जागतिक तापमानवाढ आणि ऊर्जा टंचाई या जगाला भेडसावणाऱ्या दोन प्रमुख समस्यांवर चमत्कारिक उपाय शोधण्याच्या दिशेने, मानवी बुद्धीने महत्त्वपूर्ण (NUCLEAR FUSION FOR HUMANKIND) टप्पा गाठला आहे. ताऱ्यांना प्रकाश देणार्‍या ग्रहावरील अणुसंलयनाच्या अनुभूतीच्या दिशेने एक ऐतिहासिक क्षण अनुभवण्यास (SIGNIFICANCE AND BENEFITS) मिळाला आहे. अनेक दशकांपासून करीत असलेल्या शास्त्रज्ञांच्या प्रयत्नांमुळे हे शक्य झाले आहे. SCIENCE AND TECHNOLOGY NEWS .Nuclear Fusion
फ्यूजन म्हणजे काय? : सूर्य आणि इतर ताऱ्यांमध्ये न्यूक्लियर फ्यूजनद्वारे ऊर्जा सोडली जाते. हलके हायड्रोजन अणू एकत्र येऊन हेलियम हे जड घटक तयार करतात. या प्रक्रियेत प्रकाश आणि उष्णतेच्या रूपात अफाट ऊर्जा बाहेर पडते. हे सौर प्रकाश आणि उष्णतेचे स्त्रोत आहेत.
पण दोन एकसारखे अणू एकत्र करणे फार कठीण आहे. कारण त्यांच्याकडे समान इलेक्ट्रॉन्स आहे. बॅटरीमधील दोन चार्ज केलेल्या कडा एकमेकांना मागे टाकतात. कारण, त्या देखील एकमेकांशी जुळत नाहीत. ते असामान्य परिस्थितीत भेटतात.
सूर्याच्या गाभ्यामध्ये प्रचंड तापमान (लाखो अंश सेल्सिअस) आणि दाब (पृथ्वीच्या वातावरणापेक्षा 100 अब्ज पट जास्त) यामुळे तेथे फ्यूजन शक्य आहे. सूर्याच्या विलक्षण गुरुत्वाकर्षण शक्तीमुळे अशी परिस्थिती नैसर्गिकरित्या निर्माण झाली आहे.
फ्यूजन प्रक्रिया अत्यंत गरम प्लाझ्मामध्ये घडतात. त्यात चार्ज केलेले आयन (एक अणू किंवा रेणू ज्यामध्ये इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉनची संख्या समान आहे) आणि मुक्तपणे हलणारे इलेक्ट्रॉन असतात. त्याचे गुणधर्म घन, द्रव आणि वायूपेक्षा वेगळे आहेत.
सध्याची प्रगती काय आहे? : कॅलिफोर्निया, यूएसए मधील लॉरेन्स लिव्हरमोर नॅशनल लॅबच्या, 'नॅशनल इग्निशन फॅसिलिटी' (NIF) मधील संशोधकांनी या महिन्याच्या 5 तारखेला 'फ्यूजन इग्निशन' नावाचा महत्त्वाचा टप्पा गाठला. संलयन प्रक्रियेत ऊर्जा खर्च होण्यापेक्षा जास्त ऊर्जा निर्मितीला 'फ्यूजन इग्निशन' म्हणतात.
संशोधकांना हे आवडले..! : नॅशनल इग्निशन फॅसिलिटी मध्ये, ड्युटेरियम आणि ट्रिटियम असलेले इंधन एका कॅप्सूलमध्ये ठेवले गेले. यासाठी 192 लेझर वापरण्यात आले. हे बीम 10 दशलक्ष अंश सेल्सिअस पर्यंत गरम करण्यास आणि पृथ्वीच्या वातावरणापेक्षा 100 अब्ज पट जास्त दाब देण्यास सक्षम आहेत.
जेव्हा लेसर किरण कॅप्सूलवर आदळतात तेव्हा, क्ष-किरण तयार होतात. त्यांनी इंधनाला लाखो अंश सेल्सिअस तापमान आणि अत्यंत दाबाच्या अधीन केले असते. परिणामी, ताऱ्यांमध्ये अल्प कालावधीसाठी अस्तित्वात असलेल्या परिस्थितीचा शोध लागला आहे.
