परमाणु संलयन - क्षितिज पर अंतिम स्वच्छ ऊर्जा समाधान

सितारों की शक्ति

परमाणु ऊर्जा की बहुत से लोगों के बीच खराब छवि है। चेर्नोबिल या फुकुशिमा जैसी आपदाओं के कारण इसकी छवि खराब हुई है, लेकिन यह आंशिक रूप से उचित भी है।

अन्य लोगों की राय इसके विपरीत है, उनका मानना ​​है कि परमाणुओं को विभाजित करने के अलावा कुछ भी ऊर्जा उत्पादन का एक आदिम और अक्षम तरीका है। वे कम कार्बन उत्सर्जन और अत्यधिक स्थिर बेसलोड बिजली की ओर भी इशारा करते हैं जो परमाणु ऊर्जा प्रदान कर सकती है।

यह संभावना है कि परमाणु ऊर्जा भी इसका हिस्सा होगी। हमारा भविष्य ऊर्जा मिश्रण, खासकर के 4^th परमाणु रिएक्टरों की पीढ़ी ऑनलाइन आने लगीजो अधिक स्वच्छ, सुरक्षित और अधिक कुशल होगा।

हालाँकि, ये सभी रिएक्टर परमाणु ऊर्जा की अवधारणा पर निर्भर हैं। विखंडनवे यूरेनियम, थोरियम या प्लूटोनियम जैसे बहुत भारी परमाणुओं को लेते हैं और जब वे हल्के तत्वों में टूटते हैं तो ऊर्जा एकत्र करते हैं।

परमाणु ऊर्जा का एक अन्य रूप परमाणु ऊर्जा है। संलयनयह बहुत हल्के तत्वों को लेकर उन्हें भारी तत्वों में संयोजित करने पर निर्भर करता है।

परमाणु संलयन वस्तुतः ब्रह्मांड को शक्ति प्रदान करता है, जिसमें प्रत्येक तारा एक विशाल परमाणु संलयन रिएक्टर है। हर सेकंड, सूर्य 600 मिलियन टन हाइड्रोजन का उपभोग करता हैसंदर्भ के लिए, इसका मतलब है कि सूर्य हर 70,000 वर्षों में पृथ्वी के पूरे द्रव्यमान के बराबर हाइड्रोजन की मात्रा का उपभोग करता है।

मजेदार बात यह है कि इसका अर्थ यह है कि सौर ऊर्जा (साथ ही पवन, बायोमास और अंततः जीवाश्म ईंधन) वास्तव में परमाणु संलयन ऊर्जा (सूर्य से) ही है, सिवाय इसके कि इसमें अतिरिक्त चरण हैं।

इसलिए, अगर हम पृथ्वी पर इसकी थोड़ी सी मात्रा भी बना सकें, तो हम लगभग असीमित ऊर्जा आपूर्ति तक पहुँच सकते हैं। यूरेनियम या थोरियम के विपरीत, जो अपेक्षाकृत दुर्लभ हैं, हाइड्रोजन ब्रह्मांड में उपलब्ध सभी पदार्थों का 74% है।

विखंडन बनाम संलयन

जब हम प्राकृतिक गैस या तेल जैसे अणुओं को जलाते हैं, तो हम अणु के रासायनिक बंधनों में निहित ऊर्जा को मुक्त करते हैं। यह ऊर्जा का एक उच्च स्तर है, लेकिन परमाणुओं में निहित ऊर्जा के बराबर नहीं है।

यही कारण है 1 किलोग्राम यूरेनियम में 2.7 मिलियन किलोग्राम कोयले के बराबर ऊर्जा होती हैहाइड्रोजन, जब संलयन से गुजरता है, तो और भी अधिक शक्तिशाली हो जाता है।

परमाणु ऊर्जा पर चर्चा करते समय यह समझना भ्रामक हो सकता है कि आप संलयन और विखंडन दोनों से ऊर्जा क्यों बना सकते हैं।

इसका कारण यह है कि परमाणु के नाभिक में निहित ऊर्जा तत्व के भार के आधार पर भिन्न होती है। भारी तत्वों के नाभिक में मध्यम भार वाले तत्वों की तुलना में अधिक ऊर्जा होती है, इसलिए जब वे विभाजित होते हैं, तो वे उस ऊर्जा का कुछ हिस्सा ऊष्मा और विकिरण के रूप में छोड़ते हैं। यह ऊष्मा ही है जिसे हम परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में बिजली उत्पादन के लिए इकट्ठा करते हैं।

लेकिन बहुत हल्के तत्व और भी ज़्यादा ऊर्जावान होते हैं। इसलिए जब हम उन्हें मध्यम वज़न वाले तत्वों में मिलाते हैं, तो वे और भी ज़्यादा ऊर्जा छोड़ते हैं।

स्रोत: प्रकृति

परिणामस्वरूप, नाभिकीय संलयन से परमाणुओं के विखंडन की तुलना में 3-10 गुना अधिक ऊर्जा उत्पन्न हो सकती है।

सबसे हल्के तत्व हाइड्रोजन की अत्यधिक प्रचुरता के साथ संयुक्त होने पर, यह सैद्धांतिक रूप से नाभिकीय संलयन को असीमित शक्ति का स्रोत बनाता है, जो पूरे ब्रह्मांड में पदार्थ की कुल मात्रा तक ही सीमित है।

यहां तक ​​कि सौरमंडल में भी गैस दानवों और धूमकेतु बादलों में इतनी अधिक हाइड्रोजन होती है कि वह पृथ्वी के सम्पूर्ण द्रव्यमान को बौना बना देती है।

