सार:
अमेरिकी ऊर्जा विभाग के प्रिंसटन प्लाज्मा भौतिकी प्रयोगशाला (पीपीपीएल) के शोधकर्ताओं ने परमाणु संलयन प्राप्त करने के लिए एक नया विचार प्रस्तावित किया है। उनकी नवीनतम गणना से पता चलता है कि यदि प्लाज्मा हीटिंग और संपीड़न का क्रम बदल दिया जाता है, तो भविष्य के संलयन रिएक्टरों में "इग्निशन" प्राप्त करने के लिए आवश्यक ऊर्जा काफी कम हो सकती है, इस प्रकार नियंत्रणीय परमाणु संलयन के विकास के लिए एक अधिक कुशल मार्ग खुल जाएगा।
परमाणु संलयन को भविष्य में सबसे आशाजनक स्वच्छ ऊर्जा प्रौद्योगिकियों में से एक माना जाता है। इसका सिद्धांत सूर्य के अंदर ऊर्जा पैदा करने की प्रक्रिया जैसा ही है। प्रकाश तत्व नाभिक को संलयन प्रतिक्रियाओं से गुजरने की अनुमति देकर, लगभग बिना किसी ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन के भारी मात्रा में ऊर्जा जारी की जा सकती है। हालाँकि, पृथ्वी पर सूर्य के अंदर के चरम वातावरण को दोहराना बेहद मुश्किल है, और वैज्ञानिक दशकों से स्थिर संलयन प्रतिक्रियाओं को प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका खोज रहे हैं।
1950 के दशक से, संलयन अनुसंधान का क्षेत्र मुख्य रूप से संलयन प्रज्वलन स्थितियों का मूल्यांकन करने के लिए "लॉसन मानदंड" पर निर्भर रहा है। इस सिद्धांत का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि क्या प्लाज्मा बाहरी हीटिंग की आवश्यकता के बिना अपनी स्वयं की उत्पन्न ऊर्जा पर संलयन प्रतिक्रिया जारी रखने के लिए पर्याप्त लंबे समय तक पर्याप्त उच्च तापमान और घनत्व बनाए रख सकता है।
हालाँकि, लॉसन का मानदंड केवल यह बता सकता है कि किन शर्तों को पूरा करने की आवश्यकता है, लेकिन यह स्पष्ट रूप से इंगित नहीं करता है कि इन शर्तों को उच्चतम दक्षता के साथ कैसे प्राप्त किया जाए। इसके लिए, पीपीपीएल अनुसंधान टीम ने पारंपरिक ढांचे में चार अतिरिक्त कारक जोड़े, जिनमें संलयन प्रक्रिया के दौरान उत्पादित हीलियम राख, रिएक्टर दीवार से अशुद्धियां, सिंक्रोट्रॉन विकिरण ऊर्जा हानि और प्लाज्मा से गर्मी हानि शामिल है, जिससे एक नया मॉडल स्थापित किया गया है जो वास्तविक स्थिति के करीब है।
शोध के नतीजे फिजिकल रिव्यू लेटर्स जर्नल में प्रकाशित हुए थे। शोधकर्ताओं ने कहा कि जब इन यथार्थवादी कारकों को गणना में शामिल किया जाता है, तो कई डिजाइन समाधान जो मूल रूप से व्यवहार्य लगते थे, महत्वपूर्ण रूप से बदल जाएंगे, और इसलिए भविष्य के रिएक्टर डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण संदर्भ मूल्य होंगे।
प्लाज्मा को अक्सर पदार्थ की चौथी अवस्था कहा जाता है। जब किसी गैस को अत्यधिक उच्च तापमान तक गर्म किया जाता है, तो उसके भीतर के कण आवेशित हो जाते हैं और प्लाज्मा बनता है। संलयन प्रतिक्रिया उपकरण में, वैज्ञानिकों को प्लाज्मा को अत्यधिक तापमान तक गर्म करने की आवश्यकता होती है ताकि नाभिक एक दूसरे के बीच विद्युत प्रतिकर्षण को दूर कर सकें और संलयन प्रतिक्रिया से गुजर सकें।
