मुझे लगता है कि हम सूर्य से ज्यादा स्मार्ट हैं।
आइए तुलना करें और इसके विपरीत करें। एक ओर, मनुष्य ने विज्ञान और प्रौद्योगिकी, निर्मित शहरों, कारों, कंप्यूटरों और फोन में भारी प्रगति की है। हमने परमाणु को युद्ध और ऊर्जा के लिए विभाजित किया है।
सूर्य ने क्या किया है? यह प्लाज्मा की एक विशाल गेंद है, जो ज्यादातर हाइड्रोजन और हीलियम से बनी होती है। यह बस, वहाँ बैठता है। समय-समय पर यह हाइड्रोजन गैस को एक कोरोनल मास इजेक्शन में उड़ा देता है। यह कहना कोई खिंचाव नहीं है कि सूर्य, और ब्रह्मांड की सभी निर्जीव सामग्री, दराज में सबसे तेज चाकू नहीं है।
और फिर भी, सूर्य ने ऊर्जा के एक रूप में महारत हासिल कर ली है जिसे हम अपने दिमाग को चारों ओर लपेटने के लिए प्रतीत नहीं कर सकते हैं: संलयन। यह वास्तव में क्रुद्ध है, सूर्य को देखकर, बस वहीं बैठे हुए, सहजता से कुछ ऐसा कर रहे हैं जिससे हमारे बेहतरीन दिमाग आधी सदी से संघर्ष कर रहे हैं।
हम फ्यूजन का काम क्यों नहीं कर सकते? आखिर कब तक हम आयनित गैस के गोले के साथ तकनीकी रूप से पकड़ सकते हैं?
हमारा सूर्य अपनी सभी तीव्र, ऊर्जावान महिमा में। क्रेडिट: नासा/एसडीओ।
परमाणु संलयन के माध्यम से ऊर्जा उत्पन्न करने की सूर्य की क्षमता की चाल, निश्चित रूप से, इसके विशाल द्रव्यमान से आती है। सूर्य में 1.989 x 10^30 किलोग्राम ज्यादातर हाइड्रोजन और हीलियम होता है, और यह द्रव्यमान अंदर की ओर धकेलता है, जिससे कोर को 15 मिलियन डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, जिसमें पानी का घनत्व 150 गुना होता है।
यह इस केंद्र पर है कि सूर्य अपना काम करता है, हाइड्रोजन के परमाणुओं को हीलियम में मिलाता है। संलयन की यह प्रक्रिया एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया है, जिसका अर्थ है कि हर बार जब हीलियम का एक नया परमाणु बनता है, तो गामा विकिरण के रूप में फोटॉन भी निकलते हैं।
सूर्य इस ऊर्जा का उपयोग केवल प्रकाश दबाव के लिए करता है, गुरुत्वाकर्षण का प्रतिकार करने के लिए जो सब कुछ अंदर की ओर खींचता है। इसके फोटॉन धीरे-धीरे सूर्य के ऊपर अपना रास्ता बनाते हैं और फिर उन्हें अंतरिक्ष में छोड़ दिया जाता है। इतना फालतू।
हम इसे पृथ्वी पर कैसे दोहरा सकते हैं?
अब पृथ्वी पर सूर्य के हाइड्रोजन के द्रव्यमान को एक साथ इकट्ठा करना एक विकल्प है, लेकिन यह वास्तव में अव्यावहारिक है। हम वह सारा हाइड्रोजन कहां रखेंगे। बेहतर उपाय यह होगा कि हम अपनी तकनीक का उपयोग सूर्य के केंद्र में स्थितियों का अनुकरण करने के लिए करें।
यदि हम एक संलयन रिएक्टर बना सकते हैं जहां तापमान और दबाव हाइड्रोजन के परमाणुओं के लिए हीलियम में विलय करने के लिए पर्याप्त हैं, तो हम गामा विकिरण के उन मीठे मीठे फोटॉन का उपयोग कर सकते हैं।