यथार्थवादी रूप से, हमारी वर्तमान ऊर्जा खपत का 1,000 प्रतिशत उपयोग करने वाली मानव सभ्यता का ईंधन कभी समाप्त नहीं होगा।

इससे भी अच्छी बात यह है कि हाइड्रोजन संलयन से बनने वाला उत्पाद हीलियम एक गैर-विषाक्त, हल्का और रासायनिक रूप से गैर-प्रतिक्रियाशील गैस है। इसलिए, प्रक्रिया समाप्त होने के बाद कोई भी खतरनाक परमाणु अपशिष्ट नहीं बचेगा।

विलय कठिन है

हमने अभी तक मानव सभ्यता को परमाणु संलयन से शक्ति क्यों नहीं प्रदान की है?

खैर, बात यह है कि परमाणु संलयन को प्राप्त करना कठिन है। हाइड्रोजन परमाणुओं के नाभिक में सकारात्मक विद्युत आवेश होता है और वे स्वाभाविक रूप से एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। इसलिए संलयन के लिए उन्हें एक दूसरे के काफी करीब लाना बहुत कठिन हो सकता है, जैसे कि 2 अति-मजबूत चुम्बक एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं।

प्रकृति में, केवल एक पूरे तारे का कुचलने वाला गुरुत्वाकर्षण ही हाइड्रोजन परमाणुओं को संलयन को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त रूप से पास धकेलने के लिए पर्याप्त है। यहां तक ​​कि बृहस्पति जितना बड़ा ग्रह भी इसे प्राप्त करने के लिए "बहुत छोटा" है।

इसलिए, पृथ्वी पर हाइड्रोजन परमाणुओं को पास लाना बहुत कठिन है।

हालाँकि, ऐसा किया जा चुका है और पहली बार 1950 के दशक में फ्यूजन मशीन द्वारा इसे हासिल किया गया था। इन मशीनों ने फ्यूजन बनाने की व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया, लेकिन फ्यूजन को ट्रिगर करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली ऊर्जा की तुलना में पर्याप्त ऊर्जा वापस करने में विफल रहीं।

(Tतकनीकी रूप से, बड़े पैमाने पर परमाणु संलयन 1952 में ही पहले थर्मोन्यूक्लियर बम के साथ हासिल किया गया था, लेकिन यह सुरक्षित बिजली आपूर्ति बनाने के लिए शायद ही कोई उपयोगी तकनीक है).

संलयन के साथ एक और समस्या यह है कि परमाणु संलयन प्लाज्मा अत्यधिक गर्म होता है, आमतौर पर 100 मिलियन सेल्सियस डिग्री से ऊपर। इसलिए इसे पूरी तरह से नियंत्रित करने की आवश्यकता है अन्यथा यह रिएक्टर को पिघला देगा।

इन सभी समस्याओं को हल करने के कारण, परमाणु संलयन एक धीमी गति से आगे बढ़ने वाला क्षेत्र रहा है, व्यंग्यात्मक टिप्पणी के साथ कि “संलयन हमेशा 30 वर्ष आगे की बात है".

गुरुत्वाकर्षण का प्रतिस्थापन

परमाणु संलयन प्रतिक्रिया को सक्रिय करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की तुलना में संलयन से पर्याप्त ऊर्जा वापस बनाने का यह मुद्दा क्षेत्र में बार-बार उठता रहता है। चूंकि संलयन को प्राप्त करना बहुत कठिन है, इसलिए केवल कुछ हाइड्रोजन परमाणुओं को संपीड़ित करना भी अत्यधिक ऊर्जा-गहन है।

अब तक कई विधियां प्रस्तावित की जा चुकी हैं।

इनमें से प्रत्येक को "कार्य" करते हुए प्रदर्शित किया गया है, जिसका अर्थ है कि वे हाइड्रोजन या अन्य हल्के तत्वों को भारी तत्वों में संयोजित कर ऊर्जा मुक्त करते हैं।

टोकामाक्सो

संलयन रिएक्टर चुंबकीय क्षेत्र के साथ डोनट के आकार का स्थान बनाते हैं, जहां परमाणु संलयन प्लाज्मा को रखा जा सकता है।

यह वर्तमान में उन डिज़ाइनों में से एक है जिसके वाणिज्यिक संलयन रिएक्टर में अनुकूलित होने की सबसे अधिक संभावना है। पहला टोकामक 1958 में बनाया गया था और यह इसके लिए मूल अवधारणा है आईटीईआर (अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर), वाणिज्यिक संलयन विकसित करने का सबसे बड़ा अनुसंधान प्रयास, इस परियोजना में लगभग सभी तकनीकी रूप से उन्नत राष्ट्र भाग ले रहे हैं.

