नाभिकीय विखंडन रिएक्टर

इस सिमुलेशन के बारे में

नाभिकीय विखंडन रिएक्टर एक तापीय नाभिकीय रिएक्टर क्रोड का कटअवे 3D सिमुलेशन है। नौ यूरेनियम-235 ईंधन असेंबलियाँ चेरेनकोव-चमक वाले जल मंदक के अंदर खड़ी होती हैं जबकि चार-शाखाओं वाला बोरॉन-10 नियंत्रक छड़ स्पाइडर ऊपर से नीचे उतरता है। विखंडन द्वारा मुक्त पीले तीव्र न्यूट्रॉन जल मंदक से टकराते हैं, धीमे होकर सियान तापीय न्यूट्रॉन बन जाते हैं, और नाभिकों को बेरियम-141 तथा क्रिप्टॉन-92 संतति टुकड़ों में विभाजित करने के लिए U-235 ईंधन छड़ों से टकराते हैं। विद्यार्थी रिएक्टर को उपक्रांतिक (k_eff 1 से कम), क्रांतिक (k_eff = 1.00), और अतिक्रांतिक (k_eff 1 से अधिक) संचालन के बीच ले जाने के लिए नियंत्रक छड़ स्पाइडर को खींचते हैं या U-235 संवर्धन और मंदक घनत्व को समायोजित करते हैं।

विद्यार्थी क्या खोज सकते हैं

प्रविष्टि को 45% से नीचे कम करने के लिए नारंगी बोरॉन नियंत्रक छड़ असेंबली को थोड़ा ऊपर खींचें और न्यूट्रॉन संख्या तथा तापीय शक्ति के बढ़ने के साथ k_eff को 1.00 से ऊपर उठते देखें।
बोरॉन नियंत्रक छड़ों को 100% प्रविष्टि तक गिराने के लिए SCRAM बटन दबाएँ और देखें कि न्यूट्रॉन अवशोषण कैसे रिएक्टर को सुरक्षित उपक्रांतिक शटडाउन में ले जाता है।
'k_eff = 1.00 बनाए रखें' चालू करें, U-235 संवर्धन या जल मंदक घनत्व बदलें, और देखें कि स्थिर क्रांतिक शक्ति बनाए रखने के लिए नियंत्रक छड़ें कैसे स्वतः अपनी स्थिति बदलती हैं।
न्यूट्रॉन का प्रारंभिक प्रस्फोट छोड़ने के लिए किसी भी हरी U-235 ईंधन छड़ पर क्लिक करें और हरे Ba-141 तथा गुलाबी Kr-92 संतति नाभिकों को अलग होते हुए देखें।
जल मंदक घनत्व को 40% तक कम करें और ध्यान दें कि नियंत्रक छड़ें ऊपर उठी होने पर भी k_eff कैसे गिर जाता है, जो दर्शाता है कि शीतलक के उबलकर उड़ जाने पर दाबित जल रिएक्टर श्रृंखला अभिक्रिया को क्यों बनाए नहीं रख सकते।

अधिगम उद्देश्य

1तापीय न्यूट्रॉन द्वारा प्रेरित यूरेनियम-235 के नाभिकीय विखंडन का वर्णन करें और इसके उत्पादों (संतति नाभिक, तीव्र न्यूट्रॉन और तापीय ऊर्जा) की पहचान करें।
2प्रभावी न्यूट्रॉन गुणन गुणक k_eff को परिभाषित करें और उपक्रांतिक, क्रांतिक तथा अतिक्रांतिक रिएक्टर अवस्थाओं में अंतर करें।
3जल मंदक (तीव्र न्यूट्रॉनों को धीमा करना) और बोरॉन नियंत्रक छड़ों (अतिरिक्त न्यूट्रॉनों को अवशोषित करना) की अलग-अलग भूमिकाओं को समझाएँ।
4समझाएँ कि जल मंदक घनत्व का कम होना हल्के-जल रिएक्टरों में एक अंतर्निहित ऋणात्मक-प्रतिक्रियाशीलता सुरक्षा विशेषता क्यों प्रदान करता है।

शिक्षकों के आम सवाल

नाभिकीय रिएक्टर में k_eff = 1.00 (क्रांतिक) का क्या अर्थ है?

गुणन गुणक k_eff एक विखंडन से निकलने वाले उन न्यूट्रॉनों की औसत संख्या है जो आगे चलकर एक और विखंडन करते हैं। जब k_eff = 1.00 होता है, तो प्रत्येक विखंडन औसतन ठीक एक नया विखंडन शुरू करता है, जिससे न्यूट्रॉन संख्या और रिएक्टर की तापीय शक्ति स्थिर रहती है।

नाभिकीय रिएक्टर को पानी जैसे मंदक की आवश्यकता क्यों होती है?

नए उत्सर्जित विखंडन न्यूट्रॉन बहुत तेज़ (~20,000 km/s) गति करते हैं, जहाँ यूरेनियम-235 द्वारा उन्हें पकड़ने की संभावना बहुत कम होती है। पानी में हल्के हाइड्रोजन नाभिकों के साथ टक्कर उन्हें तापीय चाल (~2 km/s) तक धीमा कर देती है, जिससे U-235 विखंडन की संभावना सैकड़ों गुना बढ़ जाती है।

बोरॉन-10 या कैडमियम नियंत्रक छड़ें रिएक्टर की शक्ति को कैसे नियंत्रित करती हैं?

बोरॉन-10 और कैडमियम नाभिकों में बिना विखंडन के विशाल न्यूट्रॉन-अवशोषण अनुप्रस्थ-काट होते हैं। नियंत्रक छड़ों को क्रोड में गहराई तक उतारने से मुक्त न्यूट्रॉन सोख लिए जाते हैं और k_eff कम हो जाता है; उन्हें थोड़ा बाहर निकालने से शक्ति बढ़ने लगती है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र में SCRAM का क्या अर्थ है?

SCRAM एक आपातकालीन तीव्र शटडाउन है जिसमें सभी नियंत्रक छड़ असेंबलियों को कुछ ही सेकंड के भीतर रिएक्टर क्रोड में पूरी तरह (100%) धकेल या गिरा दिया जाता है, जिससे तुरंत k_eff 1 से बहुत कम हो जाता है और विखंडन श्रृंखला अभिक्रिया रुक जाती है।

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