Nuclear reactor physics
পারমাণবিক চুল্লি পদার্থবিজ্ঞান হল পদার্থবিজ্ঞানের ক্ষেত্র যা শক্তি উৎপাদনের জন্য একটি পারমাণবিক চুল্লিতে নিয়ন্ত্রিত হারে বিভাজন প্ররোচিত করার জন্য শৃঙ্খল বিক্রিয়ার প্রয়োগমূলক অধ্যয়ন এবং প্রকৌশল প্রয়োগগুলি অধ্যয়ন করে এবং তার সাথে কাজ করে। বেশিরভাগ পারমাণবিক চুল্লি একটি শৃঙ্খল বিক্রিয়া ব্যবহার করে বিচ্ছুরিত পদার্থে পারমাণবিক বিভাজনের নিয়ন্ত্রিত হার প্ররোচিত করে, শক্তি এবং মুক্ত নিউট্রন উভয়ই মুক্ত করে। একটি চুল্লি পারমাণবিক জ্বালানির একটি সমাবেশ (একটি চুল্লি কোর) নিয়ে গঠিত, যা সাধারণত নিয়মিত জল, ভারী জল, গ্রাফাইট বা জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডের মতো নিউট্রন মডারেটর দ্বারা বেষ্টিত থাকে এবং নিয়ন্ত্রণ রডগুলির মতো প্রক্রিয়াগুলিতে লাগানো থাকে যা প্রতিক্রিয়ার হার নিয়ন্ত্রণ করে। পারমাণবিক বিভাজনের পদার্থবিজ্ঞানে বেশ কিছু অদ্ভুত বিষয় রয়েছে যা পারমাণবিক চুল্লির নকশা এবং আচরণকে প্রভাবিত করে। এই নিবন্ধটি পারমাণবিক চুল্লির পদার্থবিজ্ঞান এবং তাদের আচরণের একটি সাধারণ সংক্ষিপ্ত বিবরণ উপস্থাপন করে। সমালোচনা একটি পারমাণবিক চুল্লিতে, যে কোনও মুহূর্তে নিউট্রন জনসংখ্যা হল নিউট্রন উৎপাদনের হার (বিভাজন প্রক্রিয়ার কারণে) এবং নিউট্রন ক্ষতির হারের (অ-বিভাজন শোষণ প্রক্রিয়া এবং সিস্টেম থেকে ফুটো হওয়ার কারণে) একটি ফাংশন। যখন একটি চুল্লির নিউট্রন সংখ্যা এক প্রজন্ম থেকে পরের প্রজন্ম পর্যন্ত স্থির থাকে (যতগুলি নতুন নিউট্রন হারিয়ে যায় ততগুলি তৈরি করে), তখন বিভাজন শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া স্ব-টেকসই হয় এবং চুল্লিটির অবস্থাকে "সমালোচনামূলক" হিসাবে উল্লেখ করা হয়। যখন চুল্লিটির নিউট্রন উৎপাদন ক্ষতির মাত্রা অতিক্রম করে, যা শক্তির মাত্রা বৃদ্ধি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, তখন এটিকে "অতি-সমালোচনামূলক" হিসাবে বিবেচনা করা হয় এবং যখন ক্ষতির প্রভাব প্রবল হয়, তখন এটিকে "অব-সমালোচনামূলক" হিসাবে বিবেচনা করা হয় এবং হ্রাসমান শক্তি প্রদর্শন করে। "সিক্স-ফ্যাক্টর সূত্র" হল নিউট্রন জীবন-চক্র ভারসাম্য সমীকরণ, যার মধ্যে ছয়টি পৃথক কারণ রয়েছে, যার গুণফল যে কোনও প্রজন্মের নিউট্রন সংখ্যার অনুপাতের সমান এবং আগেরটির সমান; এই পরামিতিটিকে কার্যকর গুণন ফ্যাক্টর k বলা হয়, যা কেফ দ্বারাও চিহ্নিত করা হয়, যেখানে k = ηLf ρLth f η, যেখানে η = "দ্রুত-বিভাজন ফ্যাক্টর", Lf = "দ্রুত অ-ফুটো ফ্যাক্টর", ρ = "অনুরণন এড়ানোর সম্ভাবনা", Lth = "তাপীয় অ-ফুটো ফ্যাক্টর", f = "তাপীয় জ্বালানী ব্যবহারের ফ্যাক্টর" এবং η = "প্রজনন ফ্যাক্টর"। এই সমীকরণের কারণগুলি মোটামুটিভাবে সমালোচনামূলক ক্রিয়াকলাপের সময় একটি বিভাজনজনিত নিউট্রনের সম্ভাব্য ঘটনার ক্রমে থাকে। ইতিমধ্যে উল্লিখিত হিসাবে, k = (এক প্রজন্মের মধ্যে উত্পাদিত নিউট্রন)/(পূর্ববর্তী প্রজন্মের মধ্যে উত্পাদিত নিউট্রন)। অন্য কথায়, যখন চুল্লিটি সমালোচনামূলক হয়, তখন k = 1; যখন চুল্লিটি সাবক্রিটিকাল হয়, তখন k <1; এবং যখন চুল্লিটি অতি-সমালোচনামূলক হয়, তখন k> 1। প্রতিক্রিয়াশীলতা হল সমালোচনা থেকে প্রস্থানের একটি অভিব্যক্তি। δk = (k−1)/k। যখন চুল্লিটি সমালোচনামূলক হয়, δk = 0। যখন চুল্লিটি সাবক্রিটিকাল হয়, δk <0। যখন চুল্লিটি অতিগুরুত্বপূর্ণ হয়, δk> 0। প্রতিক্রিয়াশীলতা ছোট হাতের গ্রীক অক্ষর rho (ρ) দ্বারাও প্রতিনিধিত্ব করা হয়। প্রতিক্রিয়াশীলতা সাধারণত দশমিক বা শতাংশে বা Δk/k এর পিসিএম (শতাংশ মিল)-এ প্রকাশ করা হয়। যখন প্রতিক্রিয়াশীলতা ρ বিলম্বিত নিউট্রন ভগ্নাংশ β-এর এককে প্রকাশ করা হয়, তখন এককটিকে ডলার বলা হয়। যদি আমরা একটি চুল্লির কেন্দ্রে মুক্ত নিউট্রনের সংখ্যার জন্য এবং প্রতিটি নিউট্রনের গড় জীবনকালের জন্য 'এন' লিখি (এটি হয় কোর থেকে বেরিয়ে যাওয়ার আগে বা নিউক্লিয়াস দ্বারা শোষিত হওয়ার আগে), তবে চুল্লিটি ডিফারেনশিয়াল সমীকরণ (বিবর্তন সমীকরণ) অনুসরণ করবে যেখানে আনুপাতিকতা একটি ধ্রুবক, এবং কেন্দ্রে নিউট্রন গণনার পরিবর্তনের হার। এই ধরনের ডিফারেনশিয়াল সমীকরণ সূচকীয় বৃদ্ধি বা সূচকীয় ক্ষয়কে বর্ণনা করে, যা ধ্রুবকের চিহ্নের উপর নির্ভর করে, যা একটি গড় নিউট্রন জীবনকাল অতিবাহিত হওয়ার পরে নিউট্রনের প্রত্যাশিত সংখ্যাঃ এখানে, একটি নির্দিষ্ট নিউট্রন একটি জ্বালানী নিউক্লিয়াসে আঘাত করার সম্ভাবনা রয়েছে, যা হল নিউট্রন, জ্বালানীকে আঘাত করার পরে, সেই নিউক্লিয়াসকে বিভাজনের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সম্ভাবনা, এটি হল সম্ভাবনা যে এটি জ্বালানী ছাড়া অন্য কিছু দ্বারা শোষিত হবে, এবং এটি হল সম্ভাবনা যে এটি কোরটি পুরোপুরি ছেড়ে দিয়ে "পালাবে"। একটি বিভাজন ঘটনা দ্বারা গড়ে উত্পাদিত নিউট্রনের সংখ্যা-এটি 235 ইউ এবং 239 পিউ উভয়ের জন্য 2 এবং 3 এর মধ্যে। যদি ধনাত্মক হয়, তবে মূলটি অতিগুরুত্বপূর্ণ এবং নিউট্রন উৎপাদনের হার দ্রুত বৃদ্ধি পাবে যতক্ষণ না অন্য কোনও প্রভাব বৃদ্ধি বন্ধ করে দেয়। যদি ঋণাত্মক হয়, তবে মূল অংশটি "সাবক্রিটিকাল" এবং মূল অংশে মুক্ত নিউট্রনের সংখ্যা তাত্পর্যপূর্ণভাবে সঙ্কুচিত হবে যতক্ষণ না এটি শূন্যে (বা স্বতঃস্ফূর্ত বিভাজন থেকে পটভূমি স্তরে) একটি ভারসাম্যে পৌঁছায়। যদি ঠিক শূন্য হয়, তবে চুল্লিটি গুরুত্বপূর্ণ এবং এর আউটপুট সময়ের সাথে পরিবর্তিত হয় না (উপরে থেকে)। পারমাণবিক চুল্লিগুলি হ্রাস করার জন্য ইঞ্জিনিয়ার করা হয়। ছোট, কম্প্যাক্ট কাঠামো কোরের পৃষ্ঠতলের আয়তন কমিয়ে সরাসরি পালানোর সম্ভাবনা হ্রাস করে এবং কিছু উপকরণ (যেমন গ্রাফাইট) কিছু নিউট্রনকে কোরের মধ্যে প্রতিফলিত করতে পারে, আরও হ্রাস করতে পারে। বিভাজনের সম্ভাবনা, জ্বালানির পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানের উপর নির্ভর করে এবং প্রায়শই একটি ক্রস বিভাগ হিসাবে প্রকাশ করা হয়। চুল্লিগুলি সাধারণত সামঞ্জস্যের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত হয়। ক্যাডমিয়াম বা বোরনের মতো শক্তিশালী নিউট্রন-শোষক উপাদান দিয়ে তৈরি নিয়ন্ত্রণ রডগুলি মূল অংশে ঢোকানো যেতে পারেঃ নিয়ন্ত্রণ রডকে প্রভাবিত করে এমন যে কোনও নিউট্রন চেইন প্রতিক্রিয়া থেকে হারিয়ে যায়, হ্রাস পায়। এটি চুল্লীটির মূল অংশের সাম্প্রতিক ইতিহাস দ্বারাও নিয়ন্ত্রিত হয় (নীচে দেখুন)। প্রারম্ভিক উৎস একটি সমাবেশ অতি-সমালোচনামূলক হওয়ার নিছক সত্যটি এই নিশ্চয়তা দেয় না যে এতে কোনও মুক্ত নিউট্রন রয়েছে। একটি শৃঙ্খল বিক্রিয়া "আঘাত" করার জন্য কমপক্ষে একটি নিউট্রনের প্রয়োজন হয়, এবং যদি স্বতঃস্ফূর্ত বিভাজনের হার যথেষ্ট কম হয় তবে নিউট্রনের মুখোমুখি হওয়ার আগে একটি দীর্ঘ সময় লাগতে পারে (235ইউ চুল্লিতে, যতক্ষণ পর্যন্ত মিনিট) এমনকি চুল্লিটির অতি-সমালোচনামূলক হলেও। বেশিরভাগ পারমাণবিক চুল্লিতে একটি "স্টার্টার" নিউট্রন উৎস থাকে যা নিশ্চিত করে যে চুল্লিটির কেন্দ্রে সর্বদা কয়েকটি মুক্ত নিউট্রন থাকে, যাতে কোরটি সমালোচনামূলক হয়ে গেলে অবিলম্বে একটি শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া শুরু হয়। একটি সাধারণ ধরনের স্টার্টআপ নিউট্রন উৎস হল 9বি (বেরিলিয়াম-9)-এর মতো হালকা ওজনের আইসোটোপের সাথে 241এএম (অ্যামেরিকিয়াম-241)-এর মতো আলফা কণা নির্গমকের মিশ্রণ। উপরে বর্ণিত প্রাথমিক উৎসগুলি নতুন চুল্লী কোরের সঙ্গে ব্যবহার করতে হবে। কার্যকরী চুল্লিগুলির জন্য, গৌণ উৎসগুলি ব্যবহার করা হয়; প্রায়শই বেরিলিয়ামের সাথে অ্যান্টিমনির সংমিশ্রণ। অ্যান্টিমনি চুল্লিতে সক্রিয় হয়ে ওঠে এবং উচ্চ-শক্তির গামা ফোটন তৈরি করে, যা বেরিলিয়াম থেকে ফটোনিউট্রন তৈরি করে। ইউরেনিয়াম-235 প্রাকৃতিক স্বতঃস্ফূর্ত বিভাজনের একটি ছোট হারের মধ্য দিয়ে যায়, তাই সম্পূর্ণরূপে বন্ধ চুল্লিতেও সর্বদা কিছু নিউট্রন উত্পাদিত হয়। যখন নিয়ন্ত্রণ রডগুলি প্রত্যাহার করা হয় এবং সমালোচনামূলকতার কাছে পৌঁছায় তখন সংখ্যাটি বৃদ্ধি পায় কারণ নিউট্রনের শোষণ ক্রমান্বয়ে হ্রাস পাচ্ছে, যতক্ষণ না সমালোচনামূলকতায় চেইন প্রতিক্রিয়া স্বনির্ভর হয়ে ওঠে। লক্ষ্য করুন যে চুল্লিতে একটি নিউট্রন উৎস সরবরাহ করা হলেও, চেইন প্রতিক্রিয়া শুরু করার জন্য এটি অপরিহার্য নয়, এর মূল উদ্দেশ্য হল একটি শাটডাউন নিউট্রন জনসংখ্যা দেওয়া যা যন্ত্র দ্বারা সনাক্তযোগ্য এবং তাই সমালোচনামূলক পদ্ধতিকে আরও পর্যবেক্ষণযোগ্য করে তোলা। একটি উৎস লোড করা হোক বা না হোক, চুল্লিটি একই নিয়ন্ত্রণ রডের অবস্থানে গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠবে। একবার শৃঙ্খল বিক্রিয়া শুরু হয়ে গেলে, অপারেটিং চুল্লির কেন্দ্রে উচ্চ নিউট্রন প্রবাহ থেকে ক্ষতি রোধ করতে প্রাথমিক স্টার্টার উৎসটি মূল থেকে সরানো যেতে পারে; সমালোচনা নিয়ন্ত্রণের জন্য একটি পটভূমি রেফারেন্স স্তর সরবরাহ করার জন্য গৌণ উৎসগুলি সাধারণত সিটুতে থাকে। সাবক্রিটিকাল গুণন এমনকি একটি সাবক্রিটিকাল সমাবেশে যেমন একটি শাট-ডাউন চুল্লি কেন্দ্রে, যে কোনও বিপথগামী নিউট্রন যা কেন্দ্রে উপস্থিত থাকে (উদাহরণস্বরূপ জ্বালানির স্বতঃস্ফূর্ত বিভাজন থেকে, বিভাজন পণ্যগুলির তেজস্ক্রিয় ক্ষয় থেকে, বা একটি নিউট্রন উত্স থেকে) একটি তাত্পর্যপূর্ণভাবে ক্ষয়শীল শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া ট্রিগার করবে। যদিও শৃঙ্খল বিক্রিয়া স্বনির্ভর নয়, এটি একটি গুণক হিসাবে কাজ করে যা কেন্দ্রে নিউট্রনের ভারসাম্য সংখ্যা বাড়ায়। এই সাবক্রিটিকাল গুণন প্রভাবটি দুটি উপায়ে ব্যবহার করা যেতে পারেঃ একটি কোর সমালোচনামূলকতার কতটা কাছাকাছি তার তদন্ত হিসাবে এবং একটি সমালোচনামূলক ভরের সাথে সম্পর্কিত ঝুঁকি ছাড়াই বিভাজন শক্তি তৈরির উপায় হিসাবে। যদি একটি সাবক্রিটিকাল কোরের নিউট্রন গুণন ফ্যাক্টর হয় এবং একটি বাহ্যিক উৎস থেকে চুল্লিতে প্রতি প্রজন্মের নিউট্রনের সংখ্যা হয়, তবে নিউট্রন উৎসটি চালু হওয়ার মুহূর্তে, কেন্দ্রে নিউট্রনের সংখ্যা হবে। 1 প্রজন্মের পরে, এই নিউট্রনগুলি চুল্লিতে নিউট্রন তৈরি করবে এবং চুল্লিতে সদ্য প্রবেশ করা নিউট্রনগুলি বিবেচনা করে মোট নিউট্রন থাকবে। একইভাবে 2 প্রজন্মের পরে, চুল্লিতে উত্পাদিত নিউট্রনের সংখ্যা হবে ইত্যাদি। এই প্রক্রিয়াটি অব্যাহত থাকবে এবং দীর্ঘ সময় পরে, চুল্লিতে নিউট্রনের সংখ্যা হবে, এই সিরিজটি একত্রিত হবে কারণ সাবক্রিটিকাল কোরের জন্য,। সুতরাং চুল্লিতে নিউট্রনের সংখ্যা সহজভাবে হবে, ভগ্নাংশটিকে সাবক্রিটিকাল গুণন ফ্যাক্টর (α) বলা হয়। যেহেতু একটি চুল্লির শক্তি পারমাণবিক জ্বালানি পদার্থে উপস্থিত নিউট্রনের সংখ্যার (যে উপাদানটিতে বিভাজন ঘটতে পারে) সমানুপাতিক, তাই এই ধরনের সাবক্রিটিকাল কোর দ্বারা উত্পাদিত শক্তিও সাবক্রিটিকাল গুণন ফ্যাক্টর এবং বাহ্যিক উৎস শক্তির আনুপাতিক হবে। একটি পরিমাপ কৌশল হিসাবে, ম্যানহাটন প্রকল্পের সময় প্রাথমিক পরীক্ষায় 235ইউ এবং 239পিইউ-এর ন্যূনতম