परमाणु ऊर्जा: परमाणु से पावर ग्रिड तक

परमाणु ऊर्जा — परमाणुओं के नाभिकों में संग्रहीत ऊर्जा को विखंडन (भारी परमाणुओं का विभाजन) या, भविष्य में, संलयन (हल्के परमाणुओं का जुड़ना) के माध्यम से मुक्त करना — मानव सभ्यता द्वारा विकसित की गई सबसे शक्तिशाली और महत्वपूर्ण तकनीकों में से एक है। किसी विखंडन रिएक्टर में एक ही श्रृंखला प्रतिक्रिया में, एक किलोग्राम यूरेनियम ईंधन से निकलने वाली ऊर्जा लगभग तीस लाख किलोग्राम कोयले को जलाने के बराबर होती है — यह ऊर्जा संकेन्द्रण इतना अत्यधिक है कि इसे पहली बार गणना करने वाले वैज्ञानिकों की कल्पना को भी चुनौती देता था।

परमाणु ऊर्जा का जन्म इतिहास के सबसे विनाशकारी हथियार कार्यक्रम — मैनहट्टन प्रोजेक्ट — से हुआ, जिसने अगस्त 1945 में हिरोशिमा और नागासाकी पर गिराए गए परमाणु बमों का निर्माण किया। हथियार से शांतिपूर्ण ऊर्जा स्रोत बनाने की यात्रा 1950 के दशक के परमाणु वैज्ञानिकों और नीति-निर्माताओं की पीढ़ी की केंद्रीय महत्वाकांक्षा थी, जिसे राष्ट्रपति Dwight Eisenhower के दिसंबर 1953 में संयुक्त राष्ट्र के समक्ष दिए गए "Atoms for Peace" भाषण में अभिव्यक्ति मिली। नागरिक ग्रिड के लिए बिजली उत्पन्न करने वाला पहला परमाणु बिजली घर 1954 में सोवियत संघ के ओब्निंस्क में खुला, इसके बाद 1956 में यूनाइटेड किंगडम में कैल्डर हॉल शुरू हुआ। बीस वर्षों के भीतर, परमाणु ऊर्जा अमेरिका, फ्रांस, जापान, यूनाइटेड किंगडम और सोवियत संघ में बिजली का एक प्रमुख स्रोत बन गई।

परमाणु ऊर्जा का वादा — बिजली "इतनी सस्ती कि मीटर लगाने की जरूरत न हो," यह कुख्यात वाक्यांश 1954 में परमाणु ऊर्जा आयोग के Lewis Strauss को (कम-ज़्यादा सटीकता के साथ) जिम्मेदार ठहराया जाता है — कभी पूरा नहीं हुआ। इसके बजाय, परमाणु ऊर्जा अब तक तैनात की गई सबसे महंगी और जटिल बिजली उत्पादन तकनीकों में से एक बन गई, जो तीव्र सार्वजनिक विवाद, कड़ी नियामक आवश्यकताओं और विनाशकारी दुर्घटनाओं — 1957 में विंडस्केल, 1979 में थ्री माइल आइलैंड, 1986 में चेर्नोबिल, 2011 में फुकुशिमा दाइची — के अधीन रही, जिन्होंने दुनिया भर में जनमत और ऊर्जा नीति को प्रभावित किया।

फिर भी परमाणु ऊर्जा वैश्विक स्तर पर बिजली का एक प्रमुख स्रोत बनी हुई है — 2020 के दशक में यह दुनिया की लगभग दस प्रतिशत बिजली की आपूर्ति कर रही है — और इसमें रुचि का एक महत्वपूर्ण पुनरुत्थान देखा जा रहा है। ऊर्जा सुरक्षा को लेकर चिंताओं और अकेले नवीकरणीय ऊर्जा से बिजली प्रणालियों को कार्बन-मुक्त करने की कठिनाई ने परमाणु ऊर्जा की भूमिका पर पुनर्विचार को प्रेरित किया है। उन्नत परमाणु रिएक्टर डिज़ाइन, छोटे मॉड्यूलर रिएक्टर (SMRs), और लंबे समय से पोषित परमाणु संलयन के लक्ष्य — इन सभी ने इक्कीसवीं सदी के शुरुआती वर्षों में नए सिरे से निवेश और ध्यान आकर्षित किया है।

रेडियोधर्मिता और परमाणु विखंडन की खोज

परमाणु ऊर्जा की वैज्ञानिक नींव उन्नीसवीं सदी के अंत और बीसवीं सदी के शुरुआती दशकों में हुई खोजों की एक श्रृंखला से रखी गई, जिन्होंने परमाणु नाभिक के अस्तित्व और उसमें बंधी असाधारण ऊर्जाओं को उजागर किया।

Wilhelm Röntgen ने 1895 में एक्स-रे की खोज की, जो पदार्थ से भेदक विकिरण का पहला प्रमाण था। Henri Becquerel ने 1896 में प्राकृतिक रेडियोधर्मिता की खोज की, जब उन्होंने पाया कि यूरेनियम यौगिक बिना प्रकाश के संपर्क में आए भी फोटोग्राफिक प्लेटों को प्रभावित करने में सक्षम विकिरण उत्सर्जित करते हैं। Marie Curie और Pierre Curie ने रेडियोधर्मिता (यह शब्द Marie Curie ने गढ़ा था) का व्यवस्थित अध्ययन किया और 1898 में रेडियोधर्मी तत्वों पोलोनियम (Marie की मातृभूमि पोलैंड के नाम पर) और रेडियम की खोज की। Marie Curie को 1903 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार (Pierre Curie और Henri Becquerel के साथ संयुक्त रूप से) और 1911 में रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार मिला — वे दो अलग-अलग विज्ञान क्षेत्रों में नोबेल पुरस्कार पाने वाली एकमात्र व्यक्ति हैं, और नोबेल पुरस्कार पाने वाली पहली महिला भी।

Ernest Rutherford के 1909 के गोल्ड फॉयल प्रयोग (जिसे Hans Geiger और Ernest Marsden ने Rutherford के निर्देशन में संचालित किया था) से यह स्थापित हुआ कि परमाणुओं में एक अत्यंत छोटा, घना और धनात्मक आवेश युक्त नाभिक होता है, जो पहले की धारणा से कहीं अधिक रिक्त स्थान से घिरा होता है। Rutherford पहले ही यह खोज कर चुके थे कि रेडियोधर्मिता में एक तत्व का दूसरे तत्व में रूपांतरण होता है — अल्फा क्षय से यूरेनियम थोरियम में बदलता है, और बीटा क्षय से थोरियम प्रोटैक्टिनियम में — इसी कार्य के लिए उन्हें 1908 में रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार प्राप्त हुआ। 1917 में, Rutherford कृत्रिम परमाणु रूपांतरण करने वाले पहले व्यक्ति बने, जब उन्होंने नाइट्रोजन पर अल्फा कणों की बौछार करके ऑक्सीजन और हाइड्रोजन उत्पन्न किए।

1932 में James Chadwick द्वारा न्यूट्रॉन की खोज, परमाणु विखंडन के विकास में वह महत्वपूर्ण कड़ी साबित हुई जो अब तक अनुपस्थित थी। धनात्मक आवेश युक्त प्रोटॉन और ऋणात्मक आवेश युक्त इलेक्ट्रॉन के विपरीत, न्यूट्रॉन पर कोई विद्युत आवेश नहीं होता, और इसीलिए धनात्मक नाभिक उसे प्रतिकर्षित नहीं करता। यही विशेषता न्यूट्रॉन को प्रोटॉन या अल्फा कणों की तुलना में परमाणु नाभिकों में प्रवेश करने और परमाणु अभिक्रियाएँ प्रेरित करने में कहीं अधिक प्रभावशाली बनाती है।

Enrico Fermi और उनके रोम स्थित सहयोगियों ने 1934 में विभिन्न तत्वों पर न्यूट्रॉन बमबारी के प्रयोगों के दौरान यह खोज की कि धीमे न्यूट्रॉन (जिनकी गति किसी मंदक पदार्थ से गुज़रने के कारण कम हो जाती है) तीव्र न्यूट्रॉन की तुलना में परमाणु अभिक्रियाएँ प्रेरित करने में कहीं अधिक प्रभावी होते हैं। यह खोज — कि एक मंदक न्यूट्रॉन बमबारी की प्रभावशीलता को नाटकीय रूप से बढ़ा सकता है — नियंत्रित श्रृंखला अभिक्रिया की दिशा में एक निर्णायक कदम था।

परमाणु विखंडन की स्वयं की खोज दिसंबर 1938 में बर्लिन में Otto Hahn और Fritz Strassmann ने की, जब उन्होंने पाया कि न्यूट्रॉन से बमबारी किए गए यूरेनियम ने बेरियम — एक बहुत हल्का तत्व — उत्पन्न किया, न कि वे भारी तत्व जिनकी उन्हें सामान्य परमाणु अवशोषण से अपेक्षा थी। Lise Meitner और उनके भांजे Otto Frisch, जो नाज़ी जर्मनी से भागकर क्रमशः स्वीडन और डेनमार्क पहुँचे थे, ने इसका सैद्धांतिक स्पष्टीकरण दिया: यूरेनियम नाभिक वास्तव में दो लगभग बराबर टुकड़ों में विभाजित हो गया था, और Einstein के समीकरण E=mc² के अनुरूप असाधारण मात्रा में ऊर्जा मुक्त हुई थी। Meitner और Frisch ने इस प्रक्रिया के लिए "fission" (विखंडन) शब्द गढ़ा। एक एकल विखंडन घटना में मुक्त होने वाली ऊर्जा — लगभग 200 मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट, जबकि एक सामान्य रासायनिक अभिक्रिया में लगभग 4 इलेक्ट्रॉन वोल्ट — रासायनिक दहन की ऊर्जा से लगभग पाँच करोड़ गुना अधिक थी।

मैनहट्टन परियोजना और परमाणु बम

जिन भौतिकविदों को Hahn और Strassmann की खोज के निहितार्थ समझ आए, उन्हें यह तुरंत स्पष्ट हो गया कि परमाणु विखंडन का उपयोग अभूतपूर्व विनाशकारी शक्ति वाला विस्फोटक उपकरण बनाने में किया जा सकता है। अगस्त 1939 में, Albert Einstein ने Leo Szilard (संयुक्त राज्य अमेरिका में कार्यरत एक अन्य हंगेरियाई मूल के भौतिकविद) द्वारा तैयार किया गया एक पत्र राष्ट्रपति Franklin Roosevelt को हस्ताक्षरित करके भेजा, जिसमें उन्हें परमाणु हथियारों की संभावना और इस खतरे से सावधान किया गया कि जर्मनी — जिसकी पहुँच बेल्जियन कांगो के यूरेनियम और विश्व के कुछ अग्रणी परमाणु भौतिकविदों तक थी — इनके विकास में जुटा हो सकता है।

Roosevelt ने प्रारंभिक शोध को अनुमति दी, किंतु अमेरिकी परमाणु हथियार कार्यक्रम — मैनहट्टन परियोजना — दिसंबर 1941 में पर्ल हार्बर पर जापानी हमले के बाद ही पूरी तरह संगठित और वित्त पोषित हो सका। न्यू मेक्सिको के लॉस अलामोस में J. Robert Oppenheimer के वैज्ञानिक निर्देशन और जनरल Leslie Groves के संगठनात्मक नेतृत्व में, मैनहट्टन परियोजना ने संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा में विभिन्न स्थानों पर लगभग 1,30,000 लोगों को रोज़गार दिया। इस परियोजना पर 1945 के मूल्यों के अनुसार लगभग दो अरब डॉलर खर्च हुए — जो आज के संदर्भ में लगभग पच्चीस अरब डॉलर के बराबर है — और यह उस समय तक का इतिहास का सबसे बड़ा एकल वैज्ञानिक एवं अभियांत्रिकी कार्यक्रम था।

मैनहट्टन परियोजना की वैज्ञानिक और तकनीकी चुनौतियाँ अत्यंत कठिन थीं। विखंडन बम बनाने के लिए दो समानांतर रास्ते अपनाए गए: एक यूरेनियम बम जिसमें यूरेनियम-235 (एक दुर्लभ समस्थानिक, जिसे टेनेसी के ओक रिज में स्थित समस्थानिक पृथक्करण संयंत्रों द्वारा कहीं अधिक प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले यूरेनियम-238 से अलग करना आवश्यक था) का उपयोग किया जाना था, और एक प्लूटोनियम बम जिसमें प्लूटोनियम-239 (परमाणु रिएक्टरों में यूरेनियम-238 पर विकिरण डालकर उत्पादित) का उपयोग होना था — इनमें से पहला रिएक्टर "शिकागो पाइल-1" था, जिसने 2 दिसंबर 1942 को शिकागो विश्वविद्यालय के स्टैग फील्ड की दीर्घाओं के नीचे Enrico Fermi के ऐतिहासिक प्रयोग में क्रांतिकता हासिल की।

16 जुलाई 1945 को न्यू मेक्सिको के रेगिस्तान में हुए ट्रिनिटी परीक्षण में दुनिया के पहले परमाणु उपकरण — एक प्लूटोनियम इम्प्लोज़न बम — का विस्फोट किया गया, जिसकी विस्फोटक क्षमता लगभग बीस किलोटन थी। Oppenheimer ने भगवद्गीता की एक पंक्ति याद करते हुए कहा था: "अब मैं मृत्यु बन गया हूँ, संसारों का विनाशक।" तीन सप्ताह बाद, 6 अगस्त को हिरोशिमा पर यूरेनियम बम "लिटिल बॉय" गिराया गया, और 9 अगस्त को नागासाकी पर प्लूटोनियम बम "फैट मैन" गिराया गया, जिसमें कुल मिलाकर अनुमानतः 1,30,000 से 2,26,000 लोगों की जानें गईं और 15 अगस्त 1945 को जापान के आत्मसमर्पण में योगदान हुआ, जिससे द्वितीय विश्व युद्ध का अंत हुआ।

शीत युद्ध की परमाणु हथियार होड़

परमाणु हथियारों पर अमेरिका का एकाधिकार केवल चार वर्ष ही टिक सका। सोवियत संघ ने 29 अगस्त 1949 को अपना पहला परमाणु उपकरण परखा — "आरडीएस-1" या "जो-1", जो जासूसी के ज़रिए हासिल अमेरिकी फैट मैन डिज़ाइन की नकल थी — और यह परीक्षण अधिकांश पश्चिमी विश्लेषकों के अनुमान से पहले हुआ। ब्रिटेन ने अक्टूबर 1952 में अपना पहला परमाणु उपकरण परखा; फ्रांस ने फरवरी 1960 में; चीन ने अक्टूबर 1964 में; भारत ने मई 1974 में; और पाकिस्तान ने मई 1998 में।

