পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রে বিপুল পরিমাণ শক্তির উৎস কোথায়?

সম্প্রতি রূপপুর পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র স্থাপনের কর্মযজ্ঞ শুরু হয়েছে। এর মাধ্যমে বাংলাদেশও প্রবেশ করেছে পরমাণু যুগের ভেতর। ফলে পরমাণু বিদ্যুৎ কেন্দ্র তথা নিউক্লিয়ার পাওয়ার প্ল্যান্ট এখন সারা দেশের আলোচনার বিষয়। বিশেষ করে যারা পরিবেশ নিয়ে ভাবছেন কিংবা যারা প্রযুক্তিগত উন্নয়ন নিয়ে ভাবছেন, তারা রূপপুরের পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র নিয়ে আলোচনা করছেন। সে আলোচনার অংশ হিসেবে পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র কী, এটি থেকে কীভাবে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হয়, কেন একে নিয়ে দুশ্চিন্তা করতে হবে কিংবা কেন এটি হতে পারে উজ্জ্বল ভবিষ্যতের সম্ভাবনা সেসব তুলে ধরা দরকার। আজকে পরমাণু ব্যবহার করে কীভাবে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা যায় সে পর্যন্ত আলোচনা করা হবে। বাকি আলোচনাও ধীরে ধীরে সময়মতো প্রকাশ করা হবে।

পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র মূলত অন্য সব বিদ্যুৎ কেন্দ্রের মতোই। জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র, কয়লাভিত্তিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র, গ্যাসভিত্তিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র এবং পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রের মূল প্রক্রিয়া একই।[1] সবগুলোতেই ট্রান্সফরমার, জেনারেটর ও টারবাইন থাকে। এদের কর্মপ্রক্রিয়াও প্রায় একই, ভিন্নতা শুধুমাত্র জ্বালানীতে। জ্বালানী না বলে বলতে হবে শক্তির মূল উৎসতে। কোনোটিতে শক্তির উৎস হিসেবে পানির বিভব শক্তি [2] ব্যবহার করা হয়, কোনোটিতে শক্তির জন্য কয়লা কিংবা গ্যাস পোড়ানো হয়, আবার কোনোটিতে অণু-পরমাণুর মাঝে লুকিয়ে থাকা বিশেষ কৌশল ব্যবহার করা হয়।

অন্যান্য তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মতোই নিউক্লিয়ার বিদ্যুৎ কেন্দ্রের প্রক্রিয়া। ছবি: উইকিমিডিয়া কমন্স/importée de

পরমাণুর বিশেষ কৌশলের বিদ্যুৎ কেন্দ্রটি হলো পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র। পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রকে নিউক্লিয়ার বিদ্যুৎ কেন্দ্রও বলা হয়। এ ধরনের বিদ্যুৎ কেন্দ্রে পরমাণুকে ভেঙে সেখান থেকে শক্তি বের করে আনা হয়। প্রশ্ন হতে পারে, পরমাণুকে ভাঙলে কেন শক্তি উৎপন্ন হবে? এ প্রশ্নের উত্তর জানতে হলে আমাদেরকে উঁকি দিতে হবে পরমাণুর নিউক্লিয়াসের ভেতরে।

প্রকৃতিতে চার ধরনের মৌলিক বল আছে। মহাকর্ষ বল, তাড়িতচুম্বক বল, দুর্বল নিউক্লীয় বল ও সবল নিউক্লীয় বল। এদের মাঝে সবচেয়ে শক্তিশালী হলো সবল নিউক্লীয় বল।[3] সবল নিউক্লীয় বলের শক্তি কেমন বেশি তা একটি উদাহরণের মাধ্যমে পরিষ্কার হয়ে যাবে। সাধারণত ধনাত্মক চার্জ আকর্ষণ করে ঋণাত্মক চার্জকে। ঋণাত্মক-ঋণাত্মক কিংবা ধনাত্মক-ধনাত্মক চার্জ কখনো একত্রে অবস্থান করে না। কিন্তু পরমাণুর নিউক্লিয়াসের গঠনের দিকে লক্ষ্য করলে দেখা যাবে সেখানে ধনাত্মক চার্জের প্রোটনগুলো একত্রে অবস্থান করছে। এটা সম্ভব হয়েছে সবল নিউক্লীয় বলের উপস্থিতির ফলে। সবল নিউক্লীয় বলের শক্তি এতই বেশি যে প্রোটনের পারস্পরিক বিকর্ষণকেও কাটিয়ে দিয়ে জোর করে বসিয়ে রাখতে পারে।[4]

