शास्त्रज्ञांना आता कृत्रिम सूर्याची निर्मिती शक्य होणार? न्युक्लियर फ्युजन म्हणजे काय?

घर असो वा ऑफिस, शेती, उद्योग आणि प्रवास. माणसाला कुठलंही काम करण्यासाठी एका गोष्टीची गरज भासते. उर्जा.

याच उर्जेचा एका नवा, स्वच्छ आणि लवकर न संपणारा स्रोत अर्थात न्यूक्लियर फ्युजन विकसित करण्यात अमेरिकेतील वैज्ञानिकांना मोठं यश मिळालं आहे.

खरंतर सूर्य आणि बाकीच्या ताऱ्यांनाही प्रकाशित करणारी न्युक्लियर फ्युजन ही एक नैसर्गिक प्रक्रिया आहे. पण प्रयोगशाळेत कृत्रिमरित्या ही प्रक्रिया घडवून आणण्याचा प्रयत्न शास्त्रज्ञ गेली जवळपास शंभर वर्ष करत आहेत.

अमेरिकेतल्या ताज्या संशोधनानं माणसाला त्या दिशेनं एक पाऊल जवळ नेलं आहे. मानवजातीच्या वाटचालीत अमुलाग्र बदल घडवण्याची ताकद या संशोधनात आहे.

पण म्हणजे शास्त्रज्ञांनी नेमकं काय शोधलं आहे? आणि या संशोधनात भारत काही योगदान देतो आहे का? जाणून घेऊयात.

न्यूक्लियर फ्युजन म्हणजे काय?

अणू हा कुठल्याही मूलद्रव्याचा सर्वात लहान कण आहे आणि दोन अणू एकमेकांना जोडले की रेणू तयार होतात, हे शाळेत शिकल्याचं तुम्हाला आठवत असेल.

अणूची केंद्रकं फुटतात किंवा जोडली जातात, तेव्हा त्यातून उर्जानिर्मिती होते.

अणू फुटल्यानं उर्जा निर्माण होण्याच्या प्रक्रियेला न्युक्लियर फिशन म्हणजे अणू विखंडन म्हणतात तर अणू जोडण्यातून नवे अणू तयार होण्याच्या प्रक्रियेला न्युक्लियर फ्युजन म्हणतात. मराठीत न्यूक्लियर फ्युजनला अणू संमीलन किंवा अणू संलयन म्हटलं जातं.

न्युक्लियर फ्युजन आपल्या सगळ्यांच्या अस्तित्वासाठी अतिशय महत्त्वाचं आहे. कारण या प्रक्रियेतूनच सूर्यासारख्या ताऱ्यांमध्ये उर्जा निर्मिती होते.

त्यामुळेच न्यूक्लियर फ्युजनच्या प्रयोगाचं वर्णन करताना काहीजण त्याला कृत्रिम सूर्याच्या निर्मितीचा प्रयोगही म्हणतात.

सूर्यामधले हायड्रोजन वायूचे हलके अणू एकमेकांवर आदळतात आणि त्यातून हेलियमचा अणू तयार होतो. यात उरलेल्या वस्तुमानाचं रुपांतर उर्जेत होतं.

1920 साली ब्रिटिश शास्त्रज्ञ आर्थर एडिंग्टन यांनी हा न्युक्लियर फ्युजनद्वारा उर्जानिर्मितीचा सिद्धांत मांडला होता.

त्यानंतर दशकभरानंतर ब्रिटिश शास्त्रज्ञ अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांनी प्रयोगशाळेत तो यशस्वीरित्या सिद्ध केला.

या प्रक्रियेत नेमकी किती उर्जा तयार होते? याचा अंदाज E=MC2 या सुप्रसिद्ध समीकरणातून लावता येतो. अल्बर्ट आईनस्टाईन यांनी हे समीकरण मांडलं होतं.

मग 1950 साली सोव्हिएत युनियनमध्ये आंद्रेई सखारोव्ह आणि इगोर टॅम यांनी चुंबकांचा वापर करून एक अणूभट्टीचं डिझाईन केलं.