शीत युद्ध की परमाणु हथियार होड़ ने अमेरिका और सोवियत दोनों पक्षों के पास दसियों हज़ार परमाणु वारहेड का जखीरा खड़ा कर दिया। इनकी आपूर्ति प्रणालियों में अंतरमहाद्वीपीय बैलिस्टिक मिसाइलें (आईसीबीएम), पनडुब्बी से दागी जाने वाली बैलिस्टिक मिसाइलें (एसएलबीएम), और रणनीतिक बमवर्षक विमान शामिल थे, जो तीस मिनट के भीतर पृथ्वी पर कहीं भी वारहेड पहुँचाने में सक्षम थे। 1980 के दशक में हथियार होड़ के चरम पर, संयुक्त राज्य अमेरिका के पास लगभग 30,000 और सोवियत संघ के पास लगभग 45,000 परमाणु वारहेड थे।

हाइड्रोजन बम — एक थर्मोन्यूक्लियर हथियार जो हाइड्रोजन समस्थानिकों के संलयन को प्रज्वलित करने के लिए विखंडन बम का उपयोग करता है और एक शुद्ध विखंडन उपकरण की तुलना में कहीं अधिक ऊर्जा छोड़ता है — का परीक्षण सबसे पहले संयुक्त राज्य अमेरिका ने नवंबर 1952 में किया (आइवी माइक परीक्षण, जिसकी विस्फोटक क्षमता लगभग दस मेगाटन थी — हिरोशिमा बम से लगभग पाँच सौ गुना अधिक) और सोवियत संघ ने अगस्त 1953 में। अब तक विस्फोट किया गया सबसे शक्तिशाली परमाणु हथियार सोवियत ज़ार बोम्बा था, जिसका परीक्षण अक्टूबर 1961 में लगभग पचास मेगाटन की क्षमता के साथ किया गया — हिरोशिमा बम से लगभग तीन हज़ार गुना अधिक।

शांति के लिए परमाणु और नागरिक परमाणु ऊर्जा का जन्म

परमाणु हथियारों से परमाणु ऊर्जा की ओर का यह बदलाव आदर्शवादी और रणनीतिक दोनों प्रकार की प्रेरणाओं से संचालित था। मैनहट्टन परियोजना में भाग लेने वाले परमाणु वैज्ञानिक उस विनाशकारी शक्ति के प्रति गहराई से सचेत थे जिसे बनाने में उनका हाथ था, और वे यह दर्शाने के लिए उत्सुक थे कि वही तकनीक शांतिपूर्ण लाभ भी प्रदान कर सकती है। संयुक्त राज्य अमेरिका, यूनाइटेड किंगडम और सोवियत संघ की सरकारें नागरिक परमाणु ऊर्जा को परमाणु प्रौद्योगिकी की सकारात्मक संभावनाओं को प्रदर्शित करने के साधन के रूप में और अंतर्राष्ट्रीय प्रभाव के लिए चल रही शीत युद्ध प्रतिस्पर्धा में एक कूटनीतिक उपकरण के रूप में देखती थीं।

8 दिसंबर 1953 को संयुक्त राष्ट्र महासभा में Eisenhower के "शांति के लिए परमाणु" भाषण ने एक अंतर्राष्ट्रीय एजेंसी (जो बाद में अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी, अर्थात आईएईए बनी, जिसकी स्थापना 1957 में हुई) का प्रस्ताव रखा, जो परमाणु ऊर्जा के शांतिपूर्ण उपयोग को बढ़ावा दे और परमाणु हथियारों के प्रसार को रोके। इस भाषण ने संयुक्त राज्य अमेरिका और उसके सहयोगी देशों में नागरिक परमाणु विकास के एक गहन दशक की शुरुआत की, और परमाणु उद्योग बिजली उत्पादन की अर्थव्यवस्था को बदल देने की परमाणु ऊर्जा की संभावनाओं को लेकर आशावादी था।

सोवियत संघ ने 27 जून, 1954 को मॉस्को के निकट ओब्निन्स्क में दुनिया का पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र खोला। ओब्निन्स्क संयंत्र में ग्रेफाइट-मॉडरेटेड, जल-शीतलित रिएक्टर डिज़ाइन का उपयोग किया गया था और इसकी उत्पादन क्षमता पाँच मेगावाट थी — जो 1950 के दशक के मानकों के अनुसार भी साधारण थी, किंतु नागरिक उपयोग के पहले परमाणु ऊर्जा स्टेशन के रूप में ऐतिहासिक दृष्टि से अत्यंत महत्त्वपूर्ण थी। ओब्निन्स्क संयंत्र 2002 तक संचालित रहा और उसने न केवल बिजली की आपूर्ति की, बल्कि सोवियत संघ को एक महत्त्वपूर्ण प्रचार-लाभ भी दिलाया।

यूनाइटेड किंगडम ने 17 अक्टूबर, 1956 को कंबरलैंड (अब कुम्ब्रिया) के विंडस्केल में कैल्डर हॉल का उद्घाटन किया, जिसमें महारानी एलिज़ाबेथ द्वितीय ने भाग लिया। कैल्डर हॉल में गैस-कूल्ड, ग्रेफाइट-मॉडरेटेड रिएक्टर डिज़ाइन (मैग्नॉक्स रिएक्टर) का उपयोग किया गया था, जिसे मूल रूप से परमाणु हथियारों के लिए प्लूटोनियम उत्पादन हेतु तैयार किया गया था, लेकिन यह बिजली भी उत्पन्न करता था। मैग्नॉक्स डिज़ाइन ब्रिटेन के लिए अनूठा था और यही ब्रिटिश परमाणु ऊर्जा स्टेशनों की पहली पीढ़ी का आधार बना।

संयुक्त राज्य अमेरिका का पहला नागरिक परमाणु ऊर्जा स्टेशन — पेंसिल्वेनिया स्थित शिप्पिंगपोर्ट एटॉमिक पावर स्टेशन — ने 2 दिसंबर, 1957 को पहली बार क्रिटिकैलिटी हासिल की और राष्ट्रपति Eisenhower ने 26 मई, 1958 को इसका आधिकारिक उद्घाटन किया। इसमें प्रेशराइज़्ड वॉटर रिएक्टर (PWR) डिज़ाइन का उपयोग किया गया था, जो USS Nautilus — दुनिया की पहली परमाणु पनडुब्बी — को शक्ति देने वाले रिएक्टरों से विकसित हुआ था। शिप्पिंगपोर्ट की उत्पादन क्षमता साठ मेगावाट थी और यह अक्टूबर 1982 तक संचालित रहा। इसने PWR डिज़ाइन को प्रमाणित किया, जो आगे चलकर दुनिया भर में सर्वाधिक अपनाया जाने वाला रिएक्टर प्रकार बन गया।

PWR डिज़ाइन — जिसमें दबाव में रखा पानी रिएक्टर कोर को ठंडा भी करता है और परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया को नियंत्रित भी करता है, जिससे कोर में उबाल नहीं आता — को अमेरिकी नौसेना ने एडमिरल Hyman Rickover के नेतृत्व में पनडुब्बी प्रणोदन हेतु विकसित किया था। Rickover एक कठोर और दूरदर्शी इंजीनियर थे, जिन्होंने असाधारण दृढ़ता के साथ नौसैनिक परमाणु प्रणोदन के विकास को आगे बढ़ाया। 1954 में लॉन्च की गई USS Nautilus ने जनवरी 1955 में परमाणु ऊर्जा पर अपनी पहली यात्रा पूरी की और 1958 में आर्कटिक बर्फ के नीचे से गुज़रते हुए भौगोलिक उत्तरी ध्रुव तक पहुँचने वाली पहली नौकायान बनी। Rickover के नौसैनिक परमाणु कार्यक्रम ने न केवल वे पनडुब्बियाँ और विमानवाहक पोत तैयार किए जो अमेरिकी नौसैनिक शक्ति की रीढ़ बने, बल्कि वह रिएक्टर तकनीक और सुरक्षा संस्कृति भी प्रदान की जिसने अमेरिकी नागरिक परमाणु उद्योग को आकार दिया।

रिएक्टर के प्रकार और परमाणु प्रौद्योगिकी

परमाणु रिएक्टर — वह उपकरण जो ऊष्मा उत्पन्न करने के लिए परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया को निरंतर बनाए रखता और नियंत्रित करता है, जिसका उपयोग बाद में पारंपरिक भाप टर्बाइन प्रणाली से बिजली उत्पन्न करने में होता है — कई प्रमुख प्रकारों में आता है, जिनमें से प्रत्येक ईंधन, मॉडरेटर और शीतलक के विभिन्न चयनों को दर्शाता है।

प्रेशराइज़्ड वॉटर रिएक्टर (PWR) मॉडरेटर और शीतलक दोनों के रूप में साधारण पानी (लाइट वॉटर) का उपयोग करता है। प्राथमिक परिपथ में पानी को उबलने से रोकने के लिए उसे उच्च दबाव (लगभग 155 बार) में रखा जाता है; रिएक्टर कोर की ऊष्मा को एक स्टीम जनरेटर के माध्यम से द्वितीयक जल परिपथ में स्थानांतरित किया जाता है और द्वितीयक भाप टर्बाइन को चलाती है। PWR दुनिया में सर्वाधिक तैनात रिएक्टर प्रकार है, जिसका उपयोग संयुक्त राज्य अमेरिका, फ्राँस, जापान, रूस, चीन, दक्षिण कोरिया और कई अन्य देशों में होता है।

बॉइलिंग वॉटर रिएक्टर (BWR) भी मॉडरेटर और शीतलक के रूप में लाइट वॉटर का उपयोग करता है, लेकिन इसमें रिएक्टर पात्र में पानी को उबलने दिया जाता है और उससे उत्पन्न भाप सीधे टर्बाइन को चलाती है। BWR का डिज़ाइन PWR की तुलना में सरल है (कोई अलग स्टीम जनरेटर या द्वितीयक परिपथ नहीं), लेकिन इसमें टर्बाइन प्रणाली में कुछ रेडियोधर्मी संदूषण की संभावना रहती है, जिसके लिए सावधानीपूर्वक विकिरण परिरक्षण और रखरखाव प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। BWR का उपयोग मुख्यतः संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान और कुछ अन्य देशों में किया जाता है।

CANDU रिएक्टर (Canadian Deuterium Uranium), जिसे Atomic Energy of Canada Limited ने विकसित किया था, भारी पानी (जिसमें साधारण हाइड्रोजन की बजाय ड्यूटेरियम होता है) को मॉडरेटर और शीतलक — दोनों के रूप में उपयोग करता है। CANDU की सबसे बड़ी खासियत यह है कि यह बिना संवर्धित प्राकृतिक यूरेनियम को ईंधन के रूप में इस्तेमाल कर सकता है, जिससे यूरेनियम संवर्धन तकनीक की ज़रूरत नहीं पड़ती — जो कि महंगी भी है और संभावित रूप से हथियार निर्माण में भी काम आ सकती है। CANDU रिएक्टर कनाडा, भारत, दक्षिण कोरिया, रोमानिया, चीन और अर्जेंटीना में उपयोग में हैं।

ग्रेफाइट-मॉडरेटेड RBMK रिएक्टर एक सोवियत डिज़ाइन था, जिसका उपयोग चेर्नोबिल और अन्य सोवियत तथा रूसी बिजलीघरों में किया गया था। RBMK (Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalnyy, यानी हाई-पावर चैनल-टाइप रिएक्टर) ग्रेफाइट को मॉडरेटर और पानी को शीतलक के रूप में उपयोग करता है, जिसमें ईंधन को ग्रेफाइट मैट्रिक्स से गुज़रने वाली प्रेशर ट्यूब्स में रखा जाता है। इस डिज़ाइन की खूबी यह थी कि इसमें रिएक्टर को बंद किए बिना ऑनलाइन ईंधन भरा जा सकता था और यह हल्के से संवर्धित यूरेनियम का उपयोग कर सकता था। लेकिन इसमें एक खतरनाक डिज़ाइन दोष था: यह कम शक्ति पर अस्थिर हो जाता था — जब शीतलक उबलने लगता था तो रिएक्टर की शक्ति घटने की बजाय बढ़ने लगती थी। इस भौतिक स्थिति को "पॉज़िटिव वॉइड कोएफिशिएंट" कहते हैं। इसी अस्थिरता ने सीधे तौर पर चेर्नोबिल दुर्घटना को जन्म दिया।

गैस-कूल्ड रिएक्टर (GCR), जैसा कि ब्रिटिश Magnox और Advanced Gas-cooled Reactor (AGR) डिज़ाइन में उपयोग किया गया है, कार्बन डाइऑक्साइड गैस को शीतलक और ग्रेफाइट को मॉडरेटर के रूप में इस्तेमाल करता है। गैस कूलिंग से प्राप्त उच्च तापमान और ग्रेफाइट मॉडरेशन के उपयोग से GCR की ताप दक्षता अच्छी रहती है और इसमें प्राकृतिक या हल्के संवर्धित यूरेनियम ईंधन का उपयोग संभव है। हालाँकि, ये डिज़ाइन पानी से ठंडे रिएक्टरों की तुलना में अधिक महंगे साबित हुए और यूनाइटेड किंगडम के बाहर इन्हें व्यापक रूप से नहीं अपनाया गया।

फास्ट ब्रीडर रिएक्टर (FBR) श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए रखने के लिए तेज़ न्यूट्रॉन (बिना मॉडरेशन के) का उपयोग करते हैं और गैर-विखंडनीय यूरेनियम-238 से नई विखंडनीय सामग्री (प्लूटोनियम) "ब्रीड" कर सकते हैं — यानी संभावित रूप से जितना ईंधन खपत करते हैं, उससे अधिक उत्पन्न कर सकते हैं। प्रायोगिक और प्रदर्शन FBR सोवियत संघ/रूस, फ्रांस, यूनाइटेड किंगडम, जापान, भारत और संयुक्त राज्य अमेरिका में बनाए गए हैं, लेकिन तकनीकी जटिलता, उच्च लागत और प्लूटोनियम उत्पादन की राजनीतिक संवेदनशीलता के संयोजन ने इसे व्यापक व्यावसायिक तैनाती से दूर रखा है।

परमाणु दुर्घटनाएँ और उनके परिणाम

तीन प्रमुख परमाणु दुर्घटनाओं ने दुनिया भर में परमाणु ऊर्जा के विकास और उसकी सार्वजनिक धारणा पर गहरा प्रभाव डाला है: विंडस्केल (1957), थ्री माइल आइलैंड (1979), चेर्नोबिल (1986) और फुकुशिमा दाइइची (2011)।

