आणि विलीनीकरण?

चीनी तज्ञांनी संश्लेषणासाठी अणुभट्टी बांधल्याबद्दल गेल्या वर्षाच्या शेवटी अहवाल खळबळजनक वाटला (1). चेंगडू येथील संशोधन केंद्रात स्थित HL-2M सुविधा 2020 मध्ये कार्यान्वित होईल असे चीनच्या राज्य माध्यमांनी वृत्त दिले आहे. मीडिया रिपोर्ट्सच्या टोनने सूचित केले की थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजनच्या अक्षय उर्जेच्या प्रवेशाचा प्रश्न कायमचा सोडवला गेला आहे.

तपशील जवळून पाहणे आशावाद थंड करण्यास मदत करते.

नवीन टोकामाक प्रकारचे उपकरण, आतापर्यंत ज्ञात असलेल्या पेक्षा अधिक प्रगत डिझाइनसह, 200 दशलक्ष अंश सेल्सिअसपेक्षा जास्त तापमानासह प्लाझ्मा तयार केला पाहिजे. चायना नॅशनल न्यूक्लियर कॉर्पोरेशनच्या साउथवेस्टर्न इन्स्टिट्यूट ऑफ फिजिक्सचे प्रमुख डुआन शिउरू यांनी प्रसिद्धीपत्रकात ही घोषणा केली. प्रकल्पावर काम करणाऱ्या चिनी लोकांना हे उपकरण तांत्रिक सहाय्य प्रदान करेल आंतरराष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक अणुभट्टी (ITER)तसेच बांधकाम.

म्हणून मला वाटते की ती अद्याप ऊर्जा क्रांती नाही, जरी ती चिनी लोकांनी तयार केली आहे. अणुभट्टी KhL-2M आतापर्यंत फार कमी माहिती आहे. या अणुभट्टीचे प्रक्षेपित थर्मल आउटपुट काय आहे किंवा त्यात आण्विक संलयन अभिक्रिया चालविण्यासाठी कोणत्या स्तरांची ऊर्जा आवश्यक आहे हे आम्हाला माहित नाही. आम्हाला सर्वात महत्वाची गोष्ट माहित नाही - चीनी फ्यूजन अणुभट्टी ही सकारात्मक उर्जा संतुलन असलेली रचना आहे किंवा ती फक्त दुसरी प्रायोगिक फ्यूजन अणुभट्टी आहे जी फ्यूजन प्रतिक्रिया देते, परंतु त्याच वेळी "इग्निशन" पेक्षा जास्त ऊर्जा आवश्यक असते. प्रतिक्रियांच्या परिणामी मिळू शकणारी ऊर्जा.

आंतरराष्ट्रीय प्रयत्न

युरोपियन युनियन, युनायटेड स्टेट्स, भारत, जपान, दक्षिण कोरिया आणि रशियासह चीन हे ITER कार्यक्रमाचे सदस्य आहेत. वर नमूद केलेल्या देशांनी निधी पुरवलेल्या सध्याच्या आंतरराष्ट्रीय संशोधन प्रकल्पांपैकी हा सर्वात महाग आहे, ज्याची किंमत US$20 अब्ज आहे. शीतयुद्धाच्या काळात मिखाईल गोर्बाचेव्ह आणि रोनाल्ड रेगन यांच्या सरकारांमधील सहकार्याचा परिणाम म्हणून हे उघडण्यात आले आणि अनेक वर्षांनंतर 2006 मध्ये या सर्व देशांनी स्वाक्षरी केलेल्या करारामध्ये त्याचा समावेश करण्यात आला.

2. ITER tokamak च्या बांधकाम साइटवर

दक्षिण फ्रान्समधील कॅडारचे (2) मध्ये ITER प्रकल्प जगातील सर्वात मोठा टोकामाक विकसित करत आहे, म्हणजेच एक प्लाझ्मा चेंबर ज्याला इलेक्ट्रोमॅग्नेट्सद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्राचा वापर करून नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. हा शोध सोव्हिएत युनियनने 50 आणि 60 च्या दशकात विकसित केला होता. प्रकल्प व्यवस्थापक, लावण कोब्लेंझ, डिसेंबर 2025 पर्यंत संस्थेला "प्रथम प्लाझ्मा" प्राप्त झाला पाहिजे असे घोषित केले. ITER ने प्रत्येक वेळी सुमारे 1 हजार लोकांसाठी थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियेचे समर्थन केले पाहिजे. सेकंद, सामर्थ्य मिळवणे 500-1100 मेगावॅट. तुलनेसाठी, आजपर्यंतचा सर्वात मोठा ब्रिटीश टोकामाक, जेईटी (जॉइंट युरोपियन टॉरस), अनेक दहा सेकंदांपर्यंत प्रतिक्रिया टिकवून ठेवते आणि पर्यंत शक्ती मिळवते 16 मेगावॉट. या अणुभट्टीतील ऊर्जा उष्णतेच्या स्वरूपात सोडली जाईल - तिचे विजेमध्ये रूपांतर होणार नाही. ग्रिडवर फ्युजन पॉवर वितरीत करण्याचा प्रश्नच नाही कारण हा प्रकल्प केवळ संशोधनासाठी आहे. आयटीईआरच्या आधारेच भविष्यातील थर्मोन्यूक्लियर अणुभट्ट्यांची निर्मिती केली जाईल, जे उर्जेपर्यंत पोहोचेल. 3-4 हजार. मेगावॅट.

