दैनिक धातुओं से भविष्य को शक्ति देना

पिछले कुछ वर्षों से फ्यूजन ऊर्जा समाचारों में बनी हुई है, और वैज्ञानिक समुदाय भविष्य के रिएक्टरों के बारे में चर्चा कर रहा है। लेकिन पर्दे के पीछे, कुछ सबसे सामान्य धातुएँ चुपचाप प्रयोगशाला से ग्रिड तक फ्यूजन की छलांग को संभव बना रही हैं। टंगस्टन, तांबा और लिथियम—वे तत्व जिनसे हम रोज़ाना संपर्क में रहते हैं—असीमित स्वच्छ ऊर्जा की खोज में अनिवार्य सिद्ध हो रहे हैं।

टंगस्टन टोकामाक WEST ने 6 मिनट का फ्यूजन रिकॉर्ड स्थापित किया

फ्यूजन ऊर्जा के एक बड़े मील के पत्थर के रूप में, फ्रांस में स्थित WEST (स्थिर-स्थिति टोकामाक में टंगस्टन (W) पर्यावरण) उपकरण ने नया रिकॉर्ड स्थापित किया है। WEST ने 50 मिलियन डिग्री सेल्सियस पर फ्यूजन प्लाज़्मा को छह मिनट तक बनाए रखा, जिसमें 1.15 गिगाजूल शक्ति इंजेक्ट की गई। इस उपलब्धि ने प्लाज़्मा घनत्व को दोगुना किया और WEST के पिछले रिकॉर्ड की तुलना में 15% अधिक ऊर्जा प्रदान की।

WEST को फ्रेंच वैकल्पिक ऊर्जा और परमाणु ऊर्जा आयोग (CEA) द्वारा संचालित किया जाता है। यह IAEA के लम्बी अवधि संचालन (CICLOP) कार्यक्रम के अंतर्राष्ट्रीय चुनौतियों के समन्वय का हिस्सा है। अमेरिकी ऊर्जा विभाग का Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) WEST और CICLOP के साथ दीर्घकालिक साझेदारी रखता है।

“हमें एक नई ऊर्जा स्रोत प्रदान करने की आवश्यकता है, और वह स्रोत निरंतर और स्थायी होना चाहिए। ये शानदार परिणाम हैं। इस टंगस्टन दीवार के कारण चुनौतीपूर्ण वातावरण में होने के बावजूद हमने एक स्थिर अवस्था प्राप्त कर ली है।”

– CEA वैज्ञानिक और CICLOP अध्यक्ष ज़ैवियर लिटौडॉन

फ्यूजन मूल बातें

फ्यूजन सूर्य और सितारों को शक्ति प्रदान करता है। यह तब होता है जब हाइड्रोजन जैसे हल्के तत्वों को अत्यधिक उच्च तापमान पर गरम किया जाता है, जिससे प्लाज़्मा बनता है। इस अवस्था में, प्लाज़्मा कण टकराते हैं और मिलते हैं, जिससे बड़ी मात्रा में ऊर्जा मुक्त होती है।

पृथ्वी पर, फ्यूजन उपकरण जिन्हें टोकामाक कहा जाता है, शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके प्लाज़्मा को डोनट-आकार के कक्ष में सीमित करते हैं। लक्ष्य एक स्व-स्थायी फ्यूजन प्रतिक्रिया हासिल करना है जो इनपुट ऊर्जा से अधिक ऊर्जा उत्पन्न करे, जिससे संभावित रूप से लगभग असीमित, सुरक्षित, कार्बन-रहित ऊर्जा स्रोत प्रदान हो सके।

हालांकि, इन प्रतिक्रियाओं को पर्याप्त समय तक बनाए रखना ताकि शुद्ध ऊर्जा निकाली जा सके, एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है। प्लाज़्मा को सूर्य के कोर से भी अधिक तापमान पर गरम किया जाना चाहिए और लंबे समय तक स्थिर रखा जाना चाहिए। अधिकांश टोकामाक, जो कार्बन आंतरिक दीवारों का उपयोग करते हैं और जो बहुत अधिक ईंधन रखती हैं जिससे रिएक्टर के लिए उपयुक्त नहीं होतीं, के विपरीत, वैकल्पिक सामग्री की खोज की जा रही है।

WEST की टंगस्टन दीवारें: रिएक्टर-प्रासंगिक प्रगति

WEST को टंगस्टन से लाइन किया गया है, जो भविष्य के फ्यूजन रिएक्टरों के लिए प्रमुख उम्मीदवार है। टंगस्टन कार्बन की तुलना में बहुत कम ईंधन रखता है, जो कुशल रिएक्टर संचालन के लिए आवश्यक है। हालांकि, यदि टंगस्टन प्लाज़्मा में ट्रेस किया भी जाता है, तो वह विकिरण के माध्यम से तेजी से ठंडा हो सकता है। लुइस डेलगाडो-अपारिसियो पीपीपीएल के अनुसार:

