स्वच्छ ऊर्जा में ब्रेकथ्रू का वादा करने वाली 'बेवकूफ मशीन'

"मुझे कुछ लोग याद हैं जिन्होंने कहा था कि प्रोक्सिमा आज जहाँ है, वह जगह असंभव थी," प्रोक्सिमा फ्यूजन के सह-संस्थापक और सीईओ फ्रांसेस्को साइओर्टिनो कहते हैं।

परमाणु संलयन परियोजनाओं पर काम कर रहे वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के लिए असंभव करने का प्रयास करने के लिए दोषी ठहराया जाना असामान्य नहीं है।

आखिरकार, वे पृथ्वी पर उस प्रतिक्रिया को पकड़ने का प्रयास कर रहे हैं जो सूर्य को शक्ति प्रदान करती है।

सफलता का अर्थ प्रचुर, सस्ता और उत्सर्जन-मुक्त बिजली हो सकता है। लेकिन चुनौतियाँ भारी हैं और एक कार्यशील बिजली स्टेशन अभी भी बहुत दूर है।

संलयन हाइड्रोजन नाभिकों को एक साथ फ्यूज करने की प्रक्रिया है, जो ऊर्जा की भारी मात्रा जारी करती है।

सूर्य पर, विशाल गुरुत्वाकर्षण बल प्रतिक्रिया को जारी रखने में मदद करते हैं।

पृथ्वी पर संलयन बनाए रखने के लिए, सूर्य पर पाए जाने वाले तापमान से कई गुना अधिक तापमान की आवश्यकता होती है।

इसलिए, एक ईंधन (आमतौर पर हाइड्रोजन आइसोटोप ट्रिटियम और ड्यूटेरियम का संयोजन) को तब तक गर्म किया जाता है जब तक कि यह एक जलता हुआ प्लाज्मा न बन जाए, जिसे तब संलयन को चिंगारी देने के लिए नियंत्रित और हेरफेर करने की आवश्यकता होती है।

ऐसा करने के कई तरीके हैं, और जर्मनी का प्रोक्सिमा फ्यूजन संलयन उद्योग के चरम मानकों द्वारा भी एक ऐसा प्रयास कर रहा है जिसे कठिन माना जाता है।

संलयन के लिए एक सामान्य दृष्टिकोण एक टोकामक का निर्माण करना है। यह एक डोनट के आकार का उपकरण है, जो प्लाज्मा को समाहित करने के लिए शक्तिशाली चुंबकों का उपयोग करता है।

लेकिन म्यूनिख स्थित प्रोक्सिमा एक स्टेलेरेटर पर काम कर रहा है। यह प्लाज्मा को हेरफेर करने के लिए चुंबकों का भी उपयोग करता है, लेकिन प्रतिक्रिया कंटेनर में अधिक जटिल आकार होता है, जिसमें मोड़ और मोड़ होते हैं, जिससे इसे बनाना बहुत अधिक कठिन और महंगा हो जाता है।

तो, इस कष्टदायक रास्ते पर क्यों जाएं?

ठीक है, यदि डिज़ाइन काम करता है, तो स्टेलेरेटर के मोड़ और मोड़ प्रतिद्वंद्वी टोकामक डिज़ाइन की तुलना में जलते हुए प्लाज्मा को नियंत्रित करना आसान बनाते हैं, साइओर्टिनो कहते हैं।

दोनों प्रणालियों की तुलना करते समय, वह कहते हैं कि एक टोकामक एक "बीस्ट" है जबकि स्टेलेरेटर एक "छोटा बिल्ली" है।

"एक स्टेलेरेटर एक ऐसी चीज है जिसे डिज़ाइन करना वस्तुनिष्ठ रूप से बहुत मुश्किल है, जिसे बनाना वस्तुनिष्ठ रूप से बहुत मुश्किल है। लेकिन यदि आप ऐसा करते हैं, तो यह एक बेवकूफ मशीन है... बिल्कुल एक माइक्रोवेव ओवन की तरह," साइओर्टिनो कहते हैं।

प्रोक्सिमा की "बेवकूफ मशीन" अल्फा नामक एक स्टेलेरेटर होगी। यह जर्मनी के मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर प्लाज्मा फिजिक्स द्वारा किए गए दशकों के काम पर आधारित होगा और इसका स्टेलेरेटर W7-X होगा।

अल्फा का उद्देश्य संचालित करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा से अधिक ऊर्जा का उत्पादन करना है, और सीखे गए सबक एक और उन्नत उपकरण - एक संलयन बिजली संयंत्र, जिसे स्टेलेरिस के डिजाइन में मदद कर रहे हैं।

लेकिन सबसे पहले, अल्फा को बहुत अधिक निवेश की आवश्यकता होगी, जिसे वर्तमान में एकत्र किया जा रहा है। प्रोक्सिमा ने हाल ही में बवेरिया राज्य से €400 मिलियन (£340 मिलियन; $460 मिलियन) जीते है और संघीय सरकार से एक बिलियन डॉलर से अधिक के धन के लिए बोली लगा रहा है - अगले साल निर्णय की उम्मीद है।

प्रोक्सिमा संलयन तकनीक विकसित करने वाले अन्य समूहों के साथ दौड़ रहा है - फ्यूजन इंडस्ट्री एसोसिएशन (FIA) के अनुसार 53 जो संलयन उद्योग का प्रतिनिधित्व करता है और विकास को ट्रैक करता है।

