पृथ्वीमा निर्माणाधीन कृत्रिम सूर्यबाट कसरी ऊर्जा निस्कन्छ ?

A+ A A-

झण्डै ३० वर्षअगाडि तत्कालीन सोभियत संघका महासचिव मिखेल गोर्बाचेभले अमेरिकी राष्ट्रपति रोनाल्ड रेगनलाई शान्तिपूर्ण उद्देश्यका लागि अन्तर्राष्ट्रिय न्युक्लियर फ्युजन ऊर्जाको विकास गर्न प्रस्ताव गरे । त्यसैअनुसार सन् १९८५ मा रसिया, अमेरिका, युरोपियन युनियन र जापानको बीचमा न्युक्लियर फ्युजन परियोजनाको डिजाइन तयार पार्ने सम्झौता भयो । सन् २००१ मा ती राष्ट्रहरूले परियोजनाको अन्तिम डिजाइन स्वीकृत गरे । त्यस समूहमा चीन, कोरिया र भारत पनि थपिए ।

सन् २००६ मा ती राष्ट्रहरूका बीचमा वैधानिक रूपमा न्युक्लियर फ्युजन परियोजना अगाडि बढाउने औपचारिक सम्झौतामा हस्ताक्षर भयो । २००७ मा फ्रान्सको दक्षिणी क्षेत्रको एक पहाडमा १८० हेक्टर क्षेत्रफलमा ‘इटर’ (इन्टरनेसनल थर्माे न्युक्लियर एक्सपेरिमेन्टल रियाक्टर) परियोजना विधिवत् रूपमा स्थापना भयो । यसको निर्माण कार्य जारी छ । हजारौँ इन्जिनियर र वैज्ञानिकहरूले लगातार यसमा काम गरिरहेका छन् ।

यो अहिले संसारमै सबैभन्दा प्रतीक्षित ऊर्जा परियोजना हो । संसारका शक्तिशाली ३५ देशहरूको यो परियोजनाले न्युक्लियर फ्युजन रासायनिक प्रतिक्रियामार्फत कार्बनरहित ऊर्जा उत्पादन गर्ने लक्ष्य राखेको छ । इटर विश्वमै न्युक्लियर फ्युजनद्वारा शान्तिपूर्ण प्रयोजनका लागि ऊर्जा उत्पादन गर्ने पहिलो परियोजना हुनेछ ।

परियोजनाको खर्च ४५ देखि ६५ विलियन डलर लाग्ने अनुमान छ । युरोपियन युनियनले यसको संरचना निर्माण गर्न सबैभन्दा बढी ४५.६ प्रतिशत र अरु ६ सदस्यले बराबर मात्रामा ९.१ प्रतिशतका दरले लगानी गर्दैछन् ।

न्युक्लियर फ्युजन के हो ?

न्युक्लियर फ्युजन सूर्यलगायत सबै ताराहरूमा प्रकाश र तापशक्ति उत्पादन हुने ऊर्जाको स्रोत हो । जसमा हलुका हाइड्रोजनका परमाणुको न्युक्लियस आपसमा संयोजन भएर गह्रौँ हिलियम परमाणुको न्युक्लियसमा रूपान्तरित हुन्छन् । यस क्रममा ज्यादै ठूलो परिमाणमा प्रकाश र तापशक्ति पैदा हुन्छ । हामीलाई थाहै छ, सौर्य ऊर्जाबिना पृथ्वीमा जीवन सम्भव छैन । त्यसैले हामी भन्न सक्छौँ, न्युक्लियर फ्युजन जीवको अस्तित्व कायम राख्ने ऊर्जाको स्रोत हो ।

कृत्रिम रूपमा पदार्थबाट ऊर्जा पैदा गर्न सकिने उपायको खोजीमा अल्बर्ट आइन्सटाइनको मस्तिष्क निरन्तर प्रयत्नशील रह्यो । यसैको परिणाम पदार्थलाई ऊर्जामा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ भन्ने निष्कर्षसहित सन् १९०५ मा आइन्सटाइनले पदार्थ–ऊर्जा समीकरणको विश्वविख्यात सूत्र E=mc²सार्वजनिक गरे । यस उपायले पदार्थलाई ऊर्जामा बदल्ने ढोका खोलिदियो । न्युक्लियर फ्युजनको रहस्य खोलिदियो । न्युक्लियर ऊर्जा उत्पादन गर्न सकिने उपायको व्याख्या गरिदियो ।