अनुसंधान टीम ने संलयन प्रज्वलन प्राप्त करने की प्रक्रिया की तुलना पहाड़ों से अवरुद्ध इलाके को पार करने से की। कई मौजूदा समाधानों के विचारों के अनुसार, शोधकर्ता अक्सर पहले प्लाज्मा घनत्व बढ़ाते हैं और फिर तापमान बढ़ाना जारी रखते हैं, जो गंतव्य तक पहुंचने के लिए सीधे पहाड़ों पर चढ़ने के बराबर है। लेकिन नए मॉडल सुझाव देते हैं कि वास्तव में कम श्रमसाध्य मार्ग हो सकता है।
गणना के परिणाम बताते हैं कि प्लाज्मा को उच्च तापमान पर गर्म करना और फिर धीरे-धीरे इसका घनत्व बढ़ाना कम कुल ऊर्जा खपत के साथ समान लक्ष्य प्राप्त कर सकता है। यह दृष्टिकोण सीधे सबसे कठिन मार्ग पर चढ़ने के बजाय, पहाड़ को बायपास करने और किनारे से गंतव्य में प्रवेश करने के बराबर है।
शोधकर्ताओं ने तथाकथित "कॉर्डी सैडल पॉइंट" को खोजने के लिए गणितीय मॉडल का उपयोग किया, जो कि संलयन प्रज्वलन को प्राप्त करने के लिए आवश्यक सबसे कम ऊर्जा वाला पथ है। नतीजे बताते हैं कि "पहले गर्म करना, फिर घनत्व बढ़ाना" की रणनीति इस इष्टतम क्षेत्र में होती है, और भविष्य के संलयन उपकरणों के लिए एक महत्वपूर्ण डिजाइन दिशा बनने की उम्मीद है।
नए इग्निशन मार्गों की खोज के अलावा, अनुसंधान टीम ने अन्य महत्वपूर्ण निष्कर्ष भी प्राप्त किए। मॉडल दिखाते हैं कि प्लाज्मा में प्रवेश करने वाली टंगस्टन अशुद्धियों की थोड़ी मात्रा भी संलयन प्रतिक्रिया पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है या यहां तक कि इसे विफल भी कर सकती है। चूंकि टंगस्टन में अत्यधिक उच्च तापमान प्रतिरोध होता है, इसलिए इसे वर्तमान में कई भविष्य के संलयन रिएक्टरों की आंतरिक दीवार सामग्री के रूप में उपयोग करने की योजना बनाई गई है। इसलिए, टंगस्टन को प्लाज्मा में प्रवेश करने से कैसे रोका जाए यह प्रमुख तकनीकी चुनौतियों में से एक बन जाएगा।
शोधकर्ताओं ने यह भी पता लगाया कि संलयन प्लाज्मा के अंदर कुछ प्राकृतिक "ब्रेकिंग तंत्र" हैं जो प्रतिक्रिया को और बढ़ाने को सीमित करते हैं। इस तरह के प्रभावों को अतीत में समग्र गणनाओं में पूरी तरह से शामिल नहीं किया गया है, लेकिन नया मॉडल इन प्रभावशाली कारकों को पूरी तरह से प्रतिबिंबित करने में सक्षम है।
हालांकि यह शोध अभी भी सैद्धांतिक और कम्प्यूटेशनल चरण में है और सीधे तौर पर कोई नई फ्यूजन प्रयोगात्मक सफलता हासिल नहीं करता है, वैज्ञानिकों का मानना है कि यह भविष्य के रिएक्टर डिजाइन के लिए अधिक कुशल रोडमैप प्रदान करता है। यदि प्रासंगिक निष्कर्षों को वास्तविक उपकरणों में सत्यापित किया जा सकता है, तो भविष्य में संलयन ऊर्जा के व्यावसायीकरण के लिए आवश्यक लागत और ऊर्जा निवेश को काफी कम किया जा सकता है, जिससे मानव जाति के लगभग असीमित स्वच्छ ऊर्जा के लक्ष्य में तेजी आएगी।
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