ITER: पृथ्वी पर एक लघु सूर्य का निर्माण

ITER, परमाणु संलयन का मार्ग

ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor का संक्षिप्त रूप है, और लैटिन में “The Way” का अर्थ भी रखता है, यह विश्व का सबसे बड़ा प्रयास है जो परमाणु संलयन-आधारित ऊर्जा उत्पादन में महारत हासिल करने की दिशा में है।

ITER को सात पक्षों द्वारा वित्तपोषित और संचालित किया जाता है: यूरोपीय संघ (27 देशों), चीन, भारत, जापान, रूस, दक्षिण कोरिया, और संयुक्त राज्य अमेरिका। इसके अलावा इसके पास ऑस्ट्रेलिया, कनाडा, कज़ाखस्तान और थाईलैंड के साथ सहयोग समझौते हैं।

यूके पहले इस कार्यक्रम का हिस्सा था जब वह यूरोपीय संघ में था और 2023 में अपनी भागीदारी समाप्त कर दी।

स्रोत: SciTech Daily

सिद्धांत रूप में, ITER व्यावसायिक संलयन के लिए प्रोटोटाइप और प्रयोगात्मक प्रदर्शक बन सकता है, जिससे मानवता को लगभग असीमित सस्ती ऊर्जा मिल सकेगी।

यह रेगिस्तानों को हरा-भरा करने, CO2 उत्सर्जन से लड़ने, या अंतरिक्ष-यात्रा करने वाली सभ्यता बनने जैसे कार्यों को लगभग सरल बना देगा।

इसलिए, जबकि इसके फल मिलने में कुछ समय लग सकता है, इसकी संभावनाएँ इतनी विशाल हैं कि इसे अब तक के सबसे महत्वपूर्ण मेगाप्रोजेक्ट्स में से एक के रूप में याद किया जा सकता है।

परमाणु संलयन

असीमित शक्ति

परमाणु संलयन क्लासिक परमाणु ऊर्जा (विघटन) से अलग है क्योंकि यह बहुत हल्के तत्वों का उपयोग करता है। यूरेनियम जैसे भारी परमाणुओं को विभाजित करने के बजाय, यह बहुत हल्के परमाणुओं, सामान्यतः हाइड्रोजन, को मिलाता है।

यह सैद्धांतिक रूप से परमाणु संलयन को असीमित शक्ति का स्रोत बनाता है, क्योंकि हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे सामान्य पदार्थ रूप है।

यह प्रक्रिया विशाल मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न करती है, जिससे परमाणु विखंडन की तुलना में 3-10 गुना अधिक ऊर्जा मिलती है और यह सितारों को शक्ति प्रदान करने का स्रोत है।

स्रोत: Nature

परमाणु संलयन प्रक्रिया में एक ग्राम ड्यूटेरियम-ट्रिटियम ईंधन मिश्रण 11 टन कोयले के बराबर है। किसी व्यक्ति की पूरी जीवनकाल की ऊर्जा खपत एक हाथ में रखी बोतल से थोड़ा अधिक ईंधन से भी कवर की जा सकती है।

परमाणु संलयन के लाभ

• ड्यूटेरियम पृथ्वी के महासागरों और सतही जल में इतना प्रचुर मात्रा में है कि यह मूलतः असीमित है और पृथ्वी के हर राष्ट्र के लिए समान रूप से सुलभ है।
• परमाणु प्रतिक्रिया कोई रेडियोधर्मी अपशिष्ट नहीं उत्पन्न करती, केवल रासायनिक रूप से हानिरहित हीलियम बनती है।
  • प्रतिक्रिया द्वारा कोई CO2 या अन्य पर्यावरणीय हानिकारक उत्पाद भी नहीं बनते।
• चूँकि यह समृद्ध यूरेनियम, प्लूटोनियम या अन्य रेडियोधर्मी पदार्थ नहीं बनाता, परमाणु संलयन में परमाणु प्रसार (परमाणु हथियार-ग्रेड सामग्री) का जोखिम नहीं होता।
  • यह परमाणु संलयन को एक तटस्थ तकनीक बना देगा, जिसमें विखंडन परमाणु तकनीक पर लगाए गए प्रतिबंध नहीं होंगे।
• मेल्टडाउन या अनियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया का कोई जोखिम नहीं। वास्तव में यह प्रतिक्रिया इतनी कठिन है कि किसी भी विफलता से तुरंत प्लाज़्मा का विघटन और परमाणु प्रतिक्रिया तथा ऊर्जा उत्पादन में बाधा उत्पन्न हो जाएगी।
• यदि यह स्व-स्थायी और ऊर्जा-धनात्मक हो, तो परमाणु संलयन को फिशन-आधारित परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में संचालन में समान या सस्ता होने की उम्मीद है।
  • एक ही रिएक्टर डिजाइन को बार-बार बनाकर तकनीकी प्रगति और पैमाने की अर्थव्यवस्था लागत को समय के साथ घटा देगी।

संलयन कठिन है

इन सब को देखते हुए, हम अभी तक मानव सभ्यता को परमाणु संलयन से क्यों नहीं चला पाए हैं?