सामान्य फ्यूजन पॉवर प्लांट्स अद्याप अस्तित्वात नसण्याचे मुख्य कारण (साठ वर्षांपेक्षा जास्त व्यापक आणि खर्चिक संशोधन असूनही) प्लाझ्माचे वर्तन नियंत्रित आणि "व्यवस्थापित" करण्यात अडचण आहे. तथापि, अनेक वर्षांच्या प्रयोगांनी अनेक मौल्यवान शोध लावले आहेत आणि आज फ्यूजन ऊर्जा नेहमीपेक्षा जवळ दिसते.

हेलियम-३ घालून ढवळून गरम करा

ITER हे जागतिक संलयन संशोधनाचे मुख्य केंद्र आहे, परंतु अनेक संशोधन केंद्रे, कंपन्या आणि लष्करी प्रयोगशाळा शास्त्रीय दृष्टिकोनापासून विचलित होणाऱ्या इतर फ्यूजन प्रकल्पांवरही काम करत आहेत.

उदाहरणार्थ, अलिकडच्या वर्षांत आयोजित मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी कडून सह प्रयोग हेलेम-3 tokamak वर रोमांचक परिणाम दिले, यासह ऊर्जेत दहापट वाढ प्लाझ्मा आयन. मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी येथे सी-मॉड टोकामाकवर प्रयोग करणाऱ्या शास्त्रज्ञांनी, बेल्जियम आणि यूकेच्या तज्ञांसह, तीन प्रकारचे आयन असलेले नवीन प्रकारचे थर्मोन्यूक्लियर इंधन विकसित केले आहे. संघ अल्काटेल सी-मॉड (3) ने सप्टेंबर 2016 मध्ये एक अभ्यास केला, परंतु या प्रयोगांमधील डेटाचे अलीकडेच विश्लेषण केले गेले आहे, ज्यामुळे प्लाझ्मा उर्जेमध्ये प्रचंड वाढ झाली आहे. परिणाम इतके उत्साहवर्धक होते की जगातील सर्वात मोठी ऑपरेटिंग फ्यूजन प्रयोगशाळा, UK मध्ये JET चालवणाऱ्या शास्त्रज्ञांनी प्रयोगांची पुनरावृत्ती करण्याचा निर्णय घेतला. ऊर्जेतही तेवढीच वाढ झाली. या अभ्यासाचे निष्कर्ष जर्नल नेचर फिजिक्समध्ये प्रकाशित झाले आहेत.

3. Tokamak Alcator C-Mod कार्यरत आहे

अणुइंधनाची कार्यक्षमता वाढवण्याची गुरुकिल्ली म्हणजे हेलियम-3, हेलियमचे स्थिर समस्थानिक, दोन ऐवजी एक न्यूट्रॉन असलेले ट्रेस प्रमाणात जोडणे. अल्केटर सी पद्धतीत वापरल्या जाणार्‍या अणुइंधनामध्ये पूर्वी फक्त दोन प्रकारचे आयन होते, ड्युटेरियम आणि हायड्रोजन. ड्युटेरियम हा हायड्रोजनचा स्थिर समस्थानिक असून त्याच्या केंद्रकात न्यूट्रॉन असतो (न्यूट्रॉन नसलेल्या हायड्रोजनच्या विरूद्ध), सुमारे 95% इंधन बनवतो. प्लाझ्मा रिसर्च सेंटर आणि मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी (PSFC) मधील शास्त्रज्ञांनी एक प्रक्रिया वापरली आरएफ हीटिंग. टोकामाकच्या पुढील अँटेना कणांना उत्तेजित करण्यासाठी विशिष्ट रेडिओ वारंवारता वापरतात आणि हायड्रोजन आयनांना "लक्ष्य" करण्यासाठी लाटा कॅलिब्रेट केल्या जातात. कारण हायड्रोजन इंधनाच्या एकूण घनतेचा एक लहान अंश बनवतो, हीटिंगवर आयनचा फक्त एक छोटासा अंश केंद्रित केल्याने अत्यंत ऊर्जा पातळी गाठली जाऊ शकते. पुढे, उत्तेजित हायड्रोजन आयन मिश्रणात प्रचलित असलेल्या ड्युटेरियम आयनांकडे जातात आणि अशा प्रकारे तयार झालेले कण अणुभट्टीच्या बाहेरील कवचात प्रवेश करतात, उष्णता सोडतात.

