থার্মোনিউক্লিয়ার শক্তির কি ভবিষ্যৎ আছে?

2024 লেখক: Seth Attwood | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-16 15:59

অর্ধ শতাব্দীরও বেশি সময় ধরে, বিজ্ঞানীরা পৃথিবীতে একটি মেশিন তৈরি করার চেষ্টা করছেন, যেখানে তারার অন্ত্রের মতো, একটি থার্মোনিউক্লিয়ার প্রতিক্রিয়া ঘটে। নিয়ন্ত্রিত থার্মোনিউক্লিয়ার ফিউশন প্রযুক্তি মানবজাতিকে পরিষ্কার শক্তির প্রায় অক্ষয় উৎসের প্রতিশ্রুতি দেয়। সোভিয়েত বিজ্ঞানীরা এই প্রযুক্তির উত্সে ছিলেন - এবং এখন রাশিয়া বিশ্বের বৃহত্তম ফিউশন চুল্লি তৈরি করতে সহায়তা করছে।

একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসের অংশগুলি একটি বিশাল শক্তি দ্বারা একত্রিত হয়। এটি মুক্তির দুটি উপায় আছে। প্রথম পদ্ধতি হল পর্যায় সারণীর দূরতম প্রান্ত থেকে বড় ভারী নিউক্লিয়াসের বিদারণ শক্তি ব্যবহার করা: ইউরেনিয়াম, প্লুটোনিয়াম। পৃথিবীর সমস্ত পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রে, শক্তির উৎস হল ভারী নিউক্লিয়াসের ক্ষয়।

কিন্তু পরমাণুর শক্তি মুক্ত করার দ্বিতীয় উপায়ও রয়েছে: বিভাজন নয়, বিপরীতে, নিউক্লিয়াসকে একত্রিত করা। একত্রিত হওয়ার সময়, তাদের মধ্যে কিছু বিচ্ছিন্ন ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসের চেয়েও বেশি শক্তি নির্গত করে। নিউক্লিয়াস যত হালকা হবে, ফিউশনের সময় তত বেশি শক্তি নির্গত হবে (যেমন তারা বলে, ফিউশন), তাই পারমাণবিক ফিউশনের শক্তি পাওয়ার সবচেয়ে কার্যকর উপায় হল সবচেয়ে হালকা উপাদানের নিউক্লিয়াস - হাইড্রোজেন - এবং এর আইসোটোপগুলিকে একত্রিত করতে বাধ্য করা।.

হাত তারকা: কঠিন পেশাদার

1930-এর দশকে নক্ষত্রের অভ্যন্তরে সংঘটিত প্রক্রিয়াগুলি অধ্যয়ন করে পারমাণবিক ফিউশন আবিষ্কৃত হয়েছিল। দেখা গেল যে নিউক্লিয়ার ফিউশন প্রতিক্রিয়া প্রতিটি সূর্যের অভ্যন্তরে ঘটে এবং আলো এবং তাপ তার পণ্য। এটি স্পষ্ট হওয়ার সাথে সাথে বিজ্ঞানীরা পৃথিবীতে সূর্যের অন্ত্রে যা ঘটছে তা কীভাবে পুনরাবৃত্তি করা যায় তা নিয়ে চিন্তা করেছিলেন। সমস্ত পরিচিত শক্তি উত্সের তুলনায়, "হ্যান্ড সূর্য" এর অনেকগুলি অনস্বীকার্য সুবিধা রয়েছে।

প্রথমত, সাধারণ হাইড্রোজেন তার জ্বালানী হিসাবে কাজ করে, যার মজুদ পৃথিবীতে হাজার হাজার বছর ধরে চলবে। এমনকি একাউন্টে গ্রহণ যে প্রতিক্রিয়া সবচেয়ে সাধারণ আইসোটোপ, ডিউটেরিয়াম প্রয়োজন হয় না, এক গ্লাস জল একটি সপ্তাহের জন্য বিদ্যুৎ সহ একটি ছোট শহরে সরবরাহ করার জন্য যথেষ্ট। দ্বিতীয়ত, হাইড্রোকার্বনের দহনের বিপরীতে, পারমাণবিক সংমিশ্রণ বিক্রিয়া বিষাক্ত পণ্য তৈরি করে না - শুধুমাত্র নিরপেক্ষ গ্যাস হিলিয়াম।