स्रोत: डीओई

हालाँकि, ITER एक परेशानी भरा प्रोजेक्ट रहा है जिसमें काफी देरी हुई है। हाल ही में, यह घोषणा की गई थी कि ऊर्जा-उत्पादक प्रतिक्रियाएँ 2039 से पहले नहीं हो सकती हैं।

अन्य मैग्नेट संलयन रिएक्टर

टोकामाक्स के अलावा, अन्य डिज़ाइनों में प्लाज्मा को संपीड़ित और सीमित करने के लिए चुंबक का उपयोग किया जाता है। इसमें स्टेलरेटर, स्फेरोमाक्स और कॉम्पैक्ट टोरी शामिल हैं।

स्टेलरिएक्टर में डोनट का आकार अनियमित/मुड़ा हुआ होता है। सिद्धांत रूप में, यह संलयन प्रतिक्रियाओं की लंबी अवधि और अधिक स्थिर प्लाज्मा की अनुमति दे सकता है। व्यवहार में, इसे बनाना बहुत कठिन है और इसे टोकामक से भी अधिक कठिन माना जाता है। जटिलता का यह अतिरिक्त स्तर भी कंप्यूटर पर मॉडल बनाना बहुत कठिन हो गया, जिससे इसका पूर्वानुमान लगाना और भी कठिन हो गया और इसका निर्माण भी महंगा हो गया.

स्फेरोमैक्स टोकामक के समान हैं लेकिन चुंबकीय क्षेत्र को प्रेरित करने के तरीके में कुछ भिन्न हैं।

कॉम्पैक्ट टोरोइड्स टोरस (डोनट आकार) के केंद्र में चुंबकीय कुंडली के बिना संलयन बनाने का प्रयास करें, जिससे जटिल चुंबकों की आवश्यकता कम हो जाएगी।

लेजर

चुम्बक की सहायता से हाइड्रोजन परमाणुओं को एक साथ दबाने के स्थान पर, लेजर का उपयोग करने वाली एक अन्य विधि में उन्हें इतना गर्म करने का प्रयास किया जाता है कि वे एक दूसरे से टकराएं, जिससे तुरन्त ही आघात तरंगें उत्पन्न होती हैं, जो हाइड्रोजन परमाणुओं को एक साथ धकेल देती हैं।

एक अच्छा उदाहरण है अमेरिकी राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा (एनआईएफ), जो 192 शक्तिशाली लेजर किरणों को एक पेंसिल इरेज़र के आकार के लक्ष्य पर निर्देशित, प्रवर्धित, परावर्तित और केंद्रित करता है। यह एक स्थान पर 500 ट्रिलियन वाट की अधिकतम शक्ति प्रदान करता है।

स्रोत: ब्रिटिश

यह दूसरा मुख्य डिजाइन है जिसके बारे में माना जाता है कि यह एक दिन व्यवहार्य वाणिज्यिक संलयन प्रदान कर सकता है।

चुंबक आधारित संलयन जटिल गणित और सुपरकंडक्टर सामग्री विज्ञान के साथ संघर्ष करता है। लेजर-प्रेरित संलयन ऊर्जा को ठीक से वितरित करने और संलयन के लिए ईंधन को पर्याप्त रूप से सघन और समरूप रखने में संघर्ष करता है।

इलेक्ट्रिक पुश

कृत्रिम रूप से संलयन प्राप्त करने का एक अंतिम संभव तरीका है विद्युत धाराओं का उपयोग करके प्लाज्मा को और अधिक कसने वाला चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करना, या चुम्बकीय लक्ष्य संलयन (एमटीएफ).

ऐसी ही एक विधि है जेड चुटकी, एक अन्य विधि वायवीय पिस्टन और प्लाज्मा के इंजेक्शन का उपयोग करती है। एक कण त्वरक भी शायद उसी सिद्धांत को प्राप्त कर सकता है।

स्रोत: आईईईई

सामान्यतः, ये डिजाइन टोकामक या लेजर-आधारित संलयन की तुलना में बहुत अधिक कॉम्पैक्ट होते हैं।

विशेष रूप से, यह वह दृष्टिकोण है जिसे निजी संलयन कंपनियां पसंद करती हैं जैसे सामान्य संलयन और Helion.

वाणिज्यिक संलयन के लिए कदम

पैदावार

जैसा कि ऊपर बताया गया है, संलयन अभी भी एक प्रयोगात्मक क्षेत्र है, तथा व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य डिजाइन की दिशा में अभी तक कोई स्पष्ट रास्ता नहीं है।

कुल मिलाकर, संलयन रिएक्टरों की उत्पादकता में सुधार हो रहा है, जिसका अर्थ है कि वे संलयन को सक्रिय करने के लिए उनमें डाली गई ऊर्जा से क्रमशः अधिक संलयन ऊर्जा उत्पन्न करने लगे हैं।

2022 में, यूएस नेशनल इग्निशन फैसिलिटी के शोधकर्ताओं ने घोषणा की कि वे “एक ऐसी प्रतिक्रिया उत्पन्न हुई जिससे जितनी ऊर्जा उन्होंने लगाई थी उससे अधिक ऊर्जा उत्पन्न हुई".

व्यवहार में, यह दावा थोड़ा भ्रामक है: लेजर-संचालित डिजाइन ने वास्तव में 2.05 मेगाजूल ऊर्जा प्रदान की और संलयन के माध्यम से 3 मेगाजूल ऊर्जा का सृजन किया।

यह इस तथ्य की अनदेखी करता है कि 2.05 मेगाजूल का लेजर बनाने के लिए, इन लेजर किरणों को बनाने के लिए कुल 322 मेगाजूल ऊर्जा के बराबर बिजली की खपत हुईइसलिए व्यवहार में, कुल ऊर्जा रिटर्न अभी भी उस मॉडल के साथ "वास्तविक" सकारात्मक रिटर्न बनाने के लिए 100 गुना कम है। और व्यवहार में इससे भी कम है क्योंकि, निश्चित रूप से, उत्पन्न सभी गर्मी को वापस बिजली में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है।

फिर भी यह एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर और प्रभावशाली उपलब्धि है।

