جب لوگ نیوکلیئر پاور پلانٹس کے بارے میں سوچتے ہیں تو ان کے پہلے خیالات اکثر بڑے ڈھانچے جیسے کنٹینمنٹ ویسلز، ری ایکٹر پریشر ویسلز اور سٹیم جنریٹرز کی طرف آتے ہیں۔ تاہم، واقعی اہم اجزاء دراصل وہ بے ہنگم "چھوٹی سلاخیں" ہیں جو ری ایکٹر کور کے اندر گہرائی میں واقع ہیں۔
ان اشیاء کو جوہری ایندھن کی سلاخوں کے نام سے جانا جاتا ہے۔ ہر چھڑی کی لمبائی صرف تین سے چار میٹر ہوتی ہے-تقریباً انسانی انگلی کی موٹائی۔ پھر بھی، ان میں سے ایک غیر واضح چھڑی کئی دہائیوں تک اوسط گھرانے کو بجلی فراہم کرنے کے لیے کافی توانائی پیدا کرتی ہے۔
روس کے روستوو نیوکلیئر پاور پلانٹ نے جدید ایندھن اسمبلیوں کی جانچ شروع کردی
جوہری ایندھن کو براہ راست زمین سے باہر استعمال نہیں کیا جا سکتا
بہت سے لوگ یہ سمجھتے ہیں کہ جوہری ایندھن بالکل کوئلے کی طرح ہے-جسے زمین سے کھود کر فوراً جلایا جا سکتا ہے۔ ایسا بالکل نہیں ہے۔
قدرتی یورینیم ایسک بنیادی طور پر دو آاسوٹوپس پر مشتمل ہے: یورینیم-238 اور یورینیم-235۔ جوہری فِشن سے گزرنے کے قابل آاسوٹوپ یورینیم-235 ہے۔ تاہم، یہ قدرتی یورینیم کے 1 فیصد سے بھی کم کا حصہ ہے۔ بقیہ مکمل طور پر یورینیم 238 پر مشتمل ہے جسے براہ راست ایندھن کے طور پر استعمال نہیں کیا جا سکتا۔
یہ سورج مکھی کے بیج کھانے کی خواہش کے مترادف ہے: آپ کے پاس بیجوں کا پورا بیگ ہو سکتا ہے، لیکن صرف چند میں کھانے کے قابل دانا ہوتے ہیں، جبکہ باقی صرف چھلکا ہوتا ہے۔
نتیجتاً، کان سے یورینیم ایسک نکالنے کے بعد، اسے عمل کی ایک پیچیدہ سیریز سے گزرنا ہوگا: کچلنا، پیسنا، لیچنگ، نکالنا، بارش، افزودگی، اور مزید-جن میں سے کوئی بھی آسان کام نہیں ہے۔ افزودگی کے مرحلے میں، خاص طور پر، یورینیم-235 کو یورینیم-238 سے الگ کرنے کے لیے تیز رفتار سینٹری فیوجز کے استعمال کی ضرورت ہوتی ہے- دو مادّے جو جسمانی طور پر تقریباً ایک جیسے ہیں۔ یہ ایک جدید ترین ٹکنالوجی ہے جس پر پوری دنیا میں صرف چند ممالک نے مکمل مہارت حاصل کی ہے۔
چین کی یورینیم کی صنعت نے کلیدی اقدامات کے لیے ایک مضبوط آغاز حاصل کیا۔
پریشرائزڈ واٹر ری ایکٹرز کے لیے ایندھن "انرجی پنسل" سے ملتا جلتا ہے
فی الحال، دنیا بھر میں جوہری پاور پلانٹس کی اکثریت پریشرائزڈ واٹر ری ایکٹرز (PWRs) کا استعمال کرتی ہے۔ ان ری ایکٹرز میں استعمال ہونے والا بنیادی جوہری ایندھن یورینیم ڈائی آکسائیڈ ہے۔
یورینیم ڈائی آکسائیڈ ایک سیرامک مواد ہے۔ اسے چھوٹے بیلناکار چھروں میں دبایا جاتا ہے-ہر ایک دواؤں کی گولی کے سائز کے، جس کا قطر تقریباً ایک سینٹی میٹر اور اونچائی ایک سینٹی میٹر سے قدرے زیادہ ہوتی ہے۔ ان چھوٹے سلنڈروں کو جوہری ایندھن "پیلٹس" کے نام سے جانا جاتا ہے۔