10 अक्टूबर 1957 की विंडस्केल आग एक ग्रेफाइट-मॉडरेटेड एयर-कूल्ड रिएक्टर (विंडस्केल पाइल, जो कैल्डर हॉल रिएक्टरों से अलग था) में हुई थी, जिसका उपयोग ब्रिटिश परमाणु हथियारों के लिए प्लूटोनियम उत्पादन में किया जाता था। ग्रेफाइट में संग्रहीत ऊर्जा ("विग्नर एनर्जी" प्रभाव — विकिरण से क्षतिग्रस्त ग्रेफाइट में) को मुक्त करने के उद्देश्य से की गई एक हीटिंग प्रक्रिया गलत हो गई, जिससे यूरेनियम ईंधन और ग्रेफाइट मॉडरेटर में आग लग गई। यह आग कई दिनों तक जलती रही और इससे आयोडीन-131 सहित (जो थायरॉइड ग्रंथि में जमा हो सकता है) रेडियोधर्मी प्रदूषण उत्तरी इंग्लैंड और उत्तर-पश्चिमी यूरोप के कुछ हिस्सों में फैल गया। प्रभावित क्षेत्र की गायों का दूध ज़ब्त करके नष्ट कर दिया गया। इस दुर्घटना में तत्काल कोई मृत्यु नहीं हुई, लेकिन अनुमान है कि बाद के वर्षों में इसके कारण लगभग 240 कैंसर के मामले सामने आए, जिनमें शायद 33 मौतें हुईं। विंडस्केल पाइल को स्थायी रूप से बंद कर दिया गया; इसे हटाने का काम आज भी जारी है।

28 मार्च, 1979 को पेन्सिलवेनिया के हैरिसबर्ग के निकट स्थित थ्री माइल आइलैंड परमाणु ऊर्जा केंद्र की यूनिट 2 में हुई थ्री माइल आइलैंड दुर्घटना में, उपकरणों की एक के बाद एक खराबियों और ऑपरेटरों की गलतियों के चलते रिएक्टर कोर का आंशिक रूप से पिघलाव हो गया। इस दुर्घटना से थोड़ी मात्रा में रेडियोधर्मी गैसें बाहर निकलीं और इसमें किसी की प्रत्यक्ष मृत्यु नहीं हुई, लेकिन इस पूरे नाटकीय सार्वजनिक संकट के संयोजन ने — जिसमें आसपास के इलाके से लाखों लोगों का पलायन, अधिकारियों के परस्पर विरोधाभासी बयान और मीडिया का व्यापक कवरेज शामिल था — परमाणु सुरक्षा के बारे में अमेरिकी जनता की धारणा को मूल रूप से बदल दिया। इस दुर्घटना के बाद संयुक्त राज्य अमेरिका में परमाणु नियमन, ऑपरेटर प्रशिक्षण और आपातकालीन योजना में बड़े बदलाव किए गए।

26 अप्रैल, 1986 को यूक्रेनी सोवियत समाजवादी गणराज्य (अब यूक्रेन) में स्थित चेर्नोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र की यूनिट 4 में हुई चेर्नोबिल दुर्घटना इतिहास की सबसे भीषण परमाणु दुर्घटना थी। असुरक्षित परिस्थितियों में किए जा रहे एक सुरक्षा परीक्षण के दौरान — जब रिएक्टर अपने अस्थिर परिचालन क्षेत्र में कम शक्ति पर चल रहा था — शक्ति के अनियंत्रित उछाल से भाप विस्फोट हुआ जिसने रिएक्टर वेसल का ऊपरी हिस्सा उड़ा दिया, इमारत को तबाह कर दिया और रिएक्टर कोर को वायुमंडल के सामने उजागर कर दिया। इसके बाद लगी ग्रेफाइट की आग दस दिनों तक जलती रही, जिससे सोवियत संघ और यूरोप भर में भारी मात्रा में रेडियोधर्मी प्रदूषण फैल गया। इस दुर्घटना में प्रत्यक्ष रूप से इकतीस लोगों की मृत्यु हुई (दो विस्फोट से, अट्ठाईस की मृत्यु उसके बाद के महीनों में तीव्र विकिरण सिंड्रोम से, और एक की हृदयाघात से); दीर्घकालिक सार्वजनिक स्वास्थ्य परिणामों का अनुमान, प्रयुक्त पद्धति के आधार पर, कैंसर से हजारों से लेकर दसियों हजार अतिरिक्त मौतों के बीच लगाया गया है, हालाँकि सटीक संख्या अभी भी विवादित है।

11 मार्च, 2011 को हुई फुकुशिमा दाइची दुर्घटना तोहोकू भूकंप और सुनामी से उत्पन्न हुई थी, जिसने जापान के तट को तहस-नहस कर दिया, परमाणु संयंत्र की समुद्री दीवार को ध्वस्त कर दिया और आपातकालीन शीतलन प्रणालियों को निष्क्रिय कर दिया। सुनामी के बाद के दिनों में छह में से तीन रिएक्टर यूनिटों में पिघलाव हुआ; हाइड्रोजन विस्फोटों से रिएक्टर भवन क्षतिग्रस्त हो गए; और बड़ी मात्रा में रेडियोधर्मी पदार्थ बाहर निकले। आसपास के इलाके से लगभग 154,000 लोगों को निकाला गया। फुकुशिमा में विकिरण से कोई तत्काल मृत्यु नहीं हुई, लेकिन निकासी के तनाव ने विस्थापितों में बुजुर्ग और बीमार लोगों की अनुमानित एक से दो हजार मौतों में योगदान दिया।

देश के अनुसार परमाणु ऊर्जा

परमाणु ऊर्जा क्षमता का वैश्विक वितरण शीत युद्ध के दौर से लेकर वर्तमान तक के परमाणु विकास के इतिहास को दर्शाता है, जिसमें पश्चिमी परमाणु क्षमता में संयुक्त राज्य अमेरिका और फ्रांस का वर्चस्व है, और रूस, चीन, दक्षिण कोरिया तथा जापान अन्य प्रमुख संचालक देश हैं।

संयुक्त राज्य अमेरिका के पास विश्व की सबसे बड़ी स्थापित परमाणु क्षमता है — 54 स्थलों पर लगभग 93 सक्रिय परमाणु रिएक्टर, जो अमेरिका की लगभग 19-20 प्रतिशत बिजली उत्पन्न करते हैं। अमेरिकी परमाणु संयंत्र मुख्यतः 1970 से 1990 के बीच बनाए गए थे; 1970 के दशक के अंत से अमेरिका में आदेशित कोई भी नया परमाणु संयंत्र पूरा नहीं हुआ है (जॉर्जिया में वोगटल विस्तार इकाइयों को छोड़कर, जो 2023-2024 में पूरी हुईं)। थ्री माइल आइलैंड दुर्घटना के परिणामों, निर्माणाधीन संयंत्रों पर लागत की अधिकता और प्राकृतिक गैस की गिरती कीमतों के संयोजन ने चार दशकों तक नए परमाणु निर्माण को रोके रखा।

फ्रांस में बिजली उत्पादन में परमाणु ऊर्जा की हिस्सेदारी दुनिया में सबसे अधिक है — ऐतिहासिक रूप से फ्रांस की लगभग 70-75 प्रतिशत बिजली उसके 56 चालू रिएक्टरों से उत्पन्न होती रही है। फ्रांस का विशाल परमाणु कार्यक्रम — जिसे 1970 के दशक के मध्य से 1990 के दशक के अंत तक राज्य की ऊर्जा कंपनी Electricité de France (EDF) ने एक मानकीकृत डिज़ाइन पद्धति के तहत बनाया, जिससे निर्माण लागत अमेरिका की तुलना में कम रही — 1970 के दशक के तेल संकट के बाद फ्रांसीसी ऊर्जा स्वतंत्रता सुनिश्चित करने के लिए एक सुविचारित नीतिगत निर्णय था। फ्रांसीसी परमाणु निर्यात — EPR (यूरोपीय प्रेशराइज्ड रिएक्टर) डिज़ाइन — को यूनाइटेड किंगडम, फ़िनलैंड, चीन और संयुक्त अरब अमीरात को बेचा गया है, हालाँकि यूरोप में EPR परियोजनाओं में लागत और समय-सीमा का उल्लंघन फ्रांसीसी परमाणु उद्योग के लिए व्यावसायिक कठिनाइयाँ पैदा कर चुका है।

जापान फुकुशिमा दुर्घटना से पहले अपनी लगभग 30 प्रतिशत बिजली के लिए परमाणु ऊर्जा पर निर्भर था, जिसके बाद पूरे जापानी परमाणु बेड़े को बंद कर दिया गया। जापान एक नई नियामक व्यवस्था के तहत अपने परमाणु संयंत्रों को धीरे-धीरे पुनः शुरू कर रहा है, लेकिन 2020 के दशक के मध्य तक फुकुशिमा-पूर्व बेड़े का केवल एक छोटा हिस्सा ही सेवा में वापस आ सका है।

चीन के पास दुनिया का सबसे महत्वाकांक्षी परमाणु विस्तार कार्यक्रम है — 2024 तक लगभग 55 रिएक्टर चालू हैं और लगभग 20 और निर्माणाधीन हैं। चीन का परमाणु विस्तार आयातित डिज़ाइनों (रूसी VVER प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर, अमेरिकी AP-1000 डिज़ाइन) और स्वदेशी रूप से विकसित डिज़ाइनों (HPR-1000 या हुआलोंग वन) के मिश्रण पर आधारित है। चीन का लक्ष्य 2035 तक परमाणु क्षमता को लगभग 200 गीगावाट तक बढ़ाना है, जबकि 2024 में यह लगभग 55 गीगावाट थी।

रूस घरेलू स्तर पर एक प्रमुख परमाणु ऊर्जा संचालक है और राज्य परमाणु कंपनी रोसाटॉम के माध्यम से परमाणु ऊर्जा प्रौद्योगिकी का दुनिया का सबसे बड़ा निर्यातक भी है। रोसाटॉम के तुर्किये, बांग्लादेश, मिस्र, भारत, ईरान, हंगरी और अन्य देशों में परमाणु संयंत्र निर्माणाधीन या विकासाधीन हैं, जिससे रूसी परमाणु प्रौद्योगिकी विकासशील दुनिया में रूसी भू-राजनीतिक प्रभाव का एक महत्वपूर्ण साधन बन गई है।

दक्षिण कोरिया ने लगभग 25 चालू रिएक्टरों के साथ एक मजबूत परमाणु उद्योग स्थापित किया है, जो दक्षिण कोरियाई बिजली का लगभग 30 प्रतिशत उत्पन्न करता है। कोरियाई परमाणु कार्यक्रम, जो अमेरिकी Westinghouse PWR डिज़ाइन पर आधारित था और बाद में APR-1400 डिज़ाइन के रूप में स्वदेशीकृत हुआ, ने अंतरराष्ट्रीय स्तर पर प्रतिस्पर्धी निर्माण लागत और समय-सीमाएँ हासिल की हैं, जिसने संयुक्त अरब अमीरात से निर्यात ऑर्डर आकर्षित किए हैं (बराकाह परमाणु संयंत्र, अरब जगत का पहला)।

ईंधन चक्र: यूरेनियम खनन से अपशिष्ट निपटान तक

परमाणु ईंधन चक्र में यूरेनियम अयस्क के खनन से लेकर ईंधन निर्माण, रिएक्टर संचालन, प्रयुक्त ईंधन प्रबंधन और अंततः अपशिष्ट निपटान तक के सभी चरण शामिल हैं। प्रत्येक चरण की विशिष्ट तकनीकी आवश्यकताएँ होती हैं और उसके संभावित पर्यावरणीय एवं सुरक्षा संबंधी निहितार्थ भी होते हैं।

यूरेनियम पृथ्वी की भूपर्पटी में औसतन लगभग 2-3 भाग प्रति दस लाख की सांद्रता पर पाया जाता है, लेकिन आर्थिक रूप से निकाले जाने योग्य भंडार (जिनमें सांद्रता आमतौर पर 500 भाग प्रति दस लाख से अधिक होती है) अपेक्षाकृत कम देशों में केंद्रित हैं। कज़ाकिस्तान दुनिया का सबसे बड़ा यूरेनियम उत्पादक है, जो विश्व उत्पादन का लगभग चालीस प्रतिशत हिस्सा रखता है। कनाडा, नामीबिया, ऑस्ट्रेलिया, उज़्बेकिस्तान और रूस अन्य प्रमुख उत्पादक देश हैं।

यूरेनियम अयस्क को परमाणु ईंधन में बदलने के लिए कई प्रसंस्करण चरणों की आवश्यकता होती है। खनन किए गए अयस्क को कुचलकर और प्रसंस्कृत करके यूरेनियम ऑक्साइड सांद्र (येलोकेक, जिसमें लगभग 80 प्रतिशत यूरेनियम ऑक्साइड होता है) तैयार किया जाता है। इस येलोकेक को फिर यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड (UF6) में परिवर्तित किया जाता है और गैसीय विसरण या गैस सेंट्रीफ्यूज संवर्धन संयंत्र में समृद्ध किया जाता है, ताकि विखंडनीय समस्थानिक यूरेनियम-235 का अनुपात उसके प्राकृतिक स्तर 0.7 प्रतिशत से बढ़ाकर अधिकांश पावर रिएक्टर ईंधन के लिए लगभग 3-5 प्रतिशत तक किया जा सके। समृद्ध UF6 को फिर यूरेनियम डाइऑक्साइड पाउडर में बदला जाता है, सिरेमिक छर्रों में दबाया जाता है, और ईंधन असेंबली बनाने के लिए धातु की क्लैडिंग ट्यूबों में भरा जाता है।

खर्च किया हुआ परमाणु ईंधन — वह ईंधन जो रिएक्टर में विकिरणित हो चुका हो और जिसका उपयोग अब आर्थिक रूप से व्यावहारिक न रहा हो — अत्यधिक रेडियोधर्मी होता है और इसका सावधानीपूर्वक प्रबंधन आवश्यक है। खर्च किए गए ईंधन को शुरुआत में रिएक्टर के निकट स्थित पानी से भरे तालाबों में कई वर्षों तक रखा जाता है (पानी शीतलन और विकिरण परिरक्षण दोनों का काम करता है), जब तक कि सबसे अधिक रेडियोधर्मी अल्पकालिक समस्थानिक क्षय न हो जाएं। इसके बाद इसे दीर्घकालिक भंडारण के लिए स्टील और कंक्रीट के कंटेनरों में ड्राई कास्क स्टोरेज में स्थानांतरित किया जा सकता है।