ফিউশন শক্তির সুবিধা

প্রায় সীমাহীন জ্বালানী সরবরাহ। একটি ফিউশন চুল্লিতে, হাইড্রোজেন আইসোটোপ - ডিউটেরিয়াম এবং ট্রিটিয়াম - জ্বালানী হিসাবে কাজ করে; আপনি আইসোটোপ হিলিয়াম -3 ব্যবহার করতে পারেন। সামুদ্রিক জলে প্রচুর ডিউটেরিয়াম রয়েছে - এটি প্রচলিত ইলেক্ট্রোলাইসিস দ্বারা প্রাপ্ত করা যেতে পারে এবং বিশ্ব মহাসাগরে এর মজুদ প্রায় 300 মিলিয়ন বছর ধরে শক্তির জন্য মানবজাতির বর্তমান চাহিদায় স্থায়ী হবে।

প্রকৃতিতে অনেক কম ট্রিটিয়াম রয়েছে, এটি পারমাণবিক চুল্লিতে কৃত্রিমভাবে উত্পাদিত হয় - তবে একটি থার্মোনিউক্লিয়ার প্রতিক্রিয়ার জন্য খুব কমই প্রয়োজন। পৃথিবীতে হিলিয়াম-3 প্রায় নেই, তবে চন্দ্রের মাটিতে প্রচুর আছে। যদি কোনো দিন আমাদের থার্মোনিউক্লিয়ার পাওয়ার থাকে, তাহলে সম্ভবত এর জ্বালানির জন্য চাঁদে উড়ে যাওয়া সম্ভব হবে।

বিস্ফোরণ নেই। থার্মোনিউক্লিয়ার বিক্রিয়া তৈরি এবং বজায় রাখতে প্রচুর শক্তি লাগে। শক্তি সরবরাহ বন্ধ হওয়ার সাথে সাথে প্রতিক্রিয়া বন্ধ হয়ে যায় এবং কয়েক মিলিয়ন ডিগ্রি উত্তপ্ত প্লাজমা অস্তিত্ব বন্ধ করে দেয়। অতএব, একটি ফিউশন চুল্লি বন্ধ করার চেয়ে চালু করা আরও কঠিন।

কম তেজস্ক্রিয়তা। একটি থার্মোনিউক্লিয়ার প্রতিক্রিয়া নিউট্রনের একটি প্রবাহ তৈরি করে যা চৌম্বকীয় ফাঁদ থেকে নির্গত হয় এবং ভ্যাকুয়াম চেম্বারের দেয়ালে জমা হয়, এটিকে তেজস্ক্রিয় করে তোলে। প্লাজমা পরিধির চারপাশে একটি বিশেষ "কম্বল" (কম্বল) তৈরি করে, নিউট্রন হ্রাস করে, চুল্লির চারপাশের স্থান সম্পূর্ণরূপে রক্ষা করা সম্ভব। কম্বল নিজেই অনিবার্যভাবে সময়ের সাথে সাথে তেজস্ক্রিয় হয়ে ওঠে, তবে দীর্ঘ সময়ের জন্য নয়। এটি 20-30 বছরের জন্য বিশ্রাম দেওয়া, আপনি আবার একটি প্রাকৃতিক পটভূমি বিকিরণ সঙ্গে উপাদান পেতে পারেন।