खैर, बात यह है कि परमाणु संलयन हासिल करना कठिन है। हाइड्रोजन परमाणुओं के नाभिक का सकारात्मक विद्युत आवेश होता है और वे स्वाभाविक रूप से एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। इसलिए उन्हें पर्याप्त निकट लाना बहुत कठिन हो सकता है, जैसे दो अत्यधिक मजबूत चुंबक एक-दूसरे को धकेलते हों।

प्रकृति में, केवल एक पूरे सितारे का अत्यधिक गुरुत्वाकर्षण ही हाइड्रोजन परमाणुओं को पर्याप्त निकट लाने के लिए पर्याप्त होता है जिससे संलयन शुरू हो सके। यहाँ तक कि बृहस्पति जैसा बड़ा ग्रह भी इसे हासिल करने के लिए “बहुत छोटा” है। इसलिए पृथ्वी पर हाइड्रोजन परमाणुओं को निकट लाना बहुत, बहुत कठिन है।

हालांकि, यह किया गया है, और इसे पहली बार 1950 के दशक में एक संलयन मशीन ने हासिल किया था। इन मशीनों ने संलयन बनाने की संभाव्यता दर्शाई लेकिन उपयोग की गई ऊर्जा की तुलना में पर्याप्त ऊर्जा वापस नहीं दी।

(तकनीकी रूप से, बड़े पैमाने पर परमाणु संलयन 1952 में पहले थर्मोन्यूक्लियर बम के साथ हासिल किया गया था, लेकिन यह सुरक्षित ऊर्जा आपूर्ति बनाने की उपयोगी तकनीक नहीं है।)

संलयन का एक और मुद्दा यह है कि परमाणु संलयन प्लाज़्मा अत्यंत गर्म होता है, आमतौर पर 100 मिलियन डिग्री सेल्सियस से अधिक। इसलिए इसे पूरी तरह से नियंत्रित रखना आवश्यक है, नहीं तो यह रिएक्टर को पिघला देगा।

इन सभी समस्याओं के कारण, परमाणु संलयन एक धीमी गति वाला क्षेत्र रहा है, जिसमें व्यंग्यात्मक टिप्पणी है, “संलयन हमेशा भविष्य में 30 साल दूर है“।

पृथ्वी पर संलयन को संभव बनाना

वैज्ञानिकों ने कई वर्षों से प्रयोगात्मक रिएक्टरों में परमाणु संलयन को नियंत्रित किया है। दो मुख्य डिज़ाइन उपयोग किए जाते हैं:

• एक लेज़र पर निर्भर करता है, बड़ी मात्रा में शक्ति को एक छोटे हाइड्रोजन पेललेट पर केंद्रित करके संलयन को ट्रिगर करता है।
• दूसरा टोकामाक नामक डोनट-आकार की मशीन और अत्यधिक शक्तिशाली चुंबकों का उपयोग करके हाइड्रोजन को संकुचित और स्व-इग्नाइटिंग प्लाज़्मा में बदलता है।

संलयन की समस्या यह है कि दसियों मिलियन डिग्री की सही स्थितियों को बनाना बहुत ऊर्जा-खपत वाला है। इसलिए भले ही हम इसे कर सकें, संलयन प्रतिक्रिया अक्सर पर्याप्त ऊर्जा उत्पन्न नहीं करती और शुद्ध ऊर्जा उपभोग बन जाता है।

प्लाज़्मा भी बहुत अस्थिर होते हैं, इसलिए कुछ सेकंड से अधिक समय तक संलयन प्रतिक्रिया को बनाए रखना कठिन है।

पहला टोकामाक 1958 में बनाया गया था, और इसे सबसे संभावित डिज़ाइन माना जाता है जो कई मिनट, आदर्श रूप से घंटे, तक संलयन को बनाए रख सकता है और सकारात्मक ऊर्जा रिटर्न उत्पन्न कर सकता है।

स्रोत: DOE

ITER एक टोकामाक डिज़ाइन है और यह अब तक का सबसे बड़ा निर्मित परमाणु संलयन रिएक्टर होगा, जिसका प्लाज़्मा आयतन सबसे बड़े (JT-60SA, जापान) से 10 गुना अधिक, 830 घन मीटर (29,000 घन फुट) है।

