परमाणु संलयन में एक बड़ी सफलता ने हमें 'अनंत' ऊर्जा के एक कदम और करीब ला दिया है

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सितम्बर 16th, 2021

वस्तुतः असीमित क्षमता, सुरक्षित, किफायती और पर्यावरण के अनुकूल एक स्थायी ऊर्जा स्रोत बनाना। वैज्ञानिक वर्तमान में एक फ्यूजन रिएक्टर बनाने के लिए ड्राइव कर रहे हैं जो खपत से अधिक ऊर्जा का उत्पादन कर सकता है। यह संभव हो सकता है।

 

By ग्रेग डी टेमरमैन

माइंस पेरिसटेक-पीएसएल में एसोसिएट रिसर्चर। ज़ेनॉन रिसर्च के प्रबंध निदेशक, माइंस पेरिसटेक


 

लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी की घोषणा की है 1.3 मेगाजूल ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए शक्तिशाली लेजर का उपयोग करके परमाणु संलयन में एक बड़ी सफलता - 3 किलो कच्चे तेल में निहित ऊर्जा का लगभग 1%।

 

परमाणु संलयन को लंबे समय से भविष्य की ऊर्जा के रूप में माना जाता है - शक्ति का एक "अनंत" स्रोत जो कार्बन जलाने की आवश्यकता पर निर्भर नहीं करता है। लेकिन दशकों के शोध के बाद भी इसने अपने रोमांचक वादे को पूरा नहीं किया है।

 

यह नई सफलता हमें वांछित परिणामों के कितने करीब लाती है? इस नई वैज्ञानिक प्रगति को परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए यहां एक संक्षिप्त अवलोकन दिया गया है।

 

परमाणु संलयन क्या है?

 

परमाणु ऊर्जा का उपयोग करने के दो तरीके हैं: विखंडन, जिसका उपयोग वर्तमान परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में किया जाता है, और संलयन।

 

विखंडन में, भारी यूरेनियम परमाणु ऊर्जा मुक्त करने के लिए छोटे परमाणुओं में टूट जाते हैं। परमाणु संलयन विपरीत प्रक्रिया है: प्रकाश परमाणु ऊर्जा को मुक्त करने के लिए भारी परमाणुओं में बदल जाते हैं, वही प्रक्रिया जो सूर्य के प्लाज्मा कोर के भीतर होती है।

 

एक संलयन रिएक्टर शक्ति को बढ़ाता है: ट्रिगर की गई प्रतिक्रिया को ऊर्जा उत्पादन के लिए ईंधन प्लाज्मा को गर्म करने के लिए आवश्यकता से अधिक ऊर्जा का उत्पादन करना चाहिए - इसे प्रज्वलन के रूप में जाना जाता है। इसे अभी तक किसी ने मैनेज नहीं किया है। वर्तमान रिकॉर्ड 1997 में यूनाइटेड किंगडम में संयुक्त यूरोपीय टोरस द्वारा हासिल किया गया था, जहां 16 मेगावाट बिजली उत्पन्न हुई चुंबकीय संलयन द्वारा, लेकिन इसे ट्रिगर करने में 23 मेगावाट लगे।

 

डीआईआईआई-डी टोकामक, सैन डिएगो, यूएसए के फ्यूजन चैंबर के अंदर। रुस्विलकॉक्स, सीसी बाय-एसए
डीआईआईआई-डी टोकामक, सैन डिएगो, यूएसए के फ्यूजन चैंबर के अंदर। रुस्विलकॉक्स, सीसी बाय-एसए

 

परमाणु संलयन प्राप्त करने के दो संभावित तरीके हैं: चुंबकीय कारावास, जो प्लाज्मा को बहुत लंबे समय तक सीमित रखने के लिए शक्तिशाली चुंबक का उपयोग करता है, और जड़त्वीय बंधन, जो ईंधन को संपीड़ित करने और संलयन प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए बहुत शक्तिशाली और संक्षिप्त लेजर दालों का उपयोग करता है।

 

ऐतिहासिक रूप से, चुंबकीय संलयन का समर्थन किया गया है क्योंकि जड़त्वीय संलयन, विशेष रूप से लेजर के लिए आवश्यक तकनीक उपलब्ध नहीं थी। जड़त्वीय संलयन को भी लेजर द्वारा खपत ऊर्जा की भरपाई के लिए बहुत अधिक लाभ की आवश्यकता होती है।

 

जड़त्वीय कारावास

 

संयुक्त राज्य अमेरिका में लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी में दो सबसे बड़ी जड़त्वीय परियोजनाएं राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा हैं और लेजर मेगाजूल फ्रांस में, जिनके आवेदन मुख्य रूप से सैन्य हैं और रक्षा कार्यक्रमों द्वारा वित्त पोषित हैं। दोनों सुविधाएं अनुसंधान उद्देश्यों के लिए परमाणु विस्फोटों का अनुकरण करती हैं, हालांकि राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा भी ऊर्जा पर शोध करती है।

 

राष्ट्रीय प्रज्वलन सुविधा 192 लेजर बीम का उपयोग करती है जो संलयन प्रतिक्रिया को ट्रिगर करने के लिए कुछ नैनोसेकंड तक चलने वाली अवधि के लिए कुल 1.9 मेगाजूल ऊर्जा का उत्पादन करती है। ईंधन को एक धातु कैप्सूल के अंदर कुछ मिलीमीटर के पार रखा जाता है, जो लेजर द्वारा गर्म करने पर एक्स-रे उत्सर्जित करता है जो ईंधन को गर्म और संपीड़ित करता है।

 

