఈవిధంగా జరిగే అనియంత్రిత కేంద్రక చర్యను నియంత్రించడంద్వారా వచ్చే ఉష్ణశక్తి ఆధారంగా అణు విద్యుచ్ఛక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తారు. అంటే న్యూక్లియర్ రియాక్టర్లలో నియంత్రిత కేంద్రక విచ్ఛిత్తి చర్య జరుగుతుంది.

న్యూక్లియర్ రియాక్టర్‌లో న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని తగ్గించడానికి ఉపయోగించే పదార్థాలను మితకారులు (Moderators) అంటారు. భారజలం, గ్రాఫైట్, బెరీలియం ఆక్సైడ్ లాంటివాటిని మితకారులుగా ఉపయోగిస్తారు. భార హైడ్రోజన్ అయిన డ్యుటీరియం ఆక్సైడ్ (D2O)ను భారజలం అంటారు. భారజలాన్ని కనుగొన్న శాస్త్రవేత్త ‘యూరే’. న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని నియంత్రించడానికి ఉపయోగించేవాటిని ‘నియంత్రణ కడ్డీలు’ (Control rods) అంటారు. బోరాన్, కాడ్మియం లాంటివాటిని నియంత్రణ కడ్డీలుగా ఉపయోగిస్తారు. సాధారణ న్యూట్రాన్లను ఫాస్ట్ న్యూట్రాన్‌లనీ, వేగం తగ్గించిన న్యూట్రాన్లను ఉష్ణీయ న్యూట్రాన్‌లు (Thermal Neutrons) అని అంటారు.

* సాధారణ అణు ఇంధనాలుగా వాడే కేంద్రకా లు: యురేనియం-235, ప్లుటోనియం-239. ఇవేకాకుండా యురేనియం-233, నెప్ట్యూనియం-237, ప్లుటోనియం-238లను కూడా అణు ఇంధనాలుగా ఉపయోగిస్తారు.
* రియాక్టర్లలో శీతలీకారిణి (Coolan్ట)గా ద్రవ సోడియం లేదా నీటిని ఉపయోగిస్తారు.
* ఇంధన కడ్డీలను కప్పి ఉంచే పొరను క్లాడింగ్ అంటారు. దీన్ని న్యూట్రాన్ల అధిశోషణ సామర్థ్యం దాదాపుగా లేని క్షయాన్ని నిరోధించే (Corrosion resistant) ధర్మం ఉన్న జిర్కోనియం మిశ్రలోహంతో రూపొం దిస్తారు.
* 1954 ఆగస్టు 3న రాష్ర్టపతి ఉత్తర్వుల ద్వారా అణుఇంధన శాఖ (ఈఅఉ) నేరుగా ప్రధానమంత్రి పరిధిలోకి వచ్చింది.
* 1974లో భారతదేశం పోఖ్రాన్‌లో అణు పరీక్షలు జరిపిన తర్వాత ప్రపంచవ్యాప్తంగా అణు ఇంధనాల సరఫరాను నియంత్రించడానికి 7 దేశాలతో 1975లో న్యూక్లియర్ సప్లయర్‌‌స గ్రూప్ (ూఎ) ఏర్పడింది.
* ఎన్‌ఎస్‌జీ దేశాలు: కెనడా, పశ్చిమ జర్మనీ, ఫ్రాన్‌‌స, జపాన్, సోవియట్ యూనియన్, యునెటైడ్ కింగ్‌డమ్, అమెరికా. ప్రస్తుతం ఈ గ్రూపులో 48 దేశాలు ఉన్నాయి.
* తీసుకున్న ఇంధనం కంటే ఎక్కువ ఇంధనాన్ని ఉత్పత్తి చేసే రియాక్టర్‌లను బ్రీడర్ రియాక్టర్లు అంటారు. ఇవి యురేనియం- 233 లేదా థోరియం-232 నుంచి ప్లుటోనియం-239ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
* యురేనియం-235 శ్రేష్టమైన అణు ఇంధ నం. కానీ సహజ యురేనియంలో ఇది కేవలం 0.7 శాతం మాత్రమే ఉంటుంది. మిగిలింది యురేనియం-238. దీనికి విఘటన స్వభావం ఉండదు.
