चीन का EAST संलयन रिएक्टर घनत्व सीमा को पार कर गया

पाठ्यक्रम: GS3/विज्ञान और प्रौद्योगिकी

संदर्भ

• चीन का एक्सपेरिमेंटल एडवांस्ड सुपरकंडक्टिंग टोकामाक (EAST) नाभिकीय संलयन रिएक्टर ने एक प्रमुख संलयन सीमा को पार कर लिया है, प्लाज़्मा को अपनी सामान्य परिचालन सीमा से आगे संचालित  करके।

परिचय

• उन्होंने प्लाज़्मा घनत्व को एक विशेष सीमा से 65% अधिक विस्तारित किया, और एक स्थिर अवस्था में प्रवेश किया जिसने “बर्निंग प्लाज़्मा” प्राप्त करने की लंबे समय से चली आ रही बाधा को पार कर लिया।बर्निंग प्लाज़्मा वह अवस्था है जहाँ संलयन प्रतिक्रिया स्वयं-संवहनीय (self-sustaining) हो जाती है।
• यह उपलब्धि इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर(ITER) के लिए महत्वपूर्ण है, वह संलयन प्रयोग जिसमें भारत ने निवेश किया है।

कृत्रिम सूर्य

• यह एक नाभिकीय संलयन रिएक्टर सुविधा है, और इसे “कृत्रिम सूर्य” कहा जाता है क्योंकि यह वास्तविक सूर्य को ऊर्जा देने वाली संलयन प्रतिक्रिया की नकल करता है – जिसमें हाइड्रोजन और ड्यूटेरियम गैसों का ईंधन के रूप में उपयोग होता है।
• वैज्ञानिक सामान्यतः एक डोनट-आकार के रिएक्टर का उपयोग करते हैं जिसे टोकामाक कहा जाता है, जिसमें हाइड्रोजन के विभिन्न रूपों को अत्यधिक उच्च तापमान तक गर्म किया जाता है ताकि प्लाज़्मा बनाया जा सके।
• EAST, ITER (इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर) के लिए एक परीक्षण रिएक्टर है, जो एक अंतरराष्ट्रीय मेगाप्रोजेक्ट है।
• परियोजना के सदस्य: यूरोपीय संघ, चीन, भारत, जापान, कोरिया, रूस और संयुक्त राज्य अमेरिका।
• ये सभी मिलकर एक ऐसा टोकामाक बना रहे हैं जो नाभिकीय संलयन को बनाए रख सके और प्लाज़्मा को बनाए रखने के लिए आवश्यक ऊर्जा से अधिक ऊर्जा उत्पन्न कर सके।
  • टोकामाक: यह एक मशीन है जो नाभिकीय संलयन अनुसंधान के लिए प्लाज़्मा को चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा नियंत्रित करती है।

पृष्ठभूमि

• 1939: लीज़ माइटनर और ओटो फ्रिश ने विखंडन (fission) को ऊर्जा उत्सर्जन की प्रक्रिया के रूप में समझाया।
• 1942: एनरिको फर्मी और उनकी टीम ने प्रथम सतत नाभिकीय विखंडन रिएक्टर बनाया।
  • नाभिकीय विखंडन हानिकारक रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पन्न करता है, जबकि नाभिकीय संलयन ऐसा नहीं करता।
  • नाभिकीय संलयन रिएक्टर स्वच्छ ऊर्जा के नए स्रोतों में रुचि रखने वाले विश्व के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीकी लक्ष्य बन गए हैं।
• वर्तमान प्रगति: ITER जैसे प्रोजेक्ट व्यवहार्य संलयन रिएक्टर बनाने पर कार्य कर रहे हैं, लेकिन संलयन से शुद्ध-धनात्मक ऊर्जा प्राप्त करना अभी भी कार्य प्रगति पर है।

नाभिकीय संलयन क्या है?

• नाभिकीय संलयन वह प्रक्रिया है जिसमें दो हल्के परमाणु नाभिक मिलकर एक भारी नाभिक बनाते हैं और विशाल मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं।
• संलयन प्रतिक्रियाएँ प्लाज़्मा नामक पदार्थ की अवस्था में होती हैं — यह एक गर्म, आवेशित गैस है जो धनात्मक आयनों और स्वतंत्र रूप से गतिशील इलेक्ट्रॉनों से बनी होती है, तथा इसके गुण ठोस, तरल या गैस से भिन्न होते हैं।
• सूर्य और अन्य सभी तारे इसी प्रतिक्रिया से ऊर्जा प्राप्त करते हैं।
• प्रक्रिया: ड्यूटेरियम (H-2) और ट्रिटियम (H-3) परमाणु मिलकर हीलियम (He-4) बनाते हैं। इसके परिणामस्वरूप एक मुक्त एवं तीव्र न्यूट्रॉन भी उत्सर्जित होता है।
  • यह न्यूट्रॉन उस गतिज ऊर्जा से संचालित होता है जो हल्के नाभिकों (ड्यूटेरियम और ट्रिटियम) के संयोजन के बाद बची हुई ‘अतिरिक्त’ द्रव्यमान से परिवर्तित होती है।

संलयन ऊर्जा का महत्व

• स्वच्छ ऊर्जा:  नाभिकीय संलयन — विखंडन की तरह — कार्बन डाइऑक्साइड या अन्य ग्रीनहाउस गैसों का उत्सर्जन नहीं करता, इसलिए यह इस सदी के दूसरे भाग से दीर्घकालिक कम-कार्बन विद्युत का स्रोत हो सकता है।
• अधिक कुशल: संलयन प्रति किलोग्राम ईंधन से विखंडन (जो परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग होता है) की तुलना में चार गुना अधिक ऊर्जा उत्पन्न कर सकता है और तेल या कोयला जलाने की तुलना में लगभग चार मिलियन गुना अधिक ऊर्जा।
• ईंधन प्रचुर और सुलभ:  ड्यूटेरियम को समुद्री जल से सस्ते में निकाला जा सकता है, और ट्रिटियम को संलयन-जनित न्यूट्रॉनों की प्राकृतिक रूप से प्रचुर लिथियम के साथ प्रतिक्रिया से उत्पन्न किया जा सकता है।
  • ये ईंधन आपूर्ति लाखों वर्षों तक चल सकती है।
• उपयोग में सुरक्षित:भविष्य के संलयन रिएक्टर स्वभावतः सुरक्षित होंगे और उनसे उच्च सक्रियता या दीर्घकालिक रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पन्न होने की संभावना नहीं है।
  • इसके अलावा, संलयन प्रक्रिया को शुरू करना और बनाए रखना कठिन है, इसलिए अनियंत्रित प्रतिक्रिया एवं मेल्टडाउन का कोई जोखिम नहीं है।

आगे की राह

• EAST की सफलताएँ ITER के भविष्य के लिए महत्वपूर्ण हैं, जिसे देरी और लागत बढ़ने के लिए आलोचना का सामना करना पड़ रहा है।
• उच्च लागतों ने कुछ सरकारों को ऐसे प्रोजेक्ट्स को आगे बढ़ाने से हतोत्साहित किया है।
• ये निष्कर्ष टोकामाक और आगामी पीढ़ी के बर्निंग प्लाज़्मा संलयन उपकरणों में घनत्व सीमाओं को बढ़ाने के लिए एक व्यावहारिक और विस्तार योग्य मार्ग का सुझाव देते हैं।

स्रोत: TH