“टंगस्टन-दीवार वाला वातावरण कार्बन के उपयोग से कहीं अधिक चुनौतीपूर्ण है। यह, सरल शब्दों में, घर में अपने बिल्ली के बच्चे को पकड़ने की कोशिश और सबसे जंगली शेर को पालने की कोशिश के बीच का अंतर है।”

कठिनाई के बावजूद, टंगस्टन दीवारों के साथ WEST का 6 मिनट का रिकॉर्ड शॉट एक महत्वपूर्ण कदम है। यह WEST के कार्बन-दीवार वाले पूर्ववर्ती, टोर सुप्रा के रिकॉर्ड से दो गुना लंबा है। रिएक्टर-प्रासंगिक सामग्री के साथ लंबी पल्स दिखाना CICLOP के लक्ष्यों और भविष्य के पावर प्लांट्स के लिए अत्यावश्यक है।

नवीन एक्स-रे निदान ने सफलता को संभव बनाया

रिकॉर्ड स्थापित करने वाले शॉट का निदान पीपीपीएल द्वारा विकसित एक नवाचारी एक्स-रे इमेजिंग सिस्टम का उपयोग करके किया गया। डेक्ट्रिस द्वारा निर्मित मल्टी-एनर्जी सॉफ्ट एक्स-रे (ME-SXR) कैमरा को पीपीपीएल ने विशेष रूप से प्लाज़्मा गुणों को अभूतपूर्व विवरण में मापने के लिए अनुकूलित किया।

“पीपीपीएल के एडवांस्ड प्रोजेक्ट्स विभाग की एक्स-रे टीम विश्व भर में टोकामाक और स्टेलरटर के लिए इन सभी नवाचारी उपकरणों का विकास कर रही है।”

– डेलगाडो-अपारिसियो, पीपीपीएल के उन्नत प्रोजेक्ट्स प्रमुख

आमतौर पर, फ्यूजन निदान एक या दो एक्स-रे ऊर्जा स्तरों का उपयोग करते हैं। पीपीपीएल का ME-SXR 11 से 18 किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट (keV) के बीच आठ ऊर्जा स्तरों पर एक साथ रीडिंग लेता है। यह रेंज प्लाज़्मा कोर पर स्पष्ट डेटा प्रदान करती है जबकि रेडियो-फ़्रीक्वेंसी हीटिंग वेव्स के हस्तक्षेप को बाहर रखती है।

ME-SXR विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर तीव्रताओं की तुलना करके प्लाज़्मा कोर में इलेक्ट्रॉन तापमान को सीधे मापता है। यह दीवारों से प्रवासित टंगस्टन अशुद्धियों की घनत्व भी निर्धारित करता है, जो धातु दीवारों के साथ लम्बी पल्स संचालन को अनुकूलित करने के लिए महत्वपूर्ण डेटा है। WEST समन्वयक रेमी ड्यूमोंट के अनुसार:

“यह विशेष प्रणाली ऊर्जा विभेदन वाली इस प्रकार की पहली प्रणाली है। यह शानदार है। इन नई मापों के धन्यवाद से, हम प्लाज़्मा के भीतर टंगस्टन को मापने और दीवार से कोर तक टंगस्टन के परिवहन को समझने की क्षमता प्राप्त करेंगे।”

रिकॉर्ड परिणाम रिएक्टर विकास के लिए द्वार खोलते हैं

डेलगाडो-अपारिसियो और शोधकर्ता टुलियो बार्बुई के नेतृत्व में पीपीपीएल टीम ने पाया कि WEST प्लाज़्मा ने 6 मिनट के शॉट के दौरान कोर में स्थिर 4-4.5 किलोवोल्ट (लगभग 50 मिलियन°C) तक पहुंचा। दोनों अशुद्धि और तापमान प्रोफ़ाइल स्थिर रहे।

इन निष्कर्षों की पुष्टि CEA वैज्ञानिकों के उन्नत सिमुलेशन द्वारा की गई। लिटौडॉन के अनुसार:

“यह ऊर्जा-रिज़ॉल्विंग कैमरा विश्लेषण के संदर्भ में एक नया मार्ग खोलेगा। इन निदानों के धन्यवाद से, हम इस समस्या को समझ सकते हैं और मापन तथा सिमुलेशन दोनों के लिए भौतिकी की जड़ तक पहुंच सकते हैं।”