प्लाज्मा स्थिरता और प्रतिक्रिया अवधि

मुख्य भाग एक आत्मनिर्भर संलयन प्रतिक्रिया की स्थिति का आकलन करना होगा, जहां पिछली ऊर्जा रिलीज अधिक संलयन को ट्रिगर करने के लिए पर्याप्त है। हाल ही तक, संलयन प्रतिक्रियाएं अधिकतम कुछ दर्जन सेकंड तक चलती थीं। भविष्य के व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य रिएक्टर में, अधिक स्थिर प्लाज्मा की बदौलत ऐसी प्रतिक्रियाएं दर्जनों मिनट या घंटों तक चल सकती हैं।

यह कई लोगों की अपेक्षा से कहीं अधिक निकट हो सकता है, फ्रांस में वेस्ट (टंगस्टन (W) एनवायरनमेंट इन स्टेडी-स्टेट टोकामाक) डिवाइस द्वारा 6 मिनट लंबे पूरे संलयन का नया रिकॉर्ड बनाया गया.

यह दर्शाता है कि कैसे टंगस्टन जैसी उन्नत सामग्रियों का अभिनव उपयोग शास्त्रीय संलयन रिएक्टर डिज़ाइनों पर भारी सुधार का मार्ग प्रशस्त कर सकता है। आप हमारे लेख में टंगस्टन और इस क्षेत्र में मुश्किल से मिलने वाले निवेश अवसरों के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं “टंगस्टन - गुप्त हाई-टेक धातु".

सस्ते सुपरकंडक्टर

यह कदम विशेष रूप से चुंबक-आधारित संलयन रिएक्टर डिजाइनों के लिए आवश्यक है, लेकिन अन्य के लिए भी, क्योंकि पावर स्तरों के लिए आमतौर पर सिस्टम में कहीं न कहीं कुछ सुपरकंडक्टर सामग्रियों का उपयोग करना आवश्यक होता है।

सौभाग्य से, बेहतर सुपरकंडक्टर या यहां तक ​​कि कमरे के तापमान पर सुपरकंडक्टर तकनीक भी तेजी से आगे बढ़ रही है। आप हमारे लेख में उस विषय का विवरण पढ़ सकते हैं “अतिचालकता में प्रगति एक नई तकनीकी क्रांति का मार्ग प्रशस्त कर रही है".

AI

प्लाज्मा पदार्थ की एक अविश्वसनीय रूप से जटिल अवस्था है, जो अन्य 3 (ठोस, तरल, गैस) से बहुत अलग है। यह अत्यधिक गर्म होता है और कुल मिलाकर, बहुत जल्दी अस्थिर हो जाता है।

अस्थिर प्लाज्मा रिएक्टर में लंबे समय तक सीमित नहीं रहता, जिससे नाभिकीय संलयन प्रक्रिया बाधित हो जाती है।

क्षतिपूर्ति के लिए, परमाणु रिएक्टर चुंबक प्लाज्मा को लगातार स्थिर करने की कोशिश करते हैं, चुंबकीय क्षेत्र को वास्तविक समय में समायोजित करते हैं। उनके साथ जुड़े गणित दिमाग को चकरा देने वाले जटिल हैं, और यहां तक ​​कि सुपरकंप्यूटर भी उनके साथ संघर्ष कर सकते हैं, खासकर अगर उन्हें रिएक्टर के चुंबक को सही प्रतिक्रिया देने के लिए उन्हें जल्दी से निष्पादित करने की आवश्यकता होती है।

जैसा कि हमने हाल ही में एक लेख में बताया था, एआई में प्रगति के कारण इसमें बदलाव आ सकता है।वहां, हमने बताया कि कैसे एआई ने प्लाज्मा में अस्थिरता के उद्भव को 300 एमएस पहले ही पूर्वानुमानित करना सीख लिया।

"हमें अब अस्थिरता उत्पन्न होने का इंतजार नहीं करना होगा और फिर प्लाज्मा के बाधित होने से पहले त्वरित सुधारात्मक कार्रवाई करनी होगी।"

सुरक्षा

नाभिकीय संलयन स्वाभाविक रूप से नाभिकीय विखंडन से कहीं ज़्यादा सुरक्षित है। जब प्लाज़्मा फैलता है तो संलयन प्रतिक्रिया अपने आप रुक जाती है, जिसका मतलब है कि बेकाबू श्रृंखला प्रतिक्रिया का कोई जोखिम नहीं है।

हालाँकि, बड़े पैमाने पर ऊर्जा स्रोत बनने से पहले, परमाणु संलयन को अभी भी कुछ सुरक्षा मुद्दों से निपटना होगा:

• कई रिएक्टर डिज़ाइन ट्रिटियम का उपयोग करते हैं, क्योंकि ये संलयन अभिक्रियाएँ ड्यूटेरियम-ड्यूटेरियम संलयन की तुलना में अधिक आसानी से शुरू हो जाती हैं। हालाँकि, ट्रिटियम रेडियोधर्मी है, इसलिए किसी भी रिएक्टर की विफलता से (छोटा) रेडियोधर्मी संदूषण हो सकता है।
• प्लाज्मा अस्थिरता और उच्च ऊर्जा भौतिकी में एक अंतर्निहित जोखिम होता है। निरंतर बिजली उत्पादन संचालन के दौरान ऑपरेटरों को सुरक्षित रखने और रिएक्टर को बिना नुकसान पहुँचाए रखने के लिए अच्छी सुरक्षा प्रक्रियाओं और संभवतः डिज़ाइन अनुकूलन की आवश्यकता होगी।
• परमाणु संलयन कभी-कभी न्यूट्रॉन उत्पन्न करता है, जो धीरे-धीरे रिएक्टर की दीवार को रेडियोधर्मी कचरे में बदल देगा। हालांकि मात्रा में कम, इन कचरे को घटकों या पूरे रिएक्टर के अंतिम जीवन में ठीक से संसाधित करने की आवश्यकता होगी।

