ऊर्जा
सुरक्षित और व्यावहारिक फ्यूजन का खुलासा – फँसे हुए ईंधन पर नई अंतर्दृष्टि
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फ्यूजन और ईंधन दक्षता
Nuclear Fusion संभावित रूप से अंतिम हरी ऊर्जा स्रोत है, जो कोई खतरनाक उपउत्पाद, रेडियोधर्मिता (एकमात्र “कचरा” हीलियम है), या ग्रीनहाउस गैसें नहीं उत्पन्न करता। और इसे ऐसी ईंधन से चलाया जा सकता है जो इतनी प्रचुर मात्रा में है कि वह पूरे ब्रह्मांड का एक महत्वपूर्ण प्रतिशत बनाती है: ड्यूटेरियम, हाइड्रोजन का एक समस्थानिक।
लेकिन यह ऊर्जा उत्पादन का एक बहुत कठिन रूप भी है। इसके लिए पृथ्वी पर सूर्य के कोर की स्थितियों को दोहराना आवश्यक है, जिसमें अत्यधिक दबाव और दसियों या सैकड़ों मिलियन डिग्री तापमान शामिल है।
Nuclear fusion दशकों से भौतिकी प्रयोगशालाओं में हासिल किया गया है, लेकिन शुद्ध ऊर्जा-धनात्मक फ्यूजन प्रतिक्रिया अभी तक प्राप्त नहीं हुई है। यही वह लक्ष्य है जिसे कई लोग हासिल करने के लिए प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं, जैसे अंतर्राष्ट्रीय मेगाप्रोजेक्ट ITER से लेकर व्यावसायिक फ्यूजन प्रोजेक्ट जैसे Commonwealth Fusion Systems और Proxima Fusion तक।
व्यावसायिक व्यवहार्यता केवल स्थिर और ऊर्जा-धनात्मक प्लाज़्मा उत्पादन को हासिल करने पर ही नहीं, बल्कि प्रक्रिया की सामान्य दक्षता पर भी निर्भर करेगी।
एक खुला प्रश्न ईंधन दक्षता है। ज्ञात है कि ड्यूटेरियम टोकामाक फ्यूजन रिएक्टर की दीवारों द्वारा आंशिक रूप से अवशोषित हो जाता है। प्रिंसटन विश्वविद्यालय, कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, टेनेसी विश्वविद्यालय, सैंडिया नेशनल लैबोरेटरी, और General Atomics के शोधकर्ता इस पर काम कर रहे हैं।
स्रोत: Princeton University
उन्होंने अपने परिणाम Nuclear Materials and Energy1 में प्रकाशित किए, शीर्षक “Deuterium retention behaviors of boronization films at DIII-D divertor surface” के तहत।
ड्यूटेरियम, ट्रिटियम और फ्यूजन
जैसे-जैसे कोई परमाणु हल्का होता है, उसके न्यूक्लियर फ्यूजन के दौरान अधिक संभावित ऊर्जा मुक्त होती है। इसलिए यह समझ में आता है कि अधिकांश न्यूक्लियर फ्यूजन प्रोजेक्ट हाइड्रोजन के विभिन्न रूपों को मिलाने पर केंद्रित होते हैं, जिसमें सबसे लोकप्रिय विकल्प ड्यूटेरियम-ट्रिटियम फ्यूजन है।
स्रोत: Nature
ड्यूटेरियम-ड्यूटेरियम फ्यूजन भी संभव है, लेकिन तकनीकी कारणों से इसे व्यावसायिक रूप से हासिल करना और भी कठिन माना जाता है। इसलिए लगभग सभी व्यावसायिक प्रोजेक्ट या ITER जैसे प्रोटोटाइप ड्यूटेरियम-ट्रिटियम को ईंधन के रूप में उपयोग करने की योजना बना रहे हैं।
