আধুনিক পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রগুলো নিয়ে একটি মজার কৌতুক প্রচলিত আছে। এগুলোকে নাকি শুধু একজন মানুষ এবং একটি পোষা কুকুর দিয়েই চালানো সম্ভব! মেইন কন্ট্রোল রুমে মানুষের কাজ হলো কুকুরটিকে খাওয়ানো, আর কুকুরের দায়িত্ব হলো সেই মানুষটিকে কামড়ে দেওয়া; যাতে মানুষটি ভুলেও স্বয়ংক্রিয় কন্ট্রোল প্যানেলের কোনো কিছুতে হাত দেওয়ার চেষ্টা না করে!
কৌতুকটির মধ্যে আদৌ কোনো ‘সত্যতা’ আছে কিনা, সে সম্পর্কে সবেচেয়ে ভালো বলতে পারবেন স্পর্শকাতর স্থাপনাগুলোর কন্ট্রোল রুমে কাজ করা তুখোড় অপারেটররা। তবে আমাদের দেশের একমাত্র পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রে নির্মাণ প্রকল্পের বিশাল কর্মযজ্ঞের সঙ্গে জড়িত থাকার সামান্য অভিজ্ঞতা থেকে একটা কথা চোখ বন্ধ করে বলে দিতে পারি— কৌতুকটির আড়ালে যে মাত্রার প্রযুক্তিগত উৎকর্ষ ফুটিয়ে তোলা হয়েছে, বাস্তবতার সঙ্গে এর ব্যবধান সামান্যই। অত্যাধুনিক পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রগুলো যেন মানুষের উদ্ভাবনী সক্ষমতার এক মূর্ত প্রতীক।
এই লেখা যখন লিখছি তখন আমাদের রূপপুর পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রের প্রথম ইউনিট স্পর্শ করেছে এক অনন্য মাইলফলক। এর রিঅ্যাক্টরের গহিনে প্রথমবারের মতো সফলভাবে সংঘটিত হয়েছে নিউক্লিয়ার ফিশন বিক্রিয়া। কিছুদিন আগেই সেখানে একে একে বসানো হয়েছিল ১৬৩টি ইউরেনিয়াম জ্বালানি দণ্ড বা ফুয়েল অ্যাসেম্বলি। এগুলো এবং আনুষঙ্গিক সব সিস্টেম হরেক রকম নিরাপত্তা মানদণ্ড ও পরীক্ষা-নিরীক্ষায় সফলভাবে উৎরে যাওয়ার পরই এই স্পর্শকাতর ধাপের কাজ শুরু হয়। পরমাণু শক্তি নিয়ন্ত্রণ কর্তৃপক্ষের কাছ থেকে সবুজ সংকেত পাওয়ার পর দেশবাসীর সঙ্গে সঙ্গে আমরাও দিন গুনতে শুরু করেছিলাম। কবে আসবে সেই মাহেন্দ্রক্ষণ! অপেক্ষার প্রহর অবশ্য খুব বেশি দীর্ঘ হয়নি। রোববার, দুপুর ৩টা ৩৪ মিনিটে আমাদের দেশের মাটিতে প্রথমবারের মতো নিয়ন্ত্রিত উপায়ে ঘটানো হয় পারমাণবিক বিক্রিয়া। এই সাফল্যের মাধ্যমে পারমাণবিক শক্তির শান্তিপূর্ণ ও বাণিজ্যিক ব্যবহারের পথে আমরা যেন আক্ষরিক অর্থেই পৌঁছে গিয়েছি হাত ছোঁয়ার দূরত্বে।
২
