क्यों मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट अपने फ्यूजन रिएक्टर में प्लाज्मा को पकाना चाहता था

उत्तेजना पैदा करने के लिए फ्यूजन रिएक्टर जैसा कुछ नहीं है। निर्माण के नौ साल और € 1 बिलियन के बाद, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ प्लाज़्मा फिजिक्स के वैज्ञानिकों ने 10 दिसंबर को वेंडेलस्टीन 7-एक्स फ्यूजन डिवाइस का पहला गर्म परीक्षण किया, और एक हीलियम प्लाज्मा उत्पन्न किया जो एक सेकंड के दसवें भाग में चला गया और एक लाख डिग्री सेल्सियस तक पहुँच गया। लेकिन अभी तक बहुत ज्यादा सम्मोहित न हों। यह अपने वास्तविक उद्देश्य के लिए उपकरण तैयार करने की दिशा में एक कदम था: हाइड्रोजन गैस के साथ परमाणु संलयन का अध्ययन करना।

ठीक है, अब आप पंप कर रहे हैं।

फ्यूजन लंबे समय से परमाणु ऊर्जा अनुसंधान का सुनहरा हिस्सा रहा है, जिसमें व्यवहार्यता को छोड़कर सभी श्रेणियों में परमाणु विखंडन दिखाई देता है। फ्यूजन ऊर्जा की एक बड़ी मात्रा में उत्पादन करता है - यह सब के बाद, एक ही प्रक्रिया है जो सूर्य को शक्ति प्रदान करती है। लेकिन इसकी बहुत ही शक्ति इसे निपटने के लिए गधे में दर्द बनाती है। अब तक निर्मित प्रत्येक संलयन रिएक्टर ने उत्पादित की तुलना में अधिक बिजली की खपत की। संलयन शक्ति का रिकॉर्ड 1997 में निर्धारित किया गया था: 24 मेगावाट की इनपुट शक्ति के साथ 16 मेगावाट का उत्पादन किया गया था। लेकिन अगर कोई उस समीकरण को चालू करने का प्रबंधन करता है … तो क्या आप सस्ती, कार्बन-मुक्त ऊर्जा कह सकते हैं?

इसके कम परिष्कृत चचेरे भाई के विपरीत, संलयन कोई रेडियोधर्मी अपशिष्ट नहीं पैदा करता है। हाइड्रोजन आपूर्ति चक्र यूरेनियम आपूर्ति चक्र की तुलना में कम समस्याग्रस्त है। निष्पक्ष होने के लिए, आज हाइड्रोजन के सबसे आम स्रोत कोयला और प्राकृतिक गैस हैं, लेकिन इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन का उत्पादन किया जा सकता है।

विखंडन और संलयन दो तरह से एक जैसे हैं। दोनों एक तत्व के परमाणुओं का दूसरे तत्व के परमाणुओं में रूपांतरण करते हैं, और दोनों को पहले हथियारों के रूप में इस्तेमाल किया गया था। फैट मैन और लिटिल बॉय, 1945 में हिरोशिमा और नागासाकी पर गिराए गए विखंडन बमों ने 1952 तक आइवी माइक जैसे फ्यूजन उपकरणों को रास्ता दिया। (हालांकि आइवी माइक को एक बम के रूप में नहीं बनाया गया था, यह जल्द ही थर्मोन्यूक्लियर वॉरहेड द्वारा इंटरकॉन्टिनेंटल मिसाइल द्वारा सभी डिलिजेबल उपज में कई मेगाटन के बाद था।

फ्यूजन बम को एक कारण के लिए एच-बम के रूप में जाना जाता था: ऊर्जा की अभूतपूर्व रिहाई हाइड्रोजन परमाणुओं के संलयन से हुई थी। फ्यूजन शोधकर्ता असैन्य बिजली उत्पादन के लिए इस प्रभाव का दोहन करना चाहते हैं। यह एक चुनौती है। पृथ्वी की सतह पर हाइड्रोजन संलयन के लिए एक मिलियन डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान की आवश्यकता होगी। इन तापमानों पर, हाइड्रोजन और हीलियम एक प्लाज्मा बन जाते हैं, जो पदार्थ का चौथा रूप है।

लेकिन नरक क्या एक प्लाज्मा है, वैसे भी?

संक्षेप में, एक प्लाज्मा एक आयनीकृत गैस है। एक प्लाज्मा में, सभी आणविक बंधन भंग हो जाते हैं और इलेक्ट्रॉन अपने मेजबान परमाणुओं को छोड़ देते हैं। प्लास्मास अत्यधिक प्रवाहकीय होते हैं क्योंकि उनके पास एक उच्च चार्ज वाहक घनत्व होता है, अर्थात् इलेक्ट्रॉनों और आयन एक विद्युत क्षेत्र की प्रतिक्रिया में एक दूसरे से स्वतंत्र स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र होते हैं।

यद्यपि यह सब विदेशी लगता है, प्लासमास हमारे जीवन में नियमित रूप से दिखाई देते हैं। बिजली के बोल्ट और नियॉन संकेतों से प्रकाश आयनों के साथ पुनर्संयोजन और निचले क्वांटम राज्यों में डूबने से आता है, एक ऐसी प्रक्रिया जिसे सहज उत्सर्जन कहा जाता है। कुछ लपटें निकास गैसों को आयनित करने के लिए पर्याप्त गर्म होती हैं, और प्लाज्मा मशालें, प्लाज्मा स्क्रीन और चाप सभी प्लास्मा का स्वागत करते हैं।

लेकिन उन सभी में फ्यूजन रिएक्टर में प्लाज्मा पर कुछ भी नहीं है। एक मिलियन डिग्री सेल्सियस पर, संलयन सूप में परमाणु बेहद ऊर्जावान होते हैं। यदि वे सम्‍मिलित नहीं हैं, तो वे बंद नहीं करेंगे, उपकरण को नुकसान पहुंचाएंगे, और एक दूसरे के साथ फ्यूज करने में विफल रहेंगे। नियंत्रण के बिना, आप शायद पहले स्थान पर एक मिलियन डिग्री तक नहीं पहुँच सकते।

कन्टेनमेंट है संलयन अनुसंधान में बड़ी चुनौती। प्लाज्मा को एक सीमित स्थान पर रखा जाना चाहिए और संलयन पोत की दीवारों को नहीं छूना चाहिए। कहने की जरूरत नहीं है, बर्तन को उच्च वैक्यूम पर रखा जाना चाहिए। वेंडेलस्टीन 7-एक्स 0.000000001 मिलीबार पर दबाव को पकड़ने के लिए 65 वैक्यूम पंपों का उपयोग करता है। (एसआई प्रेमियों के लिए यह 0.000001 पास्कल है।) एकमात्र वास्तविक साधन जिसके द्वारा नारकीय तापमान पर एक आयनित गैस को सीमित करना है, इसे एक चुंबकीय क्षेत्र में रखना है। और यह वह जगह है जहां चीजें वास्तव में मुश्किल हो जाती हैं।

वर्षों के लिए, सबसे लोकप्रिय संलयन रिएक्टर डिजाइन टोकामक था। सुपर-कंप्यूटरों ने शतरंज खेलने से पहले, मनुष्यों को संकट में डाल दिया, और प्रोटीनों को जोड़कर, वैज्ञानिकों ने सही आकार के चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करने के लिए चतुर तरीके से पेश किया। एक टोकामैक में, आवश्यक विद्युत क्षेत्र बनाने के लिए बाहरी विद्युत चुम्बकों के साथ प्लाज्मा जोड़े के माध्यम से चलने वाला एक विद्युत प्रवाह।

वेंडेलस्टीन 7-एक्स में ऐसा नहीं है। यहां, कंसंट्रेशन फील्ड पूरी तरह से बाहरी सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोमैग्नेट्स से आता है। अनुसंधान दल ने इन मैग्नेट के आकार का अनुकूलन करने और प्लाज्मा प्रवाह की आवश्यकता को समाप्त करने के लिए एक सुपर कंप्यूटर का उपयोग किया। फ्यूजन रिएक्टर की इस शैली को एक तारकीय के रूप में जाना जाता है।

अब तक, किसी ने एक फ्यूजन रिएक्टर का निर्माण नहीं किया है जो इसके उपभोग से अधिक ऊर्जा उत्पन्न करता है। यहां तक ​​कि Wendelstein 7-X, दुनिया में सबसे बड़ा तारकीय प्रकार का रिएक्टर, अनुसंधान उद्देश्यों के लिए बनाया गया था, ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए नहीं। लेकिन अगर आप फ्यूजन प्रोजेक्ट में अपनी आशाओं को निवेश करना चाहते हैं, तो वेंडेलस्टीन 7-एक्स शुरू करने के लिए एक अच्छी जगह है। सुनिश्चित करें कि आप ITER पर नज़र रखते हैं, साथ ही, दुनिया का सबसे बड़ा टोकन बनाने के लिए भी तैयार हैं।