नाभिकीय संलयन: स्वच्छ ऊर्जा की संभावनाएं और व्यावसायिक उपयोग की चुनौतियां

तारों की शक्ति

परमाणु ऊर्जा को लेकर लोगों की राय बंटी हुई है। चेरनोबिल और फुकुशिमा जैसी दुर्घटनाओं ने सुरक्षा और रेडियोधर्मी कचरे की चिंताओं को बढ़ाया है।

दूसरी ओर, समर्थक इसकी उच्च ऊर्जा सघनता, कम कार्बन उत्सर्जन और स्थिर बिजली आपूर्ति की क्षमता पर जोर देते हैं।

परमाणु ऊर्जा संभवतः हमारे भावी ऊर्जा मिश्रण का हिस्सा होगी, खासकर जब चौथी पीढ़ी के परमाणु रिएक्टर विकसित हो रहे हैं। इन डिजाइनों का लक्ष्य सुरक्षा, दक्षता और ईंधन उपयोग में सुधार करना है।

मौजूदा बिजली रिएक्टर मुख्यतः नाभिकीय विखंडन पर आधारित हैं। इसमें यूरेनियम और प्लूटोनियम के कुछ भारी समस्थानिकों के नाभिक टूटकर ऊर्जा छोड़ते हैं। थोरियम-232 को पहले विखंडनीय यूरेनियम-233 में बदलकर ईंधन चक्र में इस्तेमाल किया जा सकता है।

परमाणु ऊर्जा का दूसरा रूप नाभिकीय संलयन है। इसमें हल्के नाभिक मिलकर भारी नाभिक बनाते हैं।

तारों में ऊर्जा का स्रोत संलयन है। हमारा सूर्य हर सेकंड लगभग 60 करोड़ टन हाइड्रोजन को रूपांतरित करता है। इस दर पर पृथ्वी के द्रव्यमान जितनी हाइड्रोजन के रूपांतरण में लगभग 3.15 लाख वर्ष लगेंगे, न कि 70 हजार वर्ष।

इस अर्थ में सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा, जैवभार और परोक्ष रूप से जीवाश्म ईंधन की ऊर्जा का बड़ा हिस्सा सूर्य में होने वाले संलयन से आता है।

पृथ्वी पर इस प्रक्रिया का एक छोटा हिस्सा नियंत्रित कर पाना अत्यंत प्रचुर ऊर्जा का रास्ता खोल सकता है। हाइड्रोजन ब्रह्मांड के सामान्य पदार्थ के द्रव्यमान का लगभग 74 % है, लेकिन पृथ्वी के संलयन संयंत्रों को विशिष्ट समस्थानिकों और ईंधन चक्रों की जरूरत होगी।

विखंडन बनाम संलयन

प्राकृतिक गैस या तेल के जलने पर अभिकारकों और उत्पादों के रासायनिक बंधों के पुनर्विन्यास से ऊर्जा निकलती है। प्रति इकाई द्रव्यमान यह नाभिकीय प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा से बहुत कम होती है।

उदाहरण के लिए, पूर्ण विखंडन होने पर 1 किलोग्राम यूरेनियम-235 लाखों किलोग्राम कोयले जितनी ऊर्जा दे सकता है। तुलना समस्थानिक, ईंधन के उपयोग और कोयले की गुणवत्ता पर निर्भर करती है। कुछ संलयन प्रतिक्रियाएं प्रति इकाई द्रव्यमान और अधिक ऊर्जा देती हैं।

नाभिक को तोड़ने और जोड़ने, दोनों से ऊर्जा कैसे मिल सकती है?

इसका कारण प्रति न्यूक्लिऑन बंधन ऊर्जा में अंतर है। बहुत भारी नाभिकों का विखंडन अधिक मजबूती से बंधे उत्पाद बना सकता है और ऊर्जा का अंतर बाहर निकलता है।

हल्के नाभिकों के संलयन से बने उत्पाद भी अधिक मजबूत बंधन वाले हो सकते हैं। अभिकारकों और उत्पादों के द्रव्यमान का छोटा अंतर ऊर्जा के रूप में निकलता है।

स्रोत: Nature

कुछ ईंधन चक्रों में संलयन प्रति इकाई द्रव्यमान विखंडन से कई गुना अधिक ऊर्जा दे सकता है। तीन से दस गुने जैसे अनुपात चुनी गई प्रतिक्रियाओं और तुलना के आधार पर निर्भर करते हैं।