एक टोकामक के अंदर। क्रेडिट: प्रिंसटन प्लाज्मा भौतिकी प्रयोगशाला
ऐसा करने के लिए विकसित की गई मुख्य तकनीक को टोकामक रिएक्टर कहा जाता है; यह एक रूसी परिवर्णी शब्द पर आधारित है: 'चुंबकीय कॉइल के साथ टॉरॉयडल चैंबर', और पहला प्रोटोटाइप 1960 के दशक में बनाया गया था। विकास में कई अलग-अलग रिएक्टर हैं, लेकिन विधि अनिवार्य रूप से एक ही है।
एक निर्वात कक्ष हाइड्रोजन ईंधन से भरा होता है। फिर चैम्बर के माध्यम से भारी मात्रा में बिजली चलाई जाती है, हाइड्रोजन को प्लाज्मा अवस्था में गर्म किया जाता है। वे प्लाज्मा को 150 से 300 मिलियन डिग्री सेल्सियस (सूर्य के कोर से 10 से 20 गुना अधिक गर्म) तक प्राप्त करने के लिए लेजर और अन्य तरीकों का भी उपयोग कर सकते हैं।
सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट संलयन कक्ष को घेर लेते हैं, जिसमें प्लाज्मा होता है और इसे कक्ष की दीवारों से दूर रखता है, जो अन्यथा पिघल जाएगा।
एक बार जब तापमान और दबाव काफी अधिक हो जाते हैं, तो हाइड्रोजन के परमाणुओं को सूर्य की तरह हीलियम में कुचल दिया जाता है। यह फोटॉन जारी करता है जो बिना किसी अतिरिक्त ऊर्जा इनपुट के प्रतिक्रिया को चालू रखते हुए, प्लाज्मा को गर्म करता है।
अतिरिक्त गर्मी कक्ष की दीवारों तक पहुँचती है, और इसे काम करने के लिए निकाला जा सकता है।
कल्हम सेंटर फॉर फ्यूजन एनर्जी (यूके) में गोलाकार टोकामक मस्त। फोटो: सीसीएफई
चुनौती हमेशा यह रही है कि कक्ष को गर्म करने और प्लाज्मा को बाधित करने से रिएक्टर में उत्पादित होने की तुलना में अधिक ऊर्जा की खपत होती है। हम फ्यूजन का काम कर सकते हैं, हम अभी सिस्टम से सरप्लस एनर्जी नहीं निकाल पाए हैं...
ऊर्जा उत्पादन के अन्य रूपों की तुलना में, संलयन स्वच्छ और सुरक्षित होना चाहिए। ईंधन स्रोत पानी है, और उपोत्पाद हीलियम है (जिसे दुनिया वास्तव में खत्म करना शुरू कर रही है)। यदि रिएक्टर में कोई समस्या है, तो यह ठंडा हो जाएगा और संलयन प्रतिक्रिया बंद हो जाएगी।
हालांकि, संलयन प्रतिक्रिया में जारी उच्च ऊर्जा फोटॉन एक समस्या होगी। वे आसपास के फ्यूजन रिएक्टर में प्रवाहित होंगे और पूरी चीज को रेडियोधर्मी बना देंगे। संलयन कक्ष लगभग 50 वर्षों तक घातक रहेगा, लेकिन इसका तीव्र आधा जीवन 500 वर्षों के बाद इसे कोयले की राख के रूप में रेडियोधर्मी बना देगा।
प्रिंसटन के टोकामक फ्यूजन टेस्ट रिएक्टर का बाहरी दृश्य जो 1982 से 1997 तक संचालित था। क्रेडिट: प्रिंसटन प्लाज्मा भौतिकी प्रयोगशाला (CC BY 3.0)
अब आप जानते हैं कि संलयन शक्ति क्या है और यह कैसे काम करती है, वर्तमान स्थिति क्या है, और जब तक संलयन संयंत्र हमें असीमित सस्ती सुरक्षित शक्ति नहीं देते हैं, तब तक?
