अगस्त 2023 में एक दिन, सभी प्रमुख क्षेत्रों में एक खबर सामने आई: चीन के कृत्रिम सूर्य "गायर 3" ने पहली बार 1 मिलियन एम्पीयर के प्लाज्मा करंट के तहत उच्च-बाधित मोड ऑपरेशन हासिल किया, जो मेरे देश के नियंत्रणीय परमाणु संलयन कैरियर के लिए एक महत्वपूर्ण स्मारक है। "गायर 3" एक प्रकार के चुंबकीय कारावास संलयन को लागू करता है, जिसका अर्थ है कि ईंधन को पहले प्लाज्मा रूप में बनाने के लिए गर्म किया जाता है, और फिर उच्च ताप वाले प्लाज्मा में आवेशित कणों को रोकने के लिए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया जाता है, जिससे यह एक सर्पिल में चलता है, परमाणु संलयन प्रतिक्रिया होने तक प्लाज्मा को और अधिक गर्म करता है।
इसे स्पष्ट रूप से कहने के लिए, 1 मिलियन ए बार प्लाज्मा करंट के तहत उच्च-बाधा मोड ऑपरेशन प्राप्त करना सन वुकोंग के लिए एक सुनहरा घेरा विकसित करने जैसा है। कड़े श्राप का पाठ करके, सन वुकोंग जानबूझकर काम करने के बजाय अच्छे काम कर सकता है।
दुनिया भर में, चुंबकीय संलयन कारावास प्राप्त करने के कई तरीके हैं। उदाहरण के लिए, रिंग मैग्नेटिक मशीन, जिसे टोकामक के नाम से भी जाना जाता है। यह प्लाज्मा कॉलम के माध्यम से करंट (बड़ा लाल तीर) चलाने वाले ट्रांसफार्मर के कारण उत्पन्न विद्युत क्षेत्र द्वारा काम करता है, जिससे एक पोलोइडल चुंबकीय क्षेत्र बनता है जो प्लाज्मा करंट को एक सर्कल (हरा ऊर्ध्वाधर सर्कल) में मोड़ देता है। प्लाज्मा कॉलम को एक सर्कल में मोड़ने से रिसाव को रोका जा सकता है, और डोनट के आकार के कंटेनर के अंदर ऐसा करने से एक वैक्यूम बनता है। वृत्त की लंबाई के आसपास के अन्य चुंबकीय क्षेत्र को टोरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र (हरा क्षैतिज वृत्त) कहा जाता है। दोनों क्षेत्र मिलकर एक त्रि-आयामी वक्र बनाते हैं जो एक सर्पिल संरचना जैसा दिखता है (काले रंग में दिखाया गया है) जिसमें प्लाज्मा अत्यधिक सीमित होता है। सीधे शब्दों में कहें तो यह चक्की खींचने वाले गधे के समान है। गधा हमेशा चक्की के चारों ओर चक्कर लगाता रहेगा, और फिर चक्की के पाट को घुमाकर उत्पादन उत्पन्न करेगा।
ऊपर उल्लिखित प्लाज्मा अत्यधिक उच्च तापमान पर गैस की स्थिति को संदर्भित करता है। प्लाज्मा में, परमाणुओं से इलेक्ट्रॉन छीन लिए जाते हैं। जिन परमाणुओं ने नाभिक की परिक्रमा करते हुए इलेक्ट्रॉन खो दिए हैं, उन्हें आयनित अवस्था में कहा जाता है और उन्हें आयन कहा जाता है। इसलिए, प्लाज्मा आयनों और मुक्त इलेक्ट्रॉनों से बना होता है। प्लाज्मा में लगभग पूर्ण चालकता होती है, और चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, यह विभिन्न त्रि-आयामी संरचनाओं, जैसे फिलामेंट्स, सिलेंडर और डबल परतों का प्रदर्शन करेगा। चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग विभिन्न प्लाज़्मा को पकड़ने, स्थानांतरित करने और तेज करने के लिए भी किया जा सकता है। सन वुकोंग के लिए भी यही सच है। उसे ताईशांग लाओजुन की कीमिया भट्ठी में भेदी आँखों और सुनहरी आँखों के साथ जला दिया गया था। बाहर आने के बाद, वह एक नज़र में सफ़ेद हड्डी वाली आत्मा को देख सकता था।