यह वह प्रक्रिया थी जिसने 8 अगस्त 2021 को 1.3 मेगाजूल का ऐतिहासिक ऊर्जा उत्पादन हासिल किया, जो जड़त्वीय दृष्टिकोण द्वारा दर्ज किया गया उच्चतम मूल्य है: यानी, हम प्रज्वलन के सबसे करीब आ गए हैं।

 

0.7 का समग्र लाभ 1997 में संयुक्त यूरोपीय टोरस द्वारा चुंबकीय कारावास का उपयोग करके हासिल किए गए रिकॉर्ड के बराबर है, लेकिन इस मामले में, ईंधन ने 0.25 मेगाजूल ऊर्जा को अवशोषित किया और 1.3 मेगाजूल उत्पन्न किया: इसलिए, संलयन ने गर्मी का एक अच्छा हिस्सा उत्पन्न किया। प्रतिक्रिया, प्रज्वलन के बिंदु पर आ रही है।

 

फिर भी, एक रिएक्टर को आर्थिक रूप से आकर्षक होने के लिए बहुत अधिक लाभ (100 से अधिक) प्राप्त करना होगा।

 

चुंबकीय कारावास

 

चुंबकीय कारावास दृष्टिकोण बेहतर विकास संभावनाओं का वादा करता है और इस प्रकार अब तक ऊर्जा उत्पादन के लिए पसंदीदा मार्ग है।

 

अधिकांश शोध पर केंद्रित है टोकामाक्सो1960 के दशक में सोवियत संघ में फ्यूजन रिएक्टरों का आविष्कार किया गया था, जहां प्लाज्मा एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र द्वारा सीमित है।

 

आईटीईआर३५ देशों को शामिल करते हुए फ्रांस के दक्षिण में निर्माणाधीन एक प्रदर्शन रिएक्टर, टोकामक विन्यास का उपयोग करता है। यह दुनिया का सबसे बड़ा संलयन रिएक्टर होगा, और इसका लक्ष्य 35 के लाभ को प्रदर्शित करना है - प्लाज्मा को 10 मेगावाट बिजली से गर्म किया जाएगा और 50 मेगावाट उत्पन्न करना चाहिए। पहला प्लाज्मा अब आधिकारिक तौर पर 500 के अंत तक अपेक्षित है, जिसमें 2025 के दशक के अंत में संलयन के प्रदर्शन की उम्मीद है।

 

यूके ने हाल ही में STEP परियोजना शुरू की है (बिजली उत्पादन के लिए गोलाकार टोकामक), जिसका उद्देश्य 2040 के दशक में ऊर्जा ग्रिड से जुड़ने वाले रिएक्टर को विकसित करना है। चीन भी पीछा कर रहा है महत्वाकांक्षी कार्यक्रम 2040 के दशक में ट्रिटियम आइसोटोप और बिजली का उत्पादन करने के लिए। अंत में, यूरोप एक और खोलने की योजना बना रहा है टोकामक प्रदर्शक, डेमो, 2050 के दशक में।

 

एक और विन्यास जिसे तारकीय कहा जाता है, जैसे जर्मनी का वेंडेलस्टीन-7X, बहुत अच्छे परिणाम दिखा रहा है। हालांकि तारकीय प्रदर्शन एक टोकामक की तुलना में कम है, इसकी आंतरिक स्थिरता और आशाजनक हाल के परिणाम इसे एक गंभीर विकल्प बनाते हैं।

 

फ्यूजन का भविष्य

 

इस बीच, हाल के वर्षों में निजी परमाणु संलयन परियोजनाएं फलफूल रही हैं। उनमें से अधिकांश अगले दस से 20 वर्षों में एक संलयन प्रतिक्रिया की कल्पना करते हैं और एक साथ आकर्षित हुए हैं फंडिंग में $ 2 बिलियन पारंपरिक विकास क्षेत्र को पछाड़ने के लिए।

 

पवन, सौर और परमाणु विखंडन की तुलना में दो अलग-अलग परमाणु संलयन परिनियोजन परिदृश्य। फ़ोटो क्रेडिट: जी डी टेमरमैन, डी चुआर्ड, जे-बी. ज़ेनॉन रिसर्च के लिए रुडेल (लेखक प्रदान किया गया)

 

हालांकि ये पहलें संलयन तक पहुंचने के लिए अन्य नवीन तकनीकों का उपयोग करती हैं और इस प्रकार बहुत अच्छी तरह से परिचालन रिएक्टरों को तेजी से वितरित कर सकती हैं, दुनिया भर में रिएक्टरों के बेड़े को तैनात करने में समय लगता है।

 

यदि विकास इस त्वरित ट्रैक का अनुसरण करता है, तो परमाणु संलयन 1 तक वैश्विक ऊर्जा मांग का लगभग 2060% हो सकता है।

 

इसलिए जबकि यह नई सफलता रोमांचक है, यह ध्यान में रखने योग्य है कि संलयन सदी के दूसरे भाग के लिए ऊर्जा का स्रोत होगा - जल्द से जल्द।

 

यह लेख मूल रूप से द कन्वर्सेशन, ऑस्ट्रेलिया द्वारा 26 अगस्त, 2021 को प्रकाशित किया गया था, और इसके अनुसार पुनर्प्रकाशित किया गया है क्रिएटिव कॉमन्स एट्रिब्यूशन-नॉन-कॉमर्शियल-नोएडरिव्स 4.0 इंटरनेशनल पब्लिक लाइसेंस। आप मूल लेख पढ़ सकते हैं यहाँ उत्पन्न करें और यह मूल रूप से . में प्रकाशित हुआ है फ्रेंच। इस लेख में व्यक्त किए गए विचार अकेले लेखक के हैं न कि वर्ल्डरफ के।


 

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