फ्यूजन प्रयोगों को आपके द्वारा उनमें डाली गई ऊर्जा की मात्रा की तुलना में उनके द्वारा उत्पादित ऊर्जा की मात्रा से मापा जाता है। उदाहरण के लिए, यदि एक संलयन संयंत्र को 10 मेगावाट उत्पादन के लिए 100 मेगावाट विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तो इसका ऊर्जा अनुपात 0.1 होगा। आप कम से कम 1 का अनुपात चाहते हैं। इसका मतलब है कि ऊर्जा बराबर ऊर्जा बाहर है, और अब तक, कोई भी प्रयोग उस अनुपात तक कभी नहीं पहुंचा है। लेकिन हम करीब हैं।
ईस्ट फैसिलिटी का टोकामक रिएक्टर, हेफ़ेई में इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिकल साइंस का हिस्सा है। क्रेडिट: ipp.cas.cn
चीनी प्रायोगिक उन्नत सुपरकंडक्टिंग टोकामक, या ईएएसटी का निर्माण कर रहे हैं। 2016 में, इंजीनियरों ने बताया कि उन्होंने 102 सेकंड के लिए सुविधा को चलाया, 50 मिलियन सी का तापमान प्राप्त किया। अगर सच है, तो यह एक बहुत बड़ी प्रगति है, और चीन को स्थिर संलयन बनाने की दौड़ में आगे रखता है। उस ने कहा, यह स्वतंत्र रूप से सत्यापित नहीं किया गया है, और उन्होंने मील के पत्थर पर केवल एक ही वैज्ञानिक पत्र प्रकाशित किया है।
कार्लज़ूए इंस्टिट्यूट ऑफ़ टेक्नोलॉजी के वेंडेलस्टीन 7-X (W7X) तारकीय यंत्र। श्रेय: मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर प्लाज़्मा फिजिक्स, टीनो शुल्ज (CC BY-SA 3.0)
जर्मनी में कार्लज़ूए इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (केआईटी) के शोधकर्ताओं ने हाल ही में घोषणा की कि उनके वेंडेलस्टीन 7-एक्स (डब्ल्यू 7 एक्स) तारकीय (मुझे वह नाम पसंद है), हाइड्रोजन गैस को केवल एक चौथाई सेकंड के लिए 80 मिलियन सी तक गर्म कर दिया। गर्म लेकिन छोटा। एक तारकीय एक टोकामक से अलग तरह से काम करता है। यह प्लाज्मा को सीमित करने के लिए मुड़े हुए छल्ले और बाहरी चुम्बकों का उपयोग करता है, इसलिए यह जानना अच्छा है कि हमारे पास और विकल्प हैं।
दुनिया में अभी चल रहा सबसे बड़ा, सबसे विस्तृत फ्यूजन प्रयोग यूरोप में, कैडराचे के फ्रांसीसी अनुसंधान केंद्र में है। इसे ITER कहा जाता है, जो अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर के लिए है, और यह उस जादुई अनुपात को पार करने की उम्मीद करता है।
आईटीईआर टोकामक फ्यूजन रिएक्टर। क्रेडिट: आईटीईआर, इलस। टी. रेयेस
ITER विशाल है, जिसका माप 30 मीटर चौड़ा और ऊंचा है। और इसका संलयन कक्ष इतना बड़ा है कि यह एक आत्मनिर्भर संलयन प्रतिक्रिया बनाने में सक्षम होना चाहिए। फ़्यूज़िंग हाइड्रोजन द्वारा जारी ऊर्जा प्रतिक्रिया करने के लिए ईंधन को पर्याप्त गर्म रखती है। प्लाज्मा वाले विद्युत चुम्बक को चलाने के लिए अभी भी ऊर्जा की आवश्यकता होगी, लेकिन प्लाज्मा को गर्म रखने के लिए नहीं।
और अगर सब कुछ ठीक रहा, तो ITER का अनुपात 10 होगा। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक 10 मेगावाट ऊर्जा के लिए, यह 100 मेगावाट प्रयोग करने योग्य बिजली उत्पन्न करेगा।
आईटीईआर अभी भी निर्माणाधीन है, और जून 2015 तक, कुल निर्माण लागत 14 अरब डॉलर तक पहुंच गई थी। यह सुविधा 2021 तक पूरी होने की उम्मीद है, और पहला फ्यूजन परीक्षण 2025 में शुरू होगा।
इसलिए, अगर आईटीईआर योजना के अनुसार काम करता है, तो अब हम संलयन से सकारात्मक ऊर्जा उत्पादन से लगभग 8 वर्ष दूर हैं। बेशक, आईटीईआर सिर्फ एक प्रयोग होगा, वास्तविक पावरप्लांट नहीं, इसलिए यदि यह काम भी करता है, तो वास्तविक संलयन-आधारित ऊर्जा ग्रिड उसके दशकों बाद होगा।
इस बिंदु पर, मैं कहूंगा कि हम किसी ऐसे व्यक्ति से लगभग एक दशक दूर हैं जो यह दर्शाता है कि एक आत्मनिर्भर संलयन प्रतिक्रिया जो खपत से अधिक शक्ति उत्पन्न करती है वह संभव है। और फिर शायद उनसे एक और 2 दशक दूर पावर ग्रिड को बिजली की आपूर्ति करना। उस समय तक, हमारे स्मॉग सन को एक नई नौकरी खोजने की आवश्यकता होगी।
पॉडकास्ट (ऑडियो): डाउनलोड (अवधि: 8:58 - 3.1MB)
सदस्यता लें: एप्पल पॉडकास्ट | आरएसएस
पॉडकास्ट (वीडियो): डाउनलोड (अवधि: 9:01 — 117.4एमबी)
सदस्यता लें: एप्पल पॉडकास्ट | आरएसएस