ट्रिटियम के साथ एक समस्या यह है कि यह रेडियोधर्मी है, जबकि ड्यूटेरियम नहीं। इसलिए आप रिएक्टर में बहुत अधिक ट्रिटियम जमा नहीं करना चाहते, न ही उसका ट्रैक खोना चाहते हैं। यह न केवल सुरक्षा संबंधी मुद्दा है बल्कि नियामक भी है।
“डिवाइस में किसी भी समय मौजूद ट्रिटियम की मात्रा पर बहुत सख्त सीमाएँ हैं। यदि आप इस सीमा से अधिक हो जाते हैं, तो सब कुछ रुक जाता है और लाइसेंस हटा दिया जाता है।
इसलिए, यदि आप एक कार्यशील रिएक्टर चाहते हैं, तो आपको यह सुनिश्चित करना होगा कि ट्रिटियम की गणना सटीक हो। यदि आप सीमा से अधिक हो जाते हैं, तो यह एक प्रमुख बाधा बन जाता है।”
चूंकि ड्यूटेरियम-ट्रिटियम ईंधन संभवतः व्यावसायिक न्यूक्लियर फ्यूजन रिएक्टरों में उपयोग किया जाएगा, इसलिए ईंधन के साथ क्या होता है, यह जानना बहुत महत्वपूर्ण है। और हम पहले से ही जानते हैं कि इसका एक हिस्सा रिएक्टर की दीवारों द्वारा अवशोषित हो जाता है।
ड्यूटेरियम अवशोषण
न्यूक्लियर फ्यूजन रिएक्टरों की दीवारें ग्रेफाइट से बनी होती हैं और बोरॉन की परत से कोटेड होती हैं। बोरॉन प्लाज़्मा में ऑक्सीजन, कार्बन और टंग्स्टन जैसी अशुद्धियों को कम करने में मदद करता है।
स्रोत: Nuclear Materials and Energy
काफी समय से यह ज्ञात है कि ये बोरॉन-कोटेड दीवारें प्लाज़्मा से कुछ ड्यूटेरियम अवशोषित कर रही हैं। हालांकि, इसके पीछे का तंत्र और मात्रा स्पष्ट नहीं थी।
इसे समझने के लिए, उन्होंने General Atomics के टोकामाक फ्यूजन रिएक्टर DIII-D पर परीक्षण किए।
उन्होंने पाया कि ड्यूटेरियम अवशोषण का कारण वास्तव में बोरॉन नहीं बल्कि कार्बन था।
स्रोत: Nuclear Materials and Energy
कार्बन और बोरॉन मिलकर ड्यूटेरियम से इतनी मजबूत बंधन बना लेते हैं कि इसे तोड़ने के लिए लगभग 1,000 डिग्री फ़ारेनहाइट तापमान की आवश्यकता होगी, जिससे फ्यूजन सिस्टम को नुकसान पहुँचाए बिना ईंधन निकालना बहुत चुनौतीपूर्ण हो जाता है।
“कार्बन को न्यूनतम करना आवश्यक है। जबकि हम इसे शून्य नहीं कर सकते, हम सभी उपलब्ध साधनों का उपयोग करके कार्बन की मात्रा को यथासंभव कम करने का प्रयास करते हैं।
हम सभी कार्बन को हटाना चाहते हैं और साफ़ टंग्स्टन दीवारें चाहते हैं ताकि गणनाएँ ITER में अनुभव होने वाली स्थितियों के और करीब हों।”
समाधान खोजना
और गहराई से जांच करने पर, शोधकर्ताओं ने पाया कि थोड़ी मात्रा में कार्बन प्रदूषण वाले प्लाज़्मा के संपर्क से फँसे हुए ड्यूटेरियम की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि हुई।
एक नमूने में फँसे प्रत्येक पाँच इकाई बोरॉन के लिए, दो इकाई ड्यूटेरियम फँसे।
यह घटना तापमान-निर्भर भी है। 600,000°K (1 मिलियन °F) से ऊपर, ड्यूटेरियम का प्रतिधारण सीमित हो जाता है, और दीवार 900,000°K पर ड्यूटेरियम को वापस छोड़ देती है।