প্রবল শক্তি দিয়ে ধনাত্মক চার্জের পরস্পর বিকর্ষণকারী প্রোটনগুলোকেও একত্রে আটকে রাখতে পারে। ছবি: সায়েন্স ব্রেইন ওয়েভ

কিন্তু সবল নিউক্লীয় বলের বড় ধরনের একটি সীমাবদ্ধতা আছে। এটি খুবই অল্প দূরত্ব পর্যন্ত আকর্ষণ করতে পারে। এর আকর্ষণের পাল্লা খুবই কম।[5] এতই কম যে বড় আকারের পরমাণুর নিউক্লিয়াসকে একত্রে রাখতে পারে না। বড় পরমাণুর বড় নিউক্লিয়াসে যদি কোনোভাবে আঘাত করা যায় তাহলে খুব সহজেই এদেরকে ভেঙে একাধিক টুকরো করে ফেলা যাবে। একাধিক টুকরো হলে পরমাণুর আকৃতি কমে আসবে, ফলে সেখানে সবল নিউক্লীয় বল দৃঢ়ভাবে প্রভাব রাখতে পারবে। বড় পরমাণুর বেলায় সবল নিউক্লীয় বলের দুর্বলতাকে ভিত্তি করেই মূলত পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র কিংবা পারমাণবিক বোমা তৈরি করা হয়।

যেহেতু এটি বিদ্যুৎ শক্তি বা তাপ শক্তি, তাই শক্তি সম্পর্কিত কোনো না কোনো সূত্রের প্রয়োগ থাকবেই। শক্তি সম্পর্কে আইনস্টাইনের বিখ্যাত একটি সূত্র আছে। সূত্রটি খুবই সহজ, E = mc^2। সচরাচর আমরা দেখি, বস্তু কখনো সৃষ্টিও হয় না, ধ্বংসও হয় না। এক আকৃতি থেকে আরেক আকৃতিতে রূপান্তরিত করা যায় শুধু। চাল থেকে চালের গুড়ি করা যায়, গুড়ি থেকে রুটি তৈরি করা যায়, রুটি খাওয়া যায়, সে রুটির উপাদানগুলো দেহে মিশে একসময় ভিন্ন রূপে দেহ থেকে বের হয়ে যায়। এক বস্তু থেকে আরেক বস্তু হচ্ছে, কিন্তু ঘুরেফিরে মূল বস্তুর পরিমাণ একই থাকছে। নতুন কোনো বস্তু তৈরি হচ্ছে না কিংবা ধ্বংস হচ্ছে না। শক্তির বেলাতেও একই কথা প্রযোজ্য। এক রূপ থেকে আরেক রূপে রূপান্তর করা যায় শুধু, নতুন করে তৈরি কিংবা ধ্বংস করা যায় না। যেমন মোবাইলে কথা বললে শব্দ শক্তি রূপান্তরিত হয় যান্ত্রিক শক্তিতে, যান্ত্রিক শক্তি আবার অন্য প্রান্তের মোবাইলে গিয়ে শব্দ শক্তিতে পরিণত হয়। যেভাবেই যাক, যতগুলো ধাপ পেরিয়ে যাক, মূল শক্তির পরিমাণ একই থাকছে।