पानी में ड्यूटेरियम और कुछ चक्रों में ट्रिटियम बनाने के लिए लिथियम की उपलब्धता बड़ा ईंधन आधार दे सकती है। इसका मतलब शाब्दिक रूप से असीम ऊर्जा या ब्रह्मांड के सभी पदार्थ तक आर्थिक पहुंच नहीं है।

सौरमंडल के गैसीय विशाल ग्रहों और अन्य पिंडों में भी बहुत हाइड्रोजन है, लेकिन वहां से ईंधन लाना वर्तमान बुनियादी ढांचे से बहुत आगे की बात है।

ये भंडार संभावित ऊर्जा की विशालता दिखाते हैं। वास्तविक आपूर्ति ईंधन के प्रकार, उसके उत्पादन और तकनीकी व आर्थिक व्यवहार्यता पर निर्भर होगी।

संलयन से बनने वाली हीलियम गैस विषैली या रासायनिक रूप से सक्रिय नहीं है। फिर भी संलयन स्वतः कचरामुक्त नहीं होता: ट्रिटियम और न्यूट्रॉन से सक्रिय हुए संरचनात्मक पदार्थों का सुरक्षित प्रबंधन जरूरी है।

संलयन कठिन है

संलयन से अभी तक व्यावसायिक बिजली क्यों नहीं मिल रही?

हाइड्रोजन के नाभिक धनावेशित होते हैं और एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। संलयन के लिए उन्हें पर्याप्त पास लाने हेतु उपयुक्त तापमान, घनत्व और परिरोधन समय चाहिए।

तारों का गुरुत्वाकर्षण संलयन के लिए जरूरी घनत्व और तापमान बनाए रखता है। बृहस्पति का द्रव्यमान किसी तारे की तरह हाइड्रोजन संलयन बनाए रखने के लिए पर्याप्त नहीं है।

पृथ्वी पर ये परिस्थितियां दूसरे तरीकों से बनानी और बनाए रखनी पड़ती हैं।

बीसवीं सदी के मध्य से नियंत्रित संलयन प्रयोग होते आए हैं। प्रतिक्रियाएं पैदा करना और शुद्ध बिजली देने वाला विश्वसनीय, किफायती संयंत्र बनाना अलग उपलब्धियां हैं।

(1952 में पहले ताप-नाभिकीय बम परीक्षण ने बड़े पैमाने पर संलयन दिखाया, लेकिन विस्फोट सुरक्षित बिजली उत्पादन का उपयुक्त तरीका नहीं है)।

कई स्थलीय डिजाइनों में प्लाज्मा का तापमान लगभग 10 करोड़ डिग्री सेल्सियस चाहिए। प्लाज्मा का घनत्व कम होता है और दीवारें इस तापमान पर नहीं होतीं, लेकिन तीव्र ऊष्मा प्रवाह व अस्थिरता उपकरणों को नुकसान पहुंचा सकते हैं।

इन चुनौतियों के कारण यह व्यंग्य प्रचलित हुआ कि “संलयन हमेशा भविष्य में 30 वर्ष दूर रहता है”।

गुरुत्वाकर्षण के विकल्प

मुख्य चुनौती ईंधन को गर्म, संपीड़ित और परिरोधित करने में लगी ऊर्जा से अधिक उपयोगी ऊर्जा पाना है। प्लाज्मा या लक्ष्य पर ऊर्जा लाभ पूरे संयंत्र के ऊर्जा संतुलन के बराबर नहीं है।

कई तरीके जांचे जा रहे हैं।

अनेक प्रयोगों में संलयन प्रतिक्रियाएं हुई हैं, लेकिन इससे यह साबित नहीं होता कि हर तरीका पूरे तंत्र में शुद्ध बिजली दे चुका है।

टोकामाक

टोकामाक चुंबकीय क्षेत्रों की मदद से प्लाज्मा को डोनट जैसे वलयाकार कक्ष में परिरोधित करते हैं।

यह प्रमुख अनुसंधान मार्गों में से एक है। शुरुआती टोकामाक 1950 के दशक में बने थे। इसी अवधारणा पर ITER  नामक बड़ा अंतरराष्ट्रीय संलयन अनुसंधान प्रकल्प आधारित है, जिसमें अनेक देश भाग लेते हैं।