सामान्यतया, परमाणु संलयन में आमतौर पर उपयोग की जाने वाली इकाई मेगावाट है, जो कि मेगावाट है। उदाहरण के लिए, 1991 में, यूरोपीय संयुक्त रिंग फ़्यूज़न रिएक्टर ने पहली बार नियंत्रित फ़्यूज़न का प्रदर्शन किया, जिससे लगभग 1.7MW बिजली का उत्पादन हुआ। हालाँकि यह केवल 2 सेकंड तक चलता है, यह मानव स्वच्छ ऊर्जा के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण भागों में से एक है। हालाँकि, मूल समाचार लेख में, हम केवल करंट की इकाई (एम्पीयर) देखते हैं, जबकि मेगावाट करंट और वोल्टेज का उत्पाद है। इसका मतलब यह है कि "गायर करंट नंबर 3" वर्तमान में जो लागू होता है वह मुख्य रूप से एक नियंत्रण विधि है, जिसे इनपुट वोल्टेज, यानी रिएक्टर इग्निशन के बाद बिजली उत्पादन में परिवर्तित किया जा सकता है। यही कारण है कि इसकी तुलना सन वुकोंग के सुनहरे घेरे से की जाती है।
एक अनुचित उदाहरण देने के लिए, भले ही एक सामान्य AA बैटरी "हाइब्रिड 3" से जुड़ी हो, इसका बिजली उत्पादन 1.2MW तक पहुंच सकता है। 1 मिलियन एम्पीयर प्लाज़्मा के उच्च परिरोध की सोने की सामग्री की एक छिपी हुई व्याख्या।
सीखने की राह पर अनुसंधान एवं विकास
नवंबर 2006 में, चीन, यूरोपीय संघ और अन्य सात दलों ने अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्रायोगिक रिएक्टर कार्यक्रम शुरू करने के लिए एक समझौते पर हस्ताक्षर किए। इस योजना को ITER (इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर) द्वारा प्रचारित किया गया है, जो आज दुनिया में नियंत्रित चुंबकीय कारावास परमाणु संलयन की मुख्य वैज्ञानिक और तकनीकी उपलब्धियों को एकीकृत करता है, और बड़ी संख्या में तकनीकी समस्याओं का समाधान करता है। 2007 तक, फ़्रांस ने 500MW टोकामक का निर्माण शुरू कर दिया।
मशीन में, परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं को अंजाम देने के लिए प्लाज्मा को 150 मिलियन डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाएगा, जो सूर्य की कोर से 10 गुना अधिक गर्म है। इसके विपरीत, मशीन में सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का तापमान शून्य से 269 डिग्री सेल्सियस नीचे है। इस टोकामक के लिए कुल मिलाकर लगभग 10 मिलियन भागों की आवश्यकता होती है, जिन्हें दुनिया भर से ITER निर्माण स्थल पर लाया जाता है। 150 मिलियन डिग्री सेल्सियस की अवधारणा क्या है? बाद की पीढ़ियों की "जर्नी टू द वेस्ट" की व्याख्या के अनुसार, रेड बॉय की समाधि की सच्ची आग केवल चार या पांच हजार डिग्री सेल्सियस है। रिएक्टर का तापमान एक साथ बंधे 300,000 रेड बॉय के बराबर है।
ITER की नवीनतम रिपोर्ट के अनुसार, मशीन 50% असेंबल हो गई है और दिसंबर 2025 में इसके संचालन का पहला चरण शुरू हो जाएगा। एक बार जब यह मशीन पूरी तरह से काम करेगी, तो दुनिया के सभी जीवाश्म ईंधन को स्वच्छ ऊर्जा से बदल दिया जाएगा।