এক রূপ থেকে আরেক রূপে রূপান্তরিত হয় শক্তি। ছবি: স্মাগমাগ

কিন্তু আইনস্টাইনের সূত্র বলছে অন্য কথা। এ সূত্র অনুসারে নতুন করে বস্তু তৈরি কিংবা ধ্বংস করা যাবে। উল্টোভাবে নতুন করে শক্তিও তৈরি কিংবা ধ্বংস করা যাবে। E = mc^2 সূত্রে E হলো শক্তি আর m হলো ভর। যেহেতু ভর ও শক্তি একই সূত্রে আছে, তার মানে কোনো না কোনো একদিক থেকে তারা পরস্পরের সাথে সম্পর্কযুক্ত। অনেকে ইতিমধ্যেই ধরে ফেলেছে, আইনস্টাইনের সূত্র বলছে ভরকে (অর্থাৎ বস্তুকে) শক্তিতে রূপান্তরিত করা যায় এবং উল্টোভাবে শক্তিকেও বস্তুতে রূপান্তরিত করা যায়।

সূত্রে আরো একটি অংশ বাকি রয়ে গেছে। এখানে c হলো আলোর বেগ। এটি গুণক হিসেবে ভরের সাথে আছে। আলোর বেগ অবিশ্বাস্য পরিমাণ বেশি। প্রতি সেকেন্ডে ৩ লক্ষ কিলোমিটার প্রায়। যেহেতু আলোর বেগের মান বেশি এবং এটি এখানে গুণ হিসেবে আছে, তার মানে অল্প পরিমাণ বস্তুকে রূপান্তরিত করলে প্রচুর পরিমাণ শক্তি পাওয়া যাবে। পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রে সবল নিউক্লীয় বলের দুর্বলতার পাশাপাশি আইনস্টাইনের এই ভর-শক্তি সম্পর্কের সূত্রটিকেও ব্যবহার করা হয়।

পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রে ইউরেনিয়াম কিংবা প্লুটোনিয়াম মৌল ব্যবহার করা হয়। এ মৌলগুলোর আকার বড় হয়ে থাকে। বাইরে থেকে একটি নিউট্রন দিয়ে যদি এদের নিউক্লিয়াসে আঘাত করে তাহলে নিউক্লিয়াসটি দুই ভাগে বিভক্ত হয়ে যাবে। বিভক্ত হয়ে দুটি মৌল তৈরি করবে। মৌলের পাশাপাশি অতিরিক্ত কিছু নিউট্রনও তৈরি করবে। নতুন দুটি মৌল এবং নতুন তৈরি হওয়া নিউট্রনের ভর একত্রে যোগ করলে মূল ইউরেনিয়াম কিংবা প্লুটোনিয়ামের ভরের সমান হবার কথা। কিন্তু অবাক করা বিষয় হলো এখানে মূল ভর থেকে পরিবর্তিত ভর সামান্য কম থাকে। এই কম ভরটা হারিয়ে গেছে। হারিয়ে যাওয়া ভর আইনস্টাইনের সূত্রানুসারে শক্তিতে পরিণত হয়ে গেছে।[6] এই শক্তিকে ব্যবহার করেই টারবাইন ঘোরানো হয় এবং বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হয়।

নিউট্রনের আঘাতে ভেঙে যায় ইউরেনিয়াম পরমাণু। ছবি: উইকিমিডিয়া কমন্স

তবে প্রক্রিয়াটিকে যত সহজ মনে হচ্ছে বাস্তবে এটি তত সহজ নয়। ছবিটির দিকে খেয়াল করুন। প্রথম একটি নিউট্রন দিয়ে আঘাত করার ফলে পরমাণু ভেঙে আরো কতগুলো নিউট্রন তৈরি হয়েছে। সে নিউট্রনগুলো আবার অন্যান্য পরমাণুকে আঘাত করবে এবং সেসব পরমাণু থেকেও নিউট্রন অবমুক্ত হবে। সেই নিউট্রন আবার আরো মৌলকে আঘাত করবে। এভাবে একটি চেইন বিক্রিয়ার জন্ম নেবে। এর ভয়াবহতা সহজেই আঁচ করার কথা। কারণ এটি সমান্তর ধারায় [7] নয়, গুণোত্তর ধারায় [8] অগ্রসর হচ্ছে। এই ঘটনাটি গুণোত্তর ধারায় অগ্রসর হবার মানে হচ্ছে একসময় শক্তির তীব্রতায় তা প্রবল বিস্ফোরণ ঘটিয়ে ফেলবে।

