2025 में परमाणु ऊर्जा से लगभग 2,800 TWh बिजली बनी, यानी दुनिया की बिजली का करीब 9%। कम-कार्बन बिजली में पनबिजली के बाद यह दूसरा सबसे बड़ा स्रोत है। इसमें आधे से कहीं ज़्यादा हिस्सा अमेरिका, चीन और फ्रांस का है। IAEA के Power Reactor Information System में लगभग 410–440 चालू होने लायक रिएक्टर दर्ज हैं, जिनकी कुल नेट क्षमता लगभग 375–400 GWe है। सटीक गिनती इस पर निर्भर करती है कि जापान की बंद पड़ी यूनिट को कैसे गिना जाए। बन जाने के बाद रिएक्टर एक परिपक्व और बहुत भरोसेमंद तकनीक है। दिक्कतें कहीं और हैं: लागत, निर्माण का जोखिम, कचरे की राजनीति और हादसों को लेकर लोगों का डर।
यह कैसे काम करता है
परमाणु प्लांट को एक थर्मल बिजलीघर समझिए, जिसका गर्मी का स्रोत अलग है। कोर में परमाणु विखंडन होता है: यूरेनियम-235 (और ईंधन जलने के साथ प्लूटोनियम-239) के नाभिक एक धीमा न्यूट्रॉन सोखकर टूट जाते हैं। हर विखंडन लगभग 200 MeV ऊर्जा छोड़ता है, ज़्यादातर टुकड़ों की गतिज ऊर्जा के रूप में, जो ईंधन में गर्मी बन जाती है। साथ में दो-तीन नए न्यूट्रॉन भी निकलते हैं। मॉडरेटर (साधारण पानी, भारी पानी या ग्रेफ़ाइट) इन न्यूट्रॉन को धीमा करता है ताकि चेन रिएक्शन चलता रहे। कंट्रोल रॉड और पानी में घुला बोरॉन न्यूट्रॉन सोखकर रिएक्शन को ठीक क्रिटिकल स्तर पर रखते हैं।
कूलेंट कोर से गर्मी बाहर ले जाकर भाप बनाता है, जो टरबाइन चलाती है। फिर कंडेंसर बची हुई गर्मी नदी, समुद्र या कूलिंग टावर में छोड़ देता है। लाइट-वॉटर रिएक्टर अपेक्षाकृत मामूली भाप स्थितियों (लगभग 280–330 °C) पर चलते हैं, इसलिए उनकी थर्मल दक्षता आधुनिक कोयला या गैस प्लांट से कम होती है:
Example: a 3,400 MWth PWR delivering 1,150 MWe net → η = 1,150 / 3,400 ≈ 34%
Equivalent heat rate = 3,412 Btu/kWh ÷ η ≈ 10,000 Btu/kWh
परमाणु ऊर्जा को असल में अलग बनाती है उसके ईंधन में भरी ऊर्जा। 50 GWd/t तक जलाया गया एक किलोग्राम कम-संवर्धित यूरेनियम लगभग 40 लाख MJ गर्मी देता है, जबकि एक किलोग्राम कठोर कोयला लगभग 25–30 MJ। जीवाश्म ईंधनों से यह अंतर फ़्यूल एनर्जी कंटेंट कैलकुलेटर में देखें।
ईंधन चक्र
प्राकृतिक यूरेनियम में 0.7% U-235 होता है। ज़्यादातर रिएक्टरों को इसे गैस सेंट्रीफ़्यूज में 3–5% U-235 तक संवर्धित करके चाहिए। कुछ उन्नत डिज़ाइनों को 20% तक वाला HALEU चाहिए, जिसके बाज़ार पर हाल तक रूस का दबदबा था। पूरी कड़ी इस तरह चलती है: खनन और मिलिंग, UF₆ में रूपांतरण, संवर्धन, ईंधन निर्माण, फिर 4–6 साल तक रिएक्टर में लगभग 45–60 GWd/t के बर्नअप तक इस्तेमाल, और उसके बाद इस्तेमाल हुए ईंधन का भंडारण। फ्रांस, रूस और जापान कुछ इस्तेमाल हुए ईंधन को रीप्रोसेस करके MOX ईंधन के लिए प्लूटोनियम निकालते हैं। अमेरिका समेत ज़्यादातर देश वन्स-थ्रू चक्र अपनाते हैं।
रिएक्टरों के प्रकार
| रिएक्टर प्रकार | मॉडरेटर / कूलेंट | दुनिया के फ्लीट में हिस्सा (लगभग) | सामान्य नेट दक्षता | उदाहरण |
|---|---|---|---|---|