সমালোচনামূলক ভর নির্ধারণের জন্য সাবক্রিটিকাল গুণ ব্যবহার করা হয়েছিল। এটি আজও স্টার্টআপের সময় পারমাণবিক চুল্লির নিয়ন্ত্রণগুলি ক্রমাঙ্কন করতে ব্যবহৃত হয়, কারণ অনেকগুলি প্রভাব (নিম্নলিখিত বিভাগে আলোচনা করা হয়েছে) একটি চুল্লিতে সমালোচনা অর্জন করতে প্রয়োজনীয় নিয়ন্ত্রণ সেটিংস পরিবর্তন করতে পারে। একটি শক্তি উৎপাদন কৌশল হিসাবে, সাবক্রিটিকাল গুণন বিভাজনের জন্য পারমাণবিক শক্তি উৎপাদনের অনুমতি দেয় যেখানে একটি সমালোচনামূলক সমাবেশ নিরাপত্তা বা অন্যান্য কারণে অবাঞ্ছিত। একটি নিউট্রন উৎসের সাথে একটি সাবক্রিটিকাল সমাবেশ বিভাজন থেকে শক্তি উৎপাদনের জন্য তাপের একটি স্থির উৎস হিসাবে কাজ করতে পারে। একটি বাহ্যিক নিউট্রন উৎসের প্রভাব সহ (বিভাজন প্রক্রিয়ার "বাহ্যিক", শারীরিকভাবে মূলের বাহ্যিক নয়), একজন পরিবর্তিত বিবর্তন সমীকরণ লিখতে পারেনঃ যেখানে বাহ্যিক উৎস নিউট্রন/Δt-এর কেন্দ্রে নিউট্রন প্রবেশ করানোর হার। ভারসাম্যে, মূলটি পরিবর্তিত হয় না এবং ডিএন/ডিটি শূন্য হয়, তাই নিউট্রনের ভারসাম্য সংখ্যাটি এইভাবে দেওয়া হয়ঃ যদি মূলটি সাবক্রিটিকাল হয়, তবে ঋণাত্মক হয় তাই ধনাত্মক সংখ্যক নিউট্রনের সাথে একটি ভারসাম্য থাকে। যদি কেন্দ্রটি সমালোচনামূলকতার কাছাকাছি থাকে, তবে এটি খুব ছোট হয় এবং এইভাবে নিউট্রনের চূড়ান্ত সংখ্যাটি নির্বিচারে বড় করা যেতে পারে। নিউট্রন মডারেটর একটি শৃঙ্খল বিক্রিয়া উন্নত ও সক্ষম করতে, প্রাকৃতিক বা কম সমৃদ্ধ ইউরেনিয়াম-জ্বালানী চুল্লিগুলিতে অবশ্যই একটি নিউট্রন মডারেটর অন্তর্ভুক্ত থাকতে হবে যা বিভাজনের ঘটনা থেকে সদ্য উত্পাদিত দ্রুত নিউট্রনের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে যাতে তাদের গতিশক্তিকে বেশ কয়েকটি এম. ই. ভি থেকে একটিরও কম ই. ভি-র তাপ শক্তিতে হ্রাস করা যায়, যার ফলে তাদের বিভাজন প্ররোচিত করার সম্ভাবনা বেশি থাকে। এর কারণ হল 235ইউ-এর ধীর নিউট্রনগুলির জন্য একটি বৃহত্তর ক্রস সেকশন রয়েছে এবং এছাড়াও 238ইউ-এর একটি তাপীয় নিউট্রন শোষণ করার সম্ভাবনা বিভাজন থেকে সদ্য উত্পাদিত নিউট্রনের তুলনায় অনেক কম। নিউট্রন মডারেটরগুলি এইভাবে এমন উপাদান যা নিউট্রনকে ধীর করে দেয়। একটি হালকা পরমাণুর নিউক্লিয়াসের সাথে সংঘর্ষের মাধ্যমে নিউট্রনগুলি সবচেয়ে কার্যকরভাবে ধীর হয়ে যায়, যার মধ্যে হাইড্রোজেন সবচেয়ে হালকা। কার্যকরী হওয়ার জন্য, মডারেটর উপকরণগুলিতে অবশ্যই পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের সাথে হালকা উপাদান থাকতে হবে যা নিউট্রনগুলিকে শোষণ করার পরিবর্তে প্রভাবের উপর ছড়িয়ে দেওয়ার প্রবণতা রাখে। হাইড্রোজেন ছাড়াও, বেরিলিয়াম এবং কার্বন পরমাণু নিউট্রনগুলিকে সংযত বা ধীর করার কাজের জন্যও উপযুক্ত। হাইড্রোজেন মডারেটরগুলির মধ্যে রয়েছে জল (H2O), ভারী জল (D2O) এবং জিরকোনিয়াম হাইড্রাইড (ZrH2), যার সবগুলিই কাজ করে কারণ একটি হাইড্রোজেন নিউক্লিয়াসের ভর একটি মুক্ত নিউট্রনের সমানঃ নিউট্রন-H2O বা নিউট্রন-ZrH2 প্রভাব অণুগুলির ঘূর্ণন মোডকে উত্তেজিত করে (তাদের চারপাশে ঘুরিয়ে)। ডিউটেরিয়াম নিউক্লিয়াস (ভারী জলে) হালকা হাইড্রোজেন নিউক্লিয়াসের তুলনায় গতিশক্তি কম শোষণ করে, তবে তারা প্রভাবশালী নিউট্রন শোষণ করার সম্ভাবনা অনেক কম। জল বা ভারী জলের স্বচ্ছ তরল হওয়ার সুবিধা রয়েছে, যাতে, একটি চুল্লির মূল অংশকে রক্ষা করা এবং সংযত করার পাশাপাশি, তারা ক্রিয়াকলাপে মূল অংশটি সরাসরি দেখার অনুমতি দেয় এবং তাপ স্থানান্তরের জন্য একটি কার্যকরী তরল হিসাবেও কাজ করতে পারে। গ্রাফাইট আকারে কার্বন একটি মডারেটর হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। এটি