یورینیم ڈائی آکسائیڈ کی تیاری کا طریقہ اور عمل
ان چھروں کو پھر ایک پتلی، لمبی دھاتی ٹیوب میں لاد دیا جاتا ہے۔ یہ ٹیوب عام دھات سے نہیں بلکہ زرکونیم مرکب سے بنی ہے۔ زرکونیم مرکب خاص طور پر قابل ذکر خاصیت رکھتا ہے: یہ بہت کم نیوٹران جذب کرتا ہے۔ یہ ضروری ہے کہ نیوٹران ٹیوب کے مواد سے کم سے کم جذب کے ساتھ گزریں تاکہ وہ یورینیم-235 ایٹموں پر حملہ کر سکیں، اس طرح نیوکلیئر فِشن ری ایکشن کو برقرار رکھا جائے۔ اگر اس کے بجائے نیوٹران جذب کرنے کی مضبوط صلاحیت کے ساتھ کوئی مختلف مواد-استعمال کیا جائے تو ری ایکٹر کام کرنے سے قاصر ہوگا۔
ان زرکونیم الائے ٹیوبوں کی دیواریں ایک ملی میٹر موٹی کا محض چند دسواں حصہ-باریک ہیں، درحقیقت، ایک معیاری بینک کارڈ سے۔ پھر بھی، انہیں ری ایکٹر کے اندر انتہائی حالات کا سامنا کرنا چاہیے: 300 ڈگری سے زیادہ درجہ حرارت، 100 ماحول سے زیادہ دباؤ، اور نیوٹران کی مسلسل، طویل مدتی بمباری۔ مینوفیکچرنگ کا عمل اس قدر غیر معمولی درستگی کا تقاضا کرتا ہے کہ چین کے اندر، اس پر عمل کرنے کے قابل کاروباری اداروں کی تعداد ایک طرف شمار کی جا سکتی ہے۔
ایک ایندھن کی چھڑی سیکڑوں ایندھن کے چھروں پر مشتمل ہوتی ہے جو ایک دوسرے کے اوپر رکھی ہوتی ہیں۔
لوڈ کرنے کا عمل ایک سیخ پر کینڈی والے پھلوں کو تھریڈنگ کرنے سے مشابہت رکھتا ہے۔
سب سے پہلے، یورینیم ڈائی آکسائیڈ کے چھرے زرکونیم الائے ٹیوبوں میں ایک ایک کرکے ڈالے جاتے ہیں۔ ایک واحد ٹیوب تقریباً 300 چھرے رکھ سکتی ہے۔ چھرے ایک دوسرے کے ساتھ براہ راست رابطے میں نہیں رکھے جا سکتے ہیں۔ ان کے درمیان ایک چھوٹا سا فاصلہ رہ جانا چاہیے، کیونکہ جوہری ردعمل کے دوران چھرے پھیل جائیں گے۔ اس کے بعد ٹیوب کے سروں کو ویلڈنگ کے ذریعے اینڈ پلگ کے ساتھ ہرمیٹک طور پر سیل کر دیا جاتا ہے، اور اندرونی حصہ ہیلیم گیس سے بھر جاتا ہے۔ ہیلیم بہترین تھرمل چالکتا رکھتا ہے، جو چھروں سے پیدا ہونے والی حرارت کو ٹیوب کے اندرونی حصے سے باہر کے ماحول میں منتقل کرنے میں سہولت فراہم کرتا ہے۔
اس طریقے سے، ایک ایندھن کی چھڑی مکمل ہو جاتی ہے۔
تاہم، ایک جوہری ری ایکٹر کو صرف ایک یا دو ایندھن کی سلاخوں کی ضرورت نہیں ہوتی-اور نہ ہی ایک یا دو سو کی ضرورت ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر ایک عام گھریلو ملین-کلو واٹ-کلاس پریشرائزڈ واٹر ری ایکٹر (PWR) کو لے کر، ری ایکٹر کور میں 40,000 اور 50,000 فیول راڈز کے درمیان ہونا ضروری ہے۔
انفرادی طور پر 40,000 سے 50,000 سلاخوں کو داخل کرنا منطقی طور پر ناممکن ہے۔ اس طرح کا طریقہ بہت زیادہ وقت لگتا ہے-اور مناسب ساختی استحکام کو روک دے گا۔ نتیجتاً، انجینئرنگ پریکٹس میں، ان سلاخوں کو "فیول اسمبلیوں" میں جمع کیا جاتا ہے۔
ایک ایندھن اسمبلی عام طور پر درج ذیل شکل اختیار کرتی ہے: 200 سے زیادہ ایندھن کی سلاخوں کا ایک بنڈل ایک ساتھ بندھا ہوا ہے-اوپری اور نچلے سرے کی پلیٹوں کے ساتھ ساتھ اسپیسر گرڈز کو بھی شامل کرتا ہے-ایک صاف ستھرا، مستطیل بنڈل بنانے کے لیے۔ سپیسر گرڈ خاص طور پر اہم اجزاء ہیں؛ وہ ٹھنڈے پانی کے بلا روک ٹوک بہاؤ کو یقینی بنانے کے لیے سلاخوں کے درمیان منٹ کے وقفے کو برقرار رکھتے ہوئے 200 سے زیادہ کی سلاخوں کو اپنی مخصوص، مقرر کردہ پوزیشنوں میں مضبوطی سے لنگر انداز کرتے ہیں۔
ایک واحد ری ایکٹر کور عام طور پر ایسی 150 سے زیادہ ایندھن اسمبلیوں کو ایڈجسٹ کرتا ہے۔
ایندھن اسمبلیوں میں فریٹنگ پہننے کی تحقیق اور نقلی تجزیہ
ایرو اسپیس معیارات کے برابر مینوفیکچرنگ پریسجن
بہت سے لوگ یہ سمجھتے ہیں کہ جوہری ایندھن کی تیاری میں سادہ مشینی اور اسمبلی کے علاوہ کچھ نہیں ہوتا ہے۔ حقیقت میں، تاہم، صحت سے متعلق ضروریات حیران کن حد تک زیادہ ہیں۔
اسپیسر گرڈز پر غور کریں، مثال کے طور پر: ان میں ہزاروں چشمے اور پروٹریشنز ہیں، جن میں سے ہر ایک کی جہتی رواداری کو انسانی بالوں کی موٹائی کی شدت کے اندر کنٹرول کیا جانا چاہیے۔ اگر یہ تھوڑا سا دور ہوتا تو، ایندھن کی سلاخوں پر معاون دستے ناہموار ہوتے۔ طویل مدتی کارروائی کے دوران، یہ اخترتی اور کمپن کا باعث بن سکتا تھا۔
پھر ایندھن کے چھروں کی کثافت کو کنٹرول کرنے کا معاملہ ہے۔ یورینیم ڈائی آکسائیڈ کے چھروں کو کافی کثافت پر دبایا جانا چاہیے-ابھی تک *بہت* گھنے نہیں ہیں۔ اگر کثافت بہت کم ہے تو، جوہری ردعمل کی کارکردگی متاثر ہوتی ہے۔ اگر یہ بہت زیادہ ہے تو، شعاع ریزی کے تحت توسیع کے لیے ناکافی گنجائش ہے، جس کی وجہ سے کلیڈنگ ٹوٹ سکتی ہے۔ یہ "صرف صحیح" رینج انتہائی تنگ ہے، مستحکم پیداوار کو یقینی بنانے کے لیے انتہائی پختہ مینوفیکچرنگ کے عمل کی ضرورت ہوتی ہے۔
**پریشرائزڈ واٹر ری ایکٹر فیول اسمبلیوں کے لیے ہماری قوم کی سب سے بڑی پیداواری لائن: جہاں دور کا جذبہ بہتا ہے**
جدید مینوفیکچرنگ کے نقطہ نظر سے، جوہری ایندھن کی تیاری، جوہر میں، متعدد شعبوں کا ایک اعلی-انضمام ہے۔ پاؤڈر میٹالرجی، درستگی کی مشینی، خصوصی ویلڈنگ، غیر-تباہ کن جانچ-ہر انفرادی مرحلہ تکنیکی مہارت کے عروج کی نمائندگی کرتا ہے۔