लेकिन जैसा कि "जर्नी टू द वेस्ट" में वर्णित है, सन वुकोंग के पास विशाल अलौकिक शक्तियां और असीमित जादुई शक्ति है। उसे मात्र एक छोटे से सुनहरे घेरे से बांधने की कोशिश करना भी एक मूर्ख का सपना है। उदाहरण के तौर पर सबसे बुनियादी इग्निशन को लेते हुए, यदि रिएक्टर का तापमान 100 मिलियन डिग्री सेल्सियस से अधिक तक गर्म नहीं किया जा सकता है, तो रिएक्टर प्रतिक्रिया नहीं करेगा। वर्तमान में, मुख्य हीटिंग विधि ओमिक हीटिंग है, जो ठंडे प्लाज्मा बनाने के लिए तटस्थ हाइड्रोजन को आयनित करने के लिए उच्च आवृत्ति निर्वहन का उपयोग करती है जिसे टॉरॉयडल कॉइल के साथ उत्पन्न एक बड़े पोलोइडल चुंबकीय क्षेत्र की धारा द्वारा गर्म किया जाता है। यद्यपि यह ऊपर उल्लेख किया गया है कि प्लाज्मा में लगभग पूर्ण चालकता होती है, इसमें एक निश्चित प्रतिरोध भी होता है, और जब करंट इसके माध्यम से गुजरता है तब भी गर्मी उत्पन्न होगी। हालाँकि, इलेक्ट्रॉन तापमान बढ़ने पर प्लाज्मा की प्रतिरोधकता तेजी से गिरती है, जिससे ओमिक हीटिंग की शक्ति घनत्व भी तेजी से गिरती है, जो ओमिक हीटिंग के उपयोग को सीमित करती है।
एक अन्य विधि उच्च-ऊर्जा तटस्थ कण बीम इंजेक्शन हीटिंग विधि है, जो मुख्य रूप से टोकामक में उपयोग की जाने वाली हीटिंग विधि है। प्लाज्मा हीटिंग के लिए उपयोग किया जाने वाला तटस्थ कण बीम आम तौर पर एक उच्च-ऊर्जा तटस्थ नियॉन परमाणु किरण होता है। उच्च-ऊर्जा तटस्थ कण संलयन उपकरण में चुंबकीय क्षेत्र से प्रभावित नहीं होते हैं और इन्हें सीधे प्लाज्मा के केंद्रीय क्षेत्र में इंजेक्ट किया जा सकता है। एक बार जब तटस्थ परमाणु प्लाज्मा में प्रवेश करते हैं, तो चार्ज विनिमय और टकराव प्रक्रिया के माध्यम से वे तुरंत आयनों में बदल जाते हैं। इन उच्च-ऊर्जा आयनों को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा पकड़ लिया जाता है, और फिर मूल प्लाज्मा के साथ कूलम्ब टकराव से गुजरते हैं। तापन के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए प्लाज्मा को ऊर्जा दी जाती है।
हालाँकि, इलेक्ट्रॉनों को पकड़ने और उन्हें तटस्थ गैस कक्ष में तटस्थ कण बीम में बदलने के लिए आयन स्रोत में उच्च-ऊर्जा आयन बीम की दक्षता कणों की ऊर्जा बढ़ने के साथ तेजी से कम हो जाती है। यदि आयन स्रोत से एक नकारात्मक आयन किरण खींची जाती है, तो ऊर्जा बढ़ने पर नकारात्मक आयनों को तटस्थ कणों में परिवर्तित करने की दक्षता में उल्लेखनीय कमी नहीं आती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को नकारात्मक आयनों से अलग करना बहुत आसान है, इसलिए एक उच्च शक्ति वाले नकारात्मक आयन स्रोत की आवश्यकता होती है।
इसके अलावा, न्यूट्रल बीम की हीटिंग दक्षता पर एक महत्वपूर्ण सीमा कॉइल दीवार द्वारा गैस के अवशोषण के कारण कार्बन और ऑक्सीजन अशुद्धियों की उपस्थिति है। कार्बन और ऑक्सीजन की सांद्रता 1% तक पहुँच सकती है। तटस्थ किरण और इन अशुद्धियों के बीच चार्ज विनिमय अत्यधिक उत्तेजित कार्बन आयन और ऑक्सीजन आयन उत्पन्न करता है, जो अपने रैखिक विकिरण के कारण ऊर्जा खो देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप हीटिंग दक्षता में अचानक कमी आती है।