তবে এই চেইন বিক্রিয়াকে নিয়ন্ত্রণ করা যায়। এমন কোনোকিছু যদি দিয়ে দেয়া যায় যা প্রয়োজনের অতিরিক্ত নিউট্রনকে শোষণ করে নেবে তাহলে পুরো প্রক্রিয়াটি নিয়ন্ত্রণে চলে আসে। ক্যাডমিয়াম নামে একটি মৌল আছে। এরা নিউট্রন শোষণ করতে পারে। নিউক্লিয়ার রিঅ্যাকটরের মাঝে ক্যাডমিয়ামের রড রেখে দিলে তারা অতিরিক্ত নিউট্রনকে শোষে নিতে পারে।[9]

ক্যাডমিয়ামের নিয়ন্ত্রক রড। ছবি: টকিং আইডেন্টিটি

এখানেও কিছু জ্যামিতিক হিসেব করা যায়। রডের পরিমাণ (ক্ষেত্রফল) যদি বাড়িয়ে দেয়া হয় তাহলে নিউক্লিয়ার বিক্রিয়া বেশি নিয়ন্ত্রিত হবে, ফলে বিদ্যুৎ কম উৎপন্ন হবে। আবার যদি ক্যাডমিয়াম রড কমিয়ে নেয়া হয় তাহলে চেইন রিঅ্যাকশন অধিক হারে হবে, ফলে বিদ্যুৎ বেশি উৎপন্ন হবে। কিন্তু কেউ যদি বেশি শক্তি উৎপাদনের জন্য কমাতে কমাতে বেশি কমিয়ে ফেলে কিংবা সম্পূর্ণই সরিয়ে ফেলে, তাহলে নিউক্লিয়ার বিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ হারিয়ে বড় ধরনের দুর্ঘটনা ঘটিয়ে ফেলতে পারে। রাশিয়ার চেরনোবিল দুর্ঘটনা মূলত নিয়ন্ত্রণহীনতার কারণেই ঘটেছিল। এ ধরনের দুর্ঘটনায় এতই তাপ উৎপন্ন হতে পারে যে মুহূর্তের মাঝেই চুল্লিটিকে গলিয়ে ফেলতে পারবে।[10]

একটি বড় মৌলকে ভেঙে দুটি ছোট মৌল তৈরি করার এই ঘটনাকে বলা হয় নিউক্লিয়ার ফিশন। পদার্থবিজ্ঞানে খুব গুরুত্বের সাথে নিউক্লিয়ার ফিশন আলোচনা করা হয়। এরকম আরো একটি ঘটনা আছে। দুটি ছোট মৌল একত্র হয়ে বড় একটি তৈরি করা। একাধিক মৌল মিলে একটি মৌল তৈরি করার ঘটনাকে বলে নিউক্লিয়ার ফিউশন। এতেও প্রচুর শক্তি উৎপন্ন হয়। এর জাজ্বল্যমান উদাহরণ হচ্ছে আমাদের সূর্য। সূর্য থেকে যত ধরনের শক্তি পাই তার সবই তৈরি হচ্ছে নিউক্লিয়ার ফিউশন থেকে। কোনো তেল নয়, কোনো কাঠ নয়, কোনো গ্যাস নয়, শুধুমাত্র নিউক্লিয়ার বিক্রিয়ার মাধ্যমে সূর্যের বুকে তৈরি হচ্ছে অকল্পনীয় শক্তি।

২য় বিশ্বযুদ্ধের সময় ভয়ানক ক্ষমতার বোমা বানানোর জন্য পরমাণু প্রযুক্তির উদ্ভব হয়েছিল। পরবর্তীতে মানবকল্যাণে ব্যবহার করার চিন্তা ভাবনা করা হয়। ১৯৫১ সালের ২০ ডিসেম্বর যুক্তরাষ্ট্রে দ্য এক্সপেরিমেন্টাল ব্রিডার রিঅ্যাকটর ১ থেকে প্রথম পারমাণবিক বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হয়। পরবর্তীতে এই ধারণা সারা বিশ্বে ছড়িয়ে যায়। বর্তমানে অনেকগুলো দেশে পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদিত হচ্ছে। পৃথিবীর সামগ্রিক বিদ্যুৎ চাহিদার ১৬ শতাংশ আসে পারমাণবিক বিদ্যুৎ থেকে।[11] কোনো কোনো দেশে পারমাণবিক বিদ্যুতের ব্যবহার খুবই বেশি। যেমন ফ্রান্সে বিদ্যুতের সামগ্রিক চাহিদার ৭৭ শতাংশ আসে পারমাণবিক বিদ্যুৎ খাত থেকে।[12]