पीपीपीएल और WEST अपने तापमान और टंगस्टन अशुद्धियों के नियंत्रण को और बेहतर बनाने का लक्ष्य रख रहे हैं ताकि और भी लंबी, अधिक स्थिर संचालन संभव हो सके। अतिरिक्त रूप से, पीपीपीएल अपनी ME-SXR तकनीक को विश्वभर के टोकामाक के साथ साझा कर रहा है ताकि रिएक्टर-प्रासंगिक अनुसंधान को तेज किया जा सके।

“ME-SXR केवल पीपीपीएल से CEA/WEST को दी जाने वाली वैश्विक निदान योगदान का एक भाग है। यह सहयोग हमारे लिए बहुत मददगार है। इन निदानों के संयोजन से, हम प्लाज़्मा में अत्यंत सटीक माप कर सकेंगे और उसे वास्तविक समय में नियंत्रित कर सकेंगे।”

– ड्यूमोंट 

दैनिक धातुएँ फ्यूजन को शक्ति दे रही हैं: टंगस्टन, तांबा, लिथियम

जबकि प्लाज़्मा मुख्य आकर्षण है, फ्यूजन का भविष्य इसके अधिक ठोस घटकों पर भी निर्भर करता है। तीन धातुएँ आवश्यक सिद्ध हो रही हैं: टंगस्टन, तांबा, और लिथियम।

टंगस्टन को 3422°C के अत्यधिक उच्च पिघलने बिंदु के कारण अत्यधिक मूल्य दिया जाता है, जो किसी भी तत्व में सबसे अधिक है। यह फ्यूजन प्लाज़्मा की जलती हुई गर्मी को सहन कर सकता है। चीन की शांघाई स्टॉक एक्सचेंज पर सूचीबद्ध Xiamen Tungsten Co., Ltd., एक प्रमुख वैश्विक उत्पादक है। 

2023 में, संचालन राजस्व में 18.30% की गिरावट के बावजूद, जो 39.398 बिलियन युआन तक गिरा, कंपनी ने शेयरधारकों को मिलने वाले शुद्ध लाभ में 10.75% की वृद्धि देखी, जो 1.602 बिलियन युआन तक पहुंच गई। शियामेन टंगस्टन की उत्पादन क्षमता का विस्तार और दक्षता सुधार ने इसे फ्यूजन अनुप्रयोगों के लिए उच्च शुद्धता वाले टंगस्टन के प्रमुख आपूर्तिकर्ता के रूप में उसकी स्थिति को मजबूत किया, जिससे यह निवेशकों के लिए आकर्षक बन गया।

तांबा अपनी उत्कृष्ट विद्युत और तापीय चालकता के कारण फ्यूजन इलेक्ट्रॉनिक्स का मुख्य आधार है। चुंबकीय कॉइल, बसबार और हीट एक्सचेंजर सभी फ्यूजन की तीव्र धारा और गर्मी को संभालने के लिए तांबे पर निर्भर होते हैं। 

Freeport-McMoRan Inc. (FCX), जो संयुक्त राज्य में मुख्यालय वाला सबसे बड़ा सार्वजनिक रूप से ट्रेड किया जाने वाला तांबा उत्पादक है, ने 2023 में $24.6 बिलियन की आय और $4.2 बिलियन का शुद्ध लाभ हासिल करके मजबूत वित्तीय स्वास्थ्य बनाए रखा। कंपनी के विस्तृत तांबा भंडार, स्थिरता के प्रति प्रतिबद्धता, और तकनीकी प्रगति उसके विकास संभावनाओं को सुदृढ़ करती हैं, विशेष रूप से नवीकरणीय ऊर्जा और इलेक्ट्रिक वाहनों की बढ़ती तांबा मांग के साथ।

Lithium, the lightest metal, is becoming a fusion mainstay due to its remarkable electrochemical potential. Lithium blankets can breed tritium fuel, and lithium batteries can efficiently store fusion power. Albemarle Corporation (ALB), a major lithium producer, reported a record annual revenue of $9.62 billion in 2023, a 31% increase from the previous year.