কোন জ্বালানী লিক.সর্বদা জ্বালানী ফুটো হওয়ার ঝুঁকি থাকে, তবে একটি ফিউশন চুল্লিতে এত কম জ্বালানীর প্রয়োজন হয় যে এমনকি সম্পূর্ণ ফুটো পরিবেশকে হুমকি দেয় না। উদাহরণস্বরূপ, ITER চালু করার জন্য মাত্র 3 কেজি ট্রিটিয়াম এবং একটু বেশি ডিউটেরিয়াম প্রয়োজন। এমনকি সবচেয়ে খারাপ পরিস্থিতিতে, এই পরিমাণ তেজস্ক্রিয় আইসোটোপগুলি জল এবং বাতাসে দ্রুত বিলীন হয়ে যাবে এবং কারও ক্ষতি করবে না।

অস্ত্র নেই। একটি থার্মোনিউক্লিয়ার চুল্লি এমন পদার্থ তৈরি করে না যা পারমাণবিক অস্ত্র তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। অতএব, থার্মোনিউক্লিয়ার শক্তির বিস্তার একটি পারমাণবিক প্রতিযোগিতার দিকে পরিচালিত করবে এমন কোন আশঙ্কা নেই।

কীভাবে "কৃত্রিম সূর্য" আলোকিত করা যায়, সাধারণভাবে, এটি গত শতাব্দীর পঞ্চাশের দশকে ইতিমধ্যেই স্পষ্ট হয়ে উঠেছে। সমুদ্রের উভয় দিকে, গণনা করা হয়েছিল যা একটি নিয়ন্ত্রিত পারমাণবিক ফিউশন বিক্রিয়ার প্রধান পরামিতি সেট করে। এটি কয়েক মিলিয়ন ডিগ্রির একটি বিশাল তাপমাত্রায় হওয়া উচিত: এই ধরনের পরিস্থিতিতে, ইলেকট্রনগুলি তাদের নিউক্লিয়াস থেকে ছিঁড়ে যায়। তাই এই বিক্রিয়াকে থার্মোনিউক্লিয়ার ফিউশনও বলা হয়। বেয়ার নিউক্লিয়াস, ভয়ঙ্কর গতিতে একে অপরের সাথে সংঘর্ষ করে, কুলম্ব বিকর্ষণকে অতিক্রম করে এবং একত্রিত হয়।

সমস্যা এবং সমাধান

প্রথম দশকের উত্সাহ টাস্কের অবিশ্বাস্য জটিলতার মধ্যে বিধ্বস্ত হয়েছিল। থার্মোনিউক্লিয়ার ফিউশন লঞ্চ করা তুলনামূলকভাবে সহজ হয়ে উঠেছে - যদি এটি একটি বিস্ফোরণের আকারে করা হয়। সেমিপালাটিনস্ক এবং নোভায়া জেমলিয়ায় প্রশান্ত মহাসাগরীয় প্রবালপ্রাচীর এবং সোভিয়েত পরীক্ষার সাইটগুলি যুদ্ধ-পরবর্তী দশকে ইতিমধ্যেই একটি থার্মোনিউক্লিয়ার প্রতিক্রিয়ার পূর্ণ শক্তি অনুভব করেছে।

কিন্তু এই শক্তি ব্যবহার করা, ধ্বংস ছাড়া, একটি থার্মোনিউক্লিয়ার চার্জ বিস্ফোরণের চেয়ে অনেক বেশি কঠিন। বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য থার্মোনিউক্লিয়ার শক্তি ব্যবহার করার জন্য, প্রতিক্রিয়া একটি নিয়ন্ত্রিত পদ্ধতিতে করা উচিত যাতে শক্তি ছোট অংশে মুক্তি পায়।

এটা কিভাবে করতে হবে? যে পরিবেশে থার্মোনিউক্লিয়ার বিক্রিয়া ঘটে তাকে প্লাজমা বলে। এটি গ্যাসের অনুরূপ, শুধুমাত্র সাধারণ গ্যাসের বিপরীতে এতে চার্জযুক্ত কণা থাকে। এবং চার্জযুক্ত কণার আচরণ বৈদ্যুতিক এবং চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে।

