न्यूक्लियर फ्यूजन म्हणजे काय?

• विभक्त संलयन प्रतिक्रिया सूर्य आणि इतर ताऱ्यांना शक्ती देतात.

• जेव्हा दोन हलके न्यूक्लियस (हायड्रोजन) विलीन होऊन एक जड केंद्रक (हेलियम) बनते, तेव्हा प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा आणि उष्णता सोडते तेव्हा न्यूक्लियर फ्यूजन प्रतिक्रिया होते.

• दोन समान घटक एकत्र करणे खरोखर खूप कठीण आहे कारण त्यांच्याकडे समान सकारात्मक चार्ज आहे आणि नैसर्गिकरित्या एकमेकांना मागे टाकतात.

• या प्रतिकारावर मात करण्यासाठी भरपूर ऊर्जा लागते.

• सूर्यामध्ये, सुमारे 10 दशलक्ष अंश सेल्सिअसच्या अत्यंत उच्च तापमानामुळे आणि पृथ्वीच्या वातावरणाच्या 100 अब्ज पट जास्त दाबामुळे असे घडते.

विभक्त विखंडन आणि संलयन यांच्यातील फरक

• फ्यूजन म्हणजे अणू केंद्रकांचे जोडणे आणि विखंडन म्हणजे अणू केंद्रकांचे विभाजन.

• फ्यूजन विखंडनाने निर्माण केलेल्या ऊर्जापेक्षा कितीतरी जास्त ऊर्जा निर्माण करते.

• फ्यूजन, विखंडन विपरीत, हजारो वर्षे साठवून ठेवण्याची आवश्यकता असलेल्या हानिकारक किरणोत्सर्गी उप-उत्पादने तयार करत नाही.

संलयन ऊर्जा इतकी महत्त्वाची का आहे?

• कमी किरणोत्सर्गी - न्यूक्लियर फ्यूजनमुळे निर्माण होणारा कचरा कमी किरणोत्सर्गी असतो आणि तो अधिक लवकर क्षय होतो.

• जीवाश्म इंधनाची गरज नाही - न्यूक्लियर फ्यूजनला तेल किंवा वायू सारख्या जीवाश्म इंधनाची गरज नसते.

• GHG नाही - ते हरितगृह वायू (GHGs) देखील निर्माण करत नाही.

• निव्वळ शून्य लक्ष्यीकरण - अणु संलयनाचा व्यापक वापर देशांना 2050 पर्यंत निव्वळ शून्य उत्सर्जनाचे उद्दिष्ट पूर्ण करण्यास मदत करू शकेल.

• उपलब्धता - बहुतेक फ्यूजन प्रयोगांमध्ये हायड्रोजनचा वापर केला जातो, जो समुद्राच्या पाण्यापासून आणि लिथियममधून स्वस्तात काढला जाऊ शकतो, आण्विक फ्यूजन "मुळात अमर्यादित" इंधनाची शक्यता देते.

• स्व-मर्यादित प्रक्रिया - फ्यूजन ही एक स्वयं-मर्यादित प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये प्रतिक्रिया नियंत्रित करणे शक्य नसल्यास मशीन स्वतःला बंद करते.

• त्याच्या महत्त्वामुळे, त्याचे वर्णन ऊर्जा उत्पादनाचे "पवित्र ग्रेल" म्हणून केले गेले आहे.

शास्त्रज्ञ फ्यूजन ऊर्जा कसे निर्माण करण्याचा प्रयत्न करीत आहेत?

• चुंबकीय बंदिस्त - चुंबकीय बंदिस्त टोकामॅक नावाच्या अणुभट्टीचा वापर करते, ज्यामध्ये हायड्रोजन प्लाझ्मा उच्च तापमानाला गरम केला जातो आणि केंद्रक मजबूत चुंबकीय क्षेत्राद्वारे निर्देशित केले जातात.

• इंटरनॅशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर (ITER) हे चुंबकीय बंदिस्त वापरून संलयन साधण्याचा प्रयत्न करणाऱ्या प्रयोगाचे प्रसिद्ध उदाहरण आहे.

• जडत्व बंदिस्त - लिव्हरमोर प्रयोगशाळेत, होहलराम नावाच्या सिलेंडरच्या आत ड्युटेरियम-ट्रिटियम अणूंनी भरलेल्या एका लहान कॅप्सूलमध्ये 192-बीम लेसर फायर डाळी.

