होमी जहांगीर भाभा यांची ब्रिटनबद्दलची भविष्यवाणी खरी ठरत आहे का?

ब्रिटनने 2040 पर्यंत फ्यूजन रिअॅक्टरसह व्यावसायिक वीज केंद्र बनवण्याची घोषणा केली आहे.

हे शक्य आहे का?

न्यूक्लिअर फ्यूजनचं शास्त्र 1930 च्या दशकापासूनच माहिती आहे. त्यावेळी प्रयोगशाळेत हायड्रोजन आयसोटोपच्या अणुचं फ्यूजन करण्यात आलं होतं.

आपण रोज हे घडताना पाहतो. सूर्य एका प्रचंड मोठ्या स्वयंभू फ्यूजन रिअॅक्टरप्रमाणे काम करतो. याच प्रकारे इतर तारेसुद्धा असंच काम करतात.

ताऱ्यांमधील फ्यूजन प्रचंड अशा गुरुत्वाकर्षण बलाने संचलित होतं. या फ्यूजनमध्ये अणु एकमेकांत मिसळून त्यांच्यात बदल घडतो. या प्रक्रियेतून मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा बाहेर पडते.

अनेक अर्थांनी फ्यूजनची वैशिष्ट्ये रसायन शास्त्राशी मिळतीजुळती आहेत. प्राचीन इराणमधील रसायन शास्त्रज्ञ आपल्या आयुष्यातील कित्येक दशकं इतर धातूंपासून सोनं तयार करण्यात घालवत असत.

फ्यूजनही एक अशी प्रक्रिया आहे, ज्यामध्ये अणुंचं केंद्र एकमेकांत मिसळून नव्या जड केंद्रात बदलतात. यामुळे एक वेगळं रासायनिक तत्व निर्माण होतं.

वीज बनू शकते, सोनं नाही

रसायन शास्त्रज्ञांना ही गोष्ट माहीत होती. सोनं आपल्या डोळ्यांसमोर आहे. ते कोणत्या ना कोणत्या प्रक्रियेपासून बनलं असेल.

पण सोन्यासारख्या जड वस्तू प्रत्यक्षात फ्यूजनने बनल्या आहेत, हे त्यांना लक्षात आलं नाही.

अनेक नष्ट होणाऱ्या ताऱ्यांमध्ये विस्फोट होऊन अशा प्रकारचे धातू अंतराळात पसरले आहेत.

अणुंमधील फ्यूजन सुरू करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात ऊर्जेची आवश्यकता असत. पृथ्वीवर फक्त हलक्या तत्वांचं फ्यूजनच यशस्वी ठरू शकतं. त्यामुळे इथं सोनं तयार करता येऊ शकत नाही.

फ्यूजन रिअॅक्टरमध्ये हायड्रोजन आयसोटोप सुमारे दीड कोटी डिग्री सेंटीग्रडे तापमानावर गरम केