और विलय?

चीनी विशेषज्ञों द्वारा संश्लेषण के लिए एक रिएक्टर के निर्माण के बारे में पिछले साल के अंत में रिपोर्टें सनसनीखेज लगीं (1)। चीन की सरकारी मीडिया ने बताया कि चेंग्दू के एक अनुसंधान केंद्र में स्थित HL-2M सुविधा 2020 में चालू हो जाएगी। मीडिया रिपोर्टों के स्वर से संकेत मिलता है कि थर्मोन्यूक्लियर संलयन की अटूट ऊर्जा तक पहुंच का मुद्दा हमेशा के लिए हल हो गया है।

विवरणों पर करीब से नज़र डालने से आशावाद को ठंडा करने में मदद मिलती है।

नई टोकामक प्रकार का उपकरणअब तक ज्ञात डिजाइनों की तुलना में अधिक उन्नत डिजाइन के साथ, 200 मिलियन डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर प्लाज्मा उत्पन्न करना चाहिए। चाइना नेशनल न्यूक्लियर कॉर्पोरेशन के साउथवेस्ट इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स के प्रमुख डुआन शिउरू ने एक प्रेस विज्ञप्ति में इसकी घोषणा की। यह उपकरण परियोजना पर काम कर रहे चीनियों को तकनीकी सहायता प्रदान करेगा अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर (आईटीईआर)साथ ही निर्माण.

इसलिए मुझे लगता है कि यह अभी तक कोई ऊर्जा क्रांति नहीं है, भले ही यह चीनियों द्वारा बनाई गई हो। रिएक्टर KhL-2M अभी तक बहुत कम जानकारी है. हम नहीं जानते कि इस रिएक्टर का अनुमानित थर्मल आउटपुट क्या है या इसमें परमाणु संलयन प्रतिक्रिया चलाने के लिए किस स्तर की ऊर्जा की आवश्यकता है। हम सबसे महत्वपूर्ण बात नहीं जानते हैं - क्या चीनी संलयन रिएक्टर एक सकारात्मक ऊर्जा संतुलन के साथ एक डिजाइन है, या यह सिर्फ एक अन्य प्रायोगिक संलयन रिएक्टर है जो एक संलयन प्रतिक्रिया की अनुमति देता है, लेकिन साथ ही "प्रज्वलन" के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है ऊर्जा जो प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्राप्त की जा सकती है।

अंतर्राष्ट्रीय प्रयास

चीन, यूरोपीय संघ, संयुक्त राज्य अमेरिका, भारत, जापान, दक्षिण कोरिया और रूस के साथ, आईटीईआर कार्यक्रम के सदस्य हैं। यह उपरोक्त देशों द्वारा वित्त पोषित वर्तमान अंतर्राष्ट्रीय अनुसंधान परियोजनाओं में सबसे महंगी है, जिसकी लागत लगभग 20 बिलियन अमेरिकी डॉलर है। इसे शीत युद्ध के दौर में मिखाइल गोर्बाचेव और रोनाल्ड रीगन की सरकारों के बीच सहयोग के परिणामस्वरूप खोला गया था, और कई वर्षों बाद 2006 में इन सभी देशों द्वारा हस्ताक्षरित एक संधि में इसे शामिल किया गया था।

2. आईटीईआर टोकामक के निर्माण स्थल पर

दक्षिणी फ्रांस (2) के कैडाराचे में आईटीईआर परियोजना दुनिया का सबसे बड़ा टोकामक विकसित कर रही है, यानी एक प्लाज्मा कक्ष जिसे विद्युत चुम्बकों द्वारा उत्पन्न एक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके नियंत्रित किया जाना चाहिए। यह आविष्कार 50 और 60 के दशक में सोवियत संघ द्वारा विकसित किया गया था। प्रोजेक्ट मैनेजर, लवन कोब्लेंज़, ने घोषणा की कि संगठन को दिसंबर 2025 तक "पहला प्लाज्मा" प्राप्त होना चाहिए। आईटीईआर को हर बार लगभग 1 हजार लोगों के लिए थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया का समर्थन करना चाहिए। सेकंड, ताकत हासिल करना 500-1100 मेगावाट. तुलना के लिए, अब तक का सबसे बड़ा ब्रिटिश टोकामक, जेट (संयुक्त यूरोपीय टोरस), कई दसियों सेकंड तक प्रतिक्रिया बनाए रखता है और तक ताकत हासिल करता है 16 मेगावाट. इस रिएक्टर में ऊर्जा ऊष्मा के रूप में जारी की जाएगी - इसे बिजली में परिवर्तित नहीं किया जाना चाहिए। ग्रिड को फ़्यूज़न पावर वितरित करना सवाल से बाहर है क्योंकि परियोजना केवल अनुसंधान उद्देश्यों के लिए है। आईटीईआर के आधार पर ही भावी पीढ़ी के थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों का निर्माण किया जाएगा, जो बिजली तक पहुंचेंगे 3-4 हजार. मेगावाट.

सामान्य संलयन बिजली संयंत्र अभी भी मौजूद नहीं होने का मुख्य कारण (साठ वर्षों से अधिक के व्यापक और महंगे शोध के बावजूद) प्लाज्मा के व्यवहार को नियंत्रित करने और "प्रबंधित" करने में कठिनाई है। हालाँकि, वर्षों के प्रयोग से कई मूल्यवान खोजें प्राप्त हुई हैं, और आज संलयन ऊर्जा पहले से कहीं अधिक निकट प्रतीत होती है।

हीलियम-3 डालें, हिलाएँ और गर्म करें

आईटीईआर वैश्विक संलयन अनुसंधान का मुख्य फोकस है, लेकिन कई अनुसंधान केंद्र, कंपनियां और सैन्य प्रयोगशालाएं अन्य संलयन परियोजनाओं पर भी काम कर रही हैं जो शास्त्रीय दृष्टिकोण से विचलित हैं।

उदाहरण के लिए, हाल के वर्षों में आयोजित किया गया मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी से के साथ प्रयोग हेल्म-3 टोकामक पर रोमांचक परिणाम दिए, जिनमें शामिल हैं ऊर्जा में दस गुना वृद्धि प्लाज्मा आयन. मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में सी-मॉड टोकामक पर प्रयोग करने वाले वैज्ञानिकों ने बेल्जियम और यूके के विशेषज्ञों के साथ मिलकर तीन प्रकार के आयनों से युक्त एक नए प्रकार का थर्मोन्यूक्लियर ईंधन विकसित किया है। टीम अल्केटर सी-मॉड (3) ने सितंबर 2016 में एक अध्ययन किया था, लेकिन इन प्रयोगों के डेटा का हाल ही में विश्लेषण किया गया है, जिससे प्लाज्मा ऊर्जा में भारी वृद्धि का पता चला है। परिणाम इतने उत्साहजनक थे कि ब्रिटेन में दुनिया की सबसे बड़ी परिचालन संलयन प्रयोगशाला, जेईटी चलाने वाले वैज्ञानिकों ने प्रयोगों को दोहराने का फैसला किया। ऊर्जा में समान वृद्धि हासिल की गई। अध्ययन के नतीजे नेचर फिजिक्स जर्नल में प्रकाशित हुए हैं।

3. टोकामक अल्काटर सी-मॉड चालू है

परमाणु ईंधन की दक्षता में सुधार की कुंजी हीलियम के एक स्थिर आइसोटोप, हीलियम -3 की ट्रेस मात्रा को दो के बजाय एक न्यूट्रॉन के साथ जोड़ना था। अल्काटर सी विधि में प्रयुक्त परमाणु ईंधन में पहले केवल दो प्रकार के आयन, ड्यूटेरियम और हाइड्रोजन होते थे। ड्यूटेरियम, अपने नाभिक में न्यूट्रॉन के साथ हाइड्रोजन का एक स्थिर आइसोटोप (न्यूट्रॉन के बिना हाइड्रोजन के विपरीत), लगभग 95% ईंधन बनाता है। प्लाज़्मा रिसर्च सेंटर और मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (पीएसएफसी) के वैज्ञानिकों ने एक प्रक्रिया का उपयोग किया जिसे कहा जाता है रेडियो आवृत्तियों में तापन. टोकामक के बगल के एंटेना कणों को उत्तेजित करने के लिए एक विशिष्ट रेडियो आवृत्ति का उपयोग करते हैं, और तरंगों को हाइड्रोजन आयनों को "लक्षित" करने के लिए कैलिब्रेट किया जाता है। क्योंकि हाइड्रोजन ईंधन के कुल घनत्व का एक छोटा सा अंश बनाता है, हीटिंग पर आयनों के केवल एक छोटे से अंश को केंद्रित करने से चरम ऊर्जा स्तर तक पहुंचा जा सकता है। इसके अलावा, उत्तेजित हाइड्रोजन आयन मिश्रण में प्रचलित ड्यूटेरियम आयनों में चले जाते हैं, और इस तरह से बने कण रिएक्टर के बाहरी आवरण में प्रवेश करते हैं, जिससे गर्मी निकलती है।

