फ्यूजन एनर्जी के लिए संक्रमण का एक समय और संभावित

सदियों से मनुष्य ने सपना देखा है सूर्य की शक्ति का दोहन पृथ्वी पर हमारे जीवन को ऊर्जा बनाने के लिए लेकिन हम सौर ऊर्जा इकट्ठा करने से आगे बढ़ना चाहते हैं, और एक दिन एक मिनी-सूर्य से खुद को पैदा करते हैं। यदि हम वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग समस्याओं का एक अत्यंत जटिल सेट को हल करने में सक्षम हैं, तो फ्यूजन एनर्जी ने वादा किया है ऊर्जा का हरा, सुरक्षित, असीमित स्रोत। बस से प्रति दिन पानी से निकाले गये एक किलोग्राम ड्यूटिरियम सैकड़ों हजारों घरों में सत्ता में आने के लिए पर्याप्त बिजली आ सकती है।

1950 के बाद से, वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग अनुसंधान में है भारी प्रगति उत्पन्न हाइड्रोजन परमाणुओं को आत्मनिर्भर प्रतिक्रिया-साथ ही साथ एक साथ फ्यूज करने के लिए बाध्य करने की दिशा में छोटी लेकिन स्पष्ट राशि संलयन ऊर्जा का संदेह और समर्थकों को एक जैसे दो सबसे महत्वपूर्ण चुनौतियों का ध्यान रखें: लंबी अवधि में प्रतिक्रियाओं को बनाए रखना और बिजली के लिए संलयन शक्ति का उपयोग करने के लिए एक सामग्री संरचना तैयार करना।

में संलयन शोधकर्ताओं के रूप में प्रिंसटन प्लाज्मा फिजिक्स लैब, हम जानते हैं कि वास्तविक रूप से, पहले वाणिज्यिक संलयन विद्युत संयंत्र अभी भी कम से कम 25 वर्ष दूर है। लेकिन इस शताब्दी के दूसरे छमाही में पहुंचने के लिए इसके बाहरी लाभों की संभावना का मतलब है कि हमें काम करना चाहिए। संलयन की व्यवहार्यता के प्रमुख प्रदर्शन पहले पूरा किए जा सकते हैं - और इसलिए, ताकि हमारे ऊर्जा भविष्य के लिए नियोजन में संलयन शक्ति को शामिल किया जा सके।

विद्युत उत्पादन, जैसे कि सौर, प्राकृतिक गैस और परमाणु विखंडन के अन्य रूपों के विपरीत, लघुकरण में संलयन विकसित नहीं किया जा सकता है और फिर इसे आसानी से बढ़ाया जा सकता है। प्रायोगिक कदम बड़े हैं और निर्माण के लिए समय ले लो। लेकिन प्रचुर, स्वच्छ ऊर्जा की समस्या एक होगा मानव जाति के लिए प्रमुख कॉलिंग अगली शताब्दी और उससे आगे के लिए ऊर्जा स्रोतों का यह सबसे अधिक होनहार पूरी तरह से शोषण करने के लिए बेवक़ूफ़ नहीं होगा

क्यों संलयन शक्ति?

संलयन में, दो नाभिक हाइड्रोजन परमाणु (ड्यूटिरियम और ट्रिटियम आइसोटोप) फ्यूज एक साथ। ये करना अपेक्षाकृत मुश्किल है: दोनों नाभिक सकारात्मक आरोप लगाते हैं, और इसलिए एक दूसरे को पीछे हटाना अगर वे टकराकर बहुत तेजी से आगे बढ़ रहे हों तो वे एक साथ तोड़ लेंगे, फ्यूज कर देंगे और इस तरह ऊर्जा को छोड़ देंगी जो हम उसके बाद कर रहे हैं।


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यह सूरज में स्वाभाविक रूप से होता है यहाँ धरती पर, हम शक्तिशाली मैग्नेट का इस्तेमाल करते हैं जिसमें इलेक्ट्रिक चार्ज ड्यूटिरियम और ट्रिटियम नाभिक और इलेक्ट्रॉनों की अत्यधिक गर्म गैस होती है। यह गर्म, चार्ज किया गया गैस को प्लाज्मा कहा जाता है।

प्लाज्मा बहुत गर्म है - 100 लाख से अधिक डिग्री सेल्सियस - जो कि सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए नाभिक अपने बिजली के हर्जाना और फ्यूज को दूर करने के लिए तेजी से चलते हैं। जब नाभिक फ्यूज, वे दो ऊर्जावान कण बनाते हैं - एक अल्फा कण (हीलियम परमाणु का नाभिक) और एक न्यूट्रॉन।

इस तरह के एक उच्च तापमान के लिए प्लाज्मा को गरम करना एक बड़ी मात्रा में ऊर्जा लेता है - जिसे संलयन शुरू होने से पहले रिएक्टर में रखा जाना चाहिए लेकिन एक बार यह जा रहा हो, फ्यूजन में अपनी गर्मी बनाए रखने के लिए पर्याप्त ऊर्जा पैदा करने की क्षमता होती है, जिससे हमें प्रयोग करने योग्य बिजली का उपयोग करने के लिए अतिरिक्त गर्मी को निकालने की इजाजत मिल जाती है।