स्रोत: DOE

ITER में काफी देरी हुई है। 2024 में घोषित संशोधित समय-सारणी में ड्यूटेरियम–ट्रिटियम प्रयोग 2039 के लिए प्रस्तावित थे। ITER एक प्रायोगिक सुविधा है, बिजली ग्रिड को ऊर्जा देने वाला संयंत्र नहीं।

अन्य चुंबकीय संलयन रिएक्टर

टोकामाक के अलावा स्टेलरेटर, स्फेरोमाक और अन्य चुंबकीय विन्यास भी हैं।

स्टेलरेटर में जटिल बाहरी कुंडलियां घुमावदार चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं। इससे लंबे समय तक संचालन में लाभ हो सकता है, लेकिन डिजाइन और निर्माण कठिन हैं। यह जटिलता ऐतिहासिक रूप से कंप्यूटर मॉडलिंग और निर्माण को अधिक चुनौतीपूर्ण बनाती रही है।

स्फेरोमाक  में प्लाज्मा के भीतर की धाराएं उसका चुंबकीय क्षेत्र बनाए रखने में योगदान देती हैं। इसका विन्यास और संचालन टोकामाक से अलग होता है।

सघन टोरॉइड  ऐसे विन्यासों को शामिल करते हैं जिनके केंद्र से कोई कुंडली नहीं गुजरती। चुंबक और स्थिरता की जरूरतें विशेष डिजाइन पर निर्भर करती हैं।

लेज़र

जड़त्वीय परिरोधन संलयन में लेज़र ईंधन की छोटी कैप्सूल को सीधे या परोक्ष रूप से गर्म करते हैं। बाहरी परत के तीव्र उत्सर्जन से भीतर का ईंधन संपीड़ित होता है और क्षण भर के लिए संलयन की परिस्थितियां बनती हैं।

इसका उदाहरण अमेरिका की नेशनल इग्निशन फैसिलिटी (NIF) है, जो 192 तक लेज़र किरणों को छोटे लक्ष्य पर केंद्रित करती है। चरम शक्ति लगभग 500 लाख करोड़ वाट हो सकती है, लेकिन यह बहुत छोटे पल्स के दौरान होती है और निरंतर बिजली उत्पादन नहीं है।

स्रोत: Britannica

जड़त्वीय संलयन संभावित व्यावसायिक संयंत्रों का दूसरा प्रमुख मार्ग है, जिसमें अभी बड़े इंजीनियरिंग प्रश्न बाकी हैं।

चुंबकीय परिरोधन में प्लाज्मा नियंत्रण, पदार्थ और चुंबकीय तकनीक महत्वपूर्ण हैं। लेज़र संलयन में सही ऊर्जा वितरण और पर्याप्त सममित ईंधन संपीड़न जरूरी है।

विद्युत धाराओं और चुंबकित लक्ष्यों से संपीड़न

कुछ तरीके विद्युत धारा से चुंबकीय क्षेत्र बनाकर प्लाज्मा संपीड़ित करते हैं। अन्य चुंबकित प्लाज्मा को यांत्रिक रूप से दबाते हैं, जैसे चुंबकित लक्ष्य संलयन (MTF)।

विद्युत धारा से संपीड़न का एक उदाहरण Z-pinch है। अन्य अवधारणाएं पिस्टन या दूसरे साधनों से पहले से बने प्लाज्मा को संपीड़ित करती हैं। ये एक ही तकनीक के अलग नाम नहीं हैं।

स्रोत: IEEE

इनमें कुछ अवधारणाएं बड़े टोकामाक या लेज़र तंत्रों की तुलना में छोटे संयंत्र बनाने का लक्ष्य रखती हैं।

वैकल्पिक तरीके विकसित करने वाली कंपनियों में General Fusion (GFUZ ) और Helion शामिल हैं। General Fusion यांत्रिक संपीड़न वाला MTF विकसित करती है, जबकि Helion का पल्स-आधारित विन्यास अलग है।

व्यावसायिक संलयन के चरण

ऊर्जा लाभ

संलयन अभी अनुसंधान और विकास का क्षेत्र है। व्यावसायिक संयंत्र के लिए प्रदर्शन, विश्वसनीयता और लागत का प्रमाण चाहिए।

प्रयोगों में ऊर्जा लाभ सुधरा है, लेकिन संख्याओं का अर्थ इस पर निर्भर है कि ऊर्जा कहां मापी गई।