उच्च-स्तरीय परमाणु कचरे का स्थायी निपटान परमाणु ऊर्जा नीति में अब तक का सबसे चुनौतीपूर्ण अनसुलझा मुद्दा बना हुआ है। विशेषज्ञों की सहमति से समर्थित प्राथमिकता प्राप्त दृष्टिकोण है — गहरा भूगर्भीय निपटान, यानी 500-1000 मीटर की गहराई पर स्थिर भूगर्भीय संरचनाओं में विशेष रूप से निर्मित भूमिगत भंडारगृहों में दफनाना। फ़िनलैंड इस समाधान को लागू करने में सबसे आगे है: ओल्किलुओटो में क्रिस्टलीय चट्टान के भीतर निर्माणाधीन उसका ओनकालो भंडारगृह दुनिया का पहला स्थायी परमाणु कचरा भंडारगृह बनने की उम्मीद है जो खर्च किए गए ईंधन को स्वीकार करेगा, और इसके 2020 के दशक में परिचालन शुरू होने की संभावना है।

परमाणु अप्रसार: एनपीटी और आईएईए सुरक्षा उपाय

मूल पाँच परमाणु-सशस्त्र देशों — संयुक्त राज्य अमेरिका, सोवियत संघ, यूनाइटेड किंगडम, फ्रांस और चीन — से परे परमाणु हथियार क्षमता का प्रसार, परमाणु युग की केंद्रीय सुरक्षा चुनौतियों में से एक रहा है। अंतर्राष्ट्रीय समुदाय ने आगे के प्रसार को रोकने के लिए संधियों, सुरक्षा उपायों और निर्यात नियंत्रणों की एक जटिल संरचना विकसित की है, जिसे अधूरी लेकिन उल्लेखनीय सफलता मिली है।

परमाणु हथियारों के अप्रसार पर संधि (NPT), जो 5 मार्च 1970 को लागू हुई, अप्रसार व्यवस्था की आधारशिला है। NPT दुनिया को परमाणु-हथियार संपन्न देशों (संयुक्त राष्ट्र सुरक्षा परिषद के पाँच स्थायी सदस्य) और गैर-परमाणु-हथियार देशों में विभाजित करती है। संधि में शामिल होने वाले गैर-परमाणु-हथियार देश परमाणु हथियार हासिल न करने और अपनी परमाणु गतिविधियों पर IAEA सुरक्षा उपायों को स्वीकार करने की प्रतिबद्धता जताते हैं; बदले में उन्हें शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए परमाणु ऊर्जा विकसित करने का अधिकार मिलता है और परमाणु-हथियार संपन्न देश (अनुच्छेद VI के अंतर्गत) परमाणु निरस्त्रीकरण की दिशा में काम करने की प्रतिबद्धता व्यक्त करते हैं। 2024 तक, 191 देश NPT में शामिल हो चुके हैं — यह इतिहास की सर्वाधिक व्यापक रूप से सदस्यता प्राप्त शस्त्र नियंत्रण संधि है — हालाँकि भारत, पाकिस्तान, इज़राइल और दक्षिण सूडान इसके पक्षकार नहीं हैं।

अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी, जिसे 1957 में वियना में शांतिपूर्ण परमाणु प्रौद्योगिकी को बढ़ावा देने और सैन्य दुरुपयोग को रोकने की दोहरी जिम्मेदारी के साथ स्थापित किया गया था, उस सुरक्षा उपाय प्रणाली को लागू करती है जिसके तहत IAEA निरीक्षक गैर-परमाणु-हथियार देशों में परमाणु सुविधाओं की निगरानी करते हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि परमाणु सामग्री को हथियारों के प्रयोजन के लिए नहीं मोड़ा जा रहा है। यह सुरक्षा उपाय प्रणाली परमाणु सामग्री के हिसाब-किताब, निगरानी और मौके पर निरीक्षण के संयोजन पर आधारित है।

NPT अप्रसार व्यवस्था को कई गंभीर चुनौतियों का सामना करना पड़ा है। उत्तर कोरिया 1985 में NPT में शामिल हुआ, लेकिन उसने गुप्त रूप से परमाणु हथियार कार्यक्रम शुरू किया, 1992 में सुरक्षा उपायों का उल्लंघन करते हुए पकड़ा गया, 2003 में NPT से हट गया और 2006, 2009, 2013, 2016 (दो बार) तथा 2017 में परमाणु परीक्षण किए। अब यह व्यापक रूप से माना जाता है कि उत्तर कोरिया के पास लगभग चालीस से साठ परमाणु वारहेड और ऐसी बैलिस्टिक मिसाइलें हैं जो अमेरिका की मुख्य भूमि तक पहुँचने में सक्षम हैं।

सद्दाम हुसैन के नेतृत्व में इराक ने एक गुप्त परमाणु हथियार कार्यक्रम चलाया, जिसका भंडाफोड़ 1991 के खाड़ी युद्ध के बाद हुआ और इसे काफी हद तक नष्ट कर दिया गया। 1991 के बाद संयुक्त राष्ट्र विशेष आयोग (UNSCOM) के निरीक्षणों से पता चला कि इराक का हथियार कार्यक्रम उससे कहीं अधिक उन्नत था, जितना युद्ध से पहले पश्चिमी खुफिया एजेंसियों ने आकलन किया था। इस कार्यक्रम में अंतरराष्ट्रीय परमाणु प्रौद्योगिकी की खरीद और देश की स्वयं की इंजीनियरिंग प्रतिभा का उपयोग किया गया था, जिसने यह साबित किया कि केवल निर्यात नियंत्रण के ज़रिए परमाणु प्रसार रोकना कितना कठिन है।

ईरान का परमाणु कार्यक्रम 2000 के दशक की शुरुआत से अंतरराष्ट्रीय चिंता का विषय रहा है, जब अघोषित संवर्धन गतिविधियों का खुलासा होने पर एक दशक लंबा कूटनीतिक संकट उत्पन्न हो गया। संयुक्त व्यापक कार्य योजना (JCPOA), जिस पर 2015 में ईरान और संयुक्त राष्ट्र सुरक्षा परिषद के पाँच स्थायी सदस्यों तथा जर्मनी के बीच वार्ता हुई, ने प्रतिबंधों में राहत के बदले ईरान के संवर्धन कार्यक्रम पर अस्थायी अंकुश लगाया। Trump प्रशासन के कार्यकाल में अमेरिका 2018 में JCPOA से बाहर हो गया, और इसके बाद ईरान ने यूरेनियम संवर्धन पर समझौते की सीमाओं को पार कर लिया; 2020 के दशक के मध्य तक इस कार्यक्रम की स्थिति विवादित बनी हुई है।

भारत और पाकिस्तान दोनों ने NPT के दायरे से बाहर परमाणु हथियार विकसित किए और मई 1998 में परीक्षण करके दक्षिण एशिया में एक तनावपूर्ण परमाणु गतिरोध पैदा किया। भारत के परमाणु हथियार कार्यक्रम की जड़ें 18 मई 1974 के शांतिपूर्ण परमाणु विस्फोट परीक्षण ("स्माइलिंग बुद्धा" परीक्षण) में हैं, और पाकिस्तान ने अपना कार्यक्रम भारत की क्षमता के जवाब में विकसित किया। दोनों देशों के पास अनुमानतः लगभग 150-170 वारहेड के परमाणु शस्त्रागार हैं और दोनों की परमाणु कमान एवं नियंत्रण व्यवस्थाएँ सीमित हैं, जिनको लेकर दक्षिण एशियाई संकटों के दौरान परमाणु स्थिरता पर चिंताएँ उठाई जाती रही हैं।

इजरायल के पास लगभग अस्सी से नब्बे परमाणु वारहेड का शस्त्रागार होने का व्यापक अनुमान है, जिसे आधिकारिक "अपारदर्शिता" की नीति के तहत विकसित किया गया है — यानी न परमाणु हथियार रखने की पुष्टि, न खंडन। इजरायल ने NPT पर हस्ताक्षर नहीं किए हैं और उसने कभी कोई सार्वजनिक रूप से स्वीकृत परमाणु परीक्षण नहीं किया है, हालाँकि सितंबर 1979 में दक्षिण अटलांटिक महासागर के ऊपर पकड़ी गई एक रहस्यमयी "दोहरी चमक" ("वेला घटना") को कुछ विश्लेषकों ने इजरायल और दक्षिण अफ्रीका के संयुक्त परमाणु परीक्षण से जोड़ा है।

दक्षिण अफ्रीका ने रंगभेद सरकार के दौरान 1970 और 1980 के दशक में छह परमाणु हथियार विकसित किए और वह एकमात्र देश है जिसने स्वेच्छा से अपना परमाणु शस्त्रागार नष्ट किया — 1989-1991 में सभी हथियार नष्ट करने के बाद वह 1991 में NPT में शामिल हो गया।

परमाणु अर्थशास्त्र: लागत, निर्माण और प्रतिस्पर्धात्मकता

परमाणु ऊर्जा के अर्थशास्त्र ने शायद इसके विकास पर सबसे निर्णायक अंकुश लगाया है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र अत्यधिक पूंजी-प्रधान होते हैं — जीवनकाल की कुल लागत में संयंत्र की निर्माण लागत का हिस्सा सबसे बड़ा होता है, जबकि जीवाश्म ईंधन संयंत्रों में ईंधन की लागत प्रमुख चालू खर्च होती है — इसलिए परमाणु ऊर्जा निर्माण लागत और वित्तपोषण की शर्तों के प्रति बेहद संवेदनशील है।

1950 के दशक और 1960 के दशक की शुरुआत में परमाणु ऊर्जा की अर्थव्यवस्था को लेकर जो शुरुआती낙आशावाद था — जब परमाणु ऊर्जा के समर्थकों ने "इतनी सस्ती बिजली कि मीटर लगाना भी ज़रूरी न हो" जैसी भविष्यवाणियाँ की थीं — वह इस उम्मीद पर टिका था कि परमाणु ऊर्जा में ईंधन की लागत की बचत इतनी अधिक होगी कि वह ऊँची पूँजीगत लागत को भी मात दे देगी। यह आशावाद निराधार साबित हुआ। 1960 के दशक के अंत और 1970 के दशक की शुरुआत में अमेरिका में जो परमाणु संयंत्र ऑर्डर किए गए थे, उनकी लागत में भारी वृद्धि हुई — क्योंकि मूल रिएक्टर डिज़ाइनों की पर्याप्तता को लेकर चिंताएँ उठने के बाद सुरक्षा नियमों को और कड़ा किया गया, सुरक्षा की दृष्टि से अहम घटकों के लिए गुणवत्ता नियंत्रण की आवश्यकताओं ने लागत और समय-सीमा दोनों बढ़ा दिए, और परमाणु संयंत्र प्रणालियों की जटिलता शुरुआती अनुमानों से कहीं अधिक निकली।

परमाणु ऊर्जा की अर्थव्यवस्था देश और परिस्थिति के अनुसार काफी भिन्न होती है। फ्राँस के विशाल और मानकीकृत परमाणु बेड़े को — जिसे राज्य की उपयोगिता कंपनी EDF ने कुछ ही रिएक्टर डिज़ाइनों का उपयोग करके बनाया — अमेरिका के बिखरे और अनुकूलित परमाणु कार्यक्रम की तुलना में काफी कम निर्माण लागत और कम समय में पूरा किया गया। दक्षिण कोरिया के हालिया परमाणु निर्माण कार्यक्रम में प्रति गीगावाट क्षमता के लिए लगभग दो से तीन अरब डॉलर की लागत आई है — जो प्राकृतिक गैस संयुक्त-चक्र संयंत्रों की लागत के बराबर या उससे कम है — जबकि अमेरिका और यूरोप में EPR और AP-1000 परियोजनाओं में प्रति गीगावाट आठ से पंद्रह अरब डॉलर की लागत आई है। यह अंतर प्रौद्योगिकी में बुनियादी फर्क की वजह से नहीं, बल्कि मानकीकरण, आपूर्ति शृंखला के विकास और नियामक दक्षता के कारण है।

जॉर्जिया में वोगटले विस्तार परियोजना — यूनिट 3 और 4, जो वेस्टिंगहाउस AP-1000 डिज़ाइन पर आधारित हैं — 2023 और 2024 में पूरी हुई, लेकिन लागत में भारी वृद्धि के कारण कुल परियोजना लागत मूल अनुमान के लगभग चौदह अरब डॉलर से बढ़कर लगभग पैंतीस अरब डॉलर हो गई, और मूल समय-सीमा से लगभग सात साल की देरी भी हुई। वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक कंपनी, जो शिपिंगपोर्ट रिएक्टर के समय से अमेरिका की नागरिक परमाणु ऊर्जा की प्रमुख संस्थापक रही थी, ने 2017 में वोगटले और वर्जिल सी. समर परियोजनाओं पर हुए घाटे के प्रत्यक्ष परिणामस्वरूप दिवालियेपन के लिए आवेदन किया। समर परियोजना को 2017 में लगभग नौ अरब डॉलर खर्च करने के बाद छोड़ दिया गया — जो इतिहास में किसी निर्माण परियोजना को रद्द किए जाने के सबसे महँगे मामलों में से एक है।

संयुक्त राज्य अमेरिका और पश्चिमी यूरोप में नए परमाणु संयंत्रों से बिजली की समेकित लागत — जिसमें संयंत्र के जीवनकाल में परिशोधित पूँजीगत लागत, परिचालन लागत, ईंधन लागत और अपशिष्ट प्रबंधन लागत शामिल हैं — प्राकृतिक गैस संयुक्त-चक्र बिजली की लागत से काफी अधिक है और उपयोगिता-स्तरीय सौर तथा पवन ऊर्जा की लागत के बराबर या उससे अधिक है। इस लागत-संबंधी नुकसान के कारण उदारीकृत बिजली बाजारों में नए परमाणु निर्माण के लिए वित्तपोषण जुटाना मुश्किल हो गया है, जहाँ निर्माण जोखिम निवेशकों पर होता है। इससे सरकारी वित्तपोषण, दीर्घकालिक बिजली खरीद समझौतों और कार्बन मूल्य निर्धारण के प्रस्ताव सामने आए हैं, जो जीवाश्म ईंधन पर जुर्माना लगाकर परमाणु ऊर्जा की प्रतिस्पर्धात्मकता बेहतर बना सकते हैं।

मौजूदा परमाणु संयंत्रों की परिचालन अर्थव्यवस्था अधिक अनुकूल है: पूरी तरह परिशोधित परमाणु संयंत्रों की परिचालन लागत अपेक्षाकृत कम होती है (अमेरिका में लगभग बीस से तीस डॉलर प्रति मेगावाट-घंटे), जिससे जब तक बिजली की कीमतें इस सीमा से ऊपर रहती हैं, तब तक इन्हें चलाना आर्थिक रूप से लाभदायक रहता है। हालाँकि, कई पुराने अमेरिकी परमाणु संयंत्रों को कम लागत वाली प्राकृतिक गैस से प्रतिस्पर्धा और थोक बिजली कीमतों में गिरावट की वजह से लागत संबंधी चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है, जिसके कारण समय से पहले बंद होने की नौबत आई है और 2012 से अमेरिकी परमाणु क्षमता में लगभग दस गीगावाट की कमी आई है।