जिस तरह किसी को अनुभव से सीखने के लिए इक्यासी कठिनाइयों से गुजरना पड़ता है, नियंत्रणीय संलयन की राह पर कठिनाइयों के बावजूद, मेरे देश के परमाणु उद्योग ने 1980 के बाद से कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण शोध परिणाम हासिल किए हैं। टोकामक के उपर्युक्त लाभों के कारण, चीनी संलयन अनुसंधान समुदाय दशकों से टोकामक प्लाज्मा पर ध्यान दे रहा है। 1980 से 1990 के मध्य तक, छोटे और मध्यम आकार के टोकामक उपकरण जैसे HT-6B, HT-6M, HL- और HL-1M विकसित किए गए।
1994 और 2002 में, रूस (T-7 टोकामक) और जर्मनी (ASDEX टोकामक) द्वारा उपलब्ध कराए गए उपकरणों के आधार पर, मेरे देश ने एशियन इंस्टीट्यूट ऑफ साइंटिफिक फिजिक्स और SWIP में क्रमशः HT-7 और HL-2A का निर्माण किया, जिससे चीन सुपरकंडक्टिंग टोकामक विकसित करने में सक्षम चौथा देश बन गया। ठीक इसी वजह से चीन ने दुनिया का पहला टोकामक-ईएएसटी (संक्षेप में एक्सपेरिमेंटल एडवांस्ड सुपरकंडक्टिंग टोकामक, ईस्ट) बनाया। ईस्ट दुनिया का पहला पूर्णतः सुपरकंडक्टिंग टोकामक है जिसमें ऊपरी और निचले डायवर्टर हैं। इसे लंबी पल्स, स्थिर अवस्था और उच्च-बाधा मोड में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और इसने 101 सेकंड का उच्च-बाधा मोड डिस्चार्ज हासिल किया है। EAST दुनिया में प्रमुख टोकामक उपकरणों में से एक बन रहा है, और यह भविष्य के उपकरणों (ITER और CFETR सहित) के लिए उच्च-प्रदर्शन, लंबे-पल्स ऑपरेशन परिदृश्य प्रदान कर सकता है।
जहां तक चीन के चुंबकीय कारावास संलयन उद्यम का सवाल है, EAST केवल पहला कदम है। इसके बाद, हमारा देश आधुनिक हीटिंग और वर्तमान ड्राइव और निदान के लंबे-पल्स उच्च-बाधा मोड और स्थिर-राज्य संचालन का एहसास करेगा; HL-2M के माध्यम से, हम उच्च सहायक ताप शक्ति के तहत उच्च-प्रदर्शन प्लाज्मा भौतिकी का अध्ययन करेंगे। अगला कदम आईटीईआर और सीएफईटीआर (चीन फ्यूजन इंजीनियरिंग टेस्ट रिएक्टर) से संबंधित प्रमुख प्रौद्योगिकियों को विकसित करना है। "सभी पथिक अपना रास्ता नहीं भूले हैं।" तांग मोंक के चार गुरुओं और शिष्यों के पास स्पष्ट दिशानिर्देश थे और अंततः सच्चा धर्मग्रंथ प्राप्त करने के लिए लेयिन मंदिर पहुंचे।
सीएफईटीआर का निर्माण 2030 के दशक में पूरा होने की उम्मीद है। सीएफईटीआर संचालन योजना को दो चरणों में विभाजित किया गया है। पहले चरण का लक्ष्य 100-200MW की फ्यूजन पावर हासिल करना है। यह चरण ITERQ=10 संचालन के पूरक के रूप में स्थिर-अवस्था संचालन और ट्रिटियम आत्मनिर्भरता का पता लगाएगा। Q=10 ITER के लक्ष्यों में से एक है, जिसका अर्थ है प्लाज्मा में दस गुना अधिक पावर रिटर्न उत्पन्न करना।