* యురేనియం-238 నుంచి విఘటన స్వభావం ఉన్న ప్లుటోనియం-239 ఉత్పత్తి అవుతుంది.
* పరమాణు రూపకల్పనకు చెందిన అమెరికన్ ప్రాజెక్ట్ మాన్‌హట్టన్. దీనిలో ముఖ్యపాత్ర పోషించింది రాబర్‌‌ట ఓపెన్ హీమర్.
* పరమాణు బాంబులను మొదటిసారిగా రెండో ప్రపంచయుద్ధం చివరిదశలో జపాన్ పై అమెరికా ప్రయోగించింది. 1945 ఆగస్టు 6న జపాన్‌లోని హిరోిషిమాపై ‘లిటిల్‌బాయ్’ పేరుతో, 1945 ఆగస్టు 9న నాగసాకిపై ‘ఫ్యాట్‌మ్యాన్’ పేరుతో అణు బాంబులను అమెరికా ప్రయోగించింది.
* రేడియోధార్మికతలో ‘కేంద్రకవిచ్ఛిత్తి’పై చేసి న పరిశోధనకుగాను రసాయన శాస్త్రంలో ‘ఒట్టోహాన్’కు నోబెల్ బహుమతి లభించింది. ఇతడిని కేంద్రక రసాయన శాస్త్ర పితామహుడిగా పేర్కొంటారు.
* కేంద్రక విచ్ఛిత్తి పరిశోధనలో ఒట్టోహాన్‌తో పనిచేసినవారు ఫ్రిట్జ్ స్ట్రాస్‌మన్ (జర్మనీ).
* భారజల తయారీ కేంద్రాలు బరోడా (మొదటిది), మణుగూరు, థాల్చేర్, థాల్, ట్యుటికొరిన్, కోట, హజారియాలో ఉన్నాయి.
* కేంద్రక సంలీనం (Nuclear Fusion): రెండు తేలిక కేంద్రకాలు కలిసి ఒక భార కేంద్రకంగా ఏర్పడే ప్రక్రియను కేంద్రక సంలీనం అంటారు. కేంద్రక సంలీన చర్యల కారణంగానే సూర్యుడితోపాటు ఇతర నక్షత్రాల్లో హైడ్రోజన్ (ప్రోటియం, డ్యుటీరియం, ట్రిటియం) హీలియంగా మారుతుంది. అందువల్ల సూర్యుని చుట్టూ ఉండే వాతావరణ పొరలో హీలియం ఎక్కువగా ఉంటుంది. సూర్యునిలో జరిగే కేంద్రక సంలీన చర్యలో పాజిట్రాన్‌లు, న్యూట్రినోలు అనే కణాలు కూడా విడుదలవుతాయి. సూర్య కిరణాల్లో న్యూట్రినోలు కూడా ఉంటాయి. ఇవి అపాయకరమైనవి కావు.
* కేంద్రక సంలీన చర్యలో పాల్గొనే పరమాణువుల మొత్తం భారం కంటే సంలీన కేంద్రకం ద్రవ్యరాశి తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ ద్రవ్యరాశి లోపమే అపారశక్తి రూపంలో విడుదలవుతుంది (ఐన్‌స్టీన్ ద్రవ్యరాశి-ద్రవ్యరాశి తుల్యతా నియమం E = mc2)
* తేలిక కేంద్రకాలు సంలీనం చెందుతూ బంధ శక్తి అధికంగా ఉన్న స్థిరమైన ఐరన్-60ని చేరతాయి.
* ఏదో ఒక సమయంలో నక్షత్రాలు ప్రకాశవంతంగా వెలిగి సూర్యుని కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలోకి వ్యాకోచిస్తాయి. ఈ స్థితినే ‘సూపర్‌నోవా’ అంటారు.