| PWR (रूसी VVER समेत) | हल्का पानी / दबाव में हल्का पानी | ~70% | 33–37% | Vogtle, Flamanville, Barakah (APR-1400) |
| BWR | हल्का पानी / उबलता हल्का पानी | ~15% | 33–34% | जापान, अमेरिका, स्वीडन, फ़िनलैंड |
| PHWR (CANDU) | भारी पानी / भारी पानी | ~10% | ~30–33% | कनाडा, भारत, रोमानिया |
| AGR | ग्रेफ़ाइट / CO₂ गैस | छोटा, बंद हो रहे | ~40% | UK |
| RBMK / LWGR | ग्रेफ़ाइट / उबलता हल्का पानी | छोटा | ~31% | रूस (Leningrad, Kursk, Smolensk) |
| फ़ास्ट रिएक्टर | कोई नहीं / तरल सोडियम | बहुत छोटा | ~40% | BN-600, BN-800 (रूस) |
प्रेशराइज़्ड वॉटर रिएक्टर प्राइमरी पानी को लगभग 15.5 MPa दबाव पर रखते हैं ताकि वह उबले नहीं। गर्मी स्टीम जनरेटर के ज़रिए एक अलग सेकेंडरी लूप में जाती है। इनका दबदबा इसलिए है कि यह डिज़ाइन नौसेना के जहाज़ों से निकला और इसका लाइसेंसिंग रिकॉर्ड सबसे लंबा है। बॉयलिंग वॉटर रिएक्टर कोर में ही पानी उबालकर भाप सीधे टरबाइन तक भेजते हैं, जिससे प्लांट सरल हो जाता है। CANDU-प्रकार के PHWR मॉडरेटर के रूप में भारी पानी इस्तेमाल करते हैं, इसलिए ये प्राकृतिक यूरेनियम जला सकते हैं और पूरी क्षमता पर चलते हुए ईंधन बदल सकते हैं। कनाडा, भारत और रोमानिया (Cernavodă) ने इन्हें ठीक इसी वजह से चुना।
UK के AGR CO₂ कूलेंट के साथ भाप का ऊंचा तापमान हासिल करते हैं, पर ग्रेफ़ाइट में दरारों की वजह से 2020 के दशक के आखिर तक ये बंद हो रहे हैं। RBMK रिएक्टर, यानी चेर्नोबिल वाला डिज़ाइन, कम पावर पर पॉज़िटिव वॉयड कोएफ़िशिएंट रखते हैं, जिसे 1986 के बाद के बदलावों ने घटाया। रूस अब भी चल रही यूनिट को बदल रहा है। फ़ास्ट रिएक्टर बिना मॉडरेटर के चलते हैं और U-238 से विखंडनीय प्लूटोनियम ब्रीड कर सकते हैं, यानी यूरेनियम का कहीं ज़्यादा पूरा इस्तेमाल। रूस का BN-800 सबसे बड़ा चालू उदाहरण है और चीन CFR-600 यूनिट बना रहा है।
स्मॉल मॉड्यूलर रिएक्टर
SMR लगभग 300 MWe तक के रिएक्टर हैं, जिनका मकसद निर्माण को साइट से फ़ैक्टरी में ले जाना है। कुछ विशाल मेगाप्रोजेक्ट की जगह दांव कई दोहराई जा सकने वाली यूनिट पर है। चालू उदाहरणों में रूस का तैरता Akademik Lomonosov (2 × 35 MWe, 2020 से) और चीन का HTR-PM हाई-टेम्परेचर गैस-कूल्ड डेमोंस्ट्रेटर (2023 के आखिर में व्यावसायिक संचालन) शामिल हैं। ओंटारियो में Darlington BWRX-300 और चीन में ACP100 (Linglong One) बन रहे हैं। इडाहो की NuScale-UAMPS परियोजना 2023 में रद्द हो गई, क्योंकि सब्सिडी के बाद भी उसकी अनुमानित बिजली कीमत लगभग $89/MWh तक पहुंच गई थी। छोटा होने का मतलब अपने आप सस्ता होना नहीं है।
दक्षता और कैपेसिटी फैक्टर