स्रोत: ITER

ITER समयरेखा

ITER, International Tokamak Reactor (INTOR) का उत्तराधिकारी है, जो 1978 में पश्चिम और जापान तथा सोवियत संघ के बीच सहयोग से शुरू हुआ।

सहयोग शीत युद्ध के चरम पर भी जारी रहा। पहला उद्देश्य 1992 में निर्धारित किया गया, और पहली इंजीनियरिंग डिजाइन गतिविधियाँ (EDA) 1998 में पूरी हुईं, 2001 में एक डिजाइन मान्य किया गया।

अंतिम डिजाइन, कौन कौन फंड करेगा, और रिएक्टर कहाँ बनाया जाएगा, इस पर गर्म चर्चा ने परियोजना को कुछ समय तक विलंबित किया, जब तक कि 2005 में फ्रांस के कडराश साइट को चुना नहीं गया।

स्रोत: Wikipedia

उस अवधि में, चीन और दक्षिण कोरिया ने 2003 में, और भारत ने 2005 में परियोजना में शामिल हुए। प्रारंभिक निर्माण कार्य 2007 में शुरू हुआ।

मशीन असेंबली 2020 में शुरू हुई, जिसमें मई 2020 में 1,250-टन क्रायोस्टेट बेस की स्थापना शामिल है। साइट का सिविल कार्य (निर्माण) 2023 में समाप्त हुआ।

क्रायोस्टेट बंद करना 2033 तक पूरा होना चाहिए। पूर्ण चुंबकीय ऊर्जा 2036 तक प्राप्त होनी चाहिए, और ड्यूटेरियम-ट्रिटियम संचालन चरण 2039 में शुरू होना चाहिए।

ITER का बजट

ITER का प्रारंभिक बजट निर्माण लागत के लिए केवल €6 बिलियन माना गया था, लेकिन जैसा कि अक्सर वैज्ञानिक मेगाप्रोजेक्ट्स में होता है, यह वर्तमान अनुमान के अनुसार $25.2 बिलियन, जबकि अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा अन्य अनुमान $65 बिलियन बताया गया, जिसे ITER ने दृढ़ता से खारिज किया है।

पर्योजना ने अब तक 34,000 “जॉब-इयर्स” उत्पन्न किए हैं और निर्माण के पूर्ण होने से पहले और 74,000 जॉब-इयर्स उत्पन्न करेगी।

ITER के उद्देश्य

जैसे-जैसे प्लाज़्मा कक्ष बड़ा होता है, यह स्थिर रहने और सकारात्मक ऊर्जा रिटर्न उत्पन्न करने की संभावना बढ़ती है।

लेकिन बेशक, जितना बड़ा होगा, उतनी ही महंगी और जटिल हो जाएगी।

ITER के लिए घोषित लक्ष्य इंजेक्टेड थर्मल पावर से 10 गुना अधिक थर्मल ऊर्जा उत्पादन हासिल करना है। संलयन पल्स 8 मिनट तक चलना चाहिए।

इन सब को मिलाकर, इनका अर्थ होगा कि केवल 400-6000 सेकंड में 500 मेगावाट गर्मी उत्पन्न करना। यह 150 मिलियन °C तक पहुँचना चाहिए, या सूर्य के कोर के तापमान से 10 गुना अधिक।

इन परिणामों को प्राप्त करने के लिए, ITER को तथाकथित “बर्निंग प्लाज़्मा” हासिल करना होगा, जहाँ प्लाज़्मा द्वारा प्राप्त ऊर्जा का आधे से अधिक हिस्सा संलयन प्रतिक्रियाओं से आता है (बाहरी उत्तेजना से नहीं)। बर्निंग प्लाज़्मा किसी भी ऊर्जा-धनात्मक, व्यावसायिक परमाणु संलयन पावर प्लांट के लिए अनिवार्य है।

ITER की ऊर्जा उत्पादन को बिजली में परिवर्तित नहीं किया जाएगा, क्योंकि यह एक तकनीकी प्रदर्शक है, और इस गर्मी को बिजली में बदलना एक ज्ञात तकनीक है जो पहले से ही यूरेनियम-आधारित व्यावसायिक फिशन परमाणु पावर प्लांटों में नियमित रूप से उपयोग होती है।

रिएक्टर का एक और लक्ष्य वास्तविक परिस्थितियों में प्रमुख तकनीकों का परीक्षण करना है जो अभी तक सिद्ध नहीं हुई हैं, जैसे सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट, रिमोट हैंडलिंग (रोबोट द्वारा रखरखाव), न्यूट्रॉन शील्डिंग, गर्मी परिवर्तन, और ट्रिटियम ब्रीडिंग की अवधारणा (नीचे देखें)।