यसअनुसार दुईवटा हलुका परमाणुका न्यक्लियस आपसमा मर्ज भएर एउटा न्युक्लियसमा रूपान्तरण हुँदा उक्त एकल न्युक्लियसको पिण्ड सुरुका दुईवटा न्युक्लियसको पिण्डको योगफलभन्दा कम हुन्छ । अर्थात् केही पिण्ड हराएर जान्छ । यही हराएर गएको पिण्ड नै ऊर्जामा रूपान्तरण हुन्छ ।

नासाका अनुसार सूर्यको पिण्डमा झण्डै ७१ प्रतिशत पिण्ड हाइड्रोजन ग्यास र २७ प्रतिशत हिलियम ग्यास छ । अरु तत्त्वहरू ज्यादै नगन्य मात्रामा छन् । सूर्यको केन्द्रमा तापक्रम १ करोड ५० लाख डिग्री सेल्सियस छ । गुरुत्वाकर्षण बलका कारण त्यहाँ अत्यधिक चाप छ । अत्यधिक ताप र चापका कारण हाइड्रोजनका दुई परमाणुका न्युक्लियस आपसका संयोजन हुन्छन् र एउटा हिलियमको परमाणुको न्युक्लियसमा रूपान्तरित हुन्छन् । यसलाई न्युक्लियर फ्युजन भनिन्छ ।

प्रयोगशालामा फ्युजनबाट ऊर्जा प्राप्त गर्न विभिन्न अवस्थाहरू आवश्यक पर्छ । ज्यादै उच्च तापक्रम १५ करोड डिग्री सेल्सियस, पर्याप्त प्लाज्मा पदार्थ, उच्च चाप आदि ।

उच्च तापक्रममा तत्त्वका इलेक्ट्रोनहरू न्युक्लियसबाट छुट्टिन्छन् र उक्त चार्जयुक्त ग्यास प्लाज्मा बन्छ । प्लाज्मा पदार्थको आयोनिक अवस्था हो । जसलाई पदार्थको चौथो अवस्था पनि भनिन्छ । ब्रह्माण्डको ९९ प्रतिशत भाग प्लाज्माले बनेको वैज्ञानिकहरू बताउँछन् । सूर्यलगायत सबै तारा यसैबाट बनेका छन् । बिजुली चम्कँदा र उत्तरी ध्रुवमा अउरोराको रूपमा पृथ्वीमा पनि प्लाज्मा देखापर्छ । प्लाज्माले हाइड्रोजन तत्त्वहरूका आइसोटोप्सहरू ‘डेउटेरियम’ र ‘ट्राइटियम’लाई संयोजन गराएर हिलियम परमाणुमा रूपान्तरण गर्न वातावरण पैदा गरिदिन्छ । यसैबाट ठूलो मात्रामा ऊर्जा निकाल्न मद्दत गर्छ ।

अत्यधिक ताप र चापका कारण हाइड्रोजनका दुई परमाणुका न्युक्लियस आपसका संयोजन हुन्छन् र एउटा हिलियमको परमाणुको न्युक्लियसमा रूपान्तरित हुन्छन् । यसलाई न्युक्लियर फ्युजन भनिन्छ ।

न्युक्लियर फ्युजनबाट शक्ति उत्पादन गर्न १५ करोड डिग्री सेल्सियस तापक्रम आवश्यक पर्छ । यो तापक्रमले प्लाज्माका कणहरूलाई तताउनुपर्ने हुन्छ । यसका लागि प्रयोगशालाको मेसिनभित्र विभिन्न प्रकारका आन्तरिक र बाह्य प्रविधिहरू मिलाइएको हुन्छ ।

वैकल्पिक ऊर्जाको गतिलो स्रोत

न्युक्लियर फ्युजन वैकल्पिक ऊर्जाको राम्रो स्रोत हो । यसमा बाइप्रोडक्टको रूपमा हिलियम मात्र उत्पादन हुन्छ, जो निष्क्रिय र विशाक्तरहित ग्यास हो । यो पद्धतिबाट कार्बनडाइअक्साइडलगायत कुनै पनि हरित गृह ग्यास उत्सर्जन हुँदैनन् । अनवीकरणीय ऊर्जाले जलवायु परिवर्तनको विश्वव्यापी संकट गहिरिँदै गएको अवस्थामा न्युक्लियर फ्युजनले रामवाणको काम गर्न सक्नेछ ।

त्यति मात्रै होइन, यसमा युरेनियम, प्लुटोनियमजस्ता रेडियोधर्मी तत्त्वहरूको प्रयोग नगरिने भएकाले रेडियोधर्मी पदार्थको रेडियसनले वातावरण विषाक्त पार्ने डर हुँदैन ।