• नंतरचे गरम होते आणि क्ष-किरण सोडतात, जे केंद्रके लाखो अंश सेंटीग्रेड पर्यंत गरम करतात आणि अब्जावधी पृथ्वीच्या वातावरणात संकुचित करतात.

• याला जडत्व बंदिस्त म्हणतात कारण न्यूक्लीयची जडत्व इम्प्लोशन आणि स्फोट दरम्यान एक लहान विंडो तयार करते ज्यामध्ये मजबूत आण्विक शक्ती वर्चस्व गाजवते आणि केंद्रकांना फ्यूज करते.

• चुंबकीय संलयनाच्या तुलनेत इनर्शियल फ्यूजनद्वारे ब्रेक-इव्हन ऊर्जा पातळी गाठणे तुलनेने सोपे आहे.

आंतरराष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक अणुभट्टी (ITER)

ITER ही फ्रान्समधील जगातील सर्वात मोठी प्रायोगिक फ्यूजन रिअॅक्टर सुविधा आहे.

ऊर्जा स्त्रोत म्हणून फ्यूजनची व्यवहार्यता सिद्ध करण्याच्या उद्देशाने हा एक मोठ्या प्रमाणात वैज्ञानिक प्रयोग आहे.

त्यात भारत, चीन, दक्षिण कोरिया, जपान, रशिया आणि अमेरिकेसह 35 देशांच्या योगदानाचा समावेश आहे.

ITER वीज निर्मिती करणार नाही, परंतु औद्योगिक अनुप्रयोगांची रचना करता येईल अशा बिंदूवर फ्यूजन नेण्यासाठी ते गंभीर वैज्ञानिक आणि तांत्रिक समस्यांचे निराकरण करेल.

प्रयोगातून काय साध्य झाले?

• लाभ - कंटेनरला वितरीत केलेल्या इनपुटमधील उत्पादन उर्जेचे गुणोत्तर म्हणजे लाभ.

• 1 च्या वाढीला ‘वैज्ञानिक ब्रेकेव्हन’ म्हणतात – संलयन उर्जेच्या विकासातील एक महत्त्वाचा टप्पा.

• लॉसन निकष - ऑगस्ट 2022 मध्ये, सुविधेने लॉसन निकषांची पूर्तता करणारा बर्निंग प्लाझ्मा तयार केल्याची नोंद केली.

• लॉसनच्या निकषानुसार, व्युत्पन्न केलेली उष्णता इतर संलयन प्रतिक्रियांना चालना देण्यासाठी तसेच प्रतिक्रिया दरम्यान उष्णतेचे नुकसान भरून काढण्यासाठी पुरेशी होती.

• आता, सुविधेने लॉसन निकष पूर्ण करणारा बर्निंग प्लाझ्मा तसेच 1 पेक्षा जास्त फायदा मिळवला आहे.

पुढे कोणते मुद्दे आहेत?

• परिणामकारकता - काही इनपुट ऊर्जा तापमान वाढवण्याऐवजी कॅप्सूल संकुचित करण्यासाठी समर्पित आहे.

• इंधनाचे प्रमाण जसजसे वाढत जाईल तसतसे हा अंश वाढेल, उच्च लाभासाठी आणखी एक अडथळा निर्माण करेल.

• लाभ - भविष्यातील संशोधनाला पुढील महत्त्वाचा टप्पा गाठण्यावर लक्ष केंद्रित करणे आवश्यक आहे - G > 100 चे लक्ष्य लाभ, जे पॉवर प्लांट कार्यक्षमतेने चालवण्यासाठी आवश्यक आहे.

• गोळीबाराचा दर - कोणतीही अणुभट्टी हायड्रोजन कॅप्सूलवर त्याचे लेसर ज्या गतीने फायर करते त्या गतीने तीव्रतेचे ऑर्डर असणे आवश्यक आहे.

• वापरण्यायोग्य स्वरूपात रूपांतर - जडत्व संलयन प्रक्रिया अधिक कार्यक्षम असली तरीही, उत्पादित ऊर्जेचे वापरण्यायोग्य विजेमध्ये रूपांतर करणे आवश्यक आहे.

• खर्च - जडत्व फ्यूजन अणुभट्टी चालविण्यासाठी आणि त्याची देखभाल करण्यासाठी खर्च नाटकीयरित्या कमी होणे आवश्यक आहे.

• व्यावसायिक व्यवहार्यता - जडत्व संलयन व्यावसायिकदृष्ट्या स्पर्धात्मक असू शकते की नाही हे अद्याप स्पष्ट नाही.

• फ्यूजन अजूनही वास्तवापासून दूर आहे.