इस प्रक्रिया की दक्षता तब बढ़ जाती है जब मिश्रण में 3% से कम मात्रा में हीलियम-1 आयन मिलाए जाते हैं। सभी रेडियो तापन को हीलियम-3 की थोड़ी मात्रा पर केंद्रित करके, वैज्ञानिकों ने आयनों की ऊर्जा को मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट (MeV) तक बढ़ा दिया।

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पिछले कुछ वर्षों में नियंत्रित संलयन कार्य की दुनिया में कई विकास हुए हैं जिन्होंने अंततः ऊर्जा के "पवित्र ग्रेल" तक पहुंचने के लिए वैज्ञानिकों और हम सभी की आशाओं को फिर से जगाया है।

अच्छे संकेतों में, अन्य बातों के अलावा, अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) की प्रिंसटन प्लाज्मा भौतिकी प्रयोगशाला (पीपीपीएल) की खोजें शामिल हैं। रेडियो तरंगों का उपयोग तथाकथित प्लाज्मा गड़बड़ी को महत्वपूर्ण रूप से कम करने के लिए बड़ी सफलता के साथ किया गया है, जो थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं को "ड्रेस अप" करने की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण हो सकता है। मार्च 2019 में इसी शोध टीम ने एक लिथियम टोकामक प्रयोग की सूचना दी जिसमें परीक्षण रिएक्टर की आंतरिक दीवारों को लिथियम के साथ लेपित किया गया था, जो आमतौर पर इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग की जाने वाली बैटरियों से ज्ञात सामग्री है। वैज्ञानिकों ने नोट किया कि रिएक्टर की दीवारों पर लिथियम अस्तर बिखरे हुए प्लाज्मा कणों को अवशोषित करता है, जिससे उन्हें प्लाज्मा क्लाउड पर वापस प्रतिबिंबित होने और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं में हस्तक्षेप करने से रोका जाता है।

4. विज़ुअलाइज़ेशन प्रोजेक्ट टीएई टेक्नोलॉजीज

प्रमुख प्रतिष्ठित वैज्ञानिक संस्थानों के विद्वान भी अपनी घोषणाओं में सतर्क आशावादी बन गए हैं। हाल ही में, निजी क्षेत्र में भी नियंत्रित संलयन तकनीकों में रुचि में भारी वृद्धि हुई है। 2018 में, लॉकहीड मार्टिन ने अगले दशक के भीतर एक कॉम्पैक्ट फ्यूजन रिएक्टर (सीएफआर) प्रोटोटाइप विकसित करने की योजना की घोषणा की। यदि कंपनी जिस तकनीक पर काम कर रही है, वह काम करती है, तो एक ट्रक के आकार का उपकरण 100 वर्ग फुट के उपकरण की जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त बिजली प्रदान करने में सक्षम होगा। शहरवासी.

टीएई टेक्नोलॉजीज और मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी सहित अन्य कंपनियां और अनुसंधान केंद्र यह देखने के लिए प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं कि पहला वास्तविक फ्यूजन रिएक्टर कौन बना सकता है। यहां तक ​​कि अमेज़ॅन के जेफ बेजोस और माइक्रोसॉफ्ट के बिल गेट्स भी हाल ही में विलय परियोजनाओं में शामिल हो गए हैं। एनबीसी न्यूज ने हाल ही में अमेरिका में सत्रह छोटी फ्यूजन-केवल कंपनियों की गिनती की। जनरल फ्यूज़न या कॉमनवेल्थ फ्यूज़न सिस्टम्स जैसे स्टार्टअप इनोवेटिव सुपरकंडक्टर्स पर आधारित छोटे रिएक्टरों पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं।

"शीत संलयन" की अवधारणा और बड़े रिएक्टरों के विकल्प, न केवल टोकामक्स, बल्कि तथाकथित भी। तारामंडल, थोड़े अलग डिज़ाइन के साथ, जर्मनी सहित निर्मित। भिन्न दृष्टिकोण की खोज भी जारी है। इसका एक उदाहरण नामक उपकरण है ज़ेड-चुटकी, वाशिंगटन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों द्वारा निर्मित और फिजिक्स वर्ल्ड पत्रिका के नवीनतम अंकों में से एक में इसका वर्णन किया गया है। ज़ेड-पिंच एक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र में प्लाज्मा को फंसाने और संपीड़ित करने का काम करता है। प्रयोग में, प्लाज्मा को 16 माइक्रोसेकंड तक स्थिर करना संभव था, और संलयन प्रतिक्रिया इस समय के लगभग एक तिहाई समय तक चलती रही। प्रदर्शन से यह प्रदर्शित होना था कि छोटे पैमाने पर संश्लेषण संभव है, हालाँकि कई वैज्ञानिकों को अभी भी इस बारे में गंभीर संदेह है।

बदले में, Google और उन्नत प्रौद्योगिकियों में शामिल अन्य निवेशकों के समर्थन के लिए धन्यवाद, कैलिफ़ोर्निया की कंपनी TAE Technologies फ़्यूज़न के साथ प्रयोगों के लिए विशिष्ट से भिन्न का उपयोग करती है, बोरान ईंधन मिश्रण, जिनका उपयोग शुरुआत में तथाकथित फ्यूजन रॉकेट इंजन के उद्देश्य से छोटे और सस्ते रिएक्टर विकसित करने के लिए किया गया था। एक प्रोटोटाइप बेलनाकार संलयन रिएक्टर (4) काउंटर बीम (सीबीएफआर) के साथ, जो दो प्लाज्मा रिंग बनाने के लिए हाइड्रोजन गैस को गर्म करता है। वे अक्रिय कणों के बंडलों के साथ संयोजित होते हैं और ऐसी स्थिति में रखे जाते हैं, जिससे प्लाज्मा की ऊर्जा और स्थायित्व में वृद्धि में योगदान होना चाहिए।

कनाडाई प्रांत ब्रिटिश कोलंबिया के एक अन्य फ़्यूज़न स्टार्टअप जनरल फ़्यूज़न को स्वयं जेफ़ बेजोस का समर्थन प्राप्त है। सीधे शब्दों में कहें तो, उनकी अवधारणा एक स्टील की गेंद के अंदर तरल धातु (लिथियम और सीसा का मिश्रण) की एक गेंद में गर्म प्लाज्मा को इंजेक्ट करना है, जिसके बाद डीजल इंजन के समान, प्लाज्मा को पिस्टन द्वारा संपीड़ित किया जाता है। बनाए गए दबाव से संलयन होना चाहिए, जो एक नए प्रकार के बिजली संयंत्र के टर्बाइनों को बिजली देने के लिए भारी मात्रा में ऊर्जा जारी करेगा। जनरल फ्यूज़न के मुख्य प्रौद्योगिकी अधिकारी माइक डेलेज का कहना है कि वाणिज्यिक परमाणु संलयन दस वर्षों में शुरू हो सकता है।

5. अमेरिकी नौसेना थर्मोन्यूक्लियर पेटेंट से चित्रण।

हाल ही में, अमेरिकी नौसेना ने भी "प्लाज्मा फ्यूजन डिवाइस" के लिए एक पेटेंट दायर किया है। पेटेंट "त्वरित कंपन" पैदा करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र के बारे में बात करता है (5). विचार यह है कि फ़्यूज़न रिएक्टरों को इतना छोटा बनाया जाए कि वे पोर्टेबल हो सकें। कहने की जरूरत नहीं है, इस पेटेंट आवेदन को संदेह का सामना करना पड़ा।