সায়েন্স ফিকশন বই বা মুভির বদৌলতে ‘ক্রিটিক্যালিটি’ শব্দটা শুনলে অনেকেই যেন খানিকটা ভয় পেয়ে যান। এজন্য অবশ্য তাদের দোষ দিয়ে লাভ নেই। রূপালি পর্দায় হরহামেশাই বলতে শোনা যায়, ‘দ্য রিঅ্যাক্টর ইজ গোইং টু বি ক্রিটিক্যাল!’। এরপর শুরু হয় হুলুস্থুল। যে যেদিকে পারে, সেদিকে পালানোর চেষ্টা করে। কেউ কেউ অবশ্য ভাগ্যকে মেনে নিয়ে অপেক্ষায় থাকেন প্রলয়ংকারী বিস্ফোরণের। তবে ঠিক সেই সময়ে দৃশ্যপটে ত্রাণকর্তা হিসেবে আগমন ঘটে মূল চরিত্রের। অসাধারণ দক্ষতায় বা মাঝেমধ্যে ভাগ্যের জোরে একদম শেষ মুহূর্তে নিয়ন্ত্রণে নিয়ে আসতে দেখা যায় খানিক আগের সেই ভয়ংকর পরিস্থিতিকে। এসবে কোনো সমস্যা না থাকলেও, ঝামেলা পাকায় মূলত ওই সংলাপটি। এটি ক্রিটিক্যালিটি সম্পর্কে মানুষকে ভুল বার্তা দেয়।
ক্রিটিক্যালিটি বুঝতে হলে প্রথমেই আমাদের জানতে হবে ফিশন এবং চেইন বিক্রিয়া সম্পর্কে। খুব সহজ করে বললে, ফিশন হলো এক ধরনের ভাঙন বিক্রিয়া। এতে একটি ভারী মৌলিক পদার্থের নিউক্লিয়াস ভেঙে গিয়ে দুইটি অপেক্ষাকৃত ছোট নিউক্লিয়াস তৈরি করে। তখন উৎপন্ন হয় আরও কয়েকটি নিউট্রন এবং বিপুল পরিমাণ শক্তি। এই বিষয়টি ঘটতে পারে মূলত দুইভাবে—স্বতঃস্ফূর্ত বা বাহ্যিক আঘাতের প্রভাবে। প্রথম কৌশল শতভাগ প্রাকৃতিক। এতে মূল নিউক্লিয়াসটি এতটাই অস্থিতিশীল থাকে যে, এটি কোনো কারণ ছাড়াই স্বয়ংক্রিয়ভাবে দুই বা ততোধিক ছোট নিউক্লিয়াসে বিভক্ত হয়ে যায়। সাধারণত অতিভারী কৃত্রিম মৌলগুলো, যেমন ক্যালিফোর্নিয়াম-২৫২-এর ক্ষেত্রে এরকম প্রবণতা বেশি দেখা যায়। অন্যদিকে ইউরেনিয়ামের মতো নিউক্লিয়াসকে যদি বাইরে থেকে আসা কোনো নিউট্রন দিয়ে আঘাত করা হয়, তবে সেটি শোষিত হয়ে প্রথমে আত্মপ্রকাশ করবে একটি যৌগিক নিউক্লিয়াস। অতঃপর হয় সেটি গামা রশ্মি বিকিরণের মাধ্যমে ভারসাম্য অবস্থায় পৌঁছাবে, নয়তো ভেঙে গিয়ে রূপান্তরিত হবে দুইটি আলাদা ছোট নিউক্লিয়াস ও কয়েকটি নতুন নিউট্রনে। দ্বিতীয় প্রক্রিয়ায় যে বিপুল শক্তি উৎপন্ন হয়, তার সিংহভাগই ফিশন ফ্র্যাগমেন্টসের গতিশক্তি হিসেবে অবমুক্ত হয়।
বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য রিঅ্যাক্টরে অনিয়মিতভাবে ফিশন ঘটালে চলে না। এমন ব্যবস্থা নিতে হয়, যেন প্রক্রিয়াটি একবার শুরু হলে অবিরাম চলতেই থাকে। এই ঘটনার নাম চেইন বিক্রিয়া। মাত্রই বলেছি, প্রতিটি ফিশন বিক্রিয়া শেষে আবির্ভূত হয় কয়েকটি নিউট্রন। এরাও যদি পরের ধাপের ফিশন বিক্রিয়ায় অংশ নেয়, তাহলে আবারও পাওয়া যাবে একগুচ্ছ নিউট্রন। এই ধারা চলমান থাকলে সময়ের সঙ্গে সঙ্গে ক্রমেই বাড়বে এই নিউক্লিয়ার বিক্রিয়ার পরিধি। উৎপন্ন হতে থাকবে বিপুল পরিমাণ শক্তি।