एक टोकामक दृष्टिकोण का उपयोग करने वाले प्रोजेक्ट में यूके-आधारित स्टेप (स्फियरिकल टोकामक फॉर एनर्जी प्रोडक्शन) शामिल है।

यूके सरकार द्वारा समर्थित, वेस्ट बर्टन, यॉर्कशायर में एक पूर्व कोयला-आधारित बिजली स्टेशन की साइट पर एक प्रोटोटाइप बिजली संयंत्र बनाने की योजना है।

"टोकामक के पास दशकों से निर्मित एक गहन प्रायोगिक नींव का लाभ है। उन्होंने संलयन बिजली संयंत्र के लिए आवश्यक प्रदर्शन को प्रदर्शित किया है, जिसमें संलयन ईंधन के साथ संचालन भी शामिल है," रायन रैम्से कहते हैं, जो स्टेप के संगठनात्मक प्रदर्शन के निदेशक और परमाणु पनडुब्बी एचएमएस टर्बुलेंट के पूर्व कप्तान हैं।

और इस प्रकार के संलयन में, महंगे और शक्तिशाली चुंबकों का निर्माण अपेक्षाकृत सरल होना चाहिए।

"वे [टोकामक] अपेक्षाकृत सरल चुंबकीय ज्यामिति, कम और अधिक नियमित कुंडलियों से लाभान्वित होते हैं। इससे विनिर्माण, रखरखाव और लागत के लिए वास्तविक निहितार्थ हैं," रैम्से कहते हैं।

साइओर्टिनो प्रोक्सिमा के लिए आगे की चुनौतियों से अच्छी तरह से अवगत हैं। वह "नींद खो देते हैं" कि क्या प्रोक्सिमा जटिल आकृतियों वाले चुंबकों का निर्माण करने में सक्षम होगा, जिसकी गति और लागत स्टेलेरेटर को आर्थिक प्रस्ताव बनाएगी।

"हम जो पहला चुंबक बनाएंगे वह बहुत जटिल और बहुत महंगा होगा। लेकिन क्या हम इसे लोगों की अपेक्षा से तेज बना सकते हैं, और क्या हम लागत कम कर सकते हैं?" साइओर्टिनो पूछते हैं।

उनके पक्ष में जर्मनी की विनिर्माण विशेषज्ञता है। उदाहरण के लिए, साइओर्टिनो CNC मशीनों के संचालन में सक्षम श्रमिकों की प्रभावशाली संख्या का हवाला देते हैं - एक प्रकार का कंप्यूटर-नियंत्रित मशीन टूल जो लकड़ी, धातु या प्लास्टिक सहित सामग्रियों को काट, नक्काशी या आकार दे सकता है।

साइओर्टिनो का अनुमान है कि जर्मनी में 550,000 CNC मशीनिस्ट हैं, जबकि पूरे अमेरिका में केवल 350,000 हैं।

यह प्रोक्सिमा के लिए मायने रखता है जो अपने चुंबकों में एक बहुत महंगी प्रकार की स्टील का उपयोग करता है, जिसे उच्च स्तर की सटीकता के साथ मशीनिंग की आवश्यकता होती है।

उच्च स्तर की सटीकता बनाए रखते हुए, विकास की गति बनाए रखना साइओर्टिनो के लिए महत्वपूर्ण है।

W7-X को चालू होने में एक दशक से अधिक समय लगा - वह अल्फा को एक-तिहाई समय में चालू करने की योजना बना रहे हैं।

इसलिए एक प्रोटोटाइप चुंबकीय कॉइल वर्तमान में निर्माण के अधीन है और योजना अगले साल इसका परीक्षण करने की है।

इसका मुड़ा हुआ ज्यामिति इसे दुनिया के सबसे जटिल चुंबकों में से एक बनाता है, प्रोक्सिमा के अनुसार।

परीक्षण पूरा होने के बाद, प्रोक्सिमा 40 और चुंबकीय कॉइल का निर्माण करेगा जो इसकी अल्फा मशीन में जाएंगे।

ऐसा करने के लिए, एक चुंबक कारखाने प्रारंभिक चरणों में निर्माण के अधीन है।

"2028, 2029 में, हमें पागल, पागल गति से चुंबक बनाने में सक्षम होने की आवश्यकता है," साइओर्टिनो कहते हैं।

कार्य केवल जर्मनी में नहीं हो रहा है। साइओर्टिनो कहते हैं कि पूरे यूरोप में, प्रमुख आपूर्तिकर्ता हैं, जिसका अर्थ है कि यूरोप भविष्य के संलयन उद्योग के अग्रदूत में से एक हो सकता है।

"हमने डिजिटल लहर को याद किया, है ना? लेकिन यह पता चलता है कि हमारे पास अभी भी ऐसे लोग हैं जिन्हें विनिर्माण में प्रशिक्षित किया जा रहा है," वह कहते हैं।

स्टेप में, रैम्से जोर देते हैं कि संलयन उद्योग अब एक भौतिकी प्रयोग से बहुत आगे है।

"संलयन में अभी वास्तविक गति है, और इसे विभाजन के बजाय ताकत के रूप में देखा जाना चाहिए। यह एक एकल-पथ दौड़ नहीं है, यह विभिन्न ट्रेड-ऑफ की खोज करने वाले दृष्टिकोणों का एक समूह है। वास्तविक प्रश्न अब यह नहीं है कि कौन सा अवधारणा सबसे दिलचस्प है, बल्कि कौन सा विश्वसनीय रूप से एक बिजली संयंत्र वितरित कर सकता है।"