অতএব, তার সবচেয়ে সাধারণ আকারে, একটি থার্মোনিউক্লিয়ার চুল্লি হল পরিবাহী এবং চুম্বকের মধ্যে আটকে থাকা একটি প্লাজমা ক্লট। তারা রক্তরসকে পালাতে বাধা দেয় এবং তারা এটি করার সময়, পারমাণবিক নিউক্লিয়াস প্লাজমার ভিতরে মিশে যায়, যার ফলস্বরূপ শক্তি নির্গত হয়। এই শক্তি চুল্লি থেকে অপসারণ করা আবশ্যক, কুল্যান্ট গরম করতে ব্যবহৃত - এবং বিদ্যুৎ প্রাপ্ত করা আবশ্যক।

ফাঁদ এবং ফাঁস

প্লাজমা পৃথিবীর লোকেদের মুখোমুখি হওয়া সবচেয়ে কৌতুকপূর্ণ পদার্থ হিসাবে পরিণত হয়েছিল। প্রতিবার বিজ্ঞানীরা এক ধরনের প্লাজমা লিক ব্লক করার উপায় খুঁজে পেয়েছেন, একটি নতুন আবিষ্কৃত হয়েছে। 20 শতকের পুরো দ্বিতীয়ার্ধটি যে কোনও উল্লেখযোগ্য সময়ের জন্য চুল্লির ভিতরে প্লাজমা রাখতে শেখার জন্য ব্যয় করা হয়েছিল। এই সমস্যাটি কেবলমাত্র আমাদের দিনেই শুরু হয়েছিল, যখন শক্তিশালী কম্পিউটারগুলি উপস্থিত হয়েছিল যা প্লাজমা আচরণের গাণিতিক মডেল তৈরি করা সম্ভব করেছিল।

প্লাজমা বন্দীকরণের জন্য কোন পদ্ধতিটি সর্বোত্তম সে সম্পর্কে এখনও কোন ঐক্যমত্য নেই। সবচেয়ে বিখ্যাত মডেল, টোকামাক হল একটি ডোনাট আকৃতির ভ্যাকুয়াম চেম্বার (গণিতবিদদের মতে, একটি টরাস) যার ভিতরে এবং বাইরে প্লাজমা ফাঁদ রয়েছে। এই কনফিগারেশনে বিশ্বের বৃহত্তম এবং সবচেয়ে ব্যয়বহুল থার্মোনিউক্লিয়ার ইনস্টলেশন থাকবে - ফ্রান্সের দক্ষিণে বর্তমানে নির্মাণাধীন ITER চুল্লি।

টোকামাক ছাড়াও, থার্মোনিউক্লিয়ার রিঅ্যাক্টরের অনেক সম্ভাব্য কনফিগারেশন রয়েছে: গোলাকার, যেমন সেন্ট পিটার্সবার্গ গ্লোবাস-এম, অদ্ভুতভাবে বাঁকা স্টেলারেটর (জার্মানির ম্যাক্স প্লাঙ্ক ইনস্টিটিউট অফ নিউক্লিয়ার ফিজিক্সের ওয়েন্ডেলস্টেইন 7-এক্সের মতো), লেজার জড় ফাঁদ, যেমন আমেরিকান NIF। তারা ITER এর তুলনায় অনেক কম মিডিয়া মনোযোগ পায়, কিন্তু তাদের উচ্চ প্রত্যাশাও রয়েছে।

এমন বিজ্ঞানীরা আছেন যারা টোকামাকের চেয়ে স্টেলারেটরের নকশাকে মৌলিকভাবে বেশি সফল বলে মনে করেন: এটি তৈরি করা সস্তা, এবং প্লাজমা বন্দীকরণের সময় আরও অনেক কিছু দেওয়ার প্রতিশ্রুতি দেয়।শক্তির লাভ প্লাজমা ফাঁদের জ্যামিতি দ্বারা সরবরাহ করা হয়, যা একজনকে "ডোনাট" এর অন্তর্নিহিত পরজীবী প্রভাব এবং ফুটো থেকে মুক্তি পেতে দেয়। লেজার পাম্প সংস্করণ এছাড়াও তার সুবিধা আছে.