परमाणु प्लांट अपनी गर्मी का सिर्फ एक तिहाई बिजली में बदलता है, पर वह शायद ही कभी रुकता है। हर 18–24 महीने में ईंधन बदलने के लिए कुछ हफ़्ते का शटडाउन होता है। अमेरिकी फ्लीट ने दो दशक से हर साल लगभग 90–93% का कैपेसिटी फैक्टर दर्ज किया है (EIA), जो किसी भी तकनीक में सबसे ऊंचा है। दुनिया का औसत 80% के करीब है। फ्रांस जानबूझकर अपने रिएक्टरों को लोड-फ़ॉलोइंग मोड में चलाता है, और 2022 में उसके फ्लीट में स्ट्रेस-कोरोज़न की वजह से शटडाउन का संकट आया, जिससे उत्पादन 30 साल के सबसे निचले स्तर पर आ गया। कई प्लांट ने क्षमता अपरेट के ज़रिए उत्पादन 5–20% बढ़ाया भी है। इन आंकड़ों की पवन और सोलर से तुलना कैपेसिटी फैक्टर कैलकुलेटर में करें।
लागत
परमाणु ऊर्जा का अर्थशास्त्र पूंजी लागत और फ़ाइनेंसिंग पर टिका है। ईंधन उत्पादन लागत का सिर्फ लगभग 10–20% है, और यूरेनियम की कीमत उछलने से बिजली की लागत पर मुश्किल से असर पड़ता है। प्रकाशित अनुमानों में बड़ा फ़र्क है:
- IEA/NEA Projected Costs of Generating Electricity 2020: नए परमाणु प्लांट का मीडियन LCOE लगभग 7% डिस्काउंट रेट पर $69/MWh। 10% पर लागत तेज़ी से बढ़ती है और 3% पर लगभग $40/MWh रह जाती है। मौजूदा रिएक्टरों को मरम्मत के बाद लंबे समय तक चलाने की लागत लगभग $30–50/MWh आती है, जो उपलब्ध सबसे सस्ती कम-कार्बन बिजली में है।
- Lazard LCOE+ 2024 (अमेरिका, बिना सब्सिडी): $142–222/MWh, जो Vogtle की असली लागत पर आधारित है।
- NREL ATB और EIA AEO इनके बीच हैं, जिनमें बड़े अमेरिकी रिएक्टरों की ओवरनाइट लागत लगभग $7,000–9,000/kW है।
यह फ़र्क दिखाता है कि निर्माण स्थलों पर असल में क्या हुआ। हाल की बड़ी परियोजनाएं:
| परियोजना | रिएक्टर | निर्माण शुरू → संचालन | लागत का नतीजा |
|---|---|---|---|
| Vogtle 3 & 4 (अमेरिका) | AP1000 ×2 | 2013 → 2023/2024 | शुरू में ~$14bn; फ़ाइनेंसिंग समेत आखिर में $30bn से ज़्यादा |
| Flamanville 3 (फ्रांस) | EPR | 2007 → ग्रिड 2024 | बजट €3.3bn; EDF का अनुमान ~€13bn, फ़ाइनेंसिंग जोड़कर और ज़्यादा |
| Olkiluoto 3 (फ़िनलैंड) | EPR | 2005 → 2023 | लगभग 14 साल देर, मूल कीमत का ~3× |
| Hinkley Point C (UK) | EPR ×2 | 2018 (पहला न्यूक्लियर कंक्रीट) → ~2030+ | EDF का अनुमान £31–35bn (2015 की कीमतों पर) |
| Barakah 1–4 (UAE) | APR-1400 ×4 | 2012 → 2021–2024 | ~5.6 GW लगभग 8–12 साल में बना, मोटे तौर पर योजना के मुताबिक |
| Shin Kori / Saeul (कोरिया) | APR-1400 | प्रति यूनिट ~5–8 साल | OECD में सबसे कम ओवरनाइट लागतों में |
सस्ते निर्माण में चार बातें एक जैसी थीं: लगातार चलता निर्माण कार्यक्रम, मानक डिज़ाइन, अनुभवी सप्लाई चेन और स्थिर नियामक। दक्षिण कोरिया और चीन के पास चारों रहीं, और 1980 के दशक में फ्रांस के पास भी। जिन देशों ने दशकों से कोई रिएक्टर नहीं बनाया था, वहां पहली-अपनी-तरह की परियोजनाओं के पास इनमें से कुछ भी नहीं था। कमाई शुरू होने से पहले इतनी पूंजी फंसी रहती है कि मान लिया गया डिस्काउंट रेट और WACC काफी हद तक LCOE तय कर देते हैं। LCOE कैलकुलेटर यह संवेदनशीलता सीधे दिखाता है।
ज़मीन, पानी और सामग्री
