نیوکلیئر ری ایکٹرز میں ایلومینیم: اندرونی، کلیڈنگ اور سروس کی حدود

نیوکلیئر ری ایکٹرز میں ایلومینیم کیوں استعمال ہوتا ہے؟

ایلومینیم ایک جوہری ری ایکٹر کے اندر استعمال ہونے والی پہلی ساختی دھات تھی، اور یہ تحقیق اور جانچ مشینوں کے لیے ایک ورک ہارس بنی ہوئی ہے۔ وجہ مکینیکل کے بجائے نیوٹرانک ہے: ایلومینیم کا تھرمل نیوٹران جذب کراس- سیکشن تقریباً 0.23 بارنز ہے، لہذا کور کے قریب نصب ایلومینیم کے اجزاء سٹینلیس سٹیل کے مقابلے میں بہت کم نیوٹران استعمال کرتے ہیں۔ 1942 میں شکاگو پائل-1 جیسی ابتدائی اہم اسمبلیوں نے بالکل اسی وجہ سے ایلومینیم پہنے ایندھن کا استعمال کیا۔

کم پرجیوی نیوٹران جذب اہمیت کے لیے درکار ایندھن کی انوینٹری کو معمولی رکھتا ہے۔

237 W/mK کے قریب اعلی تھرمل چالکتا ایندھن کی پلیٹوں سے گرمی کو مؤثر طریقے سے کولنٹ میں منتقل کرتی ہے۔

2.70 g/cm3 کی کم کثافت روشنی، آسانی سے سنبھالنے والے ایندھن کے عناصر اور شعاع ریگز کی اجازت دیتی ہے۔

پانی میں یورینیم کے ایندھن کے ساتھ اچھی مطابقت-تقریبا 200 ڈگری سے نیچے ٹھنڈے سسٹمز۔

پتلی پلیٹوں، چینلز اور پتلی-دیواروں والی ٹیوبوں میں بہترین ساخت۔

ری ایکٹر کے اندرونی اور اجزاء کے فرائض

ایک ریسرچ ری ایکٹر کے اندر، ایلومینیم چار اہم ڈیوٹی کلاسوں میں ظاہر ہوتا ہے: ایندھن کے عنصر کی کلیڈنگ اور فریم، شعاع ریزی اور آاسوٹوپ پروڈکشن رگ، بیم ٹیوب اور ریفلیکٹر ہارڈویئر، اور لوپ کے کم-درجہ حرارت والے حصوں میں کولنٹ پائپنگ کے علاوہ ٹینکیج 5052 ٹیوب کور کلیڈنگ اور پائپنگ ڈیوٹی۔

نیوٹران کی شفافیت ایلومینیم کو ان اجزاء کے لیے بھی کارآمد بناتی ہے جنہیں تجرباتی مقامات کے قریب ترین بیٹھنا چاہیے، جہاں کوئی بھی سٹیل ڈھانچہ دستیاب بہاؤ کو کم کرے گا۔ بیم ٹیوبوں اور ٹینجینٹل سہولیات کے اندر موجود آلات اس وجہ سے باقاعدگی سے ایلومینیم سپورٹ فریم استعمال کرتے ہیں۔

ایلومینیم بطور ایندھن چڑھانا

پلیٹ-قسم کے ایندھن کے عناصر ریسرچ ری ایکٹرز پر حاوی ہیں۔ یورینیم-ایلومینیم یا یورینیم سلسائیڈ ڈسپریشن فیول میٹ کو ایلومینیم الائے کور پلیٹوں کے درمیان رول بانڈ کیا جاتا ہے، پھر اسے ایک باکس عنصر میں جمع کر کے مڑے ہوئے یا فلیٹ پلیٹوں میں بنتا ہے۔ آکسائیڈ کی پتلی تہیں پانی-ٹھنڈے ہوئے نظاموں میں ایک حفاظتی رکاوٹ بنتی ہیں، اور کلیڈنگ فِشن مصنوعات کو بنیادی کولنٹ سے دور رکھتی ہے۔

لیک-مضبوطی کے بجائے سختی لباس کے ڈیزائن کو آگے بڑھاتی ہے۔ ایندھن کے گوشت اور کور پلیٹ کے درمیان بانڈ کوالٹی کی تصدیق الٹراسونک معائنہ کے ذریعے کی جاتی ہے، اور تیار شدہ عناصر کو لوڈ کرنے سے پہلے جہتی رواداری اور سطح کے نقائص کے لیے چیک کیا جاتا ہے۔

نیوکلیئر ایپلی کیشنز میں ایلومینیم کی حدود

درجہ حرارت پہلی سخت حد مقرر کرتا ہے۔ ایلومینیم کے مرکب زیادہ ہو جاتے ہیں اور تقریباً 150 ڈگری سے زیادہ طاقت کھو دیتے ہیں، جو انہیں پاور ری ایکٹرز کے بنیادی کولنٹ سرکٹس سے خارج کر دیتا ہے، جہاں اس کی بجائے سٹینلیس سٹیل اور زرکونیم مرکب استعمال کیے جاتے ہیں۔ درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ ہی پانی کا سنکنرن اہم ہو جاتا ہے، اور پوش سطح پر گڑھے کے حملے کو دبانے کے لیے پانی کی کیمسٹری کے عین مطابق کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔

شعاع ریزی حدود کے دوسرے سیٹ کا اضافہ کرتی ہے۔ ہائی نیوٹران فلوئنس پر ایلومینیم سوجن، بڑھوتری اور جھنجھلاہٹ سے گزرتا ہے، جبکہ ٹرانسمیوٹیشن ری ایکشن دھات کے اندر سلکان اور ہیلیم پیدا کرتا ہے۔ ایکٹیویشن شدید لیکن قلیل مدتی ہے، کیونکہ نیوٹران کیپچر 15-گھنٹوں کی نصف زندگی کے ساتھ سوڈیم-24 پیدا کرتا ہے، اس لیے ایلومینیم ہارڈویئر طویل مدتی ریموٹ ہینڈلنگ کی ضرورت کی بجائے ایک مختصر بوسیدہ مدت کے بعد ہینڈل کے قابل ہو جاتا ہے۔

ایلومینیم ہارڈ ویئر کی ڈیکمیشن اور ری سائیکلنگ

تحقیقی ری ایکٹر یا ٹیسٹ لوپ کی ریٹائرمنٹ ایک متعین ایلومینیم اسٹریم تیار کرتی ہے: ایندھن کے عنصر کا ہارڈویئر پہلے سے ہی شعاع زدہ مواد کے طور پر زیر انتظام ہے، نیز کم-سرگرمی کے ڈھانچے جیسے ٹینکیج، ڈکٹنگ اور رگ فریم۔ کم-ایکٹیوٹی میٹل کا سروے کیا جاتا ہے، بوسیدہ کو ذخیرہ کیا جاتا ہے اور پھر اسے دوبارہ محدود استعمال کے لیے پگھلا دیا جاتا ہے، اکثر شیلڈنگ بلاکس کے طور پر دوبارہ کاسٹ کیا جاتا ہے، جب کہ smelting 95% سے زیادہ صاف ایلومینیم کو بازیافت کرتا ہے۔ پگھلنے اور الیکٹرو ریفائننگ کو بھاری آلودگی سے الگ الگ ایلومینیم، اور سخت مواد کا حساب کتاب لائسنس یافتہ فضلہ راستوں کے اندر فعال حصوں کو رکھتا ہے۔

اکثر پوچھے گئے سوالات

سوال: جوہری ری ایکٹر کے اجزاء میں ایلومینیم کیوں استعمال ہوتا ہے؟
کیونکہ اس کا تھرمل نیوٹران جذب کراس- سیکشن تقریباً 0.23 بارنز ہے، جو رد عمل کے نقصانات کو کم رکھتا ہے، اور کیونکہ اس کی اعلی تھرمل چالکتا ایندھن کی پلیٹوں سے کولنٹ تک گرمی کے اخراج کو بہتر بناتی ہے۔

سوال: جوہری ایپلی کیشنز میں ایلومینیم کی بنیادی حدود کیا ہیں؟
مرکب دھاتیں تقریباً 150 ڈگری سے زیادہ طاقت کھو دیتی ہیں، بلند درجہ حرارت پر پانی کا سنکنرن تیز ہو جاتا ہے، اور ہائی نیوٹران کی روانی سوجن اور جھنجھٹ کا باعث بنتی ہے۔ اس لیے پاور ری ایکٹر اس کی بجائے زرکونیم مرکب استعمال کرتے ہیں۔

سوال: ایلومینیم جوہری ایندھن کی کلیڈنگ کے طور پر کیسے کام کرتا ہے؟
یہ تقریباً 200 ڈگری سے نیچے اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے، پانی میں ایک پتلی حفاظتی آکسائیڈ بناتا ہے-ٹھنڈا نظام۔ گڑھے کو روکنے کے لیے اسے کنٹرول شدہ واٹر کیمسٹری کی ضرورت ہوتی ہے اور یہ کمرشل پاور ری ایکٹر کے ایندھن کے لیے غیر موزوں ہے۔

سوال: جوہری نظاموں میں کون سے ایلومینیم مرکب عام ہیں؟
ساختی اجزاء کے لیے 6061-T6، کم-درجہ حرارت کی کلڈنگ کے لیے 1100، پائپنگ اور ٹینک کے لیے 5052، Al-گرم ٹیسٹ سروس کے لیے Ni-Fe گریڈز، اور سنٹرڈ ایلومینیم پاؤڈر جہاں بازی کی طاقت درکار ہے۔

س: ڈیکمیشن شدہ ری ایکٹرز سے ایلومینیم کو کیسے ری سائیکل کیا جاتا ہے؟
ایکٹیویٹڈ ہارڈویئر کو سڑنے کے لیے ذخیرہ کیا جاتا ہے تاکہ مختصر-زندہ مصنوعات جیسے سوڈیم-24 مر جائیں، پھر سروے کیا جائے اور پگھل جائے۔ سمیلٹنگ 95 فیصد سے زیادہ صاف دھات کو بحال کرتی ہے، اور کم سرگرمی والے ایلومینیم کو اکثر شیلڈنگ بلاکس میں دوبارہ کاسٹ کیا جاتا ہے۔

سوال: کیا ایلومینیم کی ایکٹیویشن بحالی کے کام کے لیے اہم ہے؟
جی ہاں، لیکن صرف مختصر طور پر. سوڈیم-24 کی نصف-زندگی تقریباً 15 گھنٹے ہوتی ہے، لہٰذا ایلومینیم کے اجزاء ایک مختصر ٹھنڈک کے بعد قابل رسائی ہو جاتے ہیں، ان اجزاء کے برعکس جو طویل عرصے تک ایکٹیویشن پروڈکٹس پر مشتمل ہوتے ہیں۔