DEMO संलयन रिएक्टर

ITER के बाद DEMO वर्ग के रिएक्टर आएंगे, जो ITER डिजाइन को पुन: उपयोग करेंगे (प्रायोगिक प्रतिक्रिया से संभावित सुधार के साथ), और ये 1^st पीढ़ी के व्यावसायिक परमाणु संलयन पावर प्लांट बनेंगे।

DEMO रिएक्टरों से अपेक्षा है कि वे 300 मेगावाट से 500 मेगावाट शुद्ध बिजली उत्पन्न करेंगे जो ग्रिड को प्रदान की जाएगी।

• चीन: चाइनीज़ फ्यूजन इंजीनियरिंग टेस्टिंग रिएक्टर (CFETR) डिजाइन 2020 में किया गया, और 2040 तक निर्मित होगा।
• यूरोप: DEMO पावर प्लांट 2050 तक निर्मित होगा। इस परियोजना की पूर्ववर्ती एक प्लाज़्मा-आधारित वॉल्यूमेट्रिक न्यूट्रॉन स्रोत (VNS) सुविधा का निर्माण होगी, जो DEMO के लिए तकनीकों का परीक्षण करेगी।
• जापान: JA-DEMO 2040-2050 के दशक में पूरा होगा, जिसका लक्ष्य कई सौ मेगावाट से अधिक स्थिर शक्ति उत्पादन और 1500 मेगावाट या उससे अधिक संलयन आउटपुट हासिल करना है।
• दक्षिण कोरिया: K-DEMO 2050 के बाद निर्मित होगा, जबकि इसके पहले एक वर्चुअल DEMO (V-DEMO) सुपरकम्प्यूटिंग, आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस, और डिजिटल ट्विन तकनीक पर आधारित होगा।
• रूस: DEMO-RF 2055 तक निर्मित होगा। एक संलयन-फिशन हाइब्रिड सुविधा भी विचाराधीन है।
• भारत: देश पहले 200–300 मेगावाट के संलयन पायलट प्लांट पर ध्यान देगा, फिर DEMO रिएक्टर बनाएगा।
• अमेरिका: US के DOE अभी भी अगले कदमों पर विचार कर रहे हैं, जिसमें ITER के बाद के चरणों के लिए निजी कंपनियों के साथ साझेदारी शामिल है।

ट्रिटियम ब्रीडिंग

विज्ञान के अत्यंत अग्रिम स्तर पर एक परियोजना के रूप में, कई अवधारणाओं को प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध करना आवश्यक है।

एक महत्वपूर्ण पहलू ट्रिटियम उत्पादन है, क्योंकि ITER डिजाइन ड्यूटेरियम और ट्रिटियम (हाइड्रोजन के दो समस्थानिक) के संलयन पर निर्भर करता है।

स्रोत: Climate & Hope

ड्यूटेरियम-ड्यूटेरियम आदर्श होगा, क्योंकि ड्यूटेरियम एक स्वाभाविक रूप से मौजूद तत्व है, लेकिन इससे कृत्रिम संलयन बहुत कठिन हो जाएगा क्योंकि आवश्यक तापमान और भी अधिक होगा।

समस्या यह है कि ट्रिटियम प्रकृति में नहीं मौजूद है और इसे कृत्रिम रूप से परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उत्पन्न करना पड़ता है (वैश्विक रूप से 20 किग्रा प्रति वर्ष)। लेकिन ITER पृथ्वी की सभी ट्रिटियम उत्पादन का उपभोग करेगा।

वैसे भी, भविष्य के परमाणु संलयन रिएक्टरों के पास पर्याप्त ट्रिटियम नहीं होगा, क्योंकि प्रत्येक संलयन रिएक्टर को प्रति वर्ष 100 से 200 किलोग्राम की आवश्यकता होगी।

इसलिए, ट्रिटियम को सीधे रिएक्टर के भीतर उत्पन्न करना होगा। यह “ट्रिटियम ब्रीडिंग ब्लैंकेट” का कार्य है।

रिएक्टर की दीवारों पर यह 600 m² का आवरण, जिसमें लिथियम है, दोहरी भूमिका निभाता है: न्यूट्रॉनों द्वारा टकराए जाने पर ऊर्जा उत्पन्न करना (भविष्य की बिजली उत्पादन की आधारशिला) और लिथियम परमाणुओं के टूटने से ट्रिटियम बनाना।

स्रोत: C&EN

ध्यान देने योग्य है कि बेरिलियम जैसे मध्यवर्ती तत्व सुनिश्चित करते हैं कि प्रत्येक परमाणु संलयन प्रतिक्रिया के लिए कम से कम 1 ट्रिटियम “पुनर्जनित” हो, न्यूट्रॉनों की संख्या बढ़ाकर।