ফিশনের প্রতিটি ধাপে যে নতুন কয়েকটি নিউট্রন আবির্ভূত হয়, সেগুলোর মধ্যে যদি গড়ে একটি সদস্য পার্শ্ববর্তী নিউক্লিয়াসে ফিশন বিক্রিয়া ঘটায়, তাহলে চেইন বিক্রিয়া সুষম গতিতে চলতে থাকে। এই অবস্থার নামই ক্রিটিক্যালিটি। তখন নিউট্রনের সংখ্যা বাড়েও না, কমেও না। অন্যদিকে গড়ে এগুলোর একটিরও কম সদস্য পরের ধাপের ফিশনে অংশ নিলে চেইন বিক্রিয়াটি ধীরে ধীরে থেমে যেতে থাকে। এই অবস্থাকে বলা হয় সাব-ক্রিটিক্যাল। আর নিউট্রনগুলো যদি গড়ে একটির বেশি ফিশন ঘটায়, তাহলে দেখা মিলবে সুপার-ক্রিটিক্যালিটির। এতে চেইন বিক্রিয়া খুব দ্রুত ছড়িয়ে পড়ে এবং শক্তি উৎপাদন পাল্লা দিয়ে বাড়ে।
ভালো কথা, সুপার-ক্রিটিক্যালিটি নাম দেখে ভয় পাওয়ার কিছু নেই। এর মানেই কিন্তু ভারসাম্যহীন চেইন বিক্রিয়া নয়। বরং পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রের পাওয়ার লেভেল পরিবর্তনের জন্য এটি অত্যন্ত দরকারি। সাধারণত যখন কোনো রিঅ্যাক্টর প্রথমবারের মতো ক্রিটিক্যালিটিতে পৌঁছায়, তখন এতে ফিশন থেকে পাওয়া তাপশক্তি কয়েক কিলোওয়াটের সমতুল্য হয়। এই অল্প পরিমাণ শক্তিকে সাধারণত আলাদাভাবে শনাক্ত করা সম্ভব হয় না। এখান থেকে ধীরে ধীরে কাঙ্ক্ষিত পর্যায়ে, যেমন ১২০০ মেগাওয়াট, নিতে হলে নিয়ন্ত্রিতভাবে রিঅ্যাক্টরকে সুপার-ক্রিটিক্যাল করতে হয়।
৩
এবারে চলুন জেনে নেওয়া যাক, কীভাবে ধাপে ধাপে কোনো পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রে ক্রিটিক্যালিটি অর্জন তথা রিঅ্যাক্টর স্টার্ট-আপ করা হয়। এই কর্মযজ্ঞের শুরুর ধাপ হলো, রিঅ্যাক্টরকে নির্ধারিত তাপমাত্রা ও চাপে নিয়ে আসা। যখন জ্বালানি কোরে প্রবেশ করানো হয়, তখন রিঅ্যাক্টর প্রেসার ভেসেলের ওপরের অংশকে সম্পূর্ণ খুলে ফেলা হয়। ফুয়েল লোডিং শেষে প্রথম কাজ হলো প্রাইমারি ও সেকেন্ডারি সার্কিট সব যন্ত্রপাতি ঠিকঠাক জোড়া লাগিয়ে কার্যকারিতা যাচাই এবং নকশা অনুযায়ী উভয় স্থানের জন্য নির্ধারিত তাপমাত্রা ও চাপ ফিরিয়ে আনা। যদি প্রাইমারি সার্কিটের চারটি লুপের সবগুলোই ঠিকভাবে কাজ করে, তাহলেই কেবল রিঅ্যাক্টর চালুর অনুমতি দেওয়া হয়। এই সময়ে স্টিম জেনারেটরের পানির উচ্চতা এবং সেকেন্ডারি সার্কিটের পানির নানান রাসায়নিক প্যারামিটার নিয়ন্ত্রণের মধ্যে আছে কিনা, সেটাও যাচাই করে দেখা হয়।