उन्नत रिएक्टर डिज़ाइन और छोटे मॉड्यूलर रिएक्टर

बड़े पारंपरिक रिएक्टरों की ऊँची लागत और जनता की चिंताओं के जवाब में परमाणु उद्योग ने निष्क्रिय सुरक्षा विशेषताओं, छोटे आकार और नवीन ईंधन चक्रों को शामिल करने वाले उन्नत रिएक्टर डिज़ाइनों का विकास किया है।

जेनरेशन III+ रिएक्टर — जिनका प्रतिनिधित्व Westinghouse AP-1000 और फ्रांसीसी/Areva EPR करते हैं — में निष्क्रिय सुरक्षा प्रणालियाँ शामिल हैं जो किसी दुर्घटना की स्थिति में रिएक्टर कोर को ठंडा रखने के लिए सक्रिय पंपों और वाल्वों की बजाय गुरुत्वाकर्षण और प्राकृतिक संवहन का उपयोग करती हैं, जिससे ऑपरेटर की कार्रवाई और बाहरी बिजली पर निर्भरता कम होती है। इन डिज़ाइनों को 2000 के दशक की शुरुआत में संयुक्त राज्य अमेरिका, यूनाइटेड किंगडम और अन्य देशों में नियामक मंज़ूरी मिली थी, लेकिन शुरुआती निर्माण परियोजनाओं में लागत अधिक हो जाने की समस्या बनी रही — इसकी वजह यह थी कि पश्चिमी देशों में परमाणु निर्माण के दशकों लंबे ठहराव के दौरान आपूर्ति श्रृंखलाएँ और नियामक ज्ञान का आधार कमज़ोर पड़ गया था, जिसे फिर से खड़ा करना पड़ा।

स्मॉल मॉड्यूलर रिएक्टर (SMR) — यानी लगभग 300 मेगावाट से कम बिजली उत्पादन क्षमता वाले रिएक्टर, जबकि बड़े पारंपरिक रिएक्टरों की क्षमता 1,000-1,700 मेगावाट होती है — एक ऐसी अवधारणा है जिसने 2010 के दशक की शुरुआत से भारी निवेशक रुचि और सरकारी समर्थन आकर्षित किया है। इसके समर्थकों का तर्क है कि SMR को कारखाने में बनाकर साइट पर जोड़ा जा सकता है, जिससे साइट पर होने वाले उस निर्माण कार्य में कमी आती है जिसने बड़े संयंत्रों में लागत वृद्धि को जन्म दिया है; उनका छोटा आकार उन्हें ऐसी जगहों या ग्रिड प्रणालियों के लिए उपयुक्त बनाता है जो बड़े रिएक्टरों को समायोजित नहीं कर सकतीं; और उनकी निष्क्रिय सुरक्षा विशेषताएँ बड़े संयंत्रों की तुलना में अधिक सरलता से हासिल की जा सकती हैं। आलोचकों का कहना है कि SMR उन पैमाने की अर्थव्यवस्थाओं का लाभ खो देते हैं जो बड़े रिएक्टरों को छोटे रिएक्टरों से अधिक किफ़ायती बनाती हैं, और पहली इकाइयों की लागत बहुत अधिक रहने की संभावना है।

अमेरिकी SMR डेवलपर NuScale Power, जिसे अमेरिकी ऊर्जा विभाग और कई उपयोगिता कंपनियों का समर्थन प्राप्त है, ने 77-मेगावाट का एक SMR डिज़ाइन तैयार किया जिसे 2023 में अमेरिकी परमाणु नियामक आयोग से डिज़ाइन अनुमोदन मिला। हालाँकि, NuScale की पहली नियोजित तैनाती — Idaho National Laboratory में Carbon Free Power Project, जिसमें छह NuScale मॉड्यूल शामिल होते — नवंबर 2023 में रद्द कर दी गई, जब बिजली लागत का अनुमान मूल लगभग अट्ठावन डॉलर प्रति मेगावाट-घंटे से बढ़कर लगभग नवासी डॉलर प्रति मेगावाट-घंटे हो गया, जिससे परियोजना अप्रतिस्पर्धी हो गई।

शेडोंग प्रांत में शिदाओवान में चीन की HTGR (उच्च तापमान गैस-शीतलित रिएक्टर) प्रदर्शन परियोजना — जिसमें दो 250-मेगावाट पेबल-बेड मॉड्यूल एक 210-मेगावाट टर्बाइन को चलाते हैं — ने सितंबर 2021 में पहली क्रिटिकलिटी हासिल की और दिसंबर 2023 में व्यावसायिक संचालन शुरू किया — यह दुनिया का पहला व्यावसायिक रूप से संचालित उच्च तापमान गैस-शीतलित रिएक्टर बन गया। पेबल-बेड डिज़ाइन, जिसमें ईंधन को ग्रेफाइट गोलों में रखा जाता है और उन्हें लगातार रिएक्टर से गुज़ारा जा सकता है, अपने स्वभाव से ही सुरक्षित है — इस अर्थ में कि रिएक्टर उन तापमानों पर श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए नहीं रख सकता जो ईंधन को पिघलाने के लिए पर्याप्त हों, जो सक्रिय प्रणालियों या ऑपरेटर की कार्रवाई पर निर्भर न रहने वाली एक भौतिक सुरक्षा गारंटी प्रदान करता है।

परमाणु संलयन: दीर्घकालिक प्रतीक्षित वादा

परमाणु संलयन — यानी हल्के परमाणु नाभिकों (आमतौर पर हाइड्रोजन के समस्थानिक: ड्यूटेरियम और ट्रिटियम) का जुड़कर भारी नाभिक बनाना और ऊर्जा मुक्त करना — वही प्रक्रिया है जो सूर्य और सभी तारों को शक्ति देती है। संलयन प्रति इकाई द्रव्यमान के हिसाब से विखंडन की तुलना में लगभग चार गुना अधिक ऊर्जा मुक्त करता है और ऐसे ईंधन (समुद्री जल से निकाले जा सकने वाले ड्यूटेरियम और लिथियम, जिससे ट्रिटियम प्राप्त किया जाता है) का उपयोग करता है जो व्यावहारिक रूप से असीमित है, और इससे कोई दीर्घकालिक रेडियोधर्मी अपशिष्ट भी नहीं बनता। 1950 के दशक से ही नियंत्रित परमाणु संलयन को ऊर्जा स्रोत के रूप में विकसित करने का प्रयास एक प्रमुख वैज्ञानिक एवं इंजीनियरिंग उद्यम रहा है, लेकिन 100 मिलियन डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर — जो सूर्य के केंद्र से भी अधिक गर्म है — प्लाज़्मा को नियंत्रित रखने की अत्यंत कठिन तकनीकी चुनौतियों ने बार-बार व्यावहारिक संलयन ऊर्जा की संभावित तिथि को आगे खिसका दिया है।

फ्यूजन अनुसंधान के शुरुआती दौर में चुंबकीय परिरोधन पर ध्यान केंद्रित किया गया — यानी शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके उस प्लाज्मा को नियंत्रित रखना जिसमें फ्यूजन अभिक्रियाएँ होती हैं। टोकामाक, जो एक टोरॉइडल (डोनट के आकार का) चुंबकीय परिरोधन उपकरण है, 1950 के दशक के अंत में सोवियत अनुसंधान से उभरा और चुंबकीय परिरोधन फ्यूजन के प्रमुख दृष्टिकोण के रूप में स्थापित हो गया। मॉस्को स्थित कुरचातोव संस्थान में T-3 टोकामाक ने 1968 में किसी भी पूर्व उपकरण की तुलना में कहीं अधिक प्लाज्मा तापमान हासिल किया, जिसने दुनिया भर में टोकामाक निर्माण की एक लहर को जन्म दिया। यूनाइटेड किंगडम में कुलहम सेंटर फॉर फ्यूजन एनर्जी स्थित जॉइंट यूरोपियन टोरस (JET) को 1983 में चालू किया गया, जो दुनिया का सबसे बड़ा टोकामाक बना और फ्यूजन ऊर्जा उत्पादन में एक के बाद एक रिकॉर्ड स्थापित किए: 1991 में 1.7 मेगावाट, 1997 में 16 मेगावाट, और फरवरी 2022 में एक ही पल्स में 59 मेगाजूल फ्यूजन ऊर्जा — जो एक विश्व रिकॉर्ड है। चालीस वर्षों के संचालन के बाद दिसंबर 2023 में JET को बंद कर दिया गया।

ITER (इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर) — दक्षिणी फ्रांस में कादाराश में निर्माणाधीन एक विशाल अंतरराष्ट्रीय फ्यूजन परियोजना — को पहले ऐसे फ्यूजन उपकरण के रूप में डिज़ाइन किया गया है जो प्लाज्मा को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा से अधिक ऊर्जा उत्पन्न करेगा (Q>1, या "वैज्ञानिक ब्रेकईवन")। ITER यूरोपीय संघ, संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन, रूस, भारत, जापान और दक्षिण कोरिया का एक सहयोगी उद्यम है, और इसकी निर्माण लागत लगभग बीस अरब यूरो आँकी गई है — जो इसे इतिहास की सबसे महँगी वैज्ञानिक परियोजनाओं में से एक बनाती है। ITER परियोजना को 2007 में इसके संस्थापक समझौतों पर हस्ताक्षर के बाद से बार-बार देरी और लागत अधिक्रमण का सामना करना पड़ा है; 2024 तक की स्थिति के अनुसार, पहला प्लाज्मा 2025 से पहले नहीं मिलने की उम्मीद है, और पूर्ण ड्यूटेरियम-ट्रिटियम फ्यूजन प्रयोग 2030 के दशक के मध्य से पहले होने की संभावना नहीं है।

जड़त्वीय परिरोधन फ्यूजन — जिसमें ड्यूटेरियम और ट्रिटियम युक्त एक अत्यंत छोटे लक्ष्य को तीव्र लेज़र किरणों द्वारा फ्यूजन परिस्थितियों तक संपीड़ित और गर्म किया जाता है — का अनुसरण कैलिफ़ोर्निया में लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी स्थित नेशनल इग्निशन फैसिलिटी (NIF) में किया जाता रहा है। 5 दिसंबर, 2022 को NIF ने घोषणा की कि उसने पहली बार "इग्निशन" हासिल कर लिया है — एक ऐसी फ्यूजन अभिक्रिया जिसने लक्ष्य द्वारा अवशोषित लेज़र ऊर्जा से अधिक ऊर्जा उत्पन्न की, जिसमें 2.05 मेगाजूल के लेज़र इनपुट के मुकाबले 3.15 मेगाजूल का आउटपुट मिला। यह उपलब्धि वैज्ञानिक दृष्टि से महत्त्वपूर्ण थी, लेकिन समग्र ऊर्जा संतुलन अत्यंत प्रतिकूल रहा (लेज़रों को अपनी 2.05 मेगाजूल लेज़र ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए लगभग 300 मेगाजूल विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता पड़ी), जिसका अर्थ है कि व्यावहारिक जड़त्वीय परिरोधन फ्यूजन ऊर्जा अभी बहुत दूर है।

निजी फ्यूजन कंपनियों ने 2020 के दशक की शुरुआत में उद्यम पूँजी निवेश की एक अभूतपूर्व लहर को आकर्षित किया, जिसमें अकेले 2020 से 2022 के बीच फ्यूजन स्टार्टअप्स में दो अरब डॉलर से अधिक का निवेश किया गया। MIT से निकली कंपनी कॉमनवेल्थ फ्यूजन सिस्टम्स एक कॉम्पैक्ट टोकामाक डिज़ाइन (SPARC) विकसित कर रही है, जो उच्च-तापमान अतिचालक चुंबकों का उपयोग करता है जो पहले संभव से कहीं अधिक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं, और संभावित रूप से ITER की तुलना में काफी छोटे और सस्ते उपकरण में फ्यूजन प्लाज्मा परिस्थितियाँ बनाने में सक्षम हो सकते हैं। TAE टेक्नोलॉजीज़, हेलियन एनर्जी, ट्राई अल्फा एनर्जी और टोकामाक एनर्जी चुंबकीय परिरोधन के वैकल्पिक दृष्टिकोण अपनाने वाले अन्य निजी फ्यूजन उद्यमों में शामिल हैं। इनमें से किसी ने भी अभी तक फ्यूजन हासिल नहीं किया है, और इन कंपनियों द्वारा प्रस्तुत व्यावसायिक समयरेखाएँ (सबसे आशावादी अनुमानों में 2030 के दशक की शुरुआत तक फ्यूजन बिजली) को अधिकांश मुख्यधारा के फ्यूजन भौतिकविदों द्वारा संदेह की दृष्टि से देखा जाता है।

परमाणु चिकित्सा और अन्य शांतिपूर्ण अनुप्रयोग

परमाणु प्रौद्योगिकी को ऊर्जा उत्पादन के बाहर भी व्यापक रूप से चिकित्सा, उद्योग, कृषि और अनुसंधान में अपनाया गया है। परमाणु प्रौद्योगिकी के इन शांतिपूर्ण उपयोगों ने ऐसे लाभ प्रदान किए हैं जो परमाणु ऊर्जा के लाभों जितने ही महत्त्वपूर्ण हैं, और इनके लिए अनुसंधान रिएक्टरों, आइसोटोप उत्पादन सुविधाओं तथा नियामक प्रणालियों के एक वैश्विक बुनियादी ढाँचे की आवश्यकता रही है।

परमाणु चिकित्सा में रेडियोआइसोटोप का उपयोग रोगों के निदान और उपचार दोनों के लिए किया जाता है। नैदानिक परमाणु चिकित्सा में रेडियोएक्टिव ट्रेसर — ऐसे पदार्थ जो गामा विकिरण उत्सर्जित करते हैं जिसे इमेजिंग उपकरणों द्वारा पहचाना जा सकता है — का उपयोग शरीर के भीतर शारीरिक प्रक्रियाओं को देखने के लिए किया जाता है। टेक्नेशियम-99m, जो टेक्नेशियम-99 का एक मेटास्टेबल आइसोमर है और इमेजिंग के लिए अनुकूल ऊर्जा की गामा किरणें उत्सर्जित करता है तथा छह घंटे की अर्ध-आयु के साथ विघटित होता है जिससे मरीज को विकिरण का जोखिम कम से कम होता है, चिकित्सा इमेजिंग में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला रेडियोआइसोटोप है। इसका उपयोग दुनियाभर में प्रतिवर्ष लगभग तीन करोड़ नैदानिक प्रक्रियाओं में होता है। टेक्नेशियम-99m का उत्पादन परमाणु रिएक्टरों में मोलिब्डेनम-98 पर न्यूट्रॉन विकिरण करके मोलिब्डेनम-99 बनाया जाता है, जो 66 घंटे की अर्ध-आयु के साथ टेक्नेशियम-99m में विघटित होता है, जिससे इसे अस्पतालों में भेजा जा सकता है और "टेक्नेशियम जेनरेटर" से वितरित किया जा सकता है।

पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी (PET) स्कैनिंग में पॉज़िट्रॉन उत्सर्जित करने वाले आइसोटोप (सामान्यतः फ्लोरोडिऑक्सीग्लूकोज़ या FDG यौगिक में फ्लोरीन-18) का उपयोग शरीर में चयापचय गतिविधि की त्रि-आयामी छवियां बनाने के लिए किया जाता है, जिससे कैंसर की पहचान, हृदय की कार्यप्रणाली का मूल्यांकन और मस्तिष्क की गतिविधि की इमेजिंग संभव होती है। PET-CT स्कैनर, जो PET को X-रे कंप्यूटेड टोमोग्राफी के साथ जोड़कर एक ही जांच में कार्यात्मक और शारीरिक दोनों प्रकार की जानकारी देते हैं, कैंसर के निदान और स्टेजिंग में अनिवार्य उपकरण बन गए हैं।

रेडियोथेरेपी — कैंसर कोशिकाओं को नष्ट करने के लिए आयनकारी विकिरण का उपयोग — दुनियाभर में लगभग आधे कैंसर रोगियों के उपचार में अपनाई जाती है। एक्सटर्नल बीम रेडियोथेरेपी में X-रे, इलेक्ट्रॉन या प्रोटॉन को ट्यूमर पर केंद्रित किया जाता है; ब्रैकीथेरेपी में रेडियोएक्टिव बीज (सामान्यतः आयोडीन-125 या पैलेडियम-103) सीधे ट्यूमर में या उसके निकट रखे जाते हैं; और टार्गेटेड रेडियोन्यूक्लाइड थेरेपी में एंटीबॉडी या अन्य टार्गेटिंग अणुओं की सहायता से रेडियोएक्टिव आइसोटोप को विशेष रूप से कैंसर कोशिकाओं तक पहुंचाया जाता है। 2018 में स्वीकृत लूटेशियम-177 DOTATATE, SSTR2 रिसेप्टर व्यक्त करने वाले न्यूरोएंडोक्राइन ट्यूमर को विशेष रूप से घातक मात्रा में विकिरण देता है, जो टार्गेटेड रेडियोन्यूक्लाइड थेरेपी की संभावनाओं को दर्शाता है।

औद्योगिक रेडियोग्राफी — औद्योगिक स्रोतों (सामान्यतः इरिडियम-192 या सेलेनियम-75) से X-रे या गामा किरणों का उपयोग करके वेल्ड, कास्टिंग और अन्य औद्योगिक घटकों में दोषों की जांच करना — निर्माण, विनिर्माण और पेट्रोकेमिकल उद्योगों में गुणवत्ता आश्वासन का एक अनिवार्य साधन है। विकिरण का उपयोग चिकित्सा उपकरणों और एकल-उपयोग स्वास्थ्य उत्पादों को निर्जमीकृत करने, खाद्य पदार्थों की शेल्फ लाइफ बढ़ाने और प्रजनन कार्यक्रमों के लिए फसल पौधों में उत्परिवर्तन प्रेरित करने (विकिरण प्रजनन से सैकड़ों व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण फसल किस्में तैयार हुई हैं) के लिए भी किया जाता है।

परमाणु डीकमीशनिंग

परमाणु सुविधाओं की डीकमीशनिंग — रिएक्टरों और अन्य परमाणु सुविधाओं को उनके परिचालन जीवन के अंत में सुरक्षित रूप से ध्वस्त करना तथा स्थलों को अप्रतिबंधित उपयोग या ग्रीनफील्ड स्थिति में पुनर्स्थापित करना — एक बड़ी औद्योगिक चुनौती के रूप में उभरी है, क्योंकि नागरिक परमाणु संयंत्रों की पहली पीढ़ी अपने डिज़ाइन जीवन के अंत तक पहुंच रही है।

डीकमीशनिंग की रणनीतियां तत्काल विघटन (DECON) से लेकर — जिसमें संयंत्र को बंद होने के तुरंत बाद ध्वस्त कर दिया जाता है — सुरक्षित भंडारण या "SAFSTOR" तक होती हैं, जिसमें संयंत्र को सील करके बीस से साठ वर्षों तक निगरानी में रखा जाता है (ताकि रेडियोएक्टिविटी क्षय हो सके) और उसके बाद विघटन किया जाता है। दोनों तरीकों में अंततः समान विघटन कार्य की आवश्यकता होती है; SAFSTOR से लागत में देरी होती है और कामगारों को विकिरण का जोखिम कम होता है, लेकिन डीकमीशन किया गया संयंत्र दशकों तक स्थल पर बना रहता है।

परमाणु विखंडन (डीकमीशनिंग) की लागत काफी अधिक होती है। संयुक्त राज्य अमेरिका में परमाणु संयंत्रों को संचालन के दौरान ही डीकमीशनिंग के लिए फंड अलग रखना अनिवार्य है; एक सामान्य बड़े अमेरिकी रिएक्टर की डीकमीशनिंग की लागत पाँच सौ मिलियन से एक अरब डॉलर के बीच आंकी जाती है। यूनाइटेड किंगडम का डीकमीशनिंग कार्यक्रम, जिसकी निगरानी परमाणु डीकमीशनिंग प्राधिकरण (NDA) करता है, पूरे कार्यक्रम की समय-सीमा में लगभग 260 अरब पाउंड की लागत का अनुमान है। यह अनुमान ब्रिटेन के परमाणु हथियार कार्यक्रम के दौरान बनाए गए मैग्नॉक्स रिएक्टरों, प्लूटोनियम उत्पादन सुविधाओं और ईंधन पुनर्प्रसंस्करण संयंत्रों की बड़ी संख्या को दर्शाता है। परमाणु सुविधाओं की डीकमीशनिंग की जटिलता — खासकर उन पुराने संयंत्रों की जो डीकमीशनिंग को ध्यान में रखकर नहीं बनाए गए थे — लगातार शुरुआती अनुमानों से कहीं अधिक साबित हुई है।

परमाणु पनडुब्बियाँ और नौसेना प्रणोदन

परमाणु प्रणोदन ने नौसैनिक रणनीति को बदल दिया है क्योंकि इससे पनडुब्बियाँ और सतही जहाज बिना ईंधन भरे लंबे समय तक संचालित हो सकते हैं — उनकी सीमा ईंधन क्षमता नहीं, बल्कि चालक दल की सहनशक्ति और खाद्य आपूर्ति होती है। परमाणु प्रणोदन पनडुब्बियों को अनिश्चित काल तक तेज़ गति से पानी के भीतर रहने में भी सक्षम बनाता है, जो पारंपरिक डीज़ल-इलेक्ट्रिक पनडुब्बियों के लिए असंभव है क्योंकि उन्हें बैटरी रिचार्ज करने के लिए सतह पर आना पड़ता है (या पेरिस्कोप गहराई पर स्नॉर्कल करना पड़ता है)।

संयुक्त राज्य अमेरिका की नौसेना का परमाणु पनडुब्बी बेड़ा, जिसकी शुरुआत 1954 में USS नॉटिलस से हुई थी, अब लगभग अड़सठ अटैक पनडुब्बियों (SSNs) और चौदह बैलिस्टिक मिसाइल पनडुब्बियों (SSBNs) को शामिल करता है। ये SSBNs ट्राइडेंट II D5 मिसाइलें ले जाती हैं और अमेरिकी परमाणु त्रिकोण (ट्रायड) के हिस्से के रूप में समुद्र में निरंतर परमाणु प्रतिरोध सुनिश्चित करती हैं। ओहायो-क्लास SSBNs में से प्रत्येक चौबीस तक ट्राइडेंट मिसाइलें ले जा सकती है, जिनमें से प्रत्येक मिसाइल में आठ तक स्वतंत्र रूप से लक्षित किए जा सकने वाले वारहेड होते हैं।

सोवियत संघ और रूस ने संयुक्त राज्य अमेरिका के समकक्ष एक विशाल परमाणु पनडुब्बी बेड़ा विकसित किया, जिसमें टाइफून क्लास (दुनिया की सबसे बड़ी पनडुब्बियाँ, जलमग्न होने पर लगभग 48,000 टन विस्थापन) और ऑस्कर क्लास परमाणु-चालित क्रूज़ मिसाइल पनडुब्बियाँ (SSGNs) शामिल हैं। यूनाइटेड किंगडम और फ्राँस पनडुब्बी से प्रक्षेपित बैलिस्टिक मिसाइलों पर आधारित परमाणु प्रतिरोध बल बनाए रखते हैं — ब्रिटेन की वैनगार्ड-क्लास SSBNs ट्राइडेंट मिसाइलें ले जाती हैं और फ्राँस की त्रियोम्फान-क्लास SSBNs M51 मिसाइल ले जाती हैं — जो समुद्र में निरंतर प्रतिरोध सुनिश्चित करती हैं।

सितंबर 2021 में घोषित AUKUS समझौता — जिसके तहत संयुक्त राज्य अमेरिका और यूनाइटेड किंगडम ने ऑस्ट्रेलिया को परमाणु-चालित पनडुब्बियाँ हासिल करने में मदद करने पर सहमति जताई — दशकों में नौसैनिक परमाणु प्रणोदन के क्षेत्र में सबसे महत्वपूर्ण घटनाओं में से एक रही है। इससे ऑस्ट्रेलिया को 2040 के दशक की शुरुआत तक आठ परमाणु-चालित अटैक पनडुब्बियाँ मिलने की संभावना है और यह हिंद-प्रशांत क्षेत्र में रणनीतिक संतुलन को नए सिरे से आकार दे सकता है।

परमाणु ऊर्जा का पुनरुत्थान और उसके झटके

"परमाणु पुनरुत्थान" की अवधारणा — यानी नए परमाणु निर्माण की एक वैश्विक लहर जो बिजली उत्पादन में परमाणु ऊर्जा की भूमिका को काफी हद तक बढ़ा दे — इक्कीसवीं सदी के पहले दशक में व्यापक रूप से चर्चा में थी। इसके पीछे जीवाश्म ईंधन की बढ़ती कीमतें, 2003 के इराक युद्ध के बाद ऊर्जा सुरक्षा को लेकर बढ़ती चिंताएँ और बिजली उत्पादन से कार्बन उत्सर्जन कम करने की ज़रूरत की शुरुआती पहचान जैसे कारण थे। लगभग 2005 से 2011 के बीच, तीस से अधिक अमेरिकी उपयोगिता कंपनियों ने नए रिएक्टरों के लिए संयुक्त निर्माण और संचालन लाइसेंस हेतु आवेदन करने की योजनाओं की घोषणा की, और परमाणु ऊर्जा को एक बार फिर राजनीतिक समर्थन का उभार देखने को मिला।

मार्च 2011 में फुकुशिमा दाइची दुर्घटना ने परमाणु पुनर्जागरण की उम्मीदों को गंभीर रूप से तहस-नहस कर दिया। जर्मनी, जो पहले से ही ग्रीन आंदोलन के घरेलू राजनीतिक दबाव में परमाणु चरण-समाप्ति पर बहस कर रहा था, ने फुकुशिमा दुर्घटना के कुछ ही दिनों के भीतर घोषणा की कि वह 2022 तक अपने समस्त परमाणु संयंत्रों को स्थायी रूप से बंद कर देगा — यह निर्णय 2011 में और तेज़ हो गया जब सरकार ने देश के सत्रह रिएक्टरों में से आठ को तुरंत बंद कर दिया। जर्मनी की परमाणु चरण-समाप्ति अप्रैल 2023 में पूरी हुई, जब अंतिम तीन चालू रिएक्टर बंद कर दिए गए। जर्मनी की एनर्जीवेंडे (ऊर्जा परिवर्तन) नीति का लक्ष्य परमाणु और कोयले की जगह नवीकरणीय ऊर्जा को स्थापित करना था, लेकिन परमाणु चरण-समाप्ति से प्राकृतिक गैस और अल्पकाल में कोयले का उपयोग भी बढ़ गया, जिससे जर्मनी के कार्बन कटौती लक्ष्यों के साथ तनाव पैदा हो गया।

फुकुशिमा पर जापान की प्रतिक्रिया और भी कठोर रही: लगभग पचास रिएक्टरों वाले समस्त जापानी परमाणु बेड़े को सुरक्षा समीक्षाओं के लिए क्रमशः बंद कर दिया गया, और अंतिम चालू रिएक्टर मई 2012 में बंद हुआ। जापान, जो अपनी लगभग तीस प्रतिशत बिजली के लिए परमाणु ऊर्जा पर निर्भर था, तरलीकृत प्राकृतिक गैस के आपातकालीन आयात पर आ गया, जिससे उसकी ऊर्जा लागत और व्यापार घाटा नाटकीय रूप से बढ़ गया। परमाणु विनियामक प्राधिकरण (NRA) की देखरेख में नई नियामक व्यवस्था के तहत जापानी रिएक्टरों की पुनः शुरुआत धीमी रही है: 2024 तक लगभग बारह रिएक्टर सेवा में वापस आ चुके हैं, और कई अन्य नियामक अनुमोदन प्रक्रिया में हैं।

स्वीडन और स्विट्ज़रलैंड ने भी फुकुशिमा के बाद परमाणु चरण-समाप्ति की नीतियों की घोषणा की, हालाँकि स्वीडन ने बाद में अपना रुख पलट लिया — 2022 में उसकी संसद ने नए परमाणु निर्माण की अनुमति देने के पक्ष में मतदान किया, यह मानते हुए कि बिजली की बढ़ती माँग और कार्बन कटौती, दोनों लक्ष्यों को पूरा करने के लिए परमाणु ऊर्जा ज़रूरी है।

यूक्रेन पर रूस के आक्रमण और उसके बाद रूसी प्राकृतिक गैस आपूर्ति के बंद होने से उपजे 2022 के यूरोपीय ऊर्जा संकट ने परमाणु ऊर्जा की भूमिका का व्यापक पुनर्मूल्यांकन करने पर मजबूर किया। फ्राँस, जो राष्ट्रपति ओलांद की 2012 की नीति के तहत बिजली में परमाणु की हिस्सेदारी को पचास प्रतिशत तक सीमित करने के लिए उसे धीरे-धीरे घटा रहा था, ने 2022 में राष्ट्रपति माक्रों के नेतृत्व में चौदह नए EPR2 रिएक्टर बनाने का कार्यक्रम घोषित किया — यह EPR का एक संशोधित डिज़ाइन है जिसमें निर्माण को सरल बनाया गया है — और मौजूदा रिएक्टरों की परिचालन आयु बढ़ाने की भी घोषणा की। बेल्जियम ने अपनी नियोजित परमाणु चरण-समाप्ति को पलट दिया। यूनाइटेड किंगडम ने आगे परमाणु विकास के प्रति प्रतिबद्धता जताई और हिंकली पॉइंट C परियोजना (सॉमरसेट में निर्माणाधीन दो EPR रिएक्टर) तथा उसके बाद की परियोजनाओं की घोषणा की।