कुल मिलाकर, ITER में 6 विभिन्न ट्रिटियम ब्रीडिंग सिस्टम का परीक्षण किया जाएगा ताकि इष्टतम सामग्री संरचना, शीतलन प्रणाली, तरल बनाम ठोस लिथियम, लिथियम निष्कर्षण विधि आदि निर्धारित की जा सके।

ITER का डिजाइन

भवन स्वयं

जबकि ITER की इंजीनियरिंग का रोचक भाग उन्नत तकनीक में है जो परमाणु संलयन के लिए उपयोग होती है, स्वयं भवन विशाल है और न केवल उच्च-तकनीकी तत्व बल्कि सभी सहायक संरचनाएँ, ऊर्जा आपूर्ति, शीतलन प्रणाली, रखरखाव प्रणाली आदि को समाहित करता है।

स्रोत: ITER

ITER रिएक्टर स्वयं भी विशाल है, जिसका वजन 23,000 टन है, जो एफिल टॉवर के वजन का 3 गुना है। कुल मिलाकर, 400,000 टन टोकामाक कॉम्प्लेक्स के निचले बेसमैट पर रखे जाएंगे, जो न्यूयॉर्क के एम्पायर स्टेट बिल्डिंग के वजन से अधिक है।

स्रोत: ITER

इसे संभालने के लिए, टोकामाक कॉम्प्लेक्स के सिविल कार्य चरण में लगभग 120,000 घन मीटर कंक्रीट का उपयोग किया गया, और साइट पर एक बड़ा कंक्रीट प्लांट बनाया गया जो विभिन्न कंक्रीट फॉर्मूले बनाता है, प्रत्येक ITER इमारतों और संरचनाओं की विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित।

भवन को भूकंपीय अलगावकों के साथ भी निर्मित किया गया है, और यह एक परमाणु-रेटेड सुदृढ़ कंक्रीट संरचना द्वारा संरक्षित है।

लॉजिस्टिक्स और बुनियादी ढांचा

ITER परियोजना का एक और “बुनियादी” मुद्दा बड़े घटकों को विश्व भर के विशेष अनुसंधान संस्थानों से साइट पर लाने की लॉजिस्टिक्स थी।

उदाहरण के लिए, ITER टोकामाक के 18 डी-आकार के टोरॉयडल फील्ड कॉइल प्रत्येक का वजन 310 टन है, और सबसे भारी तत्व, जिसमें परिवहन वाहन शामिल है, का वजन 900 टन तक है। इसलिए इन्हें हवाई परिवहन के बजाय समुद्री मार्ग से शिप किया जाना चाहिए।

फिर इन्हें विशेष रूप से संशोधित 104 किमी (64 मील) की सड़क पर ले जाया जाता है, क्योंकि कुछ तत्व 33 मीटर (108 फीट) तक लंबे होते हैं।

स्थापना के लिए 400 kV पावर-लाइन विस्तार और कार्यालय, कार्यशालाओं, उपकरण भंडारण, और आराम के लिए विस्तृत सुविधाओं की भी आवश्यकता थी।

स्रोत: ITER

निर्माण स्वयं, अक्सर तंग स्थानों में फिट होने की आवश्यकता के कारण, ITER मशीनरी और इमारतों की असेंबली के लिए 100 से अधिक कस्टम उपकरणों के डिजाइन की ओर ले गया।

स्रोत: ITER

The assembling of the tokamak, with its 1,000,000+ components, was a project in itself.

सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट

ITER मशीनरी के कोर में, मैग्नेट नियोबियम-टिन (Nb3Sn) के सुपरकंडक्टिंग स्ट्रैंड्स का उपयोग करेंगे। कुल मिलाकर, इन स्ट्रैंड्स के 100,000 किलोमीटर (62,000 मील) की आवश्यकता होगी, जो पृथ्वी के विषुववृत्त के दो बार घुमाने के बराबर है।

स्रोत: ITER

यह एक विशाल औद्योगिक उत्पादन प्रयास की मांग करता था। ITER के पैमाने को बढ़ाने से पहले, नियोबियम-टिन स्ट्रैंड्स का वैश्विक उत्पादन केवल 15 टन/वर्ष था। चीन, यूरोप, जापान, कोरिया, रूस, और USA ने इसे 150 टन/वर्ष तक बढ़ाया।

क्रायोप्लांट और कूलिंग टावर

सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट केवल तब सुपरकंडक्टिंग होते हैं जब वे अत्यंत ठंडे होते हैं। यह इतना ठंडा होता है कि यह शून्य के ऊपर केवल 4.5 डिग्री सेल्सियस है।

इसलिए उन्हें क्रायोप्लांट की आवश्यकता होती है, जो एक फुटबॉल-फ़ील्ड आकार की स्थापना है जो हीलियम और नाइट्रोजन को संग्रहीत करती है ताकि उन्हें ठंडा किया जा सके और इन गैसों को अत्यंत ठंडे तरल में बदला जा सके।