কোথাও কোনো সমস্যা খুঁজে না পেলে পরের ধাপে কাজ শুরু হয় কন্ট্রোল রড ড্রাইভ মেকানিজম নিয়ে। রিঅ্যাক্টর বন্ধ থাকার সময়ে এই সিস্টেমের সার্কিট ব্রেকারগুলো খোলা অবস্থায় থাকে। এদেরকে জোড়া লাগানো হলে কন্ট্রোল রডগুলোকে প্রয়োজনমাফিক উঠানো বা নামানো যায়। এই সময়ে আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ কাজ হয়। তা হলো, প্রটেকশন সিস্টেম স্বয়ংক্রিয়ভাবে রিঅ্যাক্টরকে বন্ধ করে দেওয়ার সক্ষমতা অর্জন করে। মানে, কোনো কারণে যদি অনাকাঙ্ক্ষিত পরিস্থিতি তৈরি হয়, তাহলে সিস্টেমটি কারো নির্দেশের অপেক্ষা না করে নিজে থেকেই কন্ট্রোল রডগুলোকে কোরের গহিনে ফেলে দেবে। মেইন কন্ট্রোল রুমের অপারেটর চাইলেও এই প্রক্রিয়াতে হস্তক্ষেপ করতে পারবেন না!
কন্ট্রোল রডের মাধ্যমে নিউট্রন শোষণ করে চেইন বিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করা যায়। তবে কোনো অজ্ঞাত কারণে যদি এগুলো কাজ না করে, তাহলে কি ফিশন বিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের কোনো উপায়ই অবশিষ্ট থাকবে না? এমন চিন্তা থেকে আধুনিক পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রগুলোতে সংযুক্ত করা হয়েছে আরেকটি শক্তিশালী বিকল্প। এর নাম বোরন। এগুলোও নিউট্রন শোষণে পারদর্শী। প্রাইমারি সার্কিটের পানির সঙ্গে মেশানো থাকে বোরনের দ্রবণ। সেখানে বোরনের দ্রবণের ঘনমাত্রা যত বেশি থাকে, কোরের ফিশন সংঘটনের হার তত কমে আসে। বন্ধ রিঅ্যাক্টরের সাব-ক্রিটিক্যাল অবস্থার পেছনে কন্ট্রোল রড এবং বোরন উভয়েরই সম্মিলিত অবদান রয়েছে। মজার ব্যাপার হলো, যদি কোরের মধ্যে বোরনের ঘনমাত্রা অনেক বেশি থাকে, তাহলে প্রতিটি রড তুলে ফেললেও ক্রিটিক্যালিটি অর্জন সম্ভব হবে না। অন্যদিকে এদের ঘনমাত্রা খুব কম থাকলে, রডগুলো সব ভেতরে থাকা অবস্থাতেও ক্রিটিক্যালিটি অর্জিত হয়ে যেতে পারে। তাই রিঅ্যাক্টর স্টার্ট-আপের সময়ে কন্ট্রোল রডগুলো ওপরে উঠানোর সঙ্গে সঙ্গে বোরনের ঘনমাত্রারও কমবেশি পরিবর্তনের প্রয়োজন পড়ে। সূক্ষ্ম হিসাব করে এর মাত্রা নির্ধারণ করেন অপারেটররা।