विकिरण, स्वास्थ्य और जोखिम की धारणा

विकिरण के स्वास्थ्य प्रभाव और विकिरण जोखिम के प्रति जनता की धारणा परमाणु युग भर में गहन वैज्ञानिक और राजनीतिक बहस का विषय रही है। कम मात्रा में विकिरण खुराक और स्वास्थ्य प्रभाव के बीच संबंध पूरी तरह समझा नहीं गया है, और विकिरण सुरक्षा की नियामक व्यवस्था ऐसी सतर्कतापूर्ण मान्यताओं पर आधारित है जिनका वैज्ञानिक आधार विवादास्पद है।

विकिरण के स्वास्थ्य प्रभावों को निर्धारक (deterministic) — जो एक निश्चित सीमा से अधिक खुराक पर होते हैं और खुराक के साथ जिनकी गंभीरता बढ़ती है, जैसे तीव्र विकिरण सिंड्रोम — और स्टोकास्टिक (stochastic) — यानी संभाव्य प्रभाव, जिनमें कैंसर शामिल है और जहाँ खुराक के साथ गंभीरता नहीं बल्कि संभावना बढ़ती है — के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। निर्धारक प्रभाव — जिनमें विकिरण जलन, जी मिचलाना, बालों का झड़ना और रक्त बनाने वाली अस्थि मज्जा को नुकसान शामिल है — लगभग 500 मिलीसीवर्ट (mSv) की तीव्र पूर्ण-शरीर खुराक से ऊपर होते हैं। चेर्नोबिल में आपातकालीन कर्मियों और अग्निशामकों तथा हिरोशिमा और नागासाकी में परमाणु बम से बचे लोगों द्वारा झेला गया तीव्र विकिरण सिंड्रोम, निर्धारक विकिरण प्रभावों के सबसे व्यापक रूप से अध्ययन किए गए उदाहरण हैं।

लीनियर नो-थ्रेशोल्ड (LNT) मॉडल, जो इंटरनेशनल कमीशन ऑन रेडियोलॉजिकल प्रोटेक्शन (ICRP) द्वारा निर्धारित अंतरराष्ट्रीय विकिरण सुरक्षा मानकों की नींव है, यह मानता है कि शून्य से ऊपर किसी भी खुराक पर स्टोकैस्टिक प्रभावों (विशेष रूप से कैंसर) का जोखिम खुराक के अनुपात में होता है, और कोई ऐसी सीमा नहीं है जिसके नीचे विकिरण सुरक्षित हो। LNT मॉडल जापान में परमाणु बम से बचे लोगों के कैंसर घटना डेटा के एक्सट्रापोलेशन पर आधारित है, जिसमें लगभग 100 mSv से अधिक खुराक पर कैंसर का स्पष्ट जोखिम दिखा, लेकिन कम खुराक पर जोखिम अनिश्चित रहा। LNT मॉडल के आलोचकों का तर्क है कि यह बेहद कम खुराक पर जोखिम को बढ़ा-चढ़ाकर आंकता है, जिसके कारण परमाणु दुर्घटनाओं में अनावश्यक निकासी, आर्थिक व्यवधान और जनता में भय उत्पन्न होता है; वहीं इसके समर्थकों का मानना है कि नियामक उद्देश्यों के लिए LNT मॉडल उचित रूप से सतर्क है।

प्रमुख परमाणु दुर्घटनाओं के रेडियोलॉजिकल परिणाम LNT मॉडल पर आधारित शुरुआती अनुमानों की तुलना में काफी कम गंभीर साबित हुए हैं। चेर्नोबिल दुर्घटना पर विश्व स्वास्थ्य संगठन के आकलन के अनुसार, दुर्घटना के समय जो लोग बच्चे थे और जिन्होंने आयोडीन-131 से दूषित दूध पिया था, उनमें थायरॉइड कैंसर के लगभग 6,000 मामले दुर्घटना से जोड़े गए हैं, और 2005 तक थायरॉइड कैंसर के उपचाराधीन मरीज़ों में से पंद्रह की मृत्यु हो चुकी थी। परमाणु विकिरण के प्रभावों पर संयुक्त राष्ट्र वैज्ञानिक समिति (UNSCEAR) ने निष्कर्ष निकाला है कि थायरॉइड कैंसर के मामलों और तीव्र विकिरण सिंड्रोम से हुई मौतों को छोड़कर, चेर्नोबिल दुर्घटना से सार्वजनिक स्वास्थ्य पर कोई बड़ा प्रभाव पड़ने का कोई प्रमाण नहीं है, हालाँकि कुछ मॉडल LNT मॉडल के आधार पर हजारों से दसियों हज़ार तक अतिरिक्त कैंसर मौतों का अनुमान लगाते हैं।

फुकुशिमा में प्रत्यक्ष रेडियोलॉजिकल स्वास्थ्य परिणाम और भी कम गंभीर रहे हैं: 2023 तक, दुर्घटना से निकले विकिरण के कारण कोई मृत्यु दर्ज नहीं की गई है, और एकमात्र कर्मचारी जिसे विकिरण-प्रेरित कैंसर का निदान मिला (जिस निर्णय को कुछ विशेषज्ञों ने चुनौती दी है) उसे 2018 में मुआवज़ा दिया गया। फुकुशिमा का सबसे बड़ा सार्वजनिक स्वास्थ्य प्रभाव निकासी से उत्पन्न तनाव, अव्यवस्था और सामाजिक दुष्परिणाम रहे हैं, जिन्हें विस्थापित लोगों में लगभग दो हज़ार मौतों से जोड़ा गया है — इनमें मुख्यतः गंभीर पूर्व-विद्यमान चिकित्सीय स्थितियों वाले बुजुर्ग लोग शामिल थे।

परमाणु ऊर्जा और ऊर्जा सुरक्षा

परमाणु ऊर्जा ऊर्जा सुरक्षा के मामले में ऐसे फ़ायदे प्रदान करती है जिनकी सराहना जीवाश्म ईंधन की कीमतों में उतार-चढ़ाव और ऊर्जा आपूर्ति के हथियारीकरण के संदर्भ में नीति-निर्माताओं के बीच तेज़ी से बढ़ी है। परमाणु ईंधन की लागत किसी परमाणु संयंत्र की कुल परिचालन लागत का केवल लगभग एक चौथाई होती है (जबकि प्राकृतिक गैस संयंत्रों में ईंधन लागत कुल लागत का पचास से पचहत्तर प्रतिशत होती है), और यूरेनियम भौगोलिक रूप से विविध उत्पादकों से उपलब्ध है — कज़ाखस्तान, कनाडा, नामीबिया, ऑस्ट्रेलिया, रूस, उज़्बेकिस्तान और अन्य — जिससे किसी एक आपूर्तिकर्ता पर निर्भरता कम होती है। परमाणु ईंधन की ऊर्जा घनत्व इतनी अधिक होती है कि एक परमाणु संयंत्र कई वर्षों का ईंधन साइट पर ही संग्रहीत कर सकता है, जो आपूर्ति में व्यवधान के विरुद्ध मज़बूती प्रदान करता है।

परमाणु ऊर्जा और प्राकृतिक गैस की ऊर्जा सुरक्षा विशेषताओं के बीच का अंतर 2021-2022 के यूरोपीय ऊर्जा संकट के दौरान स्पष्ट रूप से उजागर हुआ, जब रूसी गैस की आपूर्ति बंद होने — जो यूरोपीय गैस खपत का लगभग चालीस प्रतिशत हिस्सा थी — से बिजली की कीमतें रिकॉर्ड ऊँचाई पर पहुँच गईं, औद्योगिक इकाइयाँ बंद हो गईं और पूरे यूरोप में सरकारों को आपातकालीन हस्तक्षेप करने पड़े। जिन देशों के पास बड़े परमाणु बेड़े थे — फ्रांस, 2022 में अपनी रिएक्टर उपलब्धता संबंधी समस्याओं के बावजूद, और फ़िनलैंड, जिसने वर्षों की देरी के बाद अप्रैल 2023 में ओल्किलुओटो 3 पर अपने नए EPR को व्यावसायिक संचालन में लाया — वे गैस-निर्भर या कोयला-निर्भर बिजली प्रणालियों वाले देशों की तुलना में काफी बेहतर स्थिति में थे।

परमाणु ऊर्जा के सैन्य और रणनीतिक उपयोग — परमाणु पनडुब्बियाँ, विमानवाहक पोत और आइसब्रेकर — परमाणु ईंधन की असाधारण ऊर्जा सघनता और उन अनुप्रयोगों में इसकी महत्ता को रेखांकित करते हैं जहाँ ईंधन भरना व्यावहारिक रूप से संभव नहीं होता। रूस का परमाणु-चालित आइसब्रेकर बेड़ा — जो दुनिया का सबसे बड़ा है और Rosatom की सहायक कंपनी FSUE Atomflot द्वारा संचालित है — आर्कटिक महासागर में नॉर्दर्न सी रूट पर साल भर नौवहन बनाए रखता है। यह क्षमता पारंपरिक ईंधन से चलने वाले जहाजों के लिए असंभव है, और जैसे-जैसे आर्कटिक की समुद्री बर्फ पिघल रही है, इसका रणनीतिक महत्व और भी बढ़ता जा रहा है।

परमाणु ऊर्जा का भविष्य

वैश्विक ऊर्जा प्रणाली में परमाणु ऊर्जा की भावी भूमिका कई प्रतिस्पर्धी शक्तियों के परिणाम पर निर्भर करती है: बिजली प्रणालियों को कार्बन-मुक्त करने की अनिवार्यता, पश्चिमी देशों में किफायती लागत पर नए परमाणु संयंत्र बनाने की सिद्ध कठिनाई, नवीकरणीय ऊर्जा की तीव्र वृद्धि, और 2022 के ऊर्जा संकट के बाद राजनीतिक समर्थन में आई नई लहर।

अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी के '2050 तक नेट ज़ीरो' परिदृश्य के अनुसार, वैश्विक कार्बन-निष्कर्षण में योगदान देने के लिए 2050 तक परमाणु ऊर्जा क्षमता को वर्तमान लगभग 415 गीगावाट से लगभग दोगुना करके लगभग 800 गीगावाट तक पहुँचाना होगा, जिसमें परमाणु ऊर्जा वैश्विक स्वच्छ ऊर्जा का लगभग दस प्रतिशत प्रदान करेगी। इस परिदृश्य में मौजूदा संयंत्रों की परिचालन आयु बढ़ाने और SMRs सहित नए संयंत्रों के निर्माण दोनों की परिकल्पना की गई है।

चीन का परमाणु विस्तार — जो दुनिया में सबसे महत्वाकांक्षी है और 2035 तक लगभग 200 गीगावाट का लक्ष्य रखता है — बड़े पैमाने पर परमाणु विकास के तेज़ गति और प्रतिस्पर्धी लागत पर आगे बढ़ने का सबसे स्पष्ट उदाहरण है, जो सरकारी वित्तपोषण, मानकीकृत डिज़ाइन और निरंतर आपूर्ति श्रृंखला विकास से संभव हुआ है। पश्चिमी देशों की तुलना में चीन की परमाणु संयंत्र तेज़ और सस्ते बनाने की क्षमता औद्योगिक नीति और निर्माण प्रबंधन में उसके व्यवस्थागत लाभों को दर्शाती है, जिन्हें पश्चिमी देशों के लिए दोहराना कठिन हो सकता है।

कार्बन-मुक्त ऊर्जा प्रणालियों में परमाणु ऊर्जा की उचित भूमिका पर बहस नवीकरणीय ऊर्जा से तुलना से प्रभावित होती है। पिछले एक दशक में पवन और सौर ऊर्जा की लागत में नाटकीय कमी आई है, जिससे वे अधिकांश बाजारों में नई बिजली उत्पादन का सबसे किफायती स्रोत बन गई हैं। हालाँकि, परिवर्तनशील नवीकरणीय ऊर्जा के लिए या तो विशाल भंडारण (जिसकी लागत अभी तक ग्रिड स्तर पर प्रमाणित नहीं हुई है), या विस्तृत भौगोलिक क्षेत्रों में अंतर्संयोजन, या परमाणु, जलविद्युत अथवा कार्बन कैप्चर सहित गैस जैसी पूरक स्थायी बिजली उत्पादन की आवश्यकता होती है — ताकि हर समय विश्वसनीय बिजली उपलब्ध हो सके। परिवर्तनशील नवीकरणीय ऊर्जा के पूरक के रूप में एक स्थायी कम-कार्बन स्रोत के रूप में परमाणु ऊर्जा के तकनीकी और आर्थिक तर्क को उन विश्लेषकों ने भी स्वीकार किया है जो बड़े नए परमाणु निर्माण के प्रति संशयवादी हैं, जिससे विचारधारा के पूरे स्पेक्ट्रम में परमाणु ऊर्जा के लिए बढ़ते राजनीतिक समर्थन को बल मिला है।

यूरेनियम खनन और पर्यावरणीय विरासत

यूरेनियम खनन ने कई देशों में महत्वपूर्ण पर्यावरणीय विरासत छोड़ी है, विशेष रूप से उन क्षेत्रों में जहाँ शीत युद्ध के हथियार कार्यक्रमों ने श्रमिक सुरक्षा और पर्यावरण सुधार पर पर्याप्त ध्यान दिए बिना गहन यूरेनियम निष्कर्षण को बढ़ावा दिया।

अमेरिकी दक्षिण-पश्चिम का यूरेनियम बेल्ट — जो न्यू मेक्सिको, एरिज़ोना, कोलोराडो और यूटाह के कुछ हिस्सों को कवर करता है — में एक हज़ार से अधिक परित्यक्त यूरेनियम खदानें हैं, जिनमें से अधिकांश 1940 से 1980 के बीच संचालित हुईं और नवाजो नेशन तथा अन्य आदिवासी समुदायों को प्रभावित करने वाला मिट्टी, पानी और वायु प्रदूषण छोड़ गई हैं। इन खदानों में काम करने वाले श्रमिक, जिनमें से कई नवाजो पुरुष थे, रेडॉन गैस और यूरेनियम धूल के उन स्तरों के संपर्क में आए जो अब फेफड़ों के कैंसर का कारण बनते हैं, लेकिन उन्हें जोखिमों की जानकारी नहीं दी गई और उन्हें श्वसन सुरक्षा भी उपलब्ध नहीं कराई गई। नवाजो यूरेनियम खनिकों पर हुए अध्ययनों में फेफड़ों के कैंसर की दर नाटकीय रूप से अधिक पाई गई; 1990 के रेडिएशन एक्सपोज़र कम्पेंसेशन एक्ट और इसके 2000 के संशोधनों ने खनिकों और उनके परिवारों को सीमित मुआवज़ा प्रदान किया।