स्रोत: ITER

प्रति दिन 50 टन तरल नाइट्रोजन को प्री-कूलर के रूप में तरल हीलियम प्लांट के लिए उपयोग किया जाता है, और तरल हीलियम का उपयोग मैग्नेट को ठंडा करने के लिए किया जाता है। संचालन के दौरान लगभग 25 टन तरल हीलियम -269 °C पर ITER स्थापना में परिसंचारित होगा।

जबकि मैग्नेट को अत्यंत ठंडा रखना आवश्यक है, परमाणु संलयन 1150 मेगावाट की अधिकतम गर्मी लोड उत्पन्न करेगा, जिसे हटाना आवश्यक है। यह कूलिंग टावर का कार्य है।

रसायन पाइपिंग के जंग को कम करने और पानी के इच्छित pH को बनाए रखने के लिए इंजेक्ट किए जाते हैं। एक ओज़ोन जनरेशन सिस्टम निरंतर ओज़ोन इंजेक्शन बनाए रखता है, जो कार्बनिक पदार्थ को उपभोग करता है और बैक्टीरिया की वृद्धि को रोकता है।

मैग्नेट पावर रूपांतरण भवन

मैग्नेट को समर्थन देने वाली एक अन्य प्रणाली, पावर रूपांतरण, ग्रिड एसी पावर को डीसी में बदलता है जो सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट द्वारा उपयोग किया जा सकता है।

वर्तमान में उपयोग की जाने वाली बड़ी धारा के कारण, पारंपरिक केबल्स को मैग्नेट तक पावर ले जाने के लिए उपयोग नहीं किया जा सकता।

इसके बजाय, स्टील-जेकेटेड एल्यूमीनियम बार जिन्हें “बसबार” कहा जाता है—जो निरंतर दबाव वाले पानी के प्रवाह से सक्रिय रूप से ठंडे होते हैं—का उपयोग किया जाता है। ये मूलतः पावर कॉर्ड हैं लेकिन ट्रेन रेल से मोटे होते हैं।

स्रोत: ITER

कुल मिलाकर 5 किमी (3.1 मील) बाइपोलर बसबार ITER कॉम्प्लेक्स के माध्यम से यात्रा करेंगे।

न्यूट्रल बीम इन्जेक्टर्स

एक बार पावर सप्लाई और मैग्नेट कार्यरत हो जाने पर, ITER को ड्यूटेरियम इन्जेक्ट करना होगा जो संलयन प्रतिक्रिया को शक्ति देगा।

बीम विद्युत धारा का उपयोग करके कणों को बहुत उच्च गति तक तेज करेगा, और आवश्यक 50 मेगावॉट इनपुट पावर में से 33 मेगावॉट इन्जेक्ट करेगा। फिर यह उन्हें “न्यूट्रलाइज़” करता है, जिससे वे चुंबकीय क्षेत्र को पार कर प्लाज़्मा को अपनी ऊर्जा संचारित कर सकें।

यह 1 मेगावॉट से अधिक प्रत्यक्ष धारा वोल्टेज का उपयोग करेगा, जो अत्यंत असाधारण मात्रा है। इसे कस्टम-निर्मित घटकों की आवश्यकता होगी, जो “स्टेट-ऑफ़-द-आर्ट” से आगे हैं, और 11,700 m² (126,000 वर्ग फुट) भवन में फिट होंगे।

स्रोत: ITER

चूंकि यह एक प्रमुख घटक है, न्यूट्रल बीम टेस्ट फ़ैक्टरी (NBTF) इटली के पादुआ में बनाई गई। यह कुछ तकनीकी बाधाओं को साफ करने में मदद करेगा, उदाहरण के लिए, ITER में उपयोग किया गया कण बीम पहले के संलयन प्रयोगों की तुलना में बहुत मोटा है।

इस पैमाने पर आयनों को न्यूट्रलाइज़ करना भी कठिन हो सकता है, और वास्तविक परिणामों को स्थापित करने से पहले परीक्षण करना आवश्यक होगा।

स्रोत: ITER

साइक्लोट्रॉन हीटिंग

प्लाज़्मा को लक्षित करने के अन्य गर्मी स्रोत इलेक्ट्रॉन और आयन साइक्लोट्रॉन हीटिंग सिस्टम हैं। इसमें इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन रेज़ोनेंस हीटिंग (ECRH) और आयन साइक्लोट्रॉन रेज़ोनेंस हीटिंग (ICRH) शामिल हैं।