या प्रयोगानंतर शास्त्रज्ञांनी फ्युजन प्रक्रियेत सोडण्यात येणारी ऊर्जा आणि लेझरद्वारे वापरण्यात येणारी ऊर्जा यांचे गुणोत्तर तपासले. याला 'गेन' म्हणतात. जर ते 1 पेक्षा जास्त असेल तर, फ्यूजन प्रक्रियेत लेसरद्वारे वापरल्या जाणार्‍या ऊर्जापेक्षा जास्त ऊर्जा सोडली जाते.
नॅशनल इग्निशन फॅसिलिटी मध्ये इंधनावर 20 लाख ज्युल्सची ऊर्जा असलेले लेसर लागू केले गेले. हे सर्व एका सेकंदाच्या अब्जावधीत घडले. त्यामुळे 30 लाख जूल ऊर्जा सोडण्यात आली. म्हणजेच लाभ 1.5 आहे. अशाप्रकारे वापरापेक्षा जास्त ऊर्जा निर्माण झाल्याची नोंद कधीच नव्हती.
नॅशनल इग्निशन फॅसिलिटी प्रयोगात वाटाणा बियाण्यापेक्षा कमी इंधन वापरले गेले. यातून निर्माण होणारी ऊर्जा चहा तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या 15-20 केटल गरम करण्यासाठी पुरेशी आहे.
हे करणे खूप सुरक्षित... : ही संलयन प्रक्रिया सध्या वीज निर्मितीसाठी वापरल्या जाणार्‍या अणुविखंडन अणुभट्ट्यांपेक्षा वेगळी आहे.
विखंडन अणुभट्ट्यांमध्ये अणू तुटलेले असतात. या प्रक्रियेत घातक किरणोत्सारी पदार्थ सोडले जातात. त्यांना शेकडो वर्षे सुरक्षित ठिकाणी ठेवावे लागते.
फ्यूजनमध्ये निर्माण होणारा कचरा कमी किरणोत्सारी असतो. ते लवकर खराब होतात. तेल आणि वायूसारखे जीवाश्म इंधन, जे हरितगृह उत्सर्जन करतात, ते संलयन प्रक्रियेत वापरले जात नाहीत. ते हेलियम उत्सर्जित करते. हा एक गैर-विषारी असक्रिय वायू आहे.
आण्विक संलयन सुरू करण्यात आणि टिकवून ठेवण्यात अडचण नाही. ते नियंत्रणाबाहेर जाण्याची शक्यता नाही. त्यात 'सेल्फ-रेग्युलेटरी मेकॅनिझम'चा समावेश आहे. आपण क्रिया नियंत्रित करू शकत नसल्यास, मशीन ते बंद करेल. जर क्रिया थांबली, तर प्लाझ्मा फार लवकर आपली ऊर्जा गमावतो. कोणतेही नुकसान होण्यापूर्वी अणुभट्टी बंद होते.
पृथ्वीवरही वीज निर्माण होऊ शकते : 1950 पासून, 50 हून अधिक देशांतील शास्त्रज्ञ पृथ्वीवरील ताऱ्यांमध्ये होणारी संलयन प्रक्रिया लक्षात घेण्याचा प्रयत्न करत आहेत. ते म्हणतात की, यामुळे मोठ्या प्रमाणावर पर्यावरणास अनुकूल वीज निर्माण होऊ शकते.
मात्र, पृथ्वीवर जेवढी गुरुत्वाकर्षण शक्ती आहे, तेवढी सूर्यावर नाही. म्हणून, येथे संलयन तयार करण्यासाठी, सूर्यापेक्षा जास्त तापमान आवश्यक आहे.
मुख्यतः शास्त्रज्ञ फ्यूजनमध्ये इंधन म्हणून ड्युटेरियम आणि ट्रिटियम सारख्या हायड्रोजन समस्थानिकेचा वापर करतात. या दोघांची भेट होण्यासाठी 10 दशलक्ष अंश सेल्सिअस तापमान आणि तीव्र दाब आवश्यक आहे.
फ्यूजन द्वारे उत्पादित प्लाझ्मामधुन चुंबकीय शक्ती नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. हा उपक्रम जास्त काळ टिकवणेही अवघड आहे. शास्त्रज्ञ एक एक करून या अडचणींवर मात करत आहेत.