বিশ্বের প্রথম মানবসৃষ্ট সমালোচনামূলক সমাবেশ শিকাগো পাইল-1-এ ব্যবহৃত হয়েছিল এবং চেরনোবিল প্ল্যান্টের মতো সোভিয়েত আরবিএমকে পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র সহ প্রাথমিক চুল্লি নকশায় এটি প্রচলিত ছিল। মডারেটর এবং চুল্লির নকশা নিউট্রন সংযমের পরিমাণ এবং প্রকৃতি চুল্লির নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা এবং তাই নিরাপত্তাকে প্রভাবিত করে। যেহেতু মডারেটরগুলি নিউট্রনগুলিকে ধীর এবং শোষণ করে, তাই চুল্লির কেন্দ্রের প্রদত্ত জ্যামিতিতে অন্তর্ভুক্ত করার জন্য সর্বোত্তম পরিমাণে মডারেটর রয়েছে। কম সংযম বিবর্তন সমীকরণে শব্দটি হ্রাস করে কার্যকারিতা হ্রাস করে এবং আরও সংযম শব্দটি বাড়িয়ে কার্যকারিতা হ্রাস করে। বেশিরভাগ মডারেটর ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে কম কার্যকর হয়ে ওঠে, তাই কম-মাঝারি চুল্লিগুলি চুল্লির মূল অংশে তাপমাত্রার পরিবর্তনের বিরুদ্ধে স্থিতিশীল থাকেঃ যদি মূলটি অতিরিক্ত গরম হয়, তবে মডারেটরের গুণমান হ্রাস পায় এবং প্রতিক্রিয়াটি ধীর হয়ে যায় (কোরের প্রতিক্রিয়াশীলতায় একটি "নেতিবাচক তাপমাত্রা সহগ" থাকে)। জল একটি চরম ঘটনাঃ চরম তাপমাত্রায়, এটি ফুটতে পারে, কেন্দ্রের ভৌত কাঠামো ধ্বংস না করে চুল্লির কেন্দ্রে কার্যকর শূন্যস্থান তৈরি করতে পারে; এটি প্রতিক্রিয়া বন্ধ করে দেয় এবং জ্বালানী গলানোর সম্ভাবনা হ্রাস করে। অতিরিক্ত-মাঝারি চুল্লিগুলি তাপমাত্রার পরিবর্তনের বিরুদ্ধে অস্থির (কোরের প্রতিক্রিয়াশীলতায় একটি "ধনাত্মক তাপমাত্রা সহগ" থাকে), এবং তাই কম-মাঝারি কোরগুলির তুলনায় সহজাতভাবে কম নিরাপদ। কিছু চুল্লি মডারেটর উপকরণের সংমিশ্রণ ব্যবহার করে। উদাহরণস্বরূপ, ট্রিগা ধরনের গবেষণা চুল্লিগুলি 235ইউ জ্বালানির সাথে মিশ্রিত জেডআরএইচ2 মডারেটর, একটি এইচ2ও-ভরা কোর এবং সি (গ্রাফাইট) মডারেটর এবং রিফ্লেক্টর ব্লকগুলি ব্যবহার করে। বিলম্বিত নিউট্রন এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা বিভাজন প্রতিক্রিয়া এবং পরবর্তী নিউট্রন পলায়ন খুব দ্রুত ঘটে; এটি পারমাণবিক অস্ত্রের জন্য গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে উদ্দেশ্য হল একটি পারমাণবিক গর্তকে শারীরিকভাবে বিস্ফোরিত হওয়ার আগে যতটা সম্ভব শক্তি মুক্ত করা। বিভাজনের ঘটনা দ্বারা নির্গত বেশিরভাগ নিউট্রন দ্রুত হয়ঃ সেগুলি কার্যকরভাবে তাৎক্ষণিকভাবে নির্গত হয়। একবার নির্গত হলে, একটি সাধারণ কেন্দ্রে নিউট্রনের গড় আয়ু () এক মিলিসেকেন্ডের ক্রমে থাকে, তাই যদি সূচকীয় গুণক 0.01 এর মতো ছোট হয়, তবে এক সেকেন্ডে চুল্লিটির শক্তি (1 + 0.01) 1000, বা দশ হাজারেরও বেশি গুণক দ্বারা পরিবর্তিত হবে। পারমাণবিক অস্ত্রগুলি শক্তি বৃদ্ধির হার সর্বাধিক করার জন্য ইঞ্জিনিয়ার করা হয়, যার জীবনকাল মিলিসেকেন্ডের নিচে এবং সূচকীয় কারণগুলি 2-এর কাছাকাছি থাকে; তবে এই ধরনের দ্রুত পরিবর্তন একটি পারমাণবিক চুল্লিতে প্রতিক্রিয়া হার নিয়ন্ত্রণ করা কার্যত অসম্ভব করে তুলবে। সৌভাগ্যবশত, কার্যকর নিউট্রন জীবনকাল মূল অংশে একটি একক নিউট্রনের গড় জীবনকালের তুলনায় অনেক বেশি দীর্ঘ। 