किसी भी बड़े स्रोत में परमाणु ऊर्जा की सीधी ज़मीन की ज़रूरत सबसे कम है, प्लांट के लिए अक्सर प्रति गीगावाट 1 km² से भी कम। खनन और प्रतिबंधित क्षेत्र इसमें थोड़ा जोड़ते हैं। पानी ज़्यादा सख्त सीमा है। NREL के सर्वे (Macknick et al., 2012) के अनुसार कूलिंग टावर वाले प्लांट प्रति MWh लगभग 600–800 US गैलन पानी खर्च करते हैं, जो कम दक्षता की वजह से कोयले या गैस से ज़्यादा है। वन्स-थ्रू कूलिंग वाले प्लांट प्रति MWh हज़ारों गैलन पानी खींचते हैं, पर लगभग सारा थोड़ा गर्म करके लौटा देते हैं। लू के दौरान फ्रांस और दूसरी जगहों पर नदी से ठंडे होने वाले प्लांट को डिस्चार्ज तापमान की सीमा का पालन करने के लिए उत्पादन घटाना पड़ा है।
60–80 साल की उम्र में प्रति MWh सामग्री की ज़रूरत कम है, हालांकि प्लांट में भारी मात्रा में कंक्रीट और स्टील लगता है। एक सामान्य लाइट-वॉटर रिएक्टर हर गीगावाट-वर्ष में लगभग 20–30 टन इस्तेमाल हुआ ईंधन बनाता है। अमेरिकी ऊर्जा विभाग के मुताबिक 1950 के दशक से अमेरिका ने जितना भी व्यावसायिक इस्तेमाल हुआ ईंधन बनाया है, वह सब एक फ़ुटबॉल मैदान पर 10 गज़ से कम ऊंचाई में समा जाएगा। इस्तेमाल हुआ ईंधन पहले पूल में, फिर सूखे कास्क में रहता है। Olkiluoto में फ़िनलैंड का Onkalo भंडार इस्तेमाल हुए ईंधन के लिए पहली गहरी भूगर्भीय सुविधा है जो चालू होने के करीब है। स्वीडन की Forsmark साइट और फ्रांस का Cigéo उसके पीछे हैं।
जीवनचक्र CO2 उत्सर्जन
चलते समय परमाणु प्लांट कोई CO₂ नहीं छोड़ते। उनका जीवनचक्र उत्सर्जन खनन, संवर्धन (जो अब ज़्यादातर सेंट्रीफ़्यूज से होता है और पुराने गैसीय डिफ़्यूज़न प्लांट से कहीं कम ऊर्जा लेता है), निर्माण और डीकमीशनिंग से आता है।
- IPCC AR5 WGIII Annex III (2014): मीडियन 12 gCO2e/kWh, रेंज 3.7–110।
- UNECE 2021: यूरोपीय PWR के लिए 5.1–6.4 gCO2e/kWh, जो आंके गए सभी विकल्पों में सबसे कम है।
ये आंकड़े तटवर्ती पवन ऊर्जा जितने और सोलर पावर से कम हैं। कोयले के आंकड़े का यह लगभग 1–2% है।
सुरक्षा और स्वास्थ्य पर असर
प्रति यूनिट बिजली के हिसाब से परमाणु ऊर्जा सबसे सुरक्षित स्रोतों में है। Markandya & Wilkinson (Lancet, 2007) ने व्यावसायिक और सार्वजनिक स्वास्थ्य प्रभावों समेत यूरोपीय परमाणु ऊर्जा के लिए प्रति TWh लगभग 0.07 मौतों का अनुमान लगाया। Our World in Data का अपडेटेड विश्लेषण चेर्नोबिल और फ़ुकुशिमा को शामिल करके इसे प्रति TWh लगभग 0.03 मौत पर रखता है। कोयला लगभग 24.6, तेल 18.4 और गैस 2.8 पर है, ज़्यादातर वायु प्रदूषण की वजह से।
दो बड़े हादसों को संदर्भ में देखना ज़रूरी है:
- चेर्नोबिल (1986): बुरी तरह चलाए गए एक टेस्ट के दौरान RBMK रिएक्टर में हादसा। लगभग 30 कर्मचारी और अग्निशमनकर्मी तीव्र रेडिएशन सिंड्रोम या विस्फोट से मारे गए। WHO और UNSCEAR ने सबसे ज़्यादा प्रभावित आबादी में आगे चलकर कैंसर से लगभग 4,000 तक मौतों का अनुमान लगाया। लीनियर नो-थ्रेशोल्ड एक्सट्रापोलेशन वाले व्यापक अनुमान ज़्यादा हैं और उन पर विवाद है। बच्चों में थायरॉइड कैंसर के हज़ारों मामले दूषित दूध से जुड़े थे, और लगभग सभी का इलाज हो सका।