**خرچ شدہ ایندھن کہاں جاتا ہے؟**
نیوکلیئر ایندھن عام طور پر ایک ری ایکٹر میں تین سے پانچ چکروں تک رہتا ہے، ہر سائیکل تقریباً اٹھارہ ماہ تک رہتا ہے۔ اس مدت کے دوران، یورینیم-235 کو بتدریج استعمال کیا جاتا ہے، جبکہ نئے نیوکلائیڈز-جیسے پلوٹونیم-239-ایک ساتھ پیدا ہوتے ہیں۔ ایک بار جب توانائی کی صلاحیت بڑی حد تک ختم ہو جاتی ہے، یہ ایندھن بن جاتا ہے جسے "خرچ ایندھن" کہا جاتا ہے۔
خرچ شدہ ایندھن ضائع نہیں ہوتا۔ اس میں اب بھی جلے ہوئے یورینیم-235 کے ساتھ ساتھ نئے بنائے گئے پلوٹونیم-239 پر مشتمل ہے- جو دونوں ہی قیمتی جوہری وسائل ہیں۔ بین الاقوامی سطح پر، کچھ قومیں ان مواد کی بازیافت اور دوبارہ استعمال کے لیے دوبارہ پروسیسنگ میں مصروف ہیں۔ ہمارا ملک ایک "کلوزڈ سائیکل" کے طریقہ کار پر بھی عمل پیرا ہے: نئی ایندھن اسمبلیاں بنانے کے لیے خرچ شدہ ایندھن سے مفید اجزا نکالنا۔
**غیر ملکی اجارہ داری کو توڑنے کے لیے گھریلو طور پر تیار کردہ خرچ شدہ ایندھن کی نقل و حمل کی پیپیں: پروٹوٹائپ قبولیت کی جانچ سے گزرتا ہے اور بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے تیار ہے**
** غور طلب سوال **
جیسے ہی میں یہ لکھ رہا ہوں، میرے ذہن میں ایک خیال آتا ہے: نئے جوہری ایندھن کی عالمی مانگ دسیوں ہزار ٹن سالانہ ہے۔ پھر بھی، جب بات بنیادی اجزاء کی آتی ہے-جیسے کہ اعلی-پریسیزن زرکونیم الائے ٹیوبز اور اعلی-کارکردگی والے اسپیسر گرڈ-صرف مٹھی بھر قومیں ان کو تیار کرنے کی صلاحیت رکھتی ہیں۔
گزشتہ چند سالوں میں، ہماری گھریلو صلاحیتوں نے تیزی سے ترقی کی ہے۔ ہم مکمل طور پر درآمدات پر انحصار کرنے سے ان اجزاء کی اکثریت خود تیار کرنے کے قابل ہو چکے ہیں۔ اس کے باوجود، زرکونیم مرکب دھاتوں کے کچھ مخصوص درجات کے لیے-نیز معائنہ کے سازوسامان کی مخصوص اقسام کے لیے-ہمیں اب بھی خود کو بیرون ملک سے منگوانے کی ضرورت محسوس ہوتی ہے۔
میں نے ہمیشہ یقین کیا ہے کہ، جوہری ایندھن کی تیاری کے دائرے میں، کامیابی کا حتمی فیصلہ کن بنیادی صنعتوں میں ایک ملک کی بنیادی بنیاد ہے۔ اعلی پاؤڈر دھات کاری کی تکنیک کے بغیر، ایندھن کے چھروں کے معیار کو بلند نہیں کیا جا سکتا۔ اعلی-مشیننگ کی درستگی کی صلاحیتوں کے بغیر، پوزیشننگ گرڈ مطلوبہ معیارات پر پورا نہیں اتر سکتے۔ اور سخت کوالٹی مینجمنٹ سسٹم کے بغیر ایٹمی ری ایکٹر میں تنصیب کے لیے پرزوں کو صاف نہیں کیا جا سکتا۔
بالآخر، اعلی درجے کی مینوفیکچرنگ کی بنیادی مسابقت صرف ایک مخصوص جزو پیدا کرنے کی صلاحیت میں نہیں ہے، بلکہ پوری صنعتی سلسلہ کو مکمل طور پر مربوط کرنے اور اس کے مستحکم، قابل اعتماد آپریشن کو یقینی بنانے کی صلاحیت میں ہے۔