2022 में NIF के शोधकर्ताओं ने घोषणा की किलक्ष्य को दी गई लेज़र ऊर्जा से अधिक संलयन ऊर्जा प्राप्त हुई।

प्रयोग में लक्ष्य तक 2.05 मेगाजूल लेज़र ऊर्जा पहुंची और लगभग 3.15 मेगाजूल संलयन ऊर्जा निकली। यह लक्ष्य पर लाभ था, पूरे संयंत्र में शुद्ध ऊर्जा लाभ नहीं।

लेज़र पल्स बनाने के लिए विद्युत खपत सैकड़ों मेगाजूल के स्तर पर थी। भविष्य के संयंत्र में ऊर्जा को बिजली में बदलने की हानियां, सहायक प्रणालियों की खपत और पल्स बार-बार दोहराने की जरूरत भी शामिल होगी।

इसके बावजूद इग्निशन हासिल करना महत्वपूर्ण वैज्ञानिक उपलब्धि थी।

प्लाज़्मा स्थिरता और प्रतिक्रिया अवधि

व्यावसायिक संयंत्र को नियंत्रित प्रतिक्रियाएं बनाए रखनी या दोहरानी होंगी और ऊर्जा उपयोगी रूप में निकालनी होगी। प्लाज्मा का स्व-तापन, गर्म प्लाज्मा का टिके रहना और शुद्ध बिजली उत्पादन अलग मापदंड हैं।

परिरोधन में प्रगति का एक उदाहरण फ्रांस के WEST टोकामाक में 2024 में 6 मिनट 4 सेकंड तक चला प्लाज्मा डिस्चार्ज है। यह शुद्ध ऊर्जा देने वाली स्व-निर्वाहक संलयन प्रतिक्रिया नहीं थी।

WEST टंगस्टन घटकों और प्लाज्मा के साथ उनकी अंतःक्रिया का अध्ययन भी करता है। इस धातु और संबंधित निवेश अवसरों पर पढ़ें: “टंगस्टन – उच्च तकनीक की महत्वपूर्ण धातु”।

सस्ते सुपरकंडक्टर

सुपरकंडक्टिंग चुंबक कुछ डिजाइनों में ऊर्जा खपत घटाकर तीव्र क्षेत्र बना सकते हैं। उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर आशाजनक हैं, लेकिन उन्हें भी शीतलन चाहिए। सामान्य दबाव और कमरे के तापमान पर काम करने वाला व्यावहारिक सुपरकंडक्टर इन रिएक्टरों के लिए स्थापित तकनीक नहीं है। इस विषय पर पढ़ें: “सुपरकंडक्टिविटी में प्रगति और नई तकनीकी क्रांति की संभावनाएं”।

एआई

प्लाज्मा पदार्थ की एक अवस्था है जिसमें आवेशित कण होते हैं। इसके गुण ठोस, द्रव और गैस से अलग होते हैं। संलयन में इसकी गतिशीलता जटिल अस्थिरताएं पैदा कर सकती है।

अस्थिरताएं परिरोधन बिगाड़ सकती हैं और संचालन रोक सकती हैं।

सेंसर और नियंत्रण प्रणालियां चुंबकीय क्षेत्र और दूसरे मानकों को वास्तविक समय में समायोजित करती हैं। इन परिवर्तनों का तेजी से अनुमान और नियंत्रण बड़ा कंप्यूटेशनल कार्य है।

एआई की प्रगति मदद कर सकती है, जैसा हमने हाल के एक लेख में बताया। उस अध्ययन में विशेष प्रयोगात्मक परिस्थितियों में कुछ अस्थिरताओं का लगभग 300 मिलीसेकंड पहले अनुमान लगाया गया।

शोधकर्ताओं के अनुसार, पहले अस्थिरता होने की प्रतीक्षा करके तुरंत सुधार करने के बजाय पहले से हस्तक्षेप की संभावना बनती है।

सुरक्षा

संलयन विखंडन जैसी स्व-निर्वाहक श्रृंखला प्रतिक्रिया पर निर्भर नहीं करता। तापमान और परिरोधन की परिस्थितियां बिगड़ने पर प्रतिक्रिया बंद हो जाती है। इससे कुछ जोखिम घटते हैं, लेकिन संयंत्र के सभी खतरे समाप्त नहीं होते।

सुरक्षा संबंधी प्रमुख विषय हैं:

• कई डिजाइन ड्यूटेरियम और ट्रिटियम इस्तेमाल करते हैं। ट्रिटियम रेडियोधर्मी है, इसलिए रोकथाम, निगरानी और पुनर्प्राप्ति प्रणालियां चाहिए। रिसाव का प्रभाव उसकी मात्रा और परिस्थितियों पर निर्भर होगा।
• प्लाज्मा अस्थिरता, तीव्र चुंबकीय क्षेत्र, अति-शीतलन, उच्च वोल्टेज और ऊष्मा प्रवाह के लिए उचित सुरक्षा व इंजीनियरिंग उपाय जरूरी हैं।
• ड्यूटेरियम–ट्रिटियम संलयन में बड़ी संख्या में न्यूट्रॉन बनते हैं, केवल कभी-कभार नहीं। ये दीवारों को नुकसान पहुंचा सकते हैं और पदार्थों को रेडियोधर्मी बना सकते हैं। कचरे की मात्रा और सक्रियता पदार्थ व डिजाइन पर निर्भर होगी।

संबंधित विषय

संलयन से अंतरिक्ष प्रणोदन

पृथ्वी पर बिजली उत्पादन के अलावा संलयन को संभावित अंतरिक्ष प्रणोदन तकनीक के रूप में भी जांचा जाता है।

ईंधन की उच्च विशिष्ट ऊर्जा कुछ मिशनों में रासायनिक प्रणोदन से बेहतर प्रदर्शन संभव बना सकती है।

सैद्धांतिक रूप से यात्रा समय और ईंधन द्रव्यमान घट सकते हैं। हालांकि सुरक्षा, विकिरण ढाल, ऊष्मा निकासी और सही समस्थानिकों की उपलब्धता महत्वपूर्ण रहेंगी।

पृथ्वी पर सफलता के बाद भी अंतरिक्षयान के लिए पर्याप्त हल्का, छोटा और विश्वसनीय तंत्र बनाना कठिन हो सकता है।

व्यावसायिक संलयन अंतरिक्ष-आधारित अर्थव्यवस्था की संभावनाएं बढ़ा सकता है, जिसका हमने यहां विश्लेषण किया है। लेकिन इससे मानवता तुरंत अंतरिक्ष में व्यापक रूप से बसने वाली सभ्यता नहीं बन जाएगी।

कोल्ड फ्यूजन

कोल्ड फ्यूजन अपेक्षाकृत कम तापमान पर पदार्थों के भीतर नाभिकीय प्रतिक्रियाएं हासिल करने की विवादास्पद परिकल्पना है।

कुछ प्रस्ताव पैलेडियम, एर्बियम और टाइटेनियम जैसी धातुओं की जाली में हाइड्रोजन या ड्यूटेरियम की जांच करते हैं। केवल धातु का आकार बदलने से उपयोगी संलयन ऊर्जा मिलने का प्रमाण इससे नहीं मिलता।

1989 में स्टैनली पॉन्स और मार्टिन फ्लेशमन ने ऐसे परिणाम घोषित किए जिन्हें उन्होंने संलयन माना। स्वतंत्र प्रयोगों में विश्वसनीय पुनरुत्पादन न होने से पद्धति पर आलोचना और अनुचित आचरण के आरोप लगे।

कुछ वैज्ञानिक LENR यानी निम्न-ऊर्जा नाभिकीय प्रतिक्रियाएं, CMNS यानी संघनित पदार्थ नाभिकीय विज्ञान और CANR यानी रासायनिक सहायता प्राप्त नाभिकीय प्रतिक्रियाओं जैसे नामों के अंतर्गत शोध करते रहे।

2020 के दशक में नई शोध पहल हुईं। अमेरिकी एजेंसी ARPA-E ने 2023 में LENR की जांच के लिए कई अनुसंधान अनुदान घोषित किए। अलग से, NASA के शोधकर्ताओं ने 2020 में ड्यूटेरियम वाली धातु जाली और बाहरी उच्च-ऊर्जा फोटॉन स्रोत के साथ प्रयोग प्रकाशित किए। इनमें बिना बाहरी ऊर्जा के शुद्ध ऊर्जा देने वाला कोल्ड फ्यूजन संयंत्र प्रदर्शित नहीं हुआ।

कोल्ड फ्यूजन अभी अनिश्चित है और इसकी स्थापित व्यावसायिक तकनीक नहीं है। किसी दावे का मूल्यांकन नियंत्रित प्रयोग और स्वतंत्र पुनरुत्पादन से होना चाहिए।