वे उच्च-आवृत्ति वाले विद्युतचुंबकीय तरंगों पर निर्भर करते हैं जो प्लाज़्मा में कणों पर अनुनादी प्रभाव उत्पन्न करते हैं, रिएक्टर के कोर में दूरस्थ रूप से शक्ति/गर्मी संचारित करते हैं। ECRH इलेक्ट्रॉनों को 170 GHz आवृत्ति पर अनुनादित करता है, जबकि ICRH आयनों को 40-55 GHz आवृत्ति पर अनुनादित करता है।

ITER के प्रतिस्पर्धी

ITER इतना विशाल प्रोजेक्ट है कि इसके शुरुआती डिजाइन में शामिल कई वैज्ञानिक शायद इसे संचालन में देखते ही नहीं देख पाएंगे।

यह महत्वाकांक्षा परियोजना की एक सीमा भी हो सकती है। यह मुख्यतः 1990 के दशक के अंत और 2000 के शुरुआती वर्षों के संलयन तकनीक डिजाइन पर आधारित है, जिसमें कई धारणाएँ और तकनीकी विकल्प नहीं हैं।

क्योंकि तब से नई संलयन अवधारणाएँ उभरी हैं, और कई निजी कंपनियाँ कम विशाल मशीनरी के साथ परमाणु संलयन को वास्तविकता बनाने के तरीकों की खोज कर रही हैं।

यह यहाँ तक ले गया है कि ITER के कुछ आलोचकों ने इसे “पुराना” कहा है। ITER की अंतर्राष्ट्रीय प्रकृति, जिससे कुछ नौकरशाही और राजनीति विज्ञान में हस्तक्षेप करती है, को भी समस्या के रूप में वर्णित किया गया है।

हमने इन कई संलयन कंपनियों (मुख्यतः निजी सूचीबद्ध) पर चर्चा की, जैसे General Fusion (GFUZ ), TAE Technologies, Helion, और Lockheed Martin Corporation (LMT ) को हमारे लेख “परमाणु संलयन – क्षितिज पर अंतिम स्वच्छ ऊर्जा समाधान” में, जिसमें टोकामाक डिज़ाइन के विकल्पों पर भी चर्चा की गई है।

• मैग्नेटाइज़्ड टार्गेट फ्यूजन (MTF) तकनीक.
• रिएक्टर घटकों की 3D प्रिंटिंग.
• प्लाज़्मा गन, संभवतः ऊर्जा उत्पादन की बजाय संलयन अंतरिक्ष प्रोपल्शन के लिए अधिक.
• प्लाज़्मा से प्रत्यक्ष-विद्युत-धारणा, फ़ैराडे के नियम का उपयोग करके गर्मी संग्रह के बजाय धारा उत्पन्न करना.

दिसंबर 2024 में, Commonwealth Fusion Systems (CFS) ने घोषणा की कि उनका ARC रिएक्टर वर्जीनिया पावर ग्रिड के लिए 400 मेगावॉट उत्पन्न करेगा, जो 150,000 घरों को शक्ति प्रदान करने के लिए पर्याप्त है, और शुरुआती 2030 के दशक में शुरू होगा (CFS उच्च-तापमान सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग करता है)।

अन्य तकनीकें भी मदद कर सकती हैं। एक प्रमुख है AI, जो वास्तविक समय में प्लाज़्मा अस्थिरता का पता लगाने और सुधारने में उपयोग हो सकता है।

एक और है संभावित रूम-टेम्परेचर सुपरकंडक्टिंग सामग्री, जो अब पहले से अधिक निकट है। यह रिएक्टर संलयन की ऊर्जा खपत को मूल रूप से बदल देगा, क्योंकि इसके मैग्नेट बहुत अधिक ऊर्जा कुशल और विश्वसनीय हो जाएंगे।

निष्कर्ष

ITER मानवता द्वारा अब तक किए गए सबसे महत्वपूर्ण प्रयासों में से एक हो सकता है, समान पैमाने पर या शायद अपोलो कार्यक्रम से भी अधिक महत्वपूर्ण।

और जबकि यह संभव है कि निजी पहलें व्यावसायिक संलयन को ITER से पहले हासिल कर लें, यह अभी भी निश्चित नहीं है।

यदि परमाणु संलयन एक ऐसी तकनीक है जिसके लिए मेगा-रिएक्टरों की आवश्यकता होती है जो ऊर्जा-धनात्मक और आर्थिक रूप से व्यवहार्य हों, तो संभवतः केवल अंतर्राष्ट्रीय प्रयास जैसे ITER ही इसे हासिल कर सकता है।