हीलियम-3 आयन मिश्रणात 1% पेक्षा कमी प्रमाणात जोडल्यास या प्रक्रियेची कार्यक्षमता वाढते. सर्व रेडिओ हीटिंग हेलियम-3 च्या थोड्या प्रमाणात केंद्रित करून, शास्त्रज्ञांनी आयनची ऊर्जा मेगाइलेक्ट्रॉनव्होल्ट्स (MeV) पर्यंत वाढवली.

प्रथम ये - प्रथम सेवा रशियन मध्ये समतुल्य: उशीरा अतिथी आणि हाड खाणे

नियंत्रित फ्यूजन कार्याच्या जगात गेल्या काही वर्षांमध्ये अशा अनेक घडामोडी घडल्या आहेत ज्यांनी शास्त्रज्ञांच्या आणि आपल्या सर्वांच्या अखेरीस ऊर्जेच्या "होली ग्रेल" पर्यंत पोहोचण्याच्या आशा पुन्हा जागृत केल्या आहेत.

यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी (DOE) च्या प्रिन्स्टन प्लाझ्मा फिजिक्स लॅबोरेटरी (PPPL) च्या शोधांमध्ये इतरांसह चांगल्या सिग्नल्सचा समावेश आहे. तथाकथित प्लाझ्मा विक्षिप्तता लक्षणीयरीत्या कमी करण्यासाठी रेडिओ लहरींचा मोठ्या प्रमाणात वापर करण्यात आला आहे, जे थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियांच्या "ड्रेसिंग अप" प्रक्रियेत महत्त्वपूर्ण ठरू शकतात. याच संशोधन संघाने मार्च 2019 मध्ये लिथियम टोकमाक प्रयोगाचा अहवाल दिला ज्यामध्ये चाचणी अणुभट्टीच्या आतील भिंती लिथियमने लेपित होत्या, ही सामग्री सामान्यतः इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये वापरल्या जाणार्‍या बॅटरींपासून प्रसिद्ध आहे. शास्त्रज्ञांनी नमूद केले की अणुभट्टीच्या भिंतीवरील लिथियमचे अस्तर विखुरलेले प्लाझ्मा कण शोषून घेते, त्यांना प्लाझ्मा ढगात परावर्तित होण्यापासून प्रतिबंधित करते आणि थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियांमध्ये हस्तक्षेप करते.

4. TAE तंत्रज्ञान प्रकल्पाचे व्हिज्युअलायझेशन

प्रमुख प्रतिष्ठित वैज्ञानिक संस्थांमधील विद्वान त्यांच्या घोषणांमध्ये सावध आशावादी बनले आहेत. अलीकडे, खाजगी क्षेत्रातील नियंत्रित फ्यूजन तंत्रांमध्ये स्वारस्य देखील मोठ्या प्रमाणात वाढले आहे. 2018 मध्ये, लॉकहीड मार्टिनने पुढील दशकात कॉम्पॅक्ट फ्यूजन रिएक्टर (CFR) प्रोटोटाइप विकसित करण्याची योजना जाहीर केली. कंपनी ज्या तंत्रज्ञानावर काम करत आहे ते काम करत असल्यास, एक ट्रक-आकाराचे उपकरण 100-स्क्वेअर-फूट उपकरणाच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी पुरेशी वीज प्रदान करण्यास सक्षम असेल. शहरवासी.

TAE टेक्नॉलॉजीज आणि मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीसह पहिले रिअल फ्यूजन अणुभट्टी कोण तयार करू शकते हे पाहण्यासाठी इतर कंपन्या आणि संशोधन केंद्रे स्पर्धा करत आहेत. अगदी अॅमेझॉनचे जेफ बेझोस आणि मायक्रोसॉफ्टचे बिल गेट्सही अलीकडे विलीनीकरणाच्या प्रकल्पांमध्ये सहभागी झाले आहेत. NBC News ने अलीकडेच यूएस मधील सतरा लहान फ्युजन-केवळ कंपन्यांची गणना केली. जनरल फ्यूजन किंवा कॉमनवेल्थ फ्यूजन सिस्टीम्स सारख्या स्टार्टअप्स नाविन्यपूर्ण सुपरकंडक्टर्सवर आधारित छोट्या रिअॅक्टर्सवर लक्ष केंद्रित करत आहेत.

