बॉइलिंग वॉटर रिएक्टर (BWR) में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला परमाणु ईंधन कौन सा है?

Question

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A: संवर्धित यूरेनियम (Enriched uranium)

Explanation & Concepts:
बॉइलिंग वॉटर रिएक्टरों (BWRs) को ऐसे परमाणु ईंधन की आवश्यकता होती है जिसमें लाइट-वॉटर मॉडरेटर के भीतर श्रृंखला अभिक्रिया (chain reaction) को प्रभावी ढंग से बनाए रखने के लिए विखंडनीय समस्थानिक U-235 की उच्च सांद्रता हो। प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले यूरेनियम में केवल लगभग 0.7% U-235 होता है, जो मानक BWR की क्रिटिकैलिटी आवश्यकताओं के लिए अपर्याप्त है, इसलिए संवर्धित यूरेनियम (आमतौर पर 3-5% U-235) के उपयोग की आवश्यकता होती है।

Working Principle: एक BWR में, पानी कूलेंट और न्यूट्रॉन को थर्मल करने के लिए मॉडरेटर दोनों के रूप में कार्य करता है। चूंकि साधारण पानी न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है, इसलिए प्राकृतिक यूरेनियम एक स्व-स्थायी श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए नहीं रख सकता है। संवर्धित यूरेनियम का उपयोग करके, न्यूट्रॉन इकोनॉमी में सुधार होता है, जिससे विखंडन प्रक्रिया टरबाइन को चलाने के लिए पानी को सीधे भाप में बदलने हेतु पर्याप्त गर्मी उत्पन्न कर पाती है।

Key Formulas: $N_{enrichment} = \frac{N_{235}}{N_{235} + N_{238}}$ — ईंधन छड़ों में समस्थानिक सांद्रता अनुपात को दर्शाता है

Key Points: BWRs में मॉडरेटर और कूलेंट के रूप में साधारण पानी (लाइट वाटर) का उपयोग होता है।; संवर्धन प्रक्रिया साधारण पानी द्वारा न्यूट्रॉन अवशोषण की भरपाई करने के लिए विखंडनीय U-235 सामग्री को बढ़ाती है।; ईंधन आमतौर पर $UO_2$ (यूरेनियम डाइऑक्साइड) सिरेमिक छर्रों (pellets) के रूप में होता है।

Advantages: प्राकृतिक यूरेनियम रिएक्टरों की तुलना में उच्च शक्ति घनत्व।; प्रत्यक्ष भाप चक्र स्टीम जनरेटर को हटाकर संयंत्र के डिज़ाइन को सरल बनाता है।

Disadvantages: जटिल और महंगी यूरेनियम संवर्धन सुविधाओं की आवश्यकता होती है।; उच्च बर्नअप दर पर ईंधन क्लैडिंग के क्षरण का बढ़ता जोखिम।

Applications: विद्युत ग्रिड में बेस लोड बिजली उत्पादन।; बड़े पैमाने पर वाणिज्यिक परमाणु बिजली उत्पादन।

Additional Info: प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग मुख्य रूप से PHWR (प्रेशराइज्ड हैवी वॉटर रिएक्टर) डिज़ाइनों जैसे CANDU में किया जाता है, जो न्यूट्रॉन अवशोषण को कम करने के लिए भारी पानी का उपयोग करते हैं।. मोनाज़ाइट रेत थोरियम/दुर्लभ मृदा का अयस्क है, न कि मानक लाइट वॉटर रिएक्टरों के लिए प्रत्यक्ष ईंधन।. प्लूटोनियम का उपयोग आमतौर पर MOX (मिक्स्ड ऑक्साइड) ईंधन में किया जाता है, न कि एक सामान्य BWR में प्राथमिक मानक ईंधन के रूप में।

Answer: A सही है — संवर्धित यूरेनियम बॉइलिंग वॉटर रिएक्टरों के लिए पसंदीदा ईंधन है क्योंकि यह साधारण पानी के मॉडरेटर की उपस्थिति में श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए रखने के लिए आवश्यक विखंडनीय सांद्रता प्रदान करता है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें: लाइट वॉटर रिएक्टरों (PWR/BWR) को संवर्धित यूरेनियम की आवश्यकता होती है, जबकि हैवी वॉटर रिएक्टर (PHWR) भारी पानी के कम न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस-सेक्शन के कारण प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग करके संचालित हो सकते हैं।

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Option B: प्लूटोनियम

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Option C: प्राकृतिक यूरेनियम

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Option D: मोनाज़ाइट रेत

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