बरेच फायदे : सौर आणि पवन ऊर्जेच्या विपरीत, संलयन अनुकूल हवामान परिस्थितीवर अवलंबून नाही. या दृष्टिकोनाचा व्यापक वापर करून, देश 2050 पर्यंत 'निव्वळ शून्य' उत्सर्जन पातळी गाठू शकतात.
अणुविखंडनाच्या तुलनेत फ्यूजन प्रति किलो इंधनाच्या चारपट जास्त ऊर्जा निर्माण करू शकते. तेच.. तेल किंवा कोळशाच्या तुलनेत 40 लाख पट जास्त ऊर्जा एकाच वेळी मिळवता येते.
फ्यूजन प्रक्रियेत वापरले जाणारे इंधन पृथ्वीवर मुबलक प्रमाणात आहे. समुद्राच्या पाण्यापासून स्वस्तात ड्युटेरियम तयार करता येते. संलयन प्रक्रियेत लिथियमद्वारे ट्रिटियम सोडले जाऊ शकते. लिथियमचे साठे भरपूर आहेत. याच्या मदतीने आपण आपल्या लाखो वर्षांच्या ऊर्जेच्या गरजा पूर्ण करू शकतो.
फ्यूजन रिअॅक्शनमध्ये फक्त काही ग्रॅम इंधन (ड्युटेरियम, ट्रिटियम) वापरून टेराजोल ऊर्जा तयार केली जाऊ शकते. विकसित देशात 60 वर्षांपर्यंत एखाद्या व्यक्तीच्या ऊर्जेची गरज भागवण्यासाठी हे पुरेसे आहे.
दर सेकंदाला 60 कोटी टन हायड्रोजनचे सूर्यामध्ये फ्यूजन करून, हेलियममध्ये रूपांतर होते. या प्रक्रियेत निर्माण होणारा प्रकाशाचा कण सूर्यातून बाहेर यायला 30 हजार वर्षे लागतात.
कुठे सुधारणा करायची? : विश्लेषकांचे म्हणणे आहे की, फ्यूजन हे आपल्या घरांना सतत उर्जा देऊ शकणारे, एक व्यवहार्य उर्जा स्त्रोत बनण्यास अद्याप किमान 30 वर्षे लागतील. या दिशेने अनेक तांत्रिक आव्हाने पेलायची आहेत.
नॅशनल इग्निशन फॅसिलिटी चे बांधकाम 2009 मध्ये पूर्ण झाले असले तरी, त्यातून 10 लाख जूल ऊर्जा निर्माण झाली. आज ते 20 लाख ज्युल्सपर्यंत वाढले आहे. अशा प्रकारे, अधिक शक्तिशाली आणि कार्यक्षम लेसर चांगली प्रगती करतील.
फ्यूजनची स्थिती दीर्घकाळ टिकवून ठेवणे ही एक आव्हानात्मक बाब आहे. इंधन कॅप्सूलमध्ये काही फरक असल्यास, वापरलेल्या विजेच्या तुलनेत या उपकरणाद्वारे उत्पादित शक्ती कमी केली जाईल. या संदर्भात, शास्त्रज्ञांनी इंधन कॅप्सूलमध्ये लेझर आणि नंतर एक्स-रे रेडिओएक्टिव्हिटी कार्यक्षमतेने वितरित करण्यात प्रगती केली आहे. तथापि, सध्या, एकूण लेसर उर्जेपैकी केवळ 10 ते 30 टक्के ऊर्जा कॅप्सूलमधून इंधनापर्यंत दिली जाते.
केवळ लेसर आणि इंधनच नव्हे तर संपूर्ण यंत्रणा साकार करण्यासाठी खूप प्रयत्न करावे लागतील. फ्यूजन प्रक्रियेत तयार होणारे न्यूट्रॉन स्टीम टर्बाइन चालविण्यासाठी आणि वीज निर्माण करण्यासाठी वापरतात, अश्या फ्यूजन अणुभट्ट्यांवर फारसे संशोधन अद्याप झालेले नाही. SCIENCE AND TECHNOLOGY NEWS . Nuclear Fusion