भले ही यह विफल हो जाए, इसने औद्योगिक आधार विकसित किया होगा और वैज्ञानिक प्रतिभा को प्रशिक्षित किया होगा जो अन्य डिजाइन विकल्पों के माध्यम से परमाणु संलयन की कुंजी खोजने के लिए आवश्यक है। इसलिए किसी भी स्थिति में इसे बर्बादी नहीं कहा जा सकता; विशेषकर जब हम मानवता पर परमाणु संलयन ऊर्जा के प्रभाव को देखते हैं।

भविष्य में, हम उम्मीद कर सकते हैं कि ITER जैसी डिजाइन नई तकनीकों, जिसमें AI, रूम-टेम्परेचर सुपरकंडक्टर्स, प्रत्यक्ष बिजली संग्रह आदि शामिल हैं, के साथ सुधारी जाएगी।

हालांकि, ITER के प्रयोग शुरू होने में एक दशक से अधिक समय लगेगा, जिससे यह इस सहस्राब्दी के सबसे प्रत्याशित और सबसे प्रतीक्षित विज्ञान प्रोजेक्ट्स में से एक बन जाएगा।

ITER-संबंधित कंपनी

मित्सुबिशी हेवी इंडस्ट्री

ITER के लिए निर्मित कई घटक अद्वितीय होते हैं जो परमाणु अनुसंधान संस्थानों द्वारा डिजाइन किए गए हैं। लेकिन कई अन्य भागीदार देशों के उद्योग नेताओं द्वारा निर्मित किए गए हैं, जिन्होंने अपने निर्माण और इंजीनियरिंग विशेषज्ञता को वैज्ञानिक मेगाप्रोजेक्ट में लाया।

एक महत्वपूर्ण योगदानकर्ता मित्सुबिशी हेवी इंडस्ट्री है।

कंपनी का इतिहास 1884 तक जाता है, जब यह जहाज निर्माण में लगी थी। बाद में इसने भारी मशीनरी, हवाई जहाज़, ट्रेन, और ऑटोमोबाइल का निर्माण शुरू किया।

1995 में, मित्सुबिशी एटॉमिक पावर इंडस्ट्री को समूह में सम्मिलित किया गया, और इसने जापान में 24 रिएक्टर बनाए हैं।

आज, कंपनी की मुख्य आय स्रोत ऊर्जा प्रणालियाँ (परमाणु, गैस, और स्टीम सिस्टम) और लॉजिस्टिक्स एवं थर्मल (HVAC, इंजन, टर्बोचार्जर) हैं। यह गैस टर्बाइन और CO₂ कैप्चर सिस्टम में विश्व #1 है। यह 77,000+ कर्मचारियों को 300 स्थानों पर विश्व भर में रोजगार देती है।

स्रोत: Mitsubishi Heavy Industry

मित्सुबिशी ने ITER के कई मुख्य घटकों में योगदान दिया, जिसमें टोरॉयडल फील्ड कॉइल (मैग्नेट), डाइवर्टर (प्लाज़्मा संलग्नता), और उच्च ताप प्रवाह घटक, जिसमें प्लाज़्मा हीटिंग सिस्टम शामिल है।

स्रोत: Mitsubishi Heavy Industry

ITER के अलावा, कंपनी जापान में परमाणु उद्योग के पुनरारंभ और वैश्विक स्तर पर बढ़ते परमाणु प्रोजेक्ट्स से लाभ उठाने की योजना बना रही है। कंपनी अपने स्वयं के SMR तकनीक को विकसित करने की योजना बना रही है, साथ ही एक फास्ट रिएक्टर (परमाणु अपशिष्ट जलाने) और उच्च-तापमान गैस-कूल्ड रिएक्टर तकनीकों को भी।

बढ़ते रक्षा बजट कंपनी के एयरोस्पेस और शिपबिल्डिंग खंडों को भी लाभ पहुंचाएंगे।

भविष्य की तकनीकों में, मित्सुबिशी हरा हाइड्रोजन और हरा अमोनिया उत्पादन पर काम कर रहा है, जिसमें सिंगापुर में विश्व का पहला अमोनिया बंकरिंग प्रोजेक्ट शामिल है, जो जहाजों और गैस टर्बाइन को ईंधन और प्राकृतिक गैस के बजाय अमोनिया से चलाता है।

कार्बन कैप्चर भी एक बढ़ती हुई हरित गतिविधि हो सकती है, साथ ही डेटा सेंटरों के लिए उच्च-प्रभावी शीतलन।

स्रोत: Mitsubishi Heavy Industry

समग्र रूप से, मित्सुबिशी हेवी इंडस्ट्री भविष्य की कई प्रमुख तकनीकों में अग्रणी है, विशेष रूप से शीतलन, ऊर्जा उत्पादन (गैस और परमाणु), और जहाज निर्माण में, जैसा कि ITER के कई सबसे महत्वपूर्ण घटकों को बनाने के लिए चुने जाने से स्पष्ट होता है।