235 ইউ বিভাজন দ্বারা উত্পাদিত নিউট্রনের প্রায় 0.65% এবং 239 পিউ বিভাজন দ্বারা উত্পাদিত নিউট্রনের প্রায় 0.20% অবিলম্বে উত্পাদিত হয় না, বরং আরও ক্ষয়ের পদক্ষেপের পরে একটি উত্তেজিত নিউক্লিয়াস থেকে নির্গত হয়। এই ধাপে, কিছু বিভাজন পণ্যের আরও তেজস্ক্রিয় ক্ষয় (প্রায় সর্বদা নেতিবাচক বিটা ক্ষয়), উত্তেজিত কন্যা পণ্য থেকে তাৎক্ষণিক নিউট্রন নির্গমন দ্বারা অনুসরণ করা হয়, বিটা ক্ষয়ের গড় জীবনকাল (এবং এইভাবে নিউট্রন নির্গমন) প্রায় 15 সেকেন্ড। এই তথাকথিত বিলম্বিত নিউট্রনগুলি কেন্দ্রে নিউট্রনের কার্যকরী গড় আয়ু প্রায় 0.1 সেকেন্ডে বৃদ্ধি করে, যাতে 0.01-এর একটি কোর এক সেকেন্ডে মাত্র (1 + 0.01) 10-এর একটি গুণক বা প্রায় 1.1ঃ 10 শতাংশ বৃদ্ধি দ্বারা বৃদ্ধি পায়। এটি পরিবর্তনের একটি নিয়ন্ত্রণযোগ্য হার। বেশিরভাগ পারমাণবিক চুল্লি তাই একটি প্রম্পট সাবক্রিটিকাল, বিলম্বিত সমালোচনামূলক অবস্থায় পরিচালিত হয়ঃ প্রম্পট নিউট্রন একা একটি চেইন প্রতিক্রিয়া বজায় রাখার জন্য যথেষ্ট নয়, তবে বিলম্বিত নিউট্রনগুলি প্রতিক্রিয়া চালিয়ে যাওয়ার জন্য প্রয়োজনীয় ছোট পার্থক্য তৈরি করে। চুল্লিগুলি কীভাবে নিয়ন্ত্রিত হয় তার উপর এর প্রভাব রয়েছেঃ যখন একটি সামান্য পরিমাণ নিয়ন্ত্রণ রড চুল্লির কেন্দ্রে বা বাইরে চলে যায়, তখন দ্রুত সাবক্রিটিকাল গুণনের কারণে শক্তির স্তরটি প্রথমে খুব দ্রুত পরিবর্তিত হয় এবং তারপরে আরও ধীরে ধীরে, বিলম্বিত সমালোচনামূলক প্রতিক্রিয়ার সূচকীয় বৃদ্ধি বা ক্ষয় বক্ররেখা অনুসরণ করে। উপরন্তু, চুল্লির শক্তি বৃদ্ধি যে কোনও কাঙ্ক্ষিত হারে কেবল পর্যাপ্ত দৈর্ঘ্যের নিয়ন্ত্রণ রড বের করে করা যেতে পারে। যাইহোক, একটি নিউট্রন বিষ বা সক্রিয় নিউট্রন-শোষণকারী যোগ না করে, বিভাজন হার হ্রাসের গতি সীমিত, কারণ তাত্ক্ষণিক বিভাজন নিউট্রন উৎপাদন বন্ধ করার জন্য চুল্লিটিকে গভীরভাবে সাবক্রিটিকাল নেওয়া হলেও, বিলম্বিত নিউট্রনগুলি ইতিমধ্যে থাকা বিভাজন পণ্যগুলির সাধারণ বিটা ক্ষয়ের পরে উত্পাদিত হয় এবং নিউট্রনের এই ক্ষয়-উৎপাদন পরিবর্তন করা যায় না। চুল্লির শক্তির পরিবর্তনের হার চুল্লির সময়কাল দ্বারা নির্ধারিত হয়, যা ইন-আওয়ার সমীকরণের মাধ্যমে প্রতিক্রিয়াশীলতার সাথে সম্পর্কিত। গতিবিদ্যা চুল্লিটির গতিবিদ্যা নিউট্রন এবং নিউক্লিয়াসের (ফিসাইল, ফিশন পণ্য) ভারসাম্য সমীকরণ দ্বারা বর্ণনা করা হয়। যে কোনও নিউক্লাইড যা নিউট্রনকে দৃঢ়ভাবে শোষণ করে তাকে চুল্লির বিষ বলা হয়, কারণ এটি একটি চলমান বিভাজন শৃঙ্খল বিক্রিয়া বন্ধ (বিষ) করে দেয়। প্রতিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের জন্য কিছু চুল্লির বিষ ইচ্ছাকৃতভাবে ফিশন চুল্লির কোরগুলিতে ঢোকানো হয়; বোরন বা ক্যাডমিয়াম নিয়ন্ত্রণ রড হল সর্বোত্তম উদাহরণ। অনেক চুল্লির বিষ বিভাজন প্রক্রিয়া নিজেই তৈরি করে এবং নিউট্রন-শোষণকারী বিভাজন পণ্যগুলির গঠন জ্বালানী অর্থনীতি এবং পারমাণবিক চুল্লির নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা উভয়কেই প্রভাবিত করে। দীর্ঘস্থায়ী বিষ এবং জ্বালানি পুনঃপ্রক্রিয়াকরণ বাস্তবে, পারমাণবিক জ্বালানিতে চুল্লির বিষের গঠনই চুল্লিতে পারমাণবিক জ্বালানির জীবনকাল নির্ধারণ করেঃ সমস্ত সম্ভাব্য বিভাজন হওয়ার অনেক আগে, দীর্ঘস্থায়ী নিউট্রন শোষণকারী বিভাজন পণ্যগুলির গঠন শৃঙ্খল বিক্রিয়াকে হ্রাস করে। এই কারণেই পারমাণবিক পুনঃপ্রক্রিয়াকরণ একটি দরকারী কাজঃ ব্যয় করা পারমাণবিক জ্বালানিতে নতুন তৈরি পারমাণবিক জ্বালানিতে উপস্থিত মূল বিভাজনযোগ্য উপাদানের প্রায় 96 শতাংশ থাকে। বিভাজন পণ্যগুলির রাসায়নিক পৃথকীকরণ পারমাণবিক জ্বালানীকে পুনরুদ্ধার করে যাতে এটি আবার ব্যবহার করা যায়। পারমাণবিক পুনঃপ্রক্রিয়াকরণ অর্থনৈতিকভাবে কার্যকর কারণ প্রাকৃতিক ইউরেনিয়াম আকরিক থেকে পারমাণবিক জ্বালানী প্রস্তুত করার জন্য প্রয়োজনীয় কঠিন আইসোটোপ পৃথকীকরণের তুলনায় রাসায়নিক পৃথকীকরণ সম্পন্ন করা অনেক সহজ, যাতে নীতিগতভাবে রাসায়নিক পৃথকীকরণ নতুন ইউরেনিয়াম আকরিক খনন, পরিশোধন এবং আইসোটোপিকভাবে