अभिवाही विषय

अंतरिक्ष संलयन प्रणोदन

वर्तमान में, परमाणु संलयन को मुख्य रूप से पृथ्वी पर बिजली उत्पादन में इसकी क्षमता के लिए अपनाया जाता है। एक अन्य क्षेत्र जिसे परमाणु संलयन में महारत हासिल करने से बहुत लाभ होगा, वह है अंतरिक्ष अन्वेषण और उपनिवेशीकरण।

ईंधन द्रव्यमान की तुलना में इसकी अत्यधिक उच्च दक्षता, तथा अत्यंत उच्च तापमान के कारण, नाभिकीय संलयन रिएक्टर गहरे अंतरिक्ष प्रणोदन प्रणालियों के लिए आदर्श होते हैं।

सिद्धांत रूप में, यह बहुत तेज़ गति और यात्रा समय प्रदान कर सकता है, साथ ही इसमें ईंधन की कम आवश्यकता होती है, और रासायनिक या परमाणु विखंडन इंजन जैसे विकल्पों की तुलना में चालक दल के लिए अधिक सुरक्षा होती है। अंतरिक्ष में हाइड्रोजन की पहुँच में आसानी और प्रचुरता एक अतिरिक्त लाभ है।

व्यावहारिक रूप से, एक संलयन रिएक्टर को इतना छोटा और हल्का बनाना कि वह अंतरिक्ष यान में फिट हो सके, चुनौतीपूर्ण हो सकता है, भले ही हम पृथ्वी पर इसके डिजाइन में निपुणता हासिल कर लें।

क्या परमाणु संलयन व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य हो जाएगा, इससे परमाणु ऊर्जा की संभावना में पूरी तरह से क्रांति आ जाएगी? अंतरिक्ष आधारित अर्थव्यवस्था (जिस पर हम अपने लेख में संलयन के साथ और बिना संलयन के चर्चा करेंगे), और तुरन्त ही मानवजाति को अंतरिक्ष यात्रा करने वाली प्रजाति बना देगा।

ठंडा गलन

कोल्ड फ़्यूज़न एक विवादास्पद विषय है। अवधारणा के अनुसार, यह विचार है कि कम तापमान पर प्लाज़्मा के बिना परमाणु संलयन प्राप्त किया जा सकता है।

प्रस्तावित विधि में ऐसे पदार्थों का उपयोग करना शामिल है जो आकार इस तरह बदलते हैं कि हाइड्रोजन परमाणु फंस जाते हैं और आपस में मिल जाते हैं। इसे प्राप्त करने के लिए पैलेडियम, एर्बियम और टाइटेनियम जैसी हाइड्रोजन-युक्त धातुओं का प्रस्ताव किया गया है।

1989 में, शोधकर्ता स्टेनली पोंस और मार्टिन फ्लेशमैन ने इस तरह के संलयन को प्राप्त करने का दावा किया था। दुर्भाग्य से, वैज्ञानिक समुदाय द्वारा निष्कर्षों को दोहराने की वर्षों की कोशिशें अब तक असफल रही हैं, जिसके कारण खराब गुणवत्ता वाले विज्ञान या यहां तक ​​कि सीधे धोखाधड़ी के आरोप लग सकते हैं।

निम्नलिखित विवाद इस अवधारणा की छवि को स्थायी रूप से नुकसान पहुंचाएगा। फिर भी इस पर अभी भी कुछ वैज्ञानिकों द्वारा काम किया जा रहा है, आमतौर पर निम्न ऊर्जा परमाणु प्रतिक्रिया (LENR), संघनित पदार्थ परमाणु विज्ञान (CMNS), या रासायनिक रूप से सहायता प्राप्त परमाणु प्रतिक्रिया (CANR) के नाम से।

2020 के दशक में इस क्षेत्र में नए सिरे से रुचि पैदा हुई है, जो गैर-गंभीर शोध के कलंक से आगे बढ़ने की कोशिश कर रही है। उल्लेखनीय रूप से, अमेरिकी सरकारी एजेंसी ARPA-E ने 2023 में निम्न-ऊर्जा परमाणु प्रतिक्रियाओं (LENR) पर शोध करने वाले समूहों को वित्तपोषित करने के लिए कुछ अनुदानों की घोषणा की है।, निम्नलिखित 2020 में नासा के शोधकर्ताओं द्वारा प्राप्त किए गए दिलचस्प परिणाम.