তাদের মধ্যে থাকা হাইড্রোজেন জ্বালানী লেজার ডাল দ্বারা প্রয়োজনীয় তাপমাত্রায় উত্তপ্ত হয় এবং ফিউশন প্রতিক্রিয়া প্রায় সঙ্গে সঙ্গে শুরু হয়। এই জাতীয় ইনস্টলেশনগুলিতে প্লাজমা জড়তা দ্বারা ধারণ করা হয় এবং ছড়িয়ে দেওয়ার সময় নেই - সবকিছু এত দ্রুত ঘটে।

সমগ্র বিশ্বের

বর্তমানে পৃথিবীতে বিদ্যমান সকল থার্মোনিউক্লিয়ার রিঅ্যাক্টরই পরীক্ষামূলক মেশিন। এগুলোর কোনোটিই বিদ্যুৎ উৎপাদনে ব্যবহৃত হয় না। একটি থার্মোনিউক্লিয়ার বিক্রিয়ার প্রধান মাপকাঠি (লসনের মাপকাঠি) পূরণ করতে এখনও কেউই সফল হয়নি: বিক্রিয়া তৈরিতে যে পরিমাণ শক্তি খরচ হয়েছে তার চেয়ে বেশি শক্তি পেতে। তাই, বিশ্ব সম্প্রদায় বিশাল ITER প্রকল্পের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে। আইটিইআর-এ লসনের মানদণ্ড পূরণ করা হলে, প্রযুক্তিকে পরিমার্জন করা এবং বাণিজ্যিক রেলে স্থানান্তর করার চেষ্টা করা সম্ভব হবে।

বিশ্বের কোনো দেশ একা ITER তৈরি করতে পারেনি। এটির জন্য একাই 100 হাজার কিলোমিটার সুপারকন্ডাক্টিং তারের প্রয়োজন, এবং এছাড়াও কয়েক ডজন সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেট এবং প্লাজমা ধারণ করার জন্য একটি বিশাল সেন্ট্রাল সোলেনয়েড, একটি রিংয়ে উচ্চ ভ্যাকুয়াম তৈরি করার জন্য একটি সিস্টেম, চুম্বক, কন্ট্রোলার, ইলেকট্রনিক্সের জন্য হিলিয়াম কুলার … তাই, প্রকল্পটি 35টি দেশ এবং আরও হাজার হাজার বৈজ্ঞানিক ইনস্টিটিউট এবং কারখানা তৈরি করছে।

রাশিয়া প্রকল্পে অংশগ্রহণকারী প্রধান দেশগুলির মধ্যে একটি; রাশিয়ায় ভবিষ্যতের চুল্লির 25 টি প্রযুক্তিগত সিস্টেম ডিজাইন এবং নির্মিত হচ্ছে। এগুলি হল সুপারকন্ডাক্টর, প্লাজমা পরামিতি পরিমাপের জন্য সিস্টেম, স্বয়ংক্রিয় নিয়ন্ত্রক এবং ডাইভারটরের উপাদান, টোকামাকের ভিতরের প্রাচীরের উষ্ণতম অংশ।

ITER চালু হওয়ার পরে, রাশিয়ান বিজ্ঞানীরা এর সমস্ত পরীক্ষামূলক ডেটা অ্যাক্সেস করতে পারবেন। যাইহোক, আইটিইআর-এর প্রতিধ্বনি কেবল বিজ্ঞানেই অনুভূত হবে না: এখন কিছু অঞ্চলে উত্পাদন সুবিধা উপস্থিত হয়েছে, যা রাশিয়ায় আগে ছিল না। উদাহরণস্বরূপ, প্রকল্প শুরুর আগে, আমাদের দেশে সুপারকন্ডাক্টিং উপকরণগুলির কোনও শিল্প উত্পাদন ছিল না এবং সারা বিশ্বে প্রতি বছর মাত্র 15 টন উত্পাদন করা হয়েছিল। এখন, শুধুমাত্র রাজ্য কর্পোরেশন "Rosatom" এর Chepetsk মেকানিক্যাল প্ল্যান্টে প্রতি বছর 60 টন উত্পাদন করা সম্ভব।