ईवी मांग में गिरावट और लिथियम कीमतों में गिरावट जैसी चुनौतियों के बावजूद, Albemarle की एनर्जी स्टोरेज यूनिट ने प्रभावशाली 35% वॉल्यूम वृद्धि देखी, मुख्यतः चिली में उसके विस्तारित ला नेग्रा प्लांट से। लागत में कमी, वित्तीय लचीलापन, और विकास निवेश पर कंपनी का फोकस इसे उभरते लिथियम बाजार में अच्छी स्थिति में रखता है, हालांकि पिछले वर्ष में उसके शेयर मूल्य में उल्लेखनीय गिरावट आई है।

जैसे-जैसे फ्यूजन आगे बढ़ता है, इन धातुओं की मांग में तेज़ी आने वाली है। टंगस्टन, तांबा और लिथियम में प्लाज़्मा की चमक नहीं हो सकती, लेकिन वे फ्यूजन के उज्ज्वल भविष्य की रीढ़ बनाते हैं। जो निर्माता बड़े पैमाने पर उच्च शुद्धता वाली सामग्री आपूर्ति कर सकते हैं, उन्हें फ्यूजन युग की शुरुआत के साथ बड़ा लाभ मिल सकता है।

प्रगतिशील साझेदारियाँ गति देती हैं

यह सफलता प्रमुख फ्यूजन संस्थानों के सहयोग से उत्पन्न हुई है। पीपीपीएल, प्लाज़्मा निदान में अग्रणी, ने DOE के शुरुआती करियर और निदान विकास अनुदानों से प्राप्त फंडिंग के साथ ME-SXR विकसित किया। CEA का WEST टोकामाक, दीर्घकालिक शॉट्स की खोज के लिए विश्व का एकमात्र टंगस्टन-दीवार वाला उपकरण, एक आदर्श परीक्षण मंच प्रदान करता है।

DECTRIS, एक्स-रे डिटेक्टर्स में विश्व नेता, ने मुख्य तकनीक प्रदान की जिसे पीपीपीएल ने नवीन ME-SXR में अनुकूलित किया। DECTRIS के हेड ऑफ सेल्स निकोलस पिलेट के अनुसार:

“प्लाज़्मा फ्यूजन समुदाय ने हाइब्रिड फोटॉन काउंटिंग तकनीक को प्लाज़्मा डायनामिक्स की निगरानी के लिए परीक्षण करने वाले शुरुआती समूहों में से एक था। हम अपने उत्पादों के साथ इस विकास में योगदान करने पर अत्यंत गर्व महसूस करते हैं और हमारी उत्कृष्ट सहयोग से उत्साहित हैं।”

WEST रिकॉर्ड IAEA के कार्यक्रम CICLOP की भी एक जीत है, जो लम्बी-धड़कन चुनौतियों पर वैश्विक प्रयासों का समन्वय करता है। विशेषज्ञता और संसाधनों को मिलाकर, CICLOP निरंतर फ्यूजन संचालन को रोकने वाले प्रमुख मुद्दों को व्यवस्थित रूप से हल करने का लक्ष्य रखता है। लिटौडॉन ने कहा:

“यह मील का पत्थर CICLOP कार्यक्रम के लक्ष्यों की ओर एक महत्वपूर्ण कदम दर्शाता है। WEST में पीपीपीएल का कार्य एक उत्कृष्ट उदाहरण है।”

स्वच्छ फ्यूजन ऊर्जा की राह पर

टंगस्टन दीवारों के साथ WEST का 6 मिनट का रिकॉर्ड फ्यूजन ऊर्जा के लिए महत्वपूर्ण प्रगति को दर्शाता है। यह पुष्टि करता है कि रिएक्टर-प्रासंगिक सामग्री वाले टोकामाक व्यावहारिक फ्यूजन शक्ति के लिए आवश्यक तापमान पर प्लाज़्मा को स्थायी रूप से सीमित कर सकते हैं। पीपीपीएल के ME-SXR जैसी नवीन निदान शोधकर्ताओं को अभूतपूर्व सटीकता के साथ प्लाज़्मा को मापने और अनुकूलित करने में सक्षम बनाती हैं।

एक व्यवहार्य फ्यूजन रिएक्टर विकसित करने के लिए अभी भी बहुत काम करना बाकी है। पल्स की अवधि को मिनटों से महीनों तक बढ़ाने की आवश्यकता है, साथ ही घनत्व को बढ़ाते हुए स्थिरता बनाए रखनी होगी। उन्नत सामग्री, मैग्नेट और हीट एक्सट्रैक्शन सिस्टम आवश्यक हैं। हालांकि, वैज्ञानिक फ्यूजन की विशाल संभावनाओं को कदम दर कदम वास्तविकता में बदल रहे हैं।

फ्यूजन में एक सुरक्षित, कार्बन-रहित, लगभग असीमित ऊर्जा स्रोत प्रदान करने की क्षमता है। यह जलवायु परिवर्तन को कम करने, ऊर्जा सुरक्षा को सुधारने, और मानव विकास के अगले युग का समर्थन करने में मदद कर सकता है। कुल मिलाकर, जैसा कि WEST और CICLOP दिखाते हैं, वैश्विक सहयोग फ्यूजन की चुनौतियों को पार करने और इसके विशाल लाभों को दुनिया तक पहुंचाने की कुंजी है।

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