बुलबुला संलयन

एक अन्य प्रस्ताव ध्वनिक कैविटेशन में बुलबुलों के ढहने से संलयन की संभावना जांचता है। इसे कभी-कभी सोनोफ्यूजन कहा जाता है।

कैविटेशन स्थानीय स्तर पर तीव्र परिस्थितियां बना सकता है, लेकिन सोनोल्यूमिनेसेंस यानी बुलबुला ढहने पर प्रकाश का निकलना, अपने आप में नाभिकीय संलयन का प्रमाण नहीं है। इसकी व्याख्या के लिए नाभिकीय प्रतिक्रिया जरूरी नहीं।

बुलबुला संलयन के दावे और उनके प्रमुख प्रवर्तकों के परिणाम व्यापक विवाद व आलोचना का विषय रहे हैं।

इसलिए नए दावों में प्रयोग की परिस्थितियों, पृष्ठभूमि संकेतों और स्वतंत्र पुनरुत्पादन की सावधानी से जांच जरूरी है।

मई 2024 में “ड्यूटेरियमयुक्त टाइटेनियम पाउडर के ध्वनिक कैविटेशन के दौरान न्यूट्रॉन उत्सर्जन का अवलोकन” शीर्षक लेख Scientific Reports में प्रकाशित हुआ, मुख्य पत्रिका Nature में नहीं। लेखकों ने खनिज तेल में ड्यूटेरियमयुक्त टाइटेनियम पाउडर और भारी पानी की बूंदों के कैविटेशन के दौरान न्यूट्रॉन संकेत मिलने की रिपोर्ट दी।

लेखकों ने बताया कि संकेत कई घंटों तक मिले और अलग परिस्थितियों में प्रयोग दोहराया गया। उन्होंने परिकल्पना दी कि कैविटेशन जेट की यांत्रिक क्रिया से टाइटेनियम जाली में ड्यूटेरियम के नाभिक संलयित हो सकते हैं। यह उनका प्रस्तावित स्पष्टीकरण है, स्वतंत्र रूप से स्थापित तंत्र नहीं।

यह रिपोर्ट उपयोगी शुद्ध ऊर्जा या व्यावसायिक कोल्ड फ्यूजन का प्रमाण नहीं थी। जुलाई 2024 में प्रकाशित सुधार वित्तपोषण संबंधी जानकारी पर था। परिणामों की स्वतंत्र जांच जरूरी है।

निजी क्षेत्र में प्रवेश

प्लाज्मा और संलयन का अनुसंधान लंबे समय तक मुख्यतः सरकारी और अकादमिक वित्तपोषण से चला।

इसका नाभिकीय हथियार अनुसंधान से ऐतिहासिक संबंध भी है। NIF उच्च-ऊर्जा-सघनता भौतिकी और नए विस्फोटक परीक्षणों के बिना हथियार भंडार के आकलन में मदद के लिए बना, साथ ही इग्निशन अनुसंधान में भी योगदान करता है।

व्यावसायिक आय दूर और अनिश्चित होने के कारण सार्वजनिक संस्थानों ने शुरुआती शोध का बड़ा हिस्सा संभाला।

निजी निवेश बढ़ने के कुछ कारण हैं:

1. दशकों के शोध से ज्ञान और प्रशिक्षित विशेषज्ञों का बड़ा आधार तैयार हुआ है, जिसका कंपनियां उपयोग कर सकती हैं।
2. उच्च जोखिम और बड़े संभावित प्रभाव वाले दीर्घकालिक निवेशों में बढ़ती दिलचस्पी। संलयन और क्षुद्रग्रह खनन महत्वाकांक्षी उदाहरण हैं, लेकिन ऊर्जा या कच्चे माल की कमी को स्थायी रूप से समाप्त करने की गारंटी नहीं।
3. जलवायु परिवर्तन, ऊर्जा सुरक्षा और भू-राजनीति कम उत्सर्जन वाले प्रचुर ऊर्जा स्रोतों में रुचि बढ़ाते हैं।

निजी कंपनियां नए डिजाइन और वैकल्पिक तरीके जांच रही हैं। SpaceX (SPCX ) की पुनः उपयोग योग्य रॉकेट तकनीक से प्रेरणा ली जाती है, लेकिन संलयन की तकनीकी और आर्थिक चुनौतियां अलग हैं।