संलयन शक्ति के लिए ईंधन प्रकृति में प्रचुर मात्रा में है ड्यूटिरियम पानी में भरपूर मात्रा में है, और रिएक्टर खुद ही कर सकता है लिथियम से ट्रिटियम बनाओ। और यह सभी देशों के लिए उपलब्ध है, जो ज्यादातर स्थानीय प्राकृतिक संसाधनों से स्वतंत्र हैं

संलयन शक्ति साफ है यह ग्रीनहाउस गैसों का उत्सर्जन करता है, और केवल हीलियम और न्यूट्रॉन का उत्पादन करता है।

यह सुरक्षित है। वहाँ है एक भगोड़ा प्रतिक्रिया के लिए कोई संभावना नहीं, एक परमाणु विखंडन "मंदी" की तरह। इसके बजाय, अगर कोई खराबी है, तो प्लाज्मा शांत हो जाता है, और संलयन प्रतिक्रियाओं को समाप्त होता है।

इन सभी गुणों ने दशकों से शोध को प्रेरित किया है, और समय के साथ और अधिक आकर्षक बन गए हैं। लेकिन संलयन के महत्वपूर्ण वैज्ञानिक चुनौती से सकारात्मकता का मिलान होता है।

प्रगति की तारीख

संलयन में प्रगति को दो तरीकों से मापा जा सकता है सबसे पहले उच्च तापमान के प्लासास की बुनियादी समझ में जबरदस्त अग्रिम है वैज्ञानिकों को भौतिकी के एक नए क्षेत्र का विकास करना पड़ा - प्लाज्मा भौतिकी - मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में प्लाज्मा को सीमित करने के तरीकों की कल्पना करने के लिए, और तब गर्मी, स्थिरता, अशांति को नियंत्रित करने और सुपरहाट प्लाज्मा के गुणों को मापने के लिए क्षमताओं का विकास करना।

संबंधित प्रौद्योगिकी ने भी बहुत प्रगति की है हमारे पास है मैग्नेट में फ्रंटियर धकेल दिया, और विद्युत चुम्बकीय तरंग स्रोतों और कण बीमों के लिए होते हैं और प्लाज्मा गर्मी। हमने तकनीक विकसित की है जिससे कि सामग्री तीव्र गर्मी का सामना कर सकते हैं वर्तमान प्रयोगों में प्लाज्मा का

व्यावहारिक मीट्रिक को व्यक्त करना आसान है जो व्यावसायीकरण के लिए संलयन के मार्च को ट्रैक करते हैं। उनमें से प्रमुख प्रयोगशाला में उत्पन्न संलयन शक्ति है: फ्यूजन पावर जनरेशन 1970s में माइक्रोसॉन्ड के लिए मिलीवेट्स से बढ़कर संलयन शक्ति के 10 मेगावाट (प्रिंसटन प्लाज्मा भौतिकी प्रयोगशाला में) तक बढ़ी है और एक सेकंड के लिए 16 मेगावाट (इंग्लैंड में संयुक्त यूरोपीय टोरस में) 1990s में।

अनुसंधान में एक नया अध्याय

अब अंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक समुदाय फ्रांस में बड़े पैमाने पर फ्यूजन रिसर्च की सुविधा बनाने के लिए एकता में काम कर रहा है। बुलाया आईटीईआर ("जिस तरह" के लिए लैटिन), यह पौधे एक समय में लगभग आठ मिनट के लिए थर्मल फ्यूजन पावर के लगभग 500 मेगावाट उत्पन्न करेगा। अगर यह शक्ति बिजली में परिवर्तित हो जाती है, तो यह 150,000 घरों के बारे में शक्ति दे सकता है। एक प्रयोग के रूप में, यह हमें फ्यूजन विद्युत संयंत्रों की तैयारी में महत्वपूर्ण विज्ञान और इंजीनियरिंग मुद्दों का परीक्षण करने की अनुमति देगा जो लगातार कार्य करेंगे।

आईटीईआर डिजाइन को नियोजित करता है जिसे "टोकामक, "मूल रूप से एक रूसी परिवर्णी शब्द यह एक डोनट आकार के प्लाज्मा को शामिल करता है, जो बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में ही सीमित होता है, जो आंशिक रूप से विद्युत् प्रवाह द्वारा बनाई जाती है जो प्लाज्मा में ही बहती है।

यद्यपि यह एक शोध परियोजना के रूप में तैयार किया गया है, और इसे बिजली ऊर्जा का शुद्ध उत्पादक बनाने का इरादा नहीं है, आईटीईआर प्लाज्मा को गर्मी करने के लिए 10 मेगावाट की तुलना में एक्सएक्सएक्स बार अधिक संलयन ऊर्जा का उत्पादन करेगा। यह एक विशाल वैज्ञानिक कदम है, जिससे पहले "जलती हुई प्लाज्मा, "जिसमें प्लाज्मा को गर्म करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली अधिकांश ऊर्जा फ्यूजन रिएक्शन से ही आती है

