डेमियन जेमिसन1980 के दशक में नेवादा रेगिस्तान के नीचे अमेरिका ने गुप्त परमाणु हथियार अनुसंधान किया था।
प्रयोगों में यह देखने का प्रयास किया गया कि क्या नाभिकीय संलयन, वह अभिक्रिया जो सूर्य को शक्ति प्रदान करती है, को नियंत्रित वातावरण में पृथ्वी पर प्रज्वलित किया जा सकता है।
ये प्रयोग गोपनीय थे, लेकिन भौतिकविदों के बीच यह बात व्यापक रूप से ज्ञात थी कि परिणाम आशाजनक रहे.
उस ज्ञान ने 2000 के दशक के अंत में लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी में काम कर रहे दो युवा स्नातक छात्रों, कोनर गैलोवे और अलेक्जेंडर वैलीज़ का ध्यान आकर्षित किया।
लॉस एलामोस लैब की स्थापना मूल रूप से 1943 में पहले परमाणु हथियार विकसित करने के लिए एक शीर्ष-गुप्त स्थल के रूप में की गई थी। सांता फ़े, न्यू मैक्सिको के पास स्थित यह अब अमेरिकी सरकार का अनुसंधान और विकास केंद्र है।
“जब एलेक्स और मुझे लॉस एलामोस में उन परीक्षणों के बारे में पता चला, तो हमारी प्रतिक्रिया कुछ ऐसी थी ‘वाह, जड़त्वीय संलयन पहले ही काम कर चुका है!’। प्रयोगशाला स्तर के छर्रों को प्रज्वलित किया गया, विवरण को गोपनीय रखा गया, लेकिन इतना सार्वजनिक किया गया कि हम जान गए कि प्रज्वलन प्राप्त हो गया है,” श्री गैलोवे कहते हैं।
परमाणु संलयन हाइड्रोजन नाभिकों को आपस में मिलाने की प्रक्रिया है, जिससे बहुत अधिक मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न होती है। इस प्रतिक्रिया से हीलियम बनता है, न कि विखंडन प्रक्रिया का दीर्घकालिक रेडियोधर्मी अपशिष्ट जिसका उपयोग मौजूदा परमाणु ऊर्जा स्टेशनों में किया जाता है।
यदि संलयन का उपयोग किया जा सके तो इससे CO2 उत्पन्न किए बिना प्रचुर मात्रा में बिजली उत्पन्न की जा सकेगी।
1980 के दशक में किये गए इन परीक्षणों के परिणामस्वरूप अमेरिकी सरकार ने कैलिफोर्निया में नेशनल इग्निशन फैसिलिटी (एनआईएफ) का निर्माण किया, जिसका उद्देश्य यह देखना था कि क्या परमाणु ईंधन छर्रों को शक्तिशाली लेजर का उपयोग करके प्रज्वलित किया जा सकता है।
एक दशक से अधिक समय के काम के बाद, 2022 के अंत में एनआईएफ के शोधकर्ता एक सफलता हासिल कीवैज्ञानिकों ने पहला नियंत्रित संलयन प्रयोग किया, जिससे अभिक्रिया से उत्पन्न ऊर्जा, लेज़रों द्वारा आपूर्ति की गई ऊर्जा से अधिक हो गई।
जबकि विश्व भर के भौतिकशास्त्री इस सफलता पर आश्चर्यचकित थे, एनआईएफ के वैज्ञानिकों को इसमें अपेक्षा से कहीं अधिक समय लगा।
श्री गैलोवे कहते हैं, “वे ऊर्जा की कमी से जूझ रहे थे।”
उनका मतलब यह नहीं है कि उन्हें अधिक स्नैक्स की आवश्यकता थी, बल्कि एनआईएफ लेजर केवल ईंधन गोली को प्रज्वलित करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली था।
श्री गैलोवे और श्री वैलीस का मानना है कि अधिक शक्तिशाली लेज़रों से एक कार्यशील संलयन प्रतिक्रिया बनाना संभव हो सकेगा जो पावर ग्रिड को बिजली की आपूर्ति कर सके। ऐसा करने के लिए उन्होंने डेनवर में स्थित एक्ससीमर की स्थापना की।
एनआईएफ को एक ऐसे लेजर से काम चलाना पड़ा जो दो मेगाजूल ऊर्जा प्रदान कर सकता था। श्री गैलोवे और श्री वैलीज़ ऐसे लेजर के साथ प्रयोग करने की योजना बना रहे हैं जो 20 मेगाजूल तक ऊर्जा प्रदान कर सकते हैं।
“हमें लगता है कि 10 से 12 [megajoules] श्री गैलोवे कहते हैं, “यह वाणिज्यिक विद्युत संयंत्र के लिए सबसे उपयुक्त स्थान है।”
ऐसी लेजर किरण ईंधन कैप्सूल पर जोरदार प्रहार करेगी। यह 60 मील प्रति घंटे की गति से चल रही 40 टन की आर्टिकुलेटेड लॉरी की ऊर्जा को लेकर उसे सेंटीमीटर आकार के कैप्सूल पर सेकंड के कुछ अरबवें हिस्से के लिए केंद्रित करने जैसा होगा।
अधिक शक्तिशाली लेज़रों के कारण एक्साइमर को एनआईएफ की तुलना में अधिक बड़े और सरल ईंधन कैप्सूल का उपयोग करने में सहायता मिलेगी, क्योंकि एनआईएफ को इन्हें पूर्ण करने में कठिनाई होती थी।
एक्ससीमरएक्साइमर दुनिया भर के दर्जनों अन्य संगठनों के साथ मिलकर एक कार्यशील संलयन रिएक्टर बनाने का प्रयास कर रहा है।
इसके दो मुख्य तरीके हैं। लेजर से ईंधन की गोली को नष्ट करना जड़त्वीय परिरोध संलयन की श्रेणी में आता है।
दूसरा तरीका, जिसे चुंबकीय परिरोध संलयन के नाम से जाना जाता है, में प्लाज्मा नामक परमाणुओं के जलते हुए बादल को फंसाने के लिए शक्तिशाली चुम्बकों का उपयोग किया जाता है।
दोनों ही दृष्टिकोणों में कठिन इंजीनियरिंग चुनौतियों का सामना करना होगा।
विशेष रूप से, आप संलयन के दौरान उत्पन्न ऊष्मा को कैसे निकालते हैं ताकि आप इसका उपयोग कुछ उपयोगी कार्य करने में कर सकें, जैसे बिजली बनाने के लिए टरबाइन चलाना?