कोल्ड फ़्यूज़न वर्तमान में बहुत अनिश्चित और अटकलबाज़ी भरा है। हालाँकि, इस क्षेत्र में गंभीर और अच्छी तरह से वित्तपोषित अनुसंधान की वापसी से स्थिति स्पष्ट हो सकती है और यह निर्धारित हो सकता है कि क्या यह परमाणु संलयन को प्राप्त करने की दिशा में एक व्यवहार्य मार्ग बन सकता है।

बबल फ्यूजन

एक अन्य विचार यह है कि जब बुलबुले ढहते हैं तो उनमें नाभिकीय संलयन हो सकता है; उदाहरण के लिए, अल्ट्रासाउंड के संपर्क में आने पर पानी में बुलबुले बन सकते हैं, इस विचार को कभी-कभी सोनोफ्यूजन भी कहा जाता है।

सिद्धांत रूप में, तरल पदार्थ में बुलबुले के ढहने से पैदा होने वाली शॉकवेव इतनी शक्तिशाली हो सकती है कि वह संलयन का कारण बन सकती है, जो लेजर द्वारा प्रेरित शॉकवेव से बिलकुल अलग नहीं है। यह इस घटना की व्याख्या कर सकता है sonoluminescence (जब बुलबुला फटता है तो प्रकाश का उत्सर्जन अभी तक समझा नहीं जा सका है)।

यह विचार शीत संलयन की तरह ही विवादास्पद है, तथा इसके मुख्य प्रवर्तक की व्यापक रूप से आलोचना की गई है।.

हालाँकि, यह विचार उतना मृत नहीं है जितना कि पिछले दो दशकों के विवाद से प्रतीत होता है।

मई 2024 में, “ड्यूटेरेटेड टाइटेनियम पाउडर के ध्वनिक गुहिकायन के दौरान न्यूट्रॉन उत्सर्जन का अवलोकन“, अति-प्रतिष्ठित पत्रिका नेचर में प्रकाशित, ने टाइटेनियम कणों के साथ मिश्रित भारी पानी के बुलबुलों के साथ संभावित संलयन घटनाओं का पता लगाने का दावा किया है।

हम कई घंटों तक न्यूट्रॉन उत्पादन को बनाए रखने में सक्षम थे और विभिन्न परिस्थितियों में कई बार प्रयोग को दोहराया। हमारा अनुमान है कि देखे गए न्यूट्रॉन टाइटेनियम जाली में घुले ड्यूटेरियम आयनों के परमाणु संलयन से उत्पन्न होते हैं, जो टकराने वाले कैविटेशन जेट की यांत्रिक क्रिया के कारण होता है।

टाइटेनियम जाली (जैसे शीत संलयन में) का गुहिकायन (बुलबुले) के साथ मिश्रण बहुत ही दिलचस्प है, और एक बहुत ही गंभीर समकक्ष-समीक्षित पत्रिका में प्रकाशन से इस क्षेत्र में रुचि फिर से जागृत हो सकती है, और शायद "शीत-बुलबुला संलयन" एक अप्रत्याशित वैज्ञानिक सफलता हो सकती है।

निजी क्षेत्र का प्रवेश

अपनी स्थापना के बाद से ही प्लाज्मा भौतिकी और नाभिकीय संलयन के क्षेत्र ज्यादातर सार्वजनिक वित्त पोषण से सरकारी अनुसंधान द्वारा संचालित रहे हैं।

यह समझ में आता है, क्योंकि वे परमाणु हथियार विकास कार्यक्रमों के लिए अत्यधिक उपयोगी थे, उदाहरण के लिए, अमेरिकी राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा को शुरू में परमाणु संलयन का पता लगाने की तुलना में परमाणु हथियार परीक्षणों को बदलने के लिए विकसित किया गया था।

विज्ञान के एक ऐसे क्षेत्र के रूप में, जिसमें प्रत्यक्ष वाणिज्यिक अनुप्रयोग नहीं है, संलयन के लिए वित्तपोषण ज्यादातर सार्वजनिक और शैक्षणिक क्षेत्रों से ही होना था।

यह परिवर्तन तीन कारकों के अभिसरण के कारण हो रहा है:

1. इस क्षेत्र में दशकों के अनुभव ने मुफ्त में उपलब्ध ज्ञान और प्रशिक्षित वैज्ञानिकों का एक बड़ा भंडार तैयार किया है, जो वाणिज्यिक कंपनियों के लिए काम कर सकते हैं।
2. परमाणु संलयन पहले से कहीं ज़्यादा व्यावसायिक रूप से हासिल होने के करीब है, जिससे निवेशकों का उत्साह बढ़ रहा है। और निवेश की “मूनशॉट” शैली अब लोकप्रिय हो रही है, परमाणु संलयन शायद क्षुद्रग्रह खनन के साथ अंतिम मूनशॉट हो सकता है, जो क्रमशः ऊर्जा और कच्चे माल की कमी की समस्याओं को स्थायी रूप से हल कर सकता है।
3. जलवायु परिवर्तन, भूराजनीति और संसाधनों का ह्रास, सभी मिलकर ऊर्जा के प्रचुर कार्बन-तटस्थ स्रोत की मांग बढ़ा रहे हैं।

इसलिए परमाणु संलयन प्रयासों की एक नई लहर अब निजी कंपनियों द्वारा संचालित की जा रही है, जो रिएक्टर डिजाइनों को मूल सिद्धांतों से पुनः तैयार करने, नए तरीकों की जांच करने, तथा संलयन क्षेत्र के लिए वही सब दोहराने का प्रयास कर रही हैं जो स्पेसएक्स जैसी कंपनियों ने अंतरिक्ष उड़ान के लिए हासिल किया है (जैसे कि पहले असंभव समझे जाने वाले रॉकेट की पुनः प्रयोज्यता)।

फ्यूजन कंपनियां

वर्तमान में, परमाणु संलयन को व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य बनाने के लिए समर्पित कोई भी कंपनी सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध नहीं है। Helion, सामान्य संलयन, कॉमनवेल्थ फ्यूजन, टीईए टेक्नोलॉजीज, जैप एनर्जी, और NEO फ्यूजन। आप एक पा सकते हैं डीलरूम के समर्पित पेज पर परमाणु संलयन क्षेत्र में स्टार्टअप्स की विस्तृत सूची.