टोकोमाक म्हणून ओळखलं जाणारं हे डिझाईन फ्युजनवरील संशोधनाचा आधार बनलं.

पण ही प्रक्रिया मोठ्या प्रमाणात आणि सुरक्षितपणे कशी करायची हे कोडं शास्त्रज्ञांना अजूनही पूर्णपणे उलगडलेलं नाही. 2022 साली मात्र हे चित्र बदलताना दिसतंय.

नवीन संशोधनातून काय समोर आलं?

फेब्रुवारी 2022 मध्ये युकेमधील संशोधकांना पाच सेकंदांपेक्षा जास्त काळासाठी फ्युजनद्वारा उर्जानिर्मित करण्यात यश आलं होतं. आता वर्ष संपण्यापूर्वी अमेरिकेतील शास्त्रज्ञांना मोठा ब्रेकथ्रू मिळाला आहे.

कॅलिफोर्नियामधील लॉरेन्स लिव्हरमोर नॅशनल लॅबोरेटरीनं हे संशोधन केलं. त्यासाठी 3.5 अब्ज अमेरिकन डॉलर्स खर्च झाले.

ही उर्जा केवळ 15-20 किटल्या भरून पाणी तापवेल एवढीच आहे. पण ती भविष्यात उर्जा निर्मितीच्या क्षेत्रात क्रांती घडवून आणू शकते.

कारण पहिल्यांदाच फ्युजन प्रक्रियेसाठी जितकी उर्जा खर्च होते, त्यापेक्षा जास्त उर्जेची निर्मिती या प्रक्रियेतून केली आहे. आणि म्हणूनच ही महत्त्वाची गोष्ट ठरली आहे.

न्युक्लियर फ्युजन का महत्त्वाचं?

न्युक्लियर फ्युजनसाठी लागणारी मशीन्स तयार करणं सोपं नाही आणि त्यासाठी प्रचंड उर्जाही लागते.

तुलनेनं न्युक्लियर फिशनची प्रक्रिया काहीशी सोपी आहे. त्यामुळे ती लवकर विकसित झाली आणि आज जगभरातल्या सगळ्या अणूभट्ट्या न्युक्लियर फिशनवरच आधारीत आहेत.

पण फिशनच्या प्रक्रियेत मोठ्या प्रमाणात किरणोत्सारी कचरा निर्माण होतो, ज्याचं विघटन व्हायला कित्येक वर्ष लागू शकतात.

तुलनेनं फ्युजनद्वारा उर्जानिर्मितीत कमी कचरा तयार होतो, या कचऱ्याचं लवकर विघटन होतं आणि या उर्जेच्या वापरातून कुठले ग्रीनहाऊस गॅसेस तयार होत नाहीत.

साहजिकच फ्युजनचा वापर करून उर्जानिर्मिती हवामान बदलाला आळा घालण्यासाठी मदत करेल, असं वैज्ञानिक सांगतात.

त्यामुळे जगभरातील काही प्रमुख देश न्युक्लियर फ्युजनवर संशोधनासाठी एकत्र आले आहेत आणि ते दक्षिण फ्रान्समध्ये इंटरनॅशनल थर्मोन्युक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिअक्टर अर्थात ITER प्रकल्पावर काम करत आहेत.

ITER प्रकल्पात युरोपीयन संघातील देश, अमेरिका, चीन आणि रशिया यांचा समावेश आहे.

भारतही या प्रकल्पाचा भाग आहे. अहमदाबादमधली इन्स्टिट्यूट ऑफ प्लाझ्मा रिसर्च ही अणुउर्जा विभागाअंतर्गत येणारी संस्था आयटीईआरसाठी गरजेचे काही घटक तयार करते आहे.

हा प्रकल्प यशस्वी झाला, तर या शतकाच्या उत्तरार्धात न्युक्लिअर फ्युजनच्या माध्यमातून स्वच्छ आणि स्वस्त वीज उपलब्ध होणं शक्य होईल.