"कोल्ड फ्यूजन" ची संकल्पना आणि मोठ्या अणुभट्ट्यांचे पर्याय, केवळ टोकामाक्सच नव्हे तर तथाकथित देखील. तारकीय, थोड्या वेगळ्या डिझाइनसह, जर्मनीमध्ये बांधले गेले. वेगळ्या पद्धतीचा शोधही सुरूच आहे. याचे उदाहरण म्हणजे यंत्र म्हणतात झेड-चिमूटभर, वॉशिंग्टन युनिव्हर्सिटीच्या शास्त्रज्ञांनी तयार केले आहे आणि फिजिक्स वर्ल्ड जर्नलच्या नवीनतम अंकांपैकी एकामध्ये वर्णन केले आहे. Z-पिंच शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रात प्लाझ्मा अडकवून आणि संकुचित करून कार्य करते. प्रयोगात, प्लाझ्मा 16 मायक्रोसेकंदांसाठी स्थिर करणे शक्य झाले आणि या वेळेच्या सुमारे एक तृतीयांश फ्यूजन प्रतिक्रिया चालू राहिली. या प्रात्यक्षिकाने हे दाखवायचे होते की लहान-प्रमाणात संश्लेषण शक्य आहे, जरी अनेक शास्त्रज्ञांना याबद्दल अजूनही गंभीर शंका आहेत.

या बदल्यात, Google आणि इतर प्रगत तंत्रज्ञान गुंतवणूकदारांच्या पाठिंब्याबद्दल धन्यवाद, कॅलिफोर्निया कंपनी TAE Technologies फ्यूजन प्रयोगांसाठी ठराविकपेक्षा वेगळा वापर करते, बोरॉन इंधन मिश्रण, ज्यांचा वापर लहान आणि स्वस्त अणुभट्ट्या विकसित करण्यासाठी केला गेला, सुरुवातीला तथाकथित फ्यूजन रॉकेट इंजिनच्या उद्देशाने. एक प्रोटोटाइप दंडगोलाकार फ्यूजन अणुभट्टी (4) काउंटर बीम (CBFR) सह, जे हायड्रोजन वायूला दोन प्लाझ्मा रिंग तयार करण्यासाठी गरम करते. ते निष्क्रिय कणांच्या बंडलसह एकत्र केले जातात आणि अशा स्थितीत ठेवले जातात, ज्यामुळे प्लाझ्माची ऊर्जा आणि टिकाऊपणा वाढण्यास हातभार लागतो.

कॅनडाच्या ब्रिटिश कोलंबिया प्रांतातील आणखी एक फ्यूजन स्टार्टअप जनरल फ्यूजनला स्वतः जेफ बेझोसचा पाठिंबा आहे. सोप्या भाषेत सांगायचे तर, त्याची संकल्पना स्टीलच्या बॉलमध्ये द्रव धातूच्या बॉलमध्ये (लिथियम आणि लीडचे मिश्रण) गरम प्लाझ्मा इंजेक्ट करणे आहे, ज्यानंतर प्लाझ्मा डिझेल इंजिन प्रमाणेच पिस्टनद्वारे संकुचित केला जातो. तयार केलेल्या दबावामुळे फ्यूजन होऊ शकते, ज्यामुळे नवीन प्रकारच्या पॉवर प्लांटच्या टर्बाइनला उर्जा देण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा सोडली जाईल. जनरल फ्यूजनचे मुख्य तंत्रज्ञान अधिकारी माईक डेलेज म्हणतात की, व्यावसायिक न्यूक्लियर फ्यूजन दहा वर्षांत पदार्पण करू शकेल.

5. यूएस नेव्ही थर्मोन्यूक्लियर पेटंटचे चित्रण.

अलीकडे, यूएस नौदलाने "प्लाझ्मा फ्यूजन उपकरण" साठी पेटंट देखील दाखल केले. पेटंट "प्रवेगक कंपन" तयार करण्यासाठी चुंबकीय क्षेत्राबद्दल बोलतो (5). पोर्टेबल होण्याइतपत लहान फ्यूजन अणुभट्ट्या बांधण्याची कल्पना आहे. हे पेटंट अर्ज संशयास्पद होते हे वेगळे सांगायला नको.