* హైడ్రోజన్ బాంబులో ఇమిడి ఉన్న సూత్రం ‘కేంద్రక సంలీన చర్య’. ఈ చర్య ప్రారంభమవడానికి కొన్ని మిలియన్ డిగ్రీల ఉష్ణోగ్రత అవసరం. ఇది సాధారణ రసాయన చర్యల్లో లభించదు. అందువల్ల కేంద్రక రసాయన చర్యను ప్రారంభించడానికి మొదట ‘కేంద్రక విచ్ఛిత్తి’ చర్య జరిగే పరమాణు బాంబును ‘ట్రిగ్గర్’గా ఉపయోగిస్తారు. కాబట్టి హైడ్రోజన్ బాంబును ‘ఉష్ణీయ కేంద్రక ఆయుధం’ అంటారు.
 
 మాదిరి ప్రశ్నలు
 1.    అస్థిరమైన భార కేంద్రకాన్ని ఏ కణాలతో తాడనం చేసినప్పుడు కేంద్రక విచ్ఛిత్తి జరుగుతుంది?
     1) ఆల్ఫా    2) బీటా
     3) గామా    4) న్యూట్రాన్‌లు
 2.    కిందివాటిలో కేంద్రక విచ్ఛిత్తి సూత్రం ఆధారంగా రూపొందించినవి?
     ఎ) పరమాణు బాంబు
     బి) హైడ్రోజన్ బాంబు
     సి) అణు విద్యుచ్ఛక్తి రియాక్టర్లు
     1) ఎ, బి    2) బి, సి
     3) ఎ, సి    4) ఎ మాత్రమే
 3.    సాధారణంగా కేంద్రక విచ్ఛిత్తిలో పాల్గొనే కేంద్రకాలు ఏవి?
     ఎ) యురేనియం-235
     బి) ప్లుటోనియం-239
     సి) యురేనియం-238
     డి) థోరియం-232
     1) ఎ, బి    2) సి, డి
     3) ఎ, సి    4) బి, డి
 4.    కిందివాటిలో సరైన వాక్యాలను గుర్తించండి.
     ఎ)    సహజ యురేనియంలో గరిష్టంగా (99.3 శాతం) ఉండే యురేనియం - 238 స్వయంగా విచ్ఛిత్తి చెందదు. కానీ విచ్ఛిత్తి చెందే ధర్మం ఉన్న యురేనియం-239గా పరివర్తనం చెందుతుంది.
     బి)    బ్రీడర్ రియాక్టర్ యురేనియం-235 ను వినియోగించుకున్నదాని కంటే అధిక ఇంధనాన్ని ప్లుటోనియం-239 లేదా యురేనియం-233 రూపంలో ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
     సి)    థోరియం-233 నుంచి కృత్రిమంగా ఉత్పత్తి చేసిన యురేనియం-233ని అణు ఇంధనంగా వాడిన ఆసియా ఖండంలోని మొదటి దేశం భారత్.
     1) ఎ, బి మాత్రమే    2) బి, సి మాత్రమే
     3) ఎ, సి మాత్రమే    4) ఎ, బి, సి
 5.    కిందివాటిలో సరైనదాన్ని గుర్తించండి.
     ఎ)    న్యూక్లియర్ సప్లయర్‌‌స గ్రూప్ (NSG)లో ప్రస్తుతం 48 దేశాలకు సభ్యత్వం ఉంది.
     బి)    2014-15 సంవత్సరానికి ూఎ అధ్యక్ష స్థానంలో అర్జెంటీనా ఉంటుంది
     సి)    NSGలో భారతదేశానికి సభ్యత్వం ఉంది
     1) ఎ, బి    2) బి, సి
     3) ఎ, బి, సి    4) ఏదీకాదు
 6.    అణు రియాక్టర్లలో భారజలం చేసే పని?