শক্তির ভবিষ্যত এবং তার বাইরেও

ITER-এ প্রথম প্লাজমা 2025 সালে পাওয়ার পরিকল্পনা করা হয়েছে। এই ঘটনার জন্য সারা বিশ্ব অপেক্ষা করছে। কিন্তু এক, এমনকি সবচেয়ে শক্তিশালী, মেশিন সব নয়. সারা বিশ্বে এবং রাশিয়ায়, তারা নতুন থার্মোনিউক্লিয়ার রিঅ্যাক্টর তৈরি করে চলেছে, যা অবশেষে প্লাজমার আচরণ বুঝতে এবং এটি ব্যবহার করার সর্বোত্তম উপায় খুঁজে পেতে সহায়তা করবে।

ইতিমধ্যে 2020 এর শেষে, Kurchatov ইনস্টিটিউট একটি নতুন টোকামাক T-15MD চালু করতে চলেছে, যা পারমাণবিক এবং তাপীয় উপাদানগুলির সাথে একটি হাইব্রিড ইনস্টলেশনের অংশ হয়ে উঠবে। হাইব্রিড ইনস্টলেশনে থার্মোনিউক্লিয়ার প্রতিক্রিয়া অঞ্চলে গঠিত নিউট্রনগুলি ভারী নিউক্লিয়াস - ইউরেনিয়াম এবং থোরিয়ামের বিদারণ শুরু করতে ব্যবহৃত হবে। ভবিষ্যতে, এই জাতীয় হাইব্রিড মেশিনগুলি প্রচলিত পারমাণবিক চুল্লিগুলির জন্য জ্বালানী উত্পাদন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে - উভয় তাপ এবং দ্রুত নিউট্রন।

থোরিয়াম পরিত্রাণ

থোরিয়াম নিউক্লিয়াসের ক্ষয় শুরু করার জন্য নিউট্রনের উত্স হিসাবে একটি থার্মোনিউক্লিয়ার "নিউক্লিয়াস" ব্যবহার করার সম্ভাবনা বিশেষভাবে প্রলুব্ধকর। গ্রহে ইউরেনিয়ামের চেয়ে বেশি থোরিয়াম রয়েছে এবং পারমাণবিক জ্বালানী হিসাবে এর ব্যবহার আধুনিক পারমাণবিক শক্তির একযোগে বেশ কয়েকটি সমস্যার সমাধান করে।

এইভাবে, থোরিয়ামের ক্ষয়কারী পণ্যগুলি সামরিক তেজস্ক্রিয় পদার্থ তৈরি করতে ব্যবহার করা যায় না। এই ধরনের ব্যবহারের সম্ভাবনা একটি রাজনৈতিক কারণ হিসাবে কাজ করে যা ছোট দেশগুলিকে তাদের নিজস্ব পারমাণবিক শক্তি বিকাশ থেকে বিরত রাখে। থোরিয়াম জ্বালানি একবার এবং সব জন্য এই সমস্যা সমাধান করে.

প্লাজমা ফাঁদ শুধুমাত্র শক্তিতে নয়, অন্যান্য শান্তিপূর্ণ শিল্পেও - এমনকি মহাকাশেও কার্যকর হতে পারে। এখন রোসাটম এবং কুরচাটভ ইনস্টিটিউট মহাকাশযানের জন্য একটি ইলেক্ট্রোডলেস প্লাজমা রকেট ইঞ্জিন এবং উপাদানগুলির প্লাজমা পরিবর্তনের জন্য সিস্টেমের উপাদানগুলিতে কাজ করছে।আইটিইআর প্রকল্পে রাশিয়ার অংশগ্রহণ শিল্পকে উৎসাহিত করে, যা নতুন শিল্প তৈরির দিকে নিয়ে যায়, যা ইতিমধ্যেই নতুন রাশিয়ান উন্নয়নের ভিত্তি তৈরি করছে।