1. सामान्य संलयन

जनरल उन स्टार्टअप्स में से एक है जो संलयन को सार्वजनिक रूप से वित्तपोषित भौतिकी परियोजना के बजाय निजी क्षेत्र का उद्यम बनाने की दिशा में अग्रणी है।

कंपनी की स्थापना 2002 में मैग्नेटाइज्ड टारगेट फ्यूजन (एमटीएफ) प्रौद्योगिकी विकसित करने के लिए की गई थी।

कंपनी को उम्मीद है कि एमटीएफ ऊर्जा-सकारात्मक संलयन के लिए एक छोटा रास्ता होगा और यह बहुत कम खर्चीला होगा। जनरल फ्यूजन दुनिया की पहली कंपनी थी जिसने 2010 में पावर प्लांट पैमाने पर कॉम्पैक्ट टोरॉइड प्लाज्मा इंजेक्टर का निर्माण और कमीशन किया था और तब से अब तक कई मील के पत्थर हासिल किए हैं.

स्रोत: सामान्य संलयन

कंपनी का लक्ष्य 100 में 2025 मिलियन डिग्री सेल्सियस तापमान के साथ संलयन तक पहुंचना और 2026 में ऊर्जा ब्रेकईवन (परमाणु संलयन से सकारात्मक रिटर्न) की ओर बढ़ना है। इससे पहले, 1/5^th स्केल मॉडल 2023 में बनाया गया था और इसका प्रदर्शन कंप्यूटर मॉडल से अपेक्षाओं से मेल खाता था।

कुल मिलाकर, जनरल फ्यूजन ने अपने अंतिम डिजाइन की प्रत्येक मुख्य प्रौद्योगिकी को चरणबद्ध तरीके से तैयार करने में दो दशक लगा दिए हैं, प्रत्येक का परीक्षण किया है और कम से कम अब तक इस विचार को सफलतापूर्वक प्रमाणित किया है।

एक निजी कंपनी के रूप में, इसे ITER जैसी अंतरराष्ट्रीय परियोजनाओं के विपरीत, किसी भी डिज़ाइन परिवर्तन पर चर्चा और बातचीत करने की ज़रूरत नहीं थी। यह अपनी योग्यता के आधार पर तकनीक भी चुन सकता था, बिना यह तय किए कि किसी विशेष देश को राजनीतिक कारणों की परवाह किए बिना अनुबंध मिलना चाहिए या नहीं।

स्रोत: सामान्य संलयन

यही कारण है कि कई लोग यह उम्मीद करते हैं कि जनरल फ्यूजन और उसके कुछ प्रतिस्पर्धी ऐसी बड़ी सरकारी परियोजनाओं का प्रबंधन कर लेंगे, जो शायद नहीं कर पाएंगे।

2. लॉकहीड मार्टिन कॉर्पोरेशन

निजी तौर पर सूचीबद्ध स्टार्टअप्स के क्षेत्र में वर्चस्व का एक उल्लेखनीय अपवाद सार्वजनिक रूप से कारोबार करने वाली कंपनी है लॉकहीड मार्टिन कॉर्पोरेशन, रक्षा उद्योग की एक दिग्गज कंपनी।

लॉकहीड 2010 के दशक की शुरुआत से काम कर रहा था कॉम्पैक्ट फ्यूजन, एक परमाणु संलयन रिएक्टर जिसके 2020 के दशक तक तैयार होने की उम्मीद थी। हालाँकि, तब से यह घोषणा की गई है कि परियोजना पर काम 2021 में रोक दिया गया था।

कंपनी ने इस परियोजना के बारे में बहुत ही सावधानी से शुरूआती सार्वजनिक घोषणा की थी। आज तक यह स्पष्ट नहीं हो पाया है कि कंपनी को इस विचार को छोड़ने के लिए किस बात ने प्रेरित किया।

साथ ही, ऐसा लगता है कि इसने अवधारणा को पूरी तरह से त्याग नहीं दिया है, विशेष रूप से 2024 में हेलिसिटी में निवेश के साथ, एक स्टार्टअप जो एक फ्यूजन इंजन विकसित कर रहा है.

इस विचार का उद्देश्य संलयन के छोटे विस्फोटों के साथ अंतरिक्ष यान को आगे बढ़ाना है। हेलिसिटी प्लाज़्मा गन का उपयोग करने की योजना बना रही है, वही तरीका जो जनरल फ्यूजन ने अपनाया है।

संभवतः, लॉकहीड के अपने आंतरिक परिणामों से पता चला है कि उनका डिजाइन ऊर्जा उत्पादन के अनुकूल तरीके से संलयन को बनाए नहीं रख सकता।

लेकिन शायद इसी समय, अंतरिक्ष में प्रणोदन की आवश्यकता के लिए छोटे विस्फोट पर्याप्त हैं और वास्तविक उत्पाद बनने के बहुत करीब हैं? यह कंपनी के समग्र एयरोस्पेस और रक्षा-केंद्रित प्रोफ़ाइल के साथ भी बेहतर फिट होगा।