दूसरे चरण को 2040 के दशक में पूरा करने की योजना है। उस समय 1GW की फ्यूजन पावर वाले टोकामक CFETR का भी प्रदर्शन किया जाएगा। प्रोटोटाइप फ्यूजन पावर प्लांट (पीएफपीपी) को 2060 के आसपास बनाने की योजना है, जो वाणिज्यिक फ्यूजन पावर प्लांट स्थापित करने के लिए चीन के चुंबकीय कारावास फ्यूजन रोडमैप का अंतिम चरण है। आज के नजरिए से देखें तो 2060 40 साल से भी कम दूर है और अभी भी लंबा इंतजार बाकी है। लेकिन नियंत्रणीय संलयन के क्षेत्र के लिए, चीन का चुंबकीय कारावास संलयन उद्योग तेजी से विकसित हो रहा है।
एशिया परमाणु ऊर्जा विकास मुख्यालय
परमाणु विखंडन बिजली उत्पादन के दृष्टिकोण से, वर्तमान में चीन के परमाणु ऊर्जा उद्योग में 9,242 प्रमुख कंपनियां हैं। 2021 में पंजीकृत कंपनियों की संख्या 2,327 है, और 2022 में 1,675 परमाणु ऊर्जा कंपनियां पंजीकृत हुई हैं। इससे यह भी साबित होता है कि मेरे देश का परमाणु ऊर्जा उद्योग पिछले दो वर्षों में बहुत तेजी से विकसित हुआ है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि मेरे देश का परमाणु ऊर्जा उत्पादन कुल बिजली उत्पादन का केवल 5% है, जबकि रूस और यूनाइटेड किंगडम जैसे अन्य विकसित देशों में, उनका परमाणु ऊर्जा उत्पादन कुल बिजली उत्पादन का क्रमशः 19.6% और 14.2% है। यह सच है कि हमारे देश ने वास्तव में नियंत्रणीय संलयन के क्षेत्र में कई बड़ी सफलताएं हासिल की हैं, लेकिन अगर हम वास्तव में कम कार्बन, कम उत्सर्जन वाले स्वच्छ ऊर्जा समाज को प्राप्त करना चाहते हैं, तो परमाणु ऊर्जा ग्रिड कनेक्शन का व्यावसायीकरण भी एक कड़ी है जिसे नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है।
संलयन बिजली संयंत्रों का उपयोग विश्व बिजली की बढ़ती मांग के पर्यावरणीय प्रभाव को काफी हद तक कम कर सकता है क्योंकि, परमाणु विखंडन बिजली उत्पादन की तरह, वे अम्लीय वर्षा या ग्रीनहाउस प्रभाव का कारण नहीं बनते हैं। ईंधन की तत्काल उपलब्धता को देखते हुए, फ्यूजन पावर निरंतर आर्थिक विकास से जुड़ी ऊर्जा जरूरतों को आसानी से पूरा कर सकती है। संलयन प्रतिक्रिया के नियंत्रण से बाहर होने का कोई खतरा नहीं है। आख़िरकार, एक बार प्रतिक्रिया नियंत्रण से बाहर हो गई तो कुछ नहीं होगा। यद्यपि संलयन लंबे समय तक चलने वाले रेडियोधर्मी उत्पादों का उत्पादन नहीं करता है और बिना जली गैसों का निपटान साइट पर किया जा सकता है, फिर भी संरचनात्मक सामग्रियों के सक्रियण के कारण अल्पकालिक से मध्यम अवधि की रेडियोधर्मी अपशिष्ट समस्याएं होंगी। उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन द्वारा बमबारी के कारण, कुछ घटक सामग्री रिएक्टर के जीवनकाल के दौरान रेडियोधर्मी हो जाती हैं और अंततः रेडियोधर्मी अपशिष्ट बन जाती हैं। जाहिर है, यह भी एक महत्वपूर्ण पहलू है जिस पर परमाणु संलयन बिजली उत्पादन के व्यावसायीकरण पर विचार करने की आवश्यकता है।
पीएफपीपी चीन में परमाणु संलयन के व्यावसायीकरण में पहला कदम होगा। "गायरेस-3" के बाद "गायरेस-4" और "गायरेस-5" होंगे। उपकरण का प्रत्येक टुकड़ा कुछ सफलताएँ लाएगा, और अंततः उस स्थिति का एहसास करेगा जहाँ मेरे देश की परमाणु संलयन स्वच्छ ऊर्जा पारंपरिक गैर-नवीकरणीय कार्बन ऊर्जा की जगह ले सकती है।