हालांकि, दीवार की कोटिंग को ऐसी उच्च तापमान पर पहुंचाना सामग्री की दीर्घकालिक स्थिरता के लिए सबसे अच्छा नहीं है, इसलिए रिएक्टर दीवारों में ईंधन के संचय से बचने का यह व्यावहारिक समाधान नहीं है।
एक अधिक संभावित समाधान यह है कि किसी भी कार्बन अशुद्धियों को रिएक्टर दीवारों में प्रवेश करने से पूरी तरह सीमित किया जाए, जो अब तक इतना महत्वपूर्ण नहीं माना जाता था।
यह ITER रिएक्टर दीवारों के अंतिम डिजाइन और निर्माण पर सीधे व्यावहारिक प्रभाव डालेगा।
“ITER और भविष्य के उपकरणों को ड्यूटेरियम प्रतिधारण को कम करने के लिए C अशुद्धि प्रदूषण को न्यूनतम करने में सावधान रहना चाहिए।”
यह ग्रेफाइट टाइलों (जो कार्बन परमाणुओं से बनी होती हैं) का उपयोग करने वाले किसी भी न्यूक्लियर फ्यूजन इंजन की व्यावहारिकता या व्यावसायिक व्यवहार्यता को भी सीमित कर सकता है, जैसे इस प्रयोग में उपयोग किया गया DIII-D फ्यूजन, क्योंकि यह डिजाइन समय के साथ बहुत अधिक ट्रिटियम जमा कर लेगा जिससे इसे पावर प्लांट के रूप में संचालन के लिए अनुमति मिलना कठिन हो जाएगा।
निष्कर्ष
न्यूक्लियर फ्यूजन धीरे-धीरे एक अच्छी तरह समझी गई तकनीक बनती जा रही है, जिसमें स्थिर प्लाज़्मा अवधि का रिकॉर्ड नियमित रूप से तोड़ा जा रहा है, सबसे नया 22 मिनट का रिकॉर्ड फ्रेंच-चीनी सहयोग में।
एआई की मदद से, यह संभावना है कि फ्यूजन समय के साथ अधिक कुशल होता रहेगा, जब तक कि शुद्ध ऊर्जा प्राप्त न हो जाए।
जैसे-जैसे तकनीक व्यावसायीकरण के करीब आती है, नई चुनौतियाँ उभर रही हैं, जैसे ईंधन संचय और रेडियोधर्मिता से संबंधित नियमों का पालन करना, जो प्रयोगात्मक रिएक्टरों के लिए कम चिंता का विषय था।
सौभाग्य से, इन मुद्दों को भी सुलझाया जा रहा है, और रिएक्टरों में उपयोग होने वाली सामग्रियों की गुणवत्ता को अनुकूलित करना मदद करेगा।
सुपरकंडक्टिविटी की हमारी समझ में निरंतर सुधार के साथ मिलकर, यह अगले 1-2 दशकों में हरी ऊर्जा उत्पन्न करने की हमारी समस्या को अतीत बना सकता है।
फ्यूजन कंपनियां
वर्तमान में, कोई भी कंपनी जो केवल न्यूक्लियर फ्यूजन को व्यावसायिक रूप से संभव बनाने के लिए समर्पित है, सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध नहीं है। इनमें शामिल हैं Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, और NEO Fusion।
आप Dealroom के समर्पित पृष्ठ पर न्यूक्लियर फ्यूजन क्षेत्र में स्टार्टअप्स की विस्तृत सूची पा सकते हैं।
फिर भी, एक सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध कंपनी फ्यूजन क्षेत्र में सक्रिय रही है, जिसने अपनी अवधारणा को ऊर्जा उत्पादन से अंतरिक्ष प्रोपल्शन की ओर मोड़ दिया है: Lockheed Martin (LMT ).