संलयन कंपनियां

2024 में प्रमुख संलयन विकास कंपनियां सामान्यतः गैर-सूचीबद्ध थीं। General Fusion जुलाई 2026 में Nasdaq पर सूचीबद्ध हुई, जिसका वर्तमान टिकर ऊपर दिखता है। क्षेत्र की कंपनियों में Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion Systems, TAE Technologies, ZAP Energy और NEO Fusion शामिल हैं। संलयन स्टार्टअप की विस्तृत सूची Dealroom के पृष्ठ पर उपलब्ध है।

1. General Fusion

General Fusion संलयन अनुसंधान को व्यावसायिक उद्यम में बदलने की कोशिश करने वाली कंपनियों में से एक है।

कंपनी की स्थापना 2002 में MTF तकनीक विकसित करने के लिए हुई थी।

कंपनी मानती है कि MTF अपेक्षाकृत छोटा और कम लागत वाला रास्ता बन सकता है। 2010 में उसने अपने डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण पैमाने का सघन टोरॉइड प्लाज्मा इंजेक्टर चालू किया और उसके बाद कई अन्य विकास मील के पत्थर बताए हैं।

स्रोत: General Fusion

2024 में घोषित योजना के अनुसार कंपनी 2025 में 10 करोड़ डिग्री सेल्सियस और 2026 में प्लाज्मा ऊर्जा संतुलन के करीब पहुंचना चाहती थी। ये लक्ष्य थे, हासिल परिणाम या शुद्ध बिजली की गारंटी नहीं। 2023 में पूर्ण आकार के पांचवें हिस्से के बराबर एक मॉडल जांचा गया था, जिसका प्रदर्शन कंपनी के अनुसार कंप्यूटर मॉडल से मेल खाता था।

कंपनी ने अपने मुख्य घटकों को क्रमशः विकसित और जांचा है। घटकों का परीक्षण पूरे व्यावसायिक संयंत्र की पुष्टि के बराबर नहीं है।

एक कंपनी ITER जैसे अंतरराष्ट्रीय समूह से अलग ढंग से डिजाइन निर्णय ले सकती है। फिर भी वित्तपोषण, आपूर्ति शृंखला और तकनीकी सत्यापन जरूरी हैं।

स्रोत: General Fusion

इस लचीलेपन से निजी कंपनियों की सफलता की उम्मीदें बढ़ती हैं, लेकिन पूरे तंत्र का प्रदर्शन व्यवहार में साबित होना बाकी है।

2. Lockheed Martin Corporation

संलयन अनुसंधान में भाग लेने वाली एक सूचीबद्ध कंपनी Lockheed Martin Corporation (LMT ) है, जो रक्षा उद्योग की बड़ी कंपनी है।

Lockheed ने 2010 के दशक की शुरुआत से Compact Fusion परियोजना पर काम किया और महत्वाकांक्षी समय-सारणी दी थी। बाद में परियोजना का काम 2021 में बंद होने की सूचना आई।

शुरुआती सार्वजनिक घोषणाओं के बाद कंपनी ने कम विवरण जारी किए। बंद होने का कोई एक निश्चित तकनीकी कारण सार्वजनिक जानकारी से स्थापित नहीं होता।

संबंधित अंतरिक्ष उपयोगों में रुचि बनी रही, जैसा 2024 में संलयन इंजन विकसित करने वाली Helicity Space में निवेश से दिखता है।

Helicity Space प्लाज्मा पल्स और संपीड़न वाला प्रणोदन विकसित करती है। अन्य शोध से कुछ समानताएं हैं, लेकिन यह General Fusion के समान डिजाइन नहीं है।

सार्वजनिक आंकड़ों के बिना यह नहीं कहा जा सकता कि किसी खास आंतरिक परिणाम ने पुराने Lockheed डिजाइन की ऊर्जा उत्पादन के लिए असफलता साबित की।

पल्स-आधारित प्रणोदन और निरंतर बिजली उत्पादन की आवश्यकताएं अलग हैं। इसलिए कुछ अंतरिक्ष उपयोग रोचक हो सकते हैं, लेकिन प्रदर्शन अभी भी जरूरी है।

3. TAE Technologies

पहले Tri Alpha Energy नाम वाली कैलिफोर्निया की TAE Technologies संलयन तकनीक विकसित करती है। 2024 की योजना में Norman से Copernicus प्लेटफॉर्म की ओर बढ़ना शामिल था।