অনেক দেরীতে হলেও বাংলাদেশ রূপপুর পরমাণু বিদ্যুৎ প্রকল্পের মাধ্যমে এই দৌড়ে যুক্ত হয়েছে। এর পক্ষে বিপক্ষে অনেক মত আছে। পক্ষের মত, বিপক্ষের মত উভয়েরই প্রয়োজন আছে। আমরাও চেষ্টা করবো পরমাণু বিদ্যুৎ ও রূপপুর প্রকল্প সম্বন্ধে আরো আলোচনা করতে।

তথ্যসূত্র ও নোট

[1] পারমাণবিক বিদ্যুৎ সমস্যা: রূপপুর প্রকল্প ও বাংলাদেশ, বাংলাদেশ অধ্যয়ন কেন্দ্র
[2] বিভব শক্তিকে বলা যেতে পারে সঞ্চিত শক্তি। বাসার ছাদের উপর যদি এক টাংকি পানি থাকে তাহলে ভূমির সাপেক্ষে পানিতে অনেকগুলো শক্তি সঞ্চিত আছে। একইভাবে সমস্ত পৃথিবী থেকে সূর্যের তাপের মাধ্যমে পানির কণাগুলো বাষ্প হয়ে বায়ুমণ্ডলে মিশে। তারপর পানিচক্রের মাধ্যমে নদীতে আসে। নদীতে যদি বাধ দিয়ে একপাশের পানি আটকে দেয়া যায় তাহলে একপাশে পানির স্তর উপরে উঠে যাবে এবং অপর পাশে পানির স্তর নীচে নেমে যাবে। তাহলে নীচের অংশের সাপেক্ষে উপরের অংশে শক্তি সঞ্চিত আছে। উপরের পানিকে একটি টানেল দিয়ে নিয়ন্ত্রিতভাবে পড়তে দিয়ে তাকে ব্যবহার করে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা যায়। একেই বলে বিভব শক্তি ব্যবহার করে বিদ্যুৎ উৎপাদন।
[3] Fundamental Forces, http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/funfor.html
[4] https://education.jlab.org/qa/atomicstructure_04.html
[5] http://aether.lbl.gov/elements/stellar/strong/strong.html
[6] আরো একটুখানি বিজ্ঞান, মুহম্মদ জাফর ইকবাল, কাকলী প্রকাশনী, ২০১১
[7] ১-এর পর ২, ২-এর পর ৩, ৩-এর পর ৪, ৪-এর পর ৫, এভাবে যোগের মতো কোনো ধারা চলমান থাকলে তাকে বলে সমান্তর ধারা।
[8] ১-এর পর ২, ২-এর পর ৪, ৪-এর পর ৮, ৮-এর পর ১৬, ১৬-এর পর ৩২ এভাবে কোনো ধারা গুণ বা সূচকের মতো চলমান থাকলে তাকে বলে গুণোত্তর ধারা।
[9] আরো একটুখানি বিজ্ঞান, মুহম্মদ জাফর ইকবাল, কাকলী প্রকাশনী, ২০১১
[10] আরো একটুখানি বিজ্ঞান, মুহম্মদ জাফর ইকবাল, কাকলী প্রকাশনী, ২০১১
[11] পারমাণবিক বিদ্যুৎ সমস্যা: রূপপুর প্রকল্প ও বাংলাদেশ, বাংলাদেশ অধ্যয়ন কেন্দ্র
[12] আরো একটুখানি বিজ্ঞান, মুহম্মদ জাফর ইকবাল, কাকলী প্রকাশনী, ২০১১

ফিচার ছবি- Antyweb