टोकमाक यन्त्रमा हुने रासायनिक प्रतिक्रिया

विश्वमा आज ऊर्जाका प्लान्टहरू जीवावशेष इन्धन, न्युक्लियर फिसन, वायु वा जलस्रोतमा आधारित छन् । यी सबै ऊर्जाका स्रोतले एउटै सिद्धान्तमा रहेर ऊर्जा निकाल्छन्, त्यो हो– टर्बाइनको चालशक्तिलाई जेनेरेटरले विद्युतीय शक्तिमा रूपान्तरण गर्ने । कोइलाको तापमा आधारित पावर प्लान्टमा पनि कोइलाको तापले पानीलाई वाष्पीकरण गर्ने र बाफलाई टर्बाइन घुमाउनमा उपयोग गरेर जेनेरेटरबाट विद्युत् निकाल्न प्रयोग गरिन्छ ।

तर, टोकमाक यस्तो मेसिन हो जहाँभित्र न्युक्लियर फ्युजन प्रतिक्रिया गराइन्छ । यसले प्लाज्मालाई नियन्त्रण गर्छ । तत्त्वका परमाणुहरू संयोजन हुँदा पैदा हुने तापशक्तिलाई यसको भित्री पर्खालमा सोस्ने बनाइन्छ । परम्परागत पावर प्लान्टले जस्तै न्युक्लियर पावर प्लान्टले यो तापलाई बाफ पैदा गर्न प्रयोग गरिन्छ ।

यो यन्त्रको मुटु भनेको यसमा हुने भ्याकुम च्याम्बर हो । यसभित्र अत्यधिक तापक्रम र चापले हाइड्रोजन ग्यास प्लाज्मा बन्छ । प्लाज्मा यस्तो वातावरण हो, जसमा हाइड्रोजनको परमाणु संयोजन भएर ऊर्जा निस्कन्छ ।

इटर परियोजनामा हाइड्रोजनका दुई आइसोटोप्सहरू ‘डेउटेरियम’ र ‘ट्राइटियम’का बीचमा संयोजन गराएर एउटा हिलियम, एउटा न्युट्रोन र ऊर्जामा रूपान्तरण गराउने योजना बनाइएको छ । यसको रासायनिक प्रतिक्रियालाई यसरी लेख्न सकिन्छ:

²₁D + ³₁T → ⁴₂He+ ¹₀n+ Energy

यसरी बन्ने हिलियमको न्युक्लियसले विद्युतीय चार्ज बोक्छ, जसलाई टोकमाक यन्त्रमा रहेको विशाल चुम्बकीय शक्तिको प्रभावमा पारिन्छ । यसले यन्त्रभित्र रहेको प्लाज्मालाई लगातार तताउँछ । प्लाज्माको यही तापशक्तिलाई कब्जा गरेर आवश्यक पर्ने तापशक्ति प्राप्त गरिन्छ ।

तर, यसरी प्राप्त गरिने तापशक्ति मोटामोटी २० प्रतिशत मात्रै हो । बाँकी ८० प्रतिशत तापशक्तिमाथिको रासायनिक प्रतिक्रियापश्चात् उत्पन्न हुने न्युट्रोनबाट प्राप्त गरिन्छ । जसमा न्युट्रोनको चालशक्तिलाई टोकमाकको भित्री पर्खालले तापशक्तिको रूपमा सोस्छ ।

यसरी प्राप्त तापशक्ति बगिरहेको चिसो पानीबाट बाफ निकाल्न उपयोग गरिन्छ । बाफले टर्बाइनलाई घुमाएर जेनेरेटरबाट विद्युत् निकाल्नमा उपयोग गरिन्छ ।

यो प्रविधिको डेउटेरियम –ट्राइटियम फ्युजन प्रक्रियाले युरेनियम–२३५ को न्युक्लियर फिसन प्रक्रियाले भन्दा तीन गुणा बढी र कोइला, तेल, प्राकृतिक ग्यासले प्रदान गर्ने ऊर्जाभन्दा दशौँ लाख गुणा बढी ऊर्जा प्रदान गर्नेछ ।

न्युक्लियर फ्युजन पावरस्टेसनको लक्ष्य भनेकै ऊर्जालाई विद्युतीय ऊर्जामा परिणत गर्ने हो ।

फ्रान्सको यस परियोजनाको पहिलो प्लाज्मा परीक्षण सन् २०२५ मा गरिने र २०३५ मा ऊर्जा निकालिने लक्ष्य राखिएको छ । यसको सफलताले पृथ्वीमा अरु न्युक्लियर फ्युजन ऊर्जा प्लान्टहरू स्थापना गर्ने ढोका खोल्नेछ । विश्वले स्वच्छ र सफा वैकल्पिक ऊर्जाको शक्तिशाली स्रोतको उपयोग गर्न पाउनेछ ।

प्रकाशित मिति: बिहीबार, असार ९, २०७९ ०७:५४