3. TAE टेक्नोलॉजीज

पहले ट्राई अल्फा एनर्जी के नाम से जानी जाने वाली कैलिफोर्निया स्थित यह कंपनी फ्यूजन एनर्जी तकनीक विकसित करने पर केंद्रित है। TAE टेक्नोलॉजीज वर्तमान में अपने फ्यूजन प्लेटफॉर्म, नॉर्मन को कोपरनिकस नामक छठी पीढ़ी की मशीन में अपग्रेड कर रही है।

स्रोत: TAE

टीएई प्रौद्योगिकी प्लाज्मा में ऊर्जा डालने के लिए कण त्वरक पर निर्भर करती है और “एक गाढ़ा करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करती है जो इसे अधिक प्रबंधनीय बनाती है”।

कंपनी कोपरनिकस के निर्माण में 3डी प्रिंटिंग का भी व्यापक रूप से उपयोग करती है, जिससे नए भागों का त्वरित पुनरावर्तन और समस्या-समाधान में तेज़ी आती है। उदाहरण के लिए, इसने कुछ रिएक्टर घटकों को पारंपरिक विनिर्माण के आधे वज़न पर प्रिंट करने में कामयाबी हासिल की।

स्रोत: TAE

अगर सब कुछ ठीक रहा, तो कंपनी को उम्मीद है कि वह 2030 के दशक की शुरुआत में अपना पहला प्रोटोटाइप पावर प्लांट बना लेगी, जो ग्रिड से जुड़ सकता है, और जिसका विस्तार करके "मजबूत और विश्वसनीय" वाणिज्यिक बिजली का विकास किया जाएगा, जो पूरे दशक तक जारी रहेगा। फ्यूजन के सीईओ मिचल बिंदरबाउर के अनुसार, यह हमें "प्रचुरता के प्रतिमान" में ले जाएगा।

पिछले 25 वर्षों से कंपनी "माइलस्टोन के आधार पर धन" मॉडल पर काम कर रही है, जहां प्रत्येक चरण का वित्तपोषण केवल निवेशकों को दिए गए वादे के आधार पर अर्जित किया जाता है।

2022 में, Google और Chevron ने कंपनी की $250 मिलियन की फंडिंग जुटाने के हिस्से के रूप में TAE Technologies में निवेश किया। Google वास्तव में एक दशक से TAE के साथ साझेदारी कर रहा है और कंपनी को AI और कम्प्यूटेशनल शक्ति प्रदान करता है।

कंपनी भी प्रदान करती है जीवन विज्ञान सेवाएँ (बोरोन न्यूट्रॉन कैप्चर थेरेपी-बीएनसीटी) और बैटरी और ई-मोबिलिटी जैसे ऊर्जा समाधान.

4. Helion

हीलियन का लक्ष्य ट्रिटियम के साथ संलयन पर ध्यान केंद्रित करने के अधिक सामान्य दृष्टिकोण के बजाय ड्यूटेरियम और हीलियम-3 के साथ संलयन करना है।

आम तौर पर हीलियम-3 को पाना बहुत मुश्किल होता है। लेकिन हीलियन के पास अपने रिएक्टर में ड्यूटेरियम से इसे बनाने का एक तरीका है। अन्यथा, चंद्रमा पर इसके लिए अप्रमाणित खनन जैसे विकल्पों की शायद ज़रूरत होती।

संलयन क्षेत्र के अधिकांश निजी उपक्रमों की तरह हीलियन भी प्लाज्मा इंजेक्शन प्रौद्योगिकी का उपयोग करता है।

इसकी एक अन्य अनूठी विशेषता प्लाज्मा से सीधे विद्युत प्राप्त करना है, जिसमें फैराडे के नियम का उपयोग करके विद्युत धारा प्रेरित की जाती है, तथा परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में प्रचलित भाप तापन चक्र को सीधे छोड़ दिया जाता है।

यह कदम काफी साहसिक है, लेकिन इससे भविष्य के बिजली संयंत्रों की उत्पादकता 2-3 गुना बढ़ सकती है, क्योंकि गर्मी से भाप से बिजली में रूपांतरण आमतौर पर बहुत कम दक्षता वाला होता है। यह एक बहुत ही पूंजीगत व्यय-गहन प्रक्रिया भी है।

हेलियन के फ्यूजन पावर प्लांट में ईंधन की लागत नगण्य, परिचालन लागत कम, अप-टाइम अधिक और प्रतिस्पर्धी पूंजी लागत होने का अनुमान है। हमारी मशीनों को पूंजीगत उपकरणों पर बहुत कम लागत की आवश्यकता होती है क्योंकि हम फ्यूजन को इतनी कुशलता से कर सकते हैं और हमें बड़े स्टीम टर्बाइन, कूलिंग टावर या पारंपरिक फ्यूजन दृष्टिकोण की अन्य महंगी आवश्यकताओं की आवश्यकता नहीं होती है।

हेलिओन वर्तमान में संचालित है तीस, यह 6 है^th यह 10,000 से अधिक स्पंदों और 100 मिलियन डिग्री सेल्सियस तापमान प्राप्त करने वाला रिएक्टर है।

स्रोत: Helion

यह वर्तमान में आगे बढ़ रहा है पोलरिसउम्मीद है कि इसका अगला मॉडल ट्रेंटा की तुलना में 100 गुना अधिक तेजी से काम करेगा, जिससे यह शुद्ध विद्युत उत्पादन करने वाला पहला परमाणु संलयन होगा।

यह ध्यान देने योग्य है कि पोलारिस की लंबाई 19 मीटर होगी, जो अन्य पारंपरिक संलयन रिएक्टर डिजाइनों की तुलना में बहुत अधिक विशाल नहीं है।