आईटीईआर द्वारा समर्थित है दुनिया की आधी आबादी का प्रतिनिधित्व करने वाली सरकारें: चीन, यूरोपीय संघ, भारत, जापान, रूस, दक्षिण कोरिया और अमेरिका। फ्यूजन एनर्जी की आवश्यकता के बारे में और मजबूत वादा है।

आगे की सड़क

यहां से, संलयन शक्ति की ओर शेष मार्ग में दो घटक होते हैं सबसे पहले, हमें टोकमाक पर शोध जारी रखना चाहिए। इसका मतलब है कि भौतिकी और इंजीनियरिंग को आगे बढ़ाना ताकि हम एक समय में प्लाज्मा स्थिर राज्य में स्थिर बनाए रख सकें। हमें उन सामग्रियों को विकसित करने की आवश्यकता होगी जो लंबी अवधि के लिए सूरज की सतह पर एक-पांचवें गर्मी प्रवाह के बराबर गर्मी की मात्रा का सामना कर सकते हैं। और हमें उस सामग्री का विकास करना चाहिए जो न्यूट्रॉन और नस्ल ट्रिटियम को अवशोषित करने के लिए रिएक्टर कोर को कंबल देगा।

संलयन के पथ पर दूसरा घटक विचारों को विकसित करना है जो फ्यूजन के आकर्षण को बढ़ाते हैं। चार ऐसे विचार हैं:

1) कंप्यूटर का उपयोग करना, भौतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग की बाधाओं के भीतर संलयन रिएक्टर डिजाइन का अनुकूलन करें। मनुष्य की गणना कैसे कर सकती है, इसके अलावा इन अनुकूलित डिजाइनों का उत्पादन होता है मुड़ डोनट आकार जो अत्यधिक स्थिर हैं और अंत तक महीनों के लिए स्वचालित रूप से काम कर सकते हैं। संलयन व्यवसाय में उन्हें "तारकीय" कहा जाता है

2) नए उच्च तापमान सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का विकास करना जो कि मजबूत और छोटे हो सकता है आज का सर्वोत्तम। इससे हमें छोटे और संभवतः सस्ता, संलयन रिएक्टरों का निर्माण करने की अनुमति मिलेगी।

3) प्लाज्मा के आस-पास की सामग्री के रूप में ठोस की बजाय तरल धातु का उपयोग करना तरल धातुएं तोड़ नहीं जाती हैं, विशाल चुनौती के लिए एक संभावित समाधान की पेशकश करता है कि कैसे आसपास के सामग्री का व्यवहार हो सकता है, जब यह प्लाज्मा को संपर्क करता है

4) बिल्डिंग सिस्टम जिसमें डोनट आकार के प्लास्मास होते हैं केंद्र में कोई छेद नहीं है, एक बनाने प्लाज्मा लगभग एक क्षेत्र की तरह आकार का। इनमें से कुछ दृष्टिकोण कमजोर चुंबकीय क्षेत्र के साथ भी कार्य कर सकते हैं। ये "कॉम्पैक्ट टॉरी"और" कम क्षेत्र "दृष्टिकोण भी कम आकार और लागत की संभावना प्रदान करते हैं

सरकारी प्रायोजित अनुसंधान कार्यक्रम दुनिया भर में दोनों घटकों के तत्वों पर काम कर रहे हैं - और इसके परिणामस्वरूप परिणामस्वरूप फ्यूजन एनर्जी (साथ ही ब्रह्मांड और उद्योग में प्लासमा की हमारी समझ के लिए) सभी तरीकों का लाभ होगा। पिछले 10 से 15 वर्षों तक, निजी वित्त पोषित कंपनियों ने भी प्रयास में शामिल हो गए हैं, खासकर कॉम्पैक्ट टॉरी और लो-फ़ील्ड सफलताओं की तलाश में। प्रगति आ रही है और इसके साथ प्रचुर, स्वच्छ, सुरक्षित ऊर्जा लाएगी।

वार्तालाप

के बारे में लेखक

स्टीवर्ट प्रगर, एस्ट्रोफिजिकल साइंस के प्रोफेसर, प्रिंसटन प्लाज्मा फिजिक्स लैबोरेटरी के पूर्व निदेशक, प्रिंसटन विश्वविद्यालय और माइकल सी। जर्नस्टोरफ, अनुसंधान के लिए उप निदेशक, प्रिंसटन प्लाज्मा फिजिक्स प्रयोगशाला, प्रिंसटन विश्वविद्यालय

यह आलेख मूलतः पर प्रकाशित हुआ था वार्तालाप। को पढ़िए मूल लेख.

[संपादक का नोट: यहां एक है सचेत संदेश फ्यूजन एनर्जी से संबंधित है।]

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