ऑस्ट्रेलिया के ग्रिफिथ विश्वविद्यालय के प्रोफेसर इयान लोवे कहते हैं, “मुझे लगता है कि मेरी शंका यह है कि मैंने अभी तक ऐसा कोई ठोस संकल्पनात्मक आरेख भी नहीं देखा है, जो यह बताए कि आप संलयन प्रतिक्रिया को जारी रखते हुए ऊर्जा को बाहर निकालने की प्रक्रिया का प्रबंधन कैसे करते हैं।”
उन्होंने अपना लंबा करियर ऊर्जा अनुसंधान और नीति के क्षेत्र में काम करते हुए बिताया है। जबकि प्रोफ़ेसर लोवे फ़्यूज़न तकनीक के विकास का समर्थन करते हैं, उनका तर्क है कि एक काम करने वाला फ़्यूज़न रिएक्टर इतनी जल्दी नहीं आएगा कि CO2 उत्सर्जन को कम करने और जलवायु परिवर्तन से निपटने में मदद मिल सके।
“मेरी चिंता यह है कि सबसे आशावादी दृष्टिकोण यह है कि हम भाग्यशाली होंगे यदि हमारे पास 2050 तक वाणिज्यिक संलयन रिएक्टर होंगे। और यदि हम ग्रह को पिघलाना नहीं चाहते हैं तो उससे बहुत पहले ही हमें ऊर्जा आपूर्ति को कार्बन मुक्त करना होगा,” वे कहते हैं।
एक अन्य चुनौती यह है कि संलयन अभिक्रिया से उच्च ऊर्जा वाले कण उत्पन्न होते हैं, जो स्टील या रिएक्टर कोर में लगी किसी भी अन्य सामग्री को नष्ट कर देंगे।
गेटी इमेजेजसंलयन उद्योग से जुड़े लोग इंजीनियरिंग चुनौतियों से इनकार नहीं करते, लेकिन उनका मानना है कि उन पर काबू पाया जा सकता है।
एक्साइमर ने ऊष्मा को अवशोषित करने के लिए संलयन प्रतिक्रिया के चारों ओर बहने वाले पिघले हुए नमक के “झरने” का उपयोग करने की योजना बनाई है।
संस्थापकों को विश्वास है कि वे लेजर चला सकते हैं और ईंधन कैप्सूल (प्रत्येक दो सेकंड में एक) को बदल सकते हैं, तथा प्रवाह को जारी रख सकते हैं।
पिघले हुए नमक का प्रवाह इतना गाढ़ा होगा कि वह उच्च ऊर्जा वाले कणों को अवशोषित कर लेगा, जो रिएक्टर को संभावित रूप से नुकसान पहुंचा सकते हैं।
“हमारे पास बस दो अपेक्षाकृत छोटी लेजर किरणें हैं जो दोनों ओर से आ रही हैं [of the fuel pellet]श्री वैलीज़ कहते हैं, “इसलिए आपको प्रवाह में केवल इतना बड़ा अंतराल चाहिए कि वे किरणें प्रवाहित हो सकें, और आपको पूरे प्रवाह को बंद और चालू करने की आवश्यकता नहीं है।”
लेकिन वे ऐसी प्रणाली को कितनी जल्दी कार्यान्वित कर सकते हैं?
एक्साइमर की योजना दो वर्षों तक लेज़रों के साथ प्रयोग करने की है, उसके बाद एक लक्ष्य कक्ष का निर्माण किया जाएगा, जहां वे ईंधन छर्रों को निशाना बना सकेंगे।
अंतिम चरण कार्यशील रिएक्टर का होगा, जिसके बारे में उन्हें आशा है कि उसे 2030 के मध्य तक विद्युत ग्रिड से जोड़ दिया जाएगा।
अपने काम के पहले चरण के लिए फंड जुटाने के लिए, Xcimer ने 100 मिलियन डॉलर (£77m) जुटाए हैं। इस पैसे का इस्तेमाल डेनवर में एक सुविधा और प्रोटोटाइप लेजर सिस्टम बनाने में किया जाएगा।
एक कार्यशील रिएक्टर के निर्माण के लिए सैकड़ों मिलियन डॉलर की अतिरिक्त लागत की आवश्यकता होगी।
लेकिन एक्साइमर और अन्य फ्यूजन स्टार्ट-अप के संस्थापकों के लिए, सस्ती, कार्बन-मुक्त बिजली की संभावना अप्रतिरोध्य है।
श्री वैलीज़ कहते हैं, “आप जानते हैं, यह मानवता की प्रगति की संभावनाओं की दिशा बदल देगा।”
