নিউক্লিয়ার পদার্থবিজ্ঞান ও ফিউশন শক্তি (পর্ব ০৭): রিঅ্যাক্টর পদার্থবিজ্ঞান: ছয়-ফ্যাক্টর সূত্র ও রিঅ্যাক্টিভিটি ফিডব্যাক

বাণিজ্যিক পারমাণবিক বিদ্যুৎ চুল্লি এক অসাধারণ ভারসাম্য বজায় রেখে পরিচালিত হয়: এতে প্রতি সেকেন্ডে (১০^{২০})টি ফিশন বিক্রিয়া ঘটলেও কার্যকর মাল্টিপ্লিকেশন ফ্যাক্টরকে নিখুঁতভাবে (k_{ ext{eff}} = ১.০০০০০)-এ স্থির রাখতে হয়। নিউট্রনের এই জীবনচক্র নিয়ন্ত্রিত হয় বিখ্যাত ছয়-ফ্যাক্টর সমীকরণ (Six-Factor Formula) দ্বারা, আর যেকোনো বিপর্যয় থেকে চুল্লির নিরাপত্তা নিশ্চিত করে এর অন্তর্নিহিত ঋণাত্মক রিঅ্যাক্টিভিটি ফিডব্যাক।

১. চার-ফ্যাক্টর ও ছয়-ফ্যাক্টর সমীকরণ

একটি অসীম আয়তনের মাধ্যমে নিউট্রনের বৃদ্ধি পরিচালিত হয় চার-ফ্যাক্টর সূত্র দিয়ে:

[
k_infty = ta cdot f cdot p cdot psilon
]

1. (ta) (রিপ্রোডাকশন ফ্যাক্টর): জ্বালানিতে শোষিত প্রতি তাপীয় নিউট্রনের বিপরীতে উৎপন্ন নতুন নিউট্রন সংখ্যা।
2. (f) (থার্মাল ইউটিলাইজেশন ফ্যাক্টর): তাপীয় নিউট্রনটি অপদ্রব্যে নষ্ট না হয়ে জ্বালানি দ্বারা শোষিত হওয়ার সম্ভাবনা।
3. (p) (রেজোন্যান্স এস্কেপ সম্ভাবনা): দ্রুত নিউট্রনগুলো মডারেট হওয়ার সময় ইউরেনিয়াম-২৩৮-এর মারাত্মক রেজোন্যান্স ফাঁদে আটকা না পড়ে বেঁচে থাকার সম্ভাবনা। ফুয়েলকে রড আকারে বানিয়ে (p)-এর মান ০.৬ থেকে ০.৯-এ উন্নীত করা হয়।
4. (psilon) (ফাস্ট ফিশন ফ্যাক্টর): দ্রুত নিউট্রন দ্বারা অতিরিক্ত ফিশন ঘটার কারণে নিউট্রন সংখ্যার সামান্য বৃদ্ধি ((approx ১.০৫))।

বাস্তব সসীম চুল্লিতে কোর থেকে নিউট্রন বাইরে পালিয়ে যাওয়া ঠেকাতে নন-লিকেজ সম্ভাবনা যুক্ত করে পাওয়া যায় ছয়-ফ্যাক্টর সূত্র:

[
k_{ ext{eff}} = ta cdot f cdot p cdot psilon cdot P_{ ext{NL,fast}} cdot P_{ ext{NL,thermal}} = ১.০০০০
]

২. রিঅ্যাক্টিভিটি ও প্রম্পট ক্রিটিক্যাল বিপদ

ভারসাম্য থেকে সামান্য বিচ্যুতিকে বলে রিঅ্যাক্টিভিটি ((
ho = rac{k-1}{k}))। বিলম্বিত নিউট্রন ভগ্নাংশকে এক ডলার (($১.০০ = beta approx ০.০০৬৫)) ধরা হয়। রিঅ্যাক্টিভিটি এক ডলারের নিচে থাকলে চুল্লি যান্ত্রিকভাবে পুরোপুরি নিরাপদ। কিন্তু যদি (
ho ge $১.০০) হয়, তবে চুল্লি প্রম্পট-ক্রিটিক্যাল হয়ে যায় এবং মিলিসেকেন্ডের মধ্যে শক্তি কোটি গুণ বেড়ে গিয়ে বিস্ফোরণ ঘটাতে পারে।

৩. প্যাসিভ নিরাপত্তা ও ডপলার তাপমাত্রা সহগ

চুল্লি যাতে কখনো প্রম্পট-ক্রিটিক্যাল হতে না পারে, সেজন্য আধুনিক চুল্লিতে প্রাকৃতিক ঋণাত্মক ফিডব্যাক তৈরি করা হয়:

1. ডপলার সহগ ((partial
   ho / partial T < ০)): তাপমাত্রা বাড়লে ইউরেনিয়াম-২৩৮ পরমাণুগুলো প্রচণ্ডভাবে কাঁপতে থাকে। ডপলার ক্রিয়ার কারণে এর রেজোন্যান্স চূড়াগুলো চওড়া হয়ে অতিরিক্ত নিউট্রন গিলে ফেলে, ফলে কোনো যান্ত্রিক সাহায্য ছাড়াই মাইক্রোসেকেন্ডের মধ্যে চুল্লির ক্ষমতা নিজে থেকেই কমে যায়।
2. ভয়েড সহগ: পানি গরম হয়ে বাষ্পের বুদবুদ (ভয়েড) তৈরি হলে মডারেশন কমে যায়, ফলে ফিশন বিক্রিয়া বন্ধ হয়ে যায়। (চেরনোবিল চুল্লিতে গ্রাফাইট থাকায় এই সহগ ধনাত্মক ছিল, যা দুর্ঘটনার অন্যতম প্রধান কারণ ছিল)।

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।