स्रोत: TAE

TAE प्लाज्मा को ऊर्जा देने और बनाए रखने के लिए उदासीन कण पुंजों का उपयोग करती है। इसे “गाढ़ा करने वाला पदार्थ” कहना रूपक है, ईंधन में कोई रसायन मिलाने का वर्णन नहीं।

कंपनी घटकों के विकास में 3डी प्रिंटिंग भी इस्तेमाल करती है, जिससे तेजी से बदलाव और कुछ मामलों में पारंपरिक निर्माण से हल्के पुर्जे संभव होते हैं।

स्रोत: TAE

तत्कालीन योजना में TAE ने 2030 के दशक की शुरुआत में प्रोटोटाइप संयंत्र और उसके बाद व्यावसायिक विकास का लक्ष्य रखा था। ये वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग उपलब्धियों पर निर्भर अनुमान थे। CEO Michl Binderbauer ने लक्ष्य को “प्रचुरता का प्रतिमान” कहा।

कंपनी अपनी पूंजी जुटाने की पद्धति को विकास मील के पत्थरों से जोड़ती है, यानी निवेश दौर को हासिल प्रगति के आधार पर आगे बढ़ाना।

2022 में Google और Chevron (CVX ) ने TAE के 25 करोड़ डॉलर के निवेश दौर में भाग लिया। Google ने कंप्यूटिंग और एआई संबंधी सहयोग भी किया।

समूह जीवन-विज्ञान सेवाओं  में बोरॉन न्यूट्रॉन कैप्चर थेरेपी (BNCT) और बैटरी तथा विद्युत परिवहन जैसे ऊर्जा समाधानों में भी काम करता है।

4. Helion

Helion अधिक सामान्य ड्यूटेरियम–ट्रिटियम मार्ग के बजाय ड्यूटेरियम और हीलियम-3 वाला ईंधन चक्र विकसित करना चाहती है।

कंपनी अपने तंत्र में ड्यूटेरियम प्रतिक्रियाओं से हीलियम-3 बनाने का लक्ष्य रखती है। इसकी सीमित उपलब्धता चुनौती है, लेकिन चंद्रमा पर खनन ही एकमात्र विकल्प नहीं है।

Helion पल्स-आधारित तंत्र में प्लाज्मा बनाती, तेज करती, टकराती और संपीड़ित करती है। सभी निजी कंपनियां बिल्कुल एक ही प्लाज्मा इंजेक्शन तकनीक नहीं अपनातीं।

एक अन्य लक्ष्य प्लाज्मा से जुड़े चुंबकीय क्षेत्र में बदलाव से विद्युतचुंबकीय प्रेरण द्वारा सीधे बिजली पाना है, ताकि केवल भाप टर्बाइन वाले तापीय चक्र पर निर्भर न रहना पड़े।

सीधी ऊर्जा पुनर्प्राप्ति कुछ रूपांतरण हानियां और उपकरण घटा सकती है। इससे पूरे संयंत्र की दक्षता निश्चित रूप से दो या तीन गुनी होगी, यह केवल सिद्धांत से साबित नहीं होता।

Helion भविष्य के तंत्र में कम ईंधन व परिचालन लागत और बड़ी भाप टर्बाइन व कूलिंग टावर की कम जरूरत का अनुमान लगाती है। ये कंपनी की अपेक्षाएं हैं, सिद्ध व्यावसायिक लागतें नहीं।

2024 में वर्णित प्रायोगिक प्लेटफॉर्म Trenta उसकी छठी पीढ़ी का उपकरण था। कंपनी ने इसके 10 हजार से अधिक पल्स और 10 करोड़ डिग्री सेल्सियस तापमान हासिल करने की सूचना दी। यह शुद्ध बिजली उत्पादन का प्रदर्शन नहीं था।

स्रोत: Helion

अगला कदम Polaris था, जिसे Trenta से बहुत अधिक पल्स आवृत्ति पर चलाने और शुद्ध बिजली का परीक्षण करने के लिए डिजाइन किया गया। अधिक आवृत्ति का लक्ष्य पहले से हासिल ऊर्जा लाभ का प्रमाण नहीं है।

कंपनी ने Polaris की लंबाई लगभग 19 मीटर बताई, जो कुछ बड़े संलयन प्रयोगों की तुलना में छोटा है।