বোরণ দ্রবণের ঘনমাত্রা পরিবর্তনের পর অবশেষে আসে কন্ট্রোল রড ওপরে উঠানোর পালা। রিঅ্যাক্টরে এমন রডের সংখ্যা ৫০ থেকে ১২১টি হতে পারে। এদের সবগুলোকে কোরের ভেতরে একটি নির্দিষ্ট স্থানে রাখা হয় না, বরং সুষমভাবে সবদিকে ছড়িয়ে রাখা হয় যেন ভারসাম্য বজায় থাকে। ভূমিকার বিচারে এই রডগুলোকে দুইটি গ্রুপে ভাগে ভাগ করা হয়। শাট ডাউন গ্রুপ এবং কন্ট্রোল গ্রুপ।
প্রথম গ্রুপের সদস্যগুলোকে হয় এক সঙ্গে কোরে পুরোপুরি ঢুকানো থাকে (রিঅ্যাক্টর বন্ধ অবস্থায়) অথবা সম্পূর্ণ বাইরে রাখা হয় (রিঅ্যাক্টর চালু অবস্থায়)। এদের কাজ রিঅ্যাক্টরকে সম্পূর্ণ বন্ধ করা। অন্যদিকে দ্বিতীয় গ্রুপের রডগুলোর কাজ ফিশন বিক্রিয়ার হার নিয়ন্ত্রণ করে। যখন রিঅ্যাক্টর চালু থাকে তখন কয়েকটি বাদে এই গ্রুপের অধিকাংশ রড ওপরে উঠানো থাকে। ভেতরে থাকা সদস্যগুলোও খুব সামান্য পরিমাণ কোরের ভেতরে ঢুকানো থাকে। যা-ই হোক, কন্ট্রোল রড ড্রাইভ মেকানিজমের মাধ্যমে ছোট ছোট ধাপে (প্রায় ২০০টি) রডগুলোকে ওপরে উঠানোর কাজটি সম্পন্ন করানো হয়। সাধারণত প্রতি ধাপে মাত্র ১৫-২০ মিলিমিটারের মতো তোলা হয়। ধাপগুলোর মাঝে দেওয়া হয় বিরতি। এভাবে পুরো কাজ শেষ করার জন্য প্রয়োজন হয় দীর্ঘ সময়। এমনটা করার পেছনে বেশ কিছু জোরালো কারণ আছে। ক্রিটিক্যালিটি কোথায় অর্জিত হবে, তা নিয়ে অপারেটরদের করা হিসাব-নিকাশে ভুল হতে পারে। আবার, যন্ত্রপাতির ঠিকঠাক কাজ না করলে বোরনের ঘনমাত্রা কমবেশি প্রদর্শিত হতে পারে। এমন কোনো কিছু সত্যিই যদি হয়ে থাকে, তাহলে দ্রুত কন্ট্রোল রড তুলে ফেললে ফিশন বিক্রিয়ার মাত্রা হঠাৎ বেড়ে অনাকাঙ্ক্ষিত বিপদ ঘটতে পারে। তাই ধীরে ধীরে কন্ট্রোল রডগুলো তোলাই সবচেয়ে নিরাপদ।
একটি মজার তথ্য দিয়ে আজকের আলোচনা শেষ করছি। ক্রিটিক্যালিটি অর্জনের যত কাছাকাছি যাওয়া যাবে, ততই কোরের মধ্যে নিউট্রনের আনাগোনা বা ফ্লাক্সের পরিমাণ বাড়তে থাকে। তবে ঠিক কোন সময়ে এই অনন্য মাইলফলক অর্জিত হয়েছে, সেটি বোঝার জন্য দৃশ্যমান কোনো রেখা নেই। অর্থাৎ এমন কোনো রেখার অস্তিত্ব নেই, যার নিচে রিঅ্যাক্টর সাব-ক্রিটিক্যাল থাকবে, আর ওপরে ক্রিটিক্যাল। তবে বিজ্ঞানীরা ‘ইনভার্স কাউন্ট রেট রেশিও’ গ্রাফ ব্যবহার করে এই সমস্যার কিছুটা হলেও সমাধান করতে পেরেছে। এর সাহায্যে কখন ক্রিটিক্যালিটি অর্জিত হবে, সে সম্পর্কে বেশ ভালো একটি ধারণা করা যায়। এর গল্পটা না হয় অন্য কোনো দিনের জন্য তোলা থাক।