- फ़ुकुशिमा दाइची (2011): सुनामी से बैकअप बिजली ठप होने के बाद तीन BWR कोर पिघल गए। जापान ने एक कर्मचारी की मौत को रेडिएशन से जोड़ा है। निकासी से जुड़े कारणों से 2,000 से ज़्यादा बुज़ुर्ग और बीमार निवासियों की मौत हुई। गलत ढंग से तय की गई आपात प्रतिक्रिया रेडिएशन से ज़्यादा नुकसान कर सकती है।
फ़ुकुशिमा के बाद हुए स्ट्रेस टेस्ट के बाद सभी फ्लीट में पोर्टेबल बैकअप उपकरण, फ़िल्टर्ड वेंटिंग और बाढ़ से सुरक्षा जोड़ी गई। नए Generation III+ डिज़ाइन (AP1000, EPR, APR-1400, VVER-1200, Hualong One) पैसिव कूलिंग और कोर कैचर भी जोड़ते हैं।
आगे की तस्वीर
दुनिया की बिजली में परमाणु ऊर्जा का हिस्सा 1990 के दशक के आखिर में लगभग 17% से गिरकर 9% से कम रह गया है। जर्मनी ने 2023 में अपने आखिरी रिएक्टर बंद कर दिए, और कई पुरानी पश्चिमी यूनिट आर्थिक कारणों से रिटायर हो चुकी हैं। यह रुझान कुछ हद तक पलटा है। चीन में लगभग 30 रिएक्टर बन रहे हैं, जो बाकी दुनिया को मिलाकर भी ज़्यादा हैं, और वह इन्हें लगभग 5–7 साल में बना लेता है। COP28 में 20 से ज़्यादा देशों ने 2050 तक दुनिया की परमाणु क्षमता तीन गुना करने का वादा किया। अमेरिका, जापान, नीदरलैंड, स्वीडन, पोलैंड और बेल्जियम ने रिएक्टरों की उम्र बढ़ाने या नए निर्माण की योजना की ओर कदम बढ़ाए हैं। डेटा सेंटर चलाने वाली कंपनियों ने मौजूदा रिएक्टरों और भविष्य के SMR के लिए लंबी अवधि के बिजली खरीद सौदे किए हैं।
अब परमाणु ऊर्जा को रोकने वाली चीज़ें हैं चीन, कोरिया और रूस के बाहर निर्माण लागत और समय-सीमा, उन्नत रिएक्टरों के लिए HALEU ईंधन की सप्लाई चेन, और फ़िनलैंड व स्वीडन के बाहर कचरा भंडारों का लंबे समय से अनसुलझा सवाल। परिवर्तनशील नवीकरणीय स्रोतों पर ज़्यादा निर्भर कार्बन-मुक्त ग्रिड में परमाणु ऊर्जा भरोसेमंद, डिस्पैचेबल कम-कार्बन क्षमता देती है। यह कीमत के लायक है या नहीं, यह बैटरी स्टोरेज, इंटरकनेक्टर और पनबिजली जैसे स्थानीय विकल्पों पर निर्भर करता है। टेक्नोलॉजी तुलना पेज इन सौदों को साथ-साथ रखता है, और पावर प्लांट मैप दिखाता है कि दुनिया के रिएक्टर कहां हैं।
अक्सर पूछे जाने वाले सवाल
परमाणु बिजलीघर बिजली कैसे बनाता है?
परमाणु ऊर्जा का कैपेसिटी फैक्टर कितना होता है?
नए परमाणु प्लांट इतने महंगे क्यों हैं?
परमाणु ऊर्जा से कितना CO2 निकलता है?
परमाणु ऊर्जा से कितने लोगों की मौत हुई है?
परमाणु कचरे का क्या होता है?
स्मॉल मॉड्यूलर रिएक्टर (SMR) क्या है?
स्रोत और संदर्भ
- IAEA PRIS — Power Reactor Information System
- IEA/NEA — Projected Costs of Generating Electricity 2020
- Lazard — Levelized Cost of Energy+ (2024)
- UNECE (2021) — Life Cycle Assessment of Electricity Generation Options
- Our World in Data — What are the safest and cleanest sources of energy?
- EIA Electric Power Monthly — यूटिलिटी-स्केल जनरेटरों के कैपेसिटी फैक्टर
- Ember और Energy Institute: बिजली डेटा Our World in Data के ज़रिए (इस पेज के चार्ट और तालिकाएँ)