     (సివిల్స్ 2011)
     1) న్యూట్రాన్ల వేగం తగ్గించడం
     2) న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని పెంచడం
     3) రియాక్టర్‌ను చల్లబర్చడం
     4) అణుచర్యను నిలిపివేయడం
 7.    అటామిక్ ఎనర్జీ డిపార్‌‌టమెంట్ ఏ శాఖ పరిధిలో విధులు నిర్వహిస్తుంది?
     (సివిల్స్ 2009)
     1) ప్రధాన మంత్రి కార్యాలయం
     2) కేబినెట్ సచివాలయం
     3) ఇంధన శాఖ
     4) శాస్త్ర, సాంకేతిక శాఖ
 8.    కిందివాటిలో సరికానిది ఏది?
     1)    ఇందిరాగాంధీ అణు పరిశోధన కేం ద్రం (IGCAR) ఫాస్ట్‌బ్రీడర్ టెక్నాలజీని ఉపయోగిస్తుంది
     2)    ఐఎఇఅఖ ఫాస్ట్ బ్రీడర్ టెస్ట్ రియాక్టర్‌కు సంబంధించిన యురేనియం-ప్లుటోనియం మిశ్రీత కార్బైడ్ ఇంధనాన్ని రీ ప్రాసెస్ చేస్తుంది
     3)    యురేనియాన్ని ప్రధానంగా ఉత్పత్తి చేస్తున్న దేశం కెనడా
     4)    ఫాస్ట్ బ్రీడర్ రియాక్టర్లలో న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని నియంత్రించడానికి మితకారిగా భారజలాన్ని ఉపయోగిస్తారు.
 9.    న్యూక్లియర్ రియాక్టర్‌లను నిర్మించడానికి తప్పనిసరిగా వాడాల్సిన మూలకం ఏది?
     1) కోబాల్ట్ (Co)    2) నికెల్ (Ni)
     3) జిర్కోనియం (Zr)
     4) టంగ్‌స్టన్ (W)
 10.    న్యూక్లియర్ రియాక్టర్‌ను విస్ఫోటక దశ నుంచి కాపాడటానికి వాడేవి ఏవి?
     1) గ్రాఫైట్ కడ్డీలు
     2) కాడ్మియం కడ్డీలు
     3) భారజలం    4) జిర్కోనియం కడ్డీలు
 11.    సూర్యుని శక్తికి కారణం ఏమిటి?
     1) కృత్రిమ రేడియోధార్మిక శక్తి
     2) కేంద్రక విచ్ఛిత్తి
     3) కేంద్రక సంలీనం
     4) సహజ రేడియోధార్మికత
 12.    కిందివాటిలో సరికాని వాక్యం ఏది?
     1)    ప్రస్తుతం తారాపూర్, రావత్‌భట్ట, కాక్రాపూర్, కుదంకులం, కైగాలో అణు విద్యుచ్ఛక్తి కేంద్రాలు పనిచేస్తున్నాయి.
     2)    ప్రస్తుత అణు విద్యుత్ స్థాపిత సామర్థ్యం 5780Mw
     3)    తొలి భారజల తయారీ ప్లాంటును బరోడాలో నెలకొల్పారు
     4)    కేంద్రక సంలీనం ద్వారా శక్తి విడుదలకు కారణమైంది అణు బాంబు
 13.    కిందివాటిలో శ్రేష్టమైన అణు ఇంధనం?
     (Gr-I, 2007)
     1) యురేనియం - 238
     2) ప్లుటోనియం - 236
     3) నెప్ట్యూనియం    4) థోరియం
 14.    అణుబాంబు రూపకర్త ఎవరు?
     (ఎటఐ, 2007)
     1) ఇ.ఫెర్మి    2) ఓపెన్ హైమర్
     3) ఓ.హాన్    4) ఇ. టేలర్
 
 సమాధానాలు
 1) 4;    2) 3;    3) 1;    4) 4;    5) 1;
 6) 1;    7) 1;    8) 4;    9) 3;    10) 2;
 11) 3;    12) 4;    13) 2; 14) 2.