पूर्व पूर्वी जर्मनी का यूरेनियम खनन क्षेत्र एर्ज़गेबिर्गे (ओर माउंटेंस), जिसे सोवियत-जर्मन संयुक्त कंपनी SDAG Wismut द्वारा 1946 से 1990 तक संचालित किया गया था, शीत युद्ध के दौरान दुनिया के सबसे बड़े यूरेनियम उत्पादकों में से एक था। इसने सोवियत हथियार कार्यक्रम के लिए लगभग 231,000 टन यूरेनियम का उत्पादन किया। तेज़ और अनियमित खनन के कारण व्यापक स्तर पर प्रदूषण फैला और एक लाख तीस हज़ार से अधिक श्रमिक रेडॉन और धूल के संपर्क में आए; अनुमान है कि छह हज़ार से सात हज़ार Wismut श्रमिकों की मृत्यु खनन के संपर्क से जुड़े फेफड़ों के कैंसर के कारण हुई। जर्मन एकीकरण ने एक विशाल सुधार दायित्व उत्पन्न किया: Wismut सफाई कार्यक्रम, जो अभी भी जारी है, दुनिया की सबसे बड़ी खनन सुधार परियोजनाओं में से एक है और इस पर अब तक लगभग सात अरब यूरो खर्च हो चुके हैं।

कज़ाकिस्तान का यूरेनियम खनन उद्योग — जो अब वैश्विक उत्पादन में लगभग चालीस प्रतिशत की हिस्सेदारी के साथ दुनिया का सबसे बड़ा है — मुख्य रूप से भूमिगत या खुले गड्ढे की खनन के बजाय इन-सिटू लीचिंग (ISL) पद्धति का उपयोग करता है। ISL में, एक अम्लीय या क्षारीय घोल को कुओं के एक नेटवर्क के ज़रिए अयस्क भंडार में इंजेक्ट किया जाता है, जो अयस्क क्षेत्र में यूरेनियम को घोल देता है, और यूरेनियम युक्त घोल को प्रसंस्करण के लिए सतह पर पंप किया जाता है। ISL पारंपरिक खनन की तुलना में कम हस्तक्षेपकारी है और भूमिगत खदानों में होने वाले रेडॉन संपर्क से भी बचाती है, लेकिन अगर सही तरीके से प्रबंधित न किया जाए तो यह भूजल जलभृतों को दूषित कर सकती है।

परमाणु आतंकवाद और डर्टी बम का खतरा

इस संभावना कि आतंकवादी परमाणु सामग्री प्राप्त कर उसका उपयोग कर सकते हैं — चाहे किसी परमाणु हथियार में या एक सरल "डर्टी बम" (एक पारंपरिक विस्फोटक जिसे प्रदूषण फैलाने के लिए रेडियोधर्मी सामग्री के साथ मिलाया जाता है) के रूप में — शीत युद्ध की समाप्ति और सोवियत संघ के विघटन के बाद से एक प्रमुख सुरक्षा चिंता रही है।

सोवियत राज्य के पतन ने "लूज़ न्यूक्स" यानी अपर्याप्त रूप से सुरक्षित परमाणु हथियारों और सामग्रियों को लेकर चिंताएँ उत्पन्न कीं, जिन्हें चुराया या हड़पा जा सकता था। Nunn-Lugar सहकारी खतरा न्यूनीकरण कार्यक्रम (जो सीनेटर Sam Nunn और Richard Lugar के नाम पर है) सहित विभिन्न कार्यक्रमों ने पूर्व सोवियत राज्यों में परमाणु हथियारों और सामग्रियों की सुरक्षा बेहतर बनाने के लिए धन और तकनीकी सहायता प्रदान की, हज़ारों वारहेड को निष्क्रिय किया और परमाणु सुविधाओं पर भौतिक सुरक्षा में सुधार किया। इस ढाँचे के तहत किए गए सामग्री संरक्षण, नियंत्रण और लेखांकन (MPC&A) कार्यक्रमों को परमाणु सामग्री की चोरी के जोखिम को काफी हद तक कम करने का श्रेय दिया जाता है।

IAEA के इंसीडेंट एंड ट्रैफिकिंग डेटाबेस में 1993 के बाद से परमाणु और रेडियोधर्मी सामग्री से जुड़ी अनधिकृत गतिविधियों के तीन हज़ार से अधिक पुष्ट मामले दर्ज किए गए हैं, जिनमें अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम (HEU) या प्लूटोनियम — परमाणु हथियारों के लिए सबसे प्रासंगिक सामग्री — से जुड़े दर्जनों मामले शामिल हैं। अधिकांश पहचाने गए मामलों को राष्ट्रीय सीमाओं पर रोका गया है या कानून प्रवर्तन गतिविधि के माध्यम से उजागर किया गया है, लेकिन विखंडनीय सामग्री की महत्वपूर्ण मात्रा से जुड़े कई मामलों का स्रोत पूर्व सोवियत परमाणु सुविधाओं तक खोजा जा चुका है।

एक रेडियोलॉजिकल डिस्पर्सल डिवाइस (RDD या "डर्टी बम") — एक पारंपरिक विस्फोटक जिसमें रेडियोधर्मी सामग्री भरी होती है — से विकिरण से जुड़ी बड़ी जनहानि होने की संभावना कम है (आतंकवादियों को उपलब्ध अधिकांश रेडियोधर्मी सामग्री उन मात्राओं में घातक नहीं होगी जो किसी पारंपरिक विस्फोट से फैलाई जा सके), लेकिन यह घबराहट, आर्थिक अव्यवस्था और किसी शहरी क्षेत्र में दीर्घकालिक प्रदूषण का कारण बन सकती है जिसकी सफाई में भारी खर्च आ सकता है। किसी बड़े शहर में डर्टी बम हमले के आर्थिक और मनोवैज्ञानिक परिणाम विकिरण के प्रत्यक्ष स्वास्थ्य प्रभाव से कहीं अधिक हो सकते हैं।

विकासशील देशों में परमाणु ऊर्जा

परमाणु ऊर्जा परंपरागत रूप से बड़े विद्युत तंत्र वाले औद्योगिक देशों तक सीमित रही है, लेकिन अब विकासशील देशों में इसका उल्लेखनीय विस्तार हो रहा है, जो मुख्य रूप से रूसी और चीनी परमाणु निर्यात तथा उभरती अर्थव्यवस्थाओं की ऊर्जा सुरक्षा व विकास की आकांक्षाओं से प्रेरित है।

रूस की रोसाटॉम राज्य परमाणु निगम एक ऐसे व्यापार मॉडल के ज़रिए परमाणु प्रौद्योगिकी का दुनिया का सबसे बड़ा निर्यातक बन गई है, जिसमें सरकार-से-सरकार वित्तपोषण, दीर्घकालिक ईंधन आपूर्ति समझौते और संपूर्ण जीवनचक्र सेवाएँ शामिल हैं — यानी परमाणु संयंत्र बनाना, उसे ईंधन देना और संचालित करना, सब एक पैकेज के रूप में, जहाँ मेज़बान देश संयंत्र की पूरी आयु के दौरान बिजली के बदले भुगतान करता है। रोसाटॉम के निर्माणाधीन या अनुबंधित परमाणु संयंत्र तुर्की (अक्कुयू संयंत्र, चार VVER-1200 इकाइयाँ), बांग्लादेश (रूपपुर, दो इकाइयाँ), मिस्र (अल-दब्बा, चार इकाइयाँ), हंगरी (पाक्स विस्तार, दो इकाइयाँ), भारत (कुडनकुलम विस्तार), ईरान (बुशहर विस्तार) और अन्य देशों में हैं।

संयुक्त अरब अमीरात का बराकाह परमाणु ऊर्जा संयंत्र — जिसमें कोरिया इलेक्ट्रिक पावर कॉर्पोरेशन (KEPCO) द्वारा 2009 में मिले अनुबंध के तहत निर्मित चार APR-1400 इकाइयाँ हैं — अरब जगत का पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र है। इकाइयाँ 1 से 4 के बीच 2020 और 2024 के बीच पूरी हुईं, जिससे संयुक्त अरब अमीरात को लगभग 5.6 गीगावाट की परमाणु क्षमता प्राप्त हुई — जो संयुक्त अरब अमीरात की बिजली माँग का लगभग पच्चीस प्रतिशत पूरा करने के लिए पर्याप्त है। बराकाह परियोजना, जो लगभग तय समय-सीमा और बजट के भीतर बनकर तैयार हुई, इस बात का प्रमाण है कि कोरियाई परमाणु निर्माण क्षमताओं को सफलतापूर्वक निर्यात किया जा सकता है, और इसने अन्य देशों में कोरियाई परमाणु प्रौद्योगिकी के प्रति रुचि जगाई है।

सीमित परमाणु अनुभव वाले देशों में परमाणु ऊर्जा के विस्तार के सुरक्षा और अप्रसार संबंधी निहितार्थों पर सक्रिय बहस जारी है। IAEA के सुरक्षा मानक और NPT का ढाँचा यह सुनिश्चित करने की औपचारिक संरचना प्रदान करते हैं कि नए परमाणु देश अपने कार्यक्रम सुरक्षित तरीके से और अप्रसार प्रतिबद्धताओं के अनुपालन में विकसित करें, लेकिन कुछ विश्लेषक यह सवाल उठाते हैं कि मौजूदा परमाणु विस्तार की गति और भौगोलिक व्यापकता को देखते हुए ये ढाँचे पर्याप्त हैं या नहीं।

परमाणु ऊर्जा का रिकॉर्ड और तुलनात्मक सुरक्षा

जब व्यावसायिक परिचालन के पूरे इतिहास में परमाणु ऊर्जा के सुरक्षा रिकॉर्ड का व्यवस्थित रूप से आकलन किया जाता है, तो यह आम जनधारणा से काफी बेहतर नज़र आता है। उत्पादित ऊर्जा की प्रति इकाई मृत्यु दर के तुलनात्मक अध्ययन लगातार परमाणु ऊर्जा को सबसे सुरक्षित ऊर्जा स्रोतों में स्थान देते हैं, जहाँ मृत्यु दर कोयला, तेल, गैस या यहाँ तक कि कुछ नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से भी कहीं कम है।

व्यावसायिक परमाणु ऊर्जा के पूरे इतिहास में परमाणु संयंत्र दुर्घटनाओं में सीधे तौर पर हुई मौतों की संख्या दर्जनों में है — चेर्नोबिल (इतिहास की सबसे भीषण परमाणु दुर्घटना) से 31 सीधी मौतें, और उसके बाद उस दुर्घटना से उचित विश्वास के साथ जुड़ी कैंसर से कुछ मौतें। थ्री माइल आइलैंड, फुकुशिमा या चेर्नोबिल के अलावा किसी भी अन्य व्यावसायिक रिएक्टर दुर्घटना से विकिरण के कारण कोई मौत नहीं हुई। तुलना में, कोयला उद्योग वायु प्रदूषण, खनन दुर्घटनाओं और संबंधित व्यावसायिक बीमारियों से अनुमानतः प्रति वर्ष दुनिया भर में दस लाख मौतों का कारण बनता है; प्राकृतिक गैस और तेल उद्योग उत्पादन दुर्घटनाओं, पाइपलाइन विफलताओं और वायु प्रदूषण से प्रतिवर्ष हज़ारों मौतों का कारण बनते हैं।

चेर्नोबिल दुर्घटना कई अनोखे कारकों के संयोग से हुई थी: एक ऐसा रिएक्टर डिज़ाइन जिसमें एक ज्ञात खतरनाक अस्थिरता थी (पॉज़िटिव वॉइड कोएफिशिएंट), अपर्याप्त ऑपरेटर प्रशिक्षण, एक ऐसी सुरक्षा संस्कृति जो प्रक्रिया से ऊपर उत्पादन को प्राथमिकता देती थी, और एक असुरक्षित परिचालन स्थिति में खराब तरीके से तैयार किए गए सुरक्षा परीक्षण को करने का एक दुर्भाग्यपूर्ण निर्णय। पश्चिम के व्यावसायिक रिएक्टरों में RBMK की डिज़ाइन खामियाँ नहीं हैं; यह दुर्घटना परमाणु ऊर्जा की सामान्य सुरक्षा विशेषताओं का प्रतिनिधित्व नहीं करती। इसी तरह, फुकुशिमा दुर्घटना एक अत्यंत भीषण सुनामी के विरुद्ध डिज़ाइन न किए जाने और अपर्याप्त आपातकालीन शीतलन व्यवस्था की स्थल-विशिष्ट विफलता के कारण हुई थी — न कि बॉइलिंग वॉटर रिएक्टर डिज़ाइन की किसी मूलभूत खामी के कारण।

परमाणु उद्योग में कार्यरत श्रमिकों को मिलने वाली व्यावसायिक विकिरण खुराक की सावधानीपूर्वक निगरानी की जाती है और इसे विनियमित किया जाता है। इसकी वार्षिक सीमाएँ उन स्तरों से काफी नीचे निर्धारित की जाती हैं जिन्हें हानिकारक माना जाता है। परमाणु उद्योग के श्रमिकों पर किए गए अध्ययनों में उद्योग से बाहर की तुलनीय आबादी की तुलना में कैंसर की दर में कोई उल्लेखनीय वृद्धि नहीं पाई गई है — सिवाय संभवतः उन श्रमिकों के जो परमाणु कार्यक्रम के शुरुआती और कम-विनियमित दशकों में कार्यरत थे।

परमाणु ऊर्जा उद्योग का सुरक्षा रिकॉर्ड, जब ऊर्जा के अन्य विकल्पों और विभिन्न ऊर्जा स्रोतों के समग्र स्वास्थ्य एवं पर्यावरणीय प्रभावों के संदर्भ में देखा जाता है, तो यह निष्कर्ष निकलता है कि परमाणु ऊर्जा बड़े पैमाने पर बिजली उत्पादन के लिए उपलब्ध सबसे सुरक्षित और स्वच्छ विकल्पों में से एक है — यह निष्कर्ष उन पर्यावरणविदों, नीति-निर्माताओं और ऊर्जा विश्लेषकों द्वारा भी तेज़ी से स्वीकार किया जा रहा है, जो पहले सुरक्षा कारणों से परमाणु ऊर्जा का विरोध करते थे।