LMT मूल्य चार्ट
निजी रूप से सूचीबद्ध स्टार्टअप्स के इस क्षेत्र में प्रमुखता रखने के एक उल्लेखनीय अपवाद के रूप में सार्वजनिक रूप से ट्रेडेड कंपनी Lockheed Martin Corporation है, जो रक्षा उद्योग का दिग्गज है।
Lockheed 2010 के शुरुआती वर्षों से Compact Fusion पर काम कर रहा है, जो एक न्यूक्लियर फ्यूजन रिएक्टर है जिसे 2020 के दशक में तैयार होने की उम्मीद है। हालांकि, यह घोषणा की गई है कि इस प्रोजेक्ट पर काम 2021 में रोक दिया गया।
2021 की सार्वजनिक घोषणा के बाद से कंपनी ने इस प्रोजेक्ट को लेकर बहुत ही सावधानी बरती है। आज तक यह स्पष्ट नहीं है कि किस कारण कंपनी ने इस विचार को छोड़ दिया।
साथ ही, ऐसा लगता है कि उसने इस अवधारणा को पूरी तरह नहीं छोड़ा, विशेष रूप से 2024 में Helicity में निवेश के साथ, जो एक फ्यूजन इंजन विकसित करने वाला स्टार्टअप है।
विचार यह है कि अंतरिक्ष यान को फ्यूजन के छोटे-छोटे विस्फोटों से propelled किया जाए। Helicity एक प्लाज़्मा गन का उपयोग करने की योजना बना रहा है, जो General Fusion की ही विधि है। संभावित रूप से, Lockheed के आंतरिक परिणामों ने दिखाया है कि उसका डिजाइन ऊर्जा उत्पादन के अनुकूल तरीके से फ्यूजन को बनाए नहीं रख सकता।
लेकिन शायद, साथ ही, क्या छोटे-छोटे विस्फोट अंतरिक्ष में प्रोपल्शन की आवश्यकता को पूरा करने के लिए पर्याप्त हैं और वास्तविक उत्पाद बनने के करीब हैं? यह कंपनी की समग्र एयरोस्पेस और रक्षा-केंद्रित प्रोफ़ाइल के साथ भी बेहतर मेल खाएगा।
फ्यूजन प्रोजेक्ट्स के अलावा, Lockheed Martin दुनिया की सबसे बड़ी एयरोस्पेस और रक्षा कंपनियों में से एक है, जिसे हमने नवंबर 2025 में “Lockheed Martin (LMT) Spotlight: रक्षा और एयरोस्पेस में एक नेता” में विस्तृत रूप से कवर किया था।
संक्षेप में, यह वही कंपनी है जो Black Hawk हेलिकॉप्टर या F-16 जैसे विमान बनाती है, साथ ही उन्नत उपकरण जैसे F-35, उड़ने वाले रडार विमान, या लॉजिस्टिक विमान जैसे C-5 Galaxy & C-130J Super Hercules के पीछे।
स्रोत: Lockheed Martin
यह यूएस सैन्य के सबसे महत्वपूर्ण मिसाइल सिस्टमों में से कुछ का निर्माता भी है जैसे JAASM, Javelin, ATACMS, और HIMARS, जो यूक्रेन के संघर्ष के कारण स्टॉकपाइल्स के खत्म होने के बाद अत्यधिक मांग में हैं।
Lockheed Orion अंतरिक्ष यान के डिजाइन, विकास, परीक्षण और उत्पादन के लिए प्रमुख ठेकेदार है, जो पूरे Artemis प्रोग्राम का सबसे कम विवादास्पद हिस्सा हो सकता है।
कंपनी अन्य अंतरिक्ष कार्यक्रमों में सक्रिय है, जैसे GOES-R मौसम उपग्रह, OSIRIS-REx द्वारा क्षुद्रग्रह नमूनों का संग्रह, बृहस्पति प्रॉब JUNO, एक पहनने योग्य विकिरण-शिल्डिंग वेस्ट AstroRad,
समग्र रूप से, प्रमुख सैन्य सिस्टमों से लेकर समान रूप से महत्वपूर्ण अंतरिक्ष और न्यूक्लियर फ्यूजन प्रोग्रामों तक, Lockheed Martin अमेरिकी नवाचार के अग्रभाग में है और ऐसा लगता है कि उसने अपने कई बड़े रक्षा ठेकेदार प्रतिस्पर्धियों की तुलना में अपनी धार को बहुत तेज़ रखा है।
Lockheed Martin Corporation पर नवीनतम
अध्ययन संदर्भ:
1. Shota Abe et al. (2025) “Deuterium retention behaviors of boronization films at DIII-D divertor surface”. Nuclear Materials and Energy Volume 42, मार्च 2025, 101855.