পৃথক করার চেয়ে কম প্রচেষ্টার জন্য আরও বেশি উৎপাদিত শক্তি উৎপন্ন করে। বাস্তবে, অত্যন্ত তেজস্ক্রিয় বিভাজন পণ্যগুলি পরিচালনা করার অসুবিধা এবং অন্যান্য রাজনৈতিক উদ্বেগ উভয়ই জ্বালানি পুনঃপ্রক্রিয়াকরণকে একটি বিতর্কিত বিষয় করে তোলে। এই ধরনের একটি উদ্বেগের বিষয় হল যে, খরচ করা ইউরেনিয়াম পারমাণবিক জ্বালানিতে উল্লেখযোগ্য পরিমাণে 239 পিউ থাকে, যা পারমাণবিক অস্ত্রের একটি প্রধান উপাদান (ব্রিডার চুল্লি দেখুন)। স্বল্পস্থায়ী বিষ এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা বিভাজন পণ্যগুলিতে স্বল্পস্থায়ী চুল্লির বিষ পারমাণবিক চুল্লিগুলি কীভাবে কাজ করতে পারে তা দৃঢ়ভাবে প্রভাবিত করে। অস্থিতিশীল বিভাজন পণ্য নিউক্লিয়াসগুলি একটি স্থিতিশীল আইসোটোপে ক্ষয় শৃঙ্খলের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সাথে সাথে বিভিন্ন উপাদানগুলিতে (গৌণ বিভাজন পণ্য) রূপান্তরিত হয়। এই ধরনের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ উপাদান হল জিনন, কারণ আইসোটোপ 135Xe, প্রায় 9 ঘন্টা অর্ধ-জীবন সহ একটি গৌণ বিভাজন পণ্য, একটি অত্যন্ত শক্তিশালী নিউট্রন শোষক। একটি অপারেটিং চুল্লিতে, 135Xe এর প্রতিটি নিউক্লিয়াস তৈরি হওয়ার সাথে সাথে নিউট্রন ক্যাপচার দ্বারা 136Xe হয়ে যায় (যা পরে বিটা ক্ষয় বজায় রাখতে পারে), যাতে কেন্দ্রে কোনও বিল্ডআপ না হয়। যাইহোক, যখন একটি চুল্লি বন্ধ হয়ে যায়, তখন 135Xe স্তরটি ক্ষয় হতে শুরু করার আগে প্রায় 9 ঘন্টা ধরে কেন্দ্রে তৈরি হয়। ফলস্বরূপ, একটি চুল্লি বন্ধ হওয়ার প্রায় 6-8 ঘন্টা পরে, 135Xe পরবর্তী কয়েক ঘন্টার মধ্যে ক্ষয় হওয়ার সুযোগ না পাওয়া পর্যন্ত চেইন বিক্রিয়াটি পুনরায় শুরু করা শারীরিকভাবে অসম্ভব হয়ে উঠতে পারে। এই অস্থায়ী অবস্থা, যা বেশ কয়েক দিন স্থায়ী হতে পারে এবং পুনরায় চালু হতে বাধা দিতে পারে, তাকে আয়োডিন পিট বা জেনন-বিষক্রিয়া বলা হয়। এটি একটি কারণ যে কারণে পারমাণবিক শক্তি চুল্লিগুলি সাধারণত চব্বিশ ঘন্টা সমান শক্তি স্তরে পরিচালিত হয়। একটি চুল্লির কেন্দ্রে 135Xe বিল্ডআপ বন্ধ হওয়ার কয়েক ঘন্টা পরে চুল্লিটিকে পরিচালনা করা অত্যন্ত বিপজ্জনক করে তোলে। যেহেতু 135Xe নিউট্রনগুলিকে দৃঢ়ভাবে শোষণ করে, তাই উচ্চ-এক্সই অবস্থায় একটি চুল্লি শুরু করার জন্য নিয়ন্ত্রণ রডগুলিকে স্বাভাবিকের চেয়ে অনেক বেশি দূরে কোর থেকে বের করে আনা প্রয়োজন। যাইহোক, যদি চুল্লি সমালোচনামূলকতা অর্জন করে, তবে মূল অংশে নিউট্রন প্রবাহ বেশি হয়ে যায় এবং 135Xe দ্রুত ধ্বংস হয়ে যায়-এটি খুব দ্রুত মূল থেকে নিয়ন্ত্রণ রডের একটি বড় দৈর্ঘ্য অপসারণের মতো একই প্রভাব ফেলে এবং প্রতিক্রিয়াটি খুব দ্রুত বৃদ্ধি করতে পারে বা এমনকি দ্রুত সমালোচনামূলক হয়ে উঠতে পারে। 135এক্সই চেরনোবিল দুর্ঘটনায় একটি বড় ভূমিকা পালন করেছিলঃ একটি নির্ধারিত রক্ষণাবেক্ষণ বন্ধের প্রায় আট ঘন্টা পরে, শ্রমিকরা একটি নিয়ন্ত্রণ সার্কিট পরীক্ষা করার জন্য চুল্লিটিকে শূন্য শক্তির সঙ্কটজনক অবস্থায় আনার চেষ্টা করেছিল। যেহেতু কোরটি আগের দিনের বিদ্যুৎ উৎপাদন থেকে 135Xe দিয়ে লোড করা হয়েছিল, তাই এটি অর্জনের জন্য আরও নিয়ন্ত্রণ রড প্রত্যাহার করা প্রয়োজন ছিল। ফলস্বরূপ, অতিরিক্ত চালিত প্রতিক্রিয়া দ্রুত এবং অনিয়ন্ত্রিতভাবে বৃদ্ধি পায়, যার ফলে কেন্দ্রে বাষ্প বিস্ফোরণ ঘটে এবং সুবিধাটি হিংস্রভাবে ধ্বংস হয়ে যায়। ইউরেনিয়াম সমৃদ্ধকরণ যদিও প্রকৃতিতে অনেকগুলি বিভাজনযোগ্য আইসোটোপ রয়েছে, তবে কার্যকর পরিমাণে পাওয়া একটি দরকারী ফিসাইল আইসোটোপ হল 235ইউ। বেশিরভাগ আকরিকে ইউরেনিয়ামের প্রায় 0.7% হল 235টি আইসোটোপ এবং প্রায় 99.3% হল অ-বিচ্ছুরিত 238টি আইসোটোপ। পারমাণবিক জ্বালানি হিসাবে বেশিরভাগ ব্যবহারের জন্য, ইউরেনিয়ামকে অবশ্যই সমৃদ্ধ করতে হবে-বিশুদ্ধ করতে হবে যাতে এতে 235 ইউ এর বেশি শতাংশ থাকে। যেহেতু 238ইউ দ্রুত নিউট্রন শোষণ করে, তাই একটি শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া বজায় রাখার জন্য প্রয়োজনীয় সমালোচনামূলক ভর 238ইউ উপাদান বৃদ্ধির সাথে সাথে বৃদ্ধি পায়, যা 94 শতাংশ 238ইউ (6 শতাংশ 235ইউ)-এ অনন্ততায় পৌঁছায়। 6 শতাংশ 235ইউ-এর কম ঘনত্ব দ্রুত সমালোচনামূলক হতে পারে না, যদিও এগুলি নিউট্রন মডারেটর সহ একটি পারমাণবিক চুল্লিতে ব্যবহারযোগ্য। ইউরেনিয়াম ব্যবহার করে একটি পারমাণবিক অস্ত্রের প্রাথমিক পর্যায়ে ~90% 235ইউ সমৃদ্ধ এইচইইউ ব্যবহার করা হয়, যদিও দ্বিতীয় পর্যায়ে প্রায়শই কম সমৃদ্ধকরণ ব্যবহার করা হয়। জল নিয়ন্ত্রক সহ পারমাণবিক চুল্লিগুলির কমপক্ষে 235ইউ-এর কিছু সমৃদ্ধকরণ প্রয়োজন। ভারী জল বা গ্রাফাইট সংযত পারমাণবিক চুল্লিগুলি প্রাকৃতিক ইউরেনিয়াম দিয়ে কাজ করতে পারে, সমৃদ্ধকরণের প্রয়োজনীয়তা সম্পূর্ণরূপে দূর করে এবং জ্বালানীকে পারমাণবিক অস্ত্রের জন্য দরকারী হতে বাধা দেয়; কানাডিয়ান বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলিতে ব্যবহৃত CANDU পাওয়ার চুল্লিগুলি এই ধরনের একটি উদাহরণ। ভবিষ্যতের চুল্লিগুলির জন্য অন্যান্য প্রার্থীদের মধ্যে আমেরিকিয়াম অন্তর্ভুক্ত রয়েছে তবে প্রক্রিয়াটি ইউরেনিয়াম সমৃদ্ধকরণের চেয়ে আরও কঠিন কারণ 235ইউ এবং 238ইউ-এর রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি অভিন্ন, তাই গ্যাসীয় বিচ্ছুরণ, গ্যাস সেন্ট্রিফিউজ, লেজার বা ভর বর্ণালীর মতো শারীরিক প্রক্রিয়াগুলি অবশ্যই ব্যবহার করতে হবে ভরের ছোট পার্থক্যের উপর ভিত্তি করে আইসোটোপিক পৃথকীকরণের জন্য। যেহেতু সমৃদ্ধকরণ পারমাণবিক জ্বালানি এবং সাধারণ পারমাণবিক অস্ত্র উৎপাদনের প্রধান প্রযুক্তিগত বাধা, তাই সমৃদ্ধকরণ প্রযুক্তি রাজনৈতিকভাবে সংবেদনশীল। ওক্লোঃ একটি প্রাকৃতিক পারমাণবিক চুল্লি ইউরেনিয়ামের আধুনিক আমানত শুধুমাত্র ~0.7% 235ইউ (এবং ~99.3% 238ইউ) পর্যন্ত থাকে, যা সাধারণ জল দ্বারা নিয়ন্ত্রিত একটি শৃঙ্খল বিক্রিয়া বজায় রাখার জন্য যথেষ্ট নয়। কিন্তু 235ইউ-এর অর্ধ-জীবন 238ইউ (4.5 বিলিয়ন বছর)-এর তুলনায় অনেক কম (700 মিলিয়ন বছর), তাই সুদূর অতীতে 235ইউ-এর শতাংশ অনেক বেশি ছিল। প্রায় দুই বিলিয়ন বছর আগে, একটি জল-স্যাচুরেটেড ইউরেনিয়াম আমানত (যা এখন পশ্চিম আফ্রিকার গ্যাবনের ওক্লো খনিতে রয়েছে) একটি প্রাকৃতিকভাবে সংঘটিত শৃঙ্খল বিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায় যা ভূগর্ভস্থ জল দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় এবং সম্ভবত, নেতিবাচক অকার্যকর সহগ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় কারণ জল বিক্রিয়ার তাপ থেকে সিদ্ধ হয়। অন্যান্য স্থানের তুলনায় ওক্লো খনি থেকে ইউরেনিয়াম প্রায় 50 শতাংশ হ্রাস পেয়েছেঃ এটি মাত্র 0.3 থেকে 0.7 শতাংশ 235 ইউ; এবং আকরিকে দীর্ঘ-ক্ষয়প্রাপ্ত বিভাজন পণ্যগুলির স্থিতিশীল কন্যাদের চিহ্ন রয়েছে। আরও দেখুন পারমাণবিক চুল্লির সমালোচনামূলক ভর তালিকা পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞান পারমাণবিক বিভাজন পারমাণবিক ফিউশন অকার্যকর রেফারেন্স বাহ্যিক লিঙ্ক ফার্মি যুগ তত্ত্ব পারমাণবিক বিস্তারের উপর মন্তব্য ডঃ আবদেলহামিদ দোখানে পারমাণবিক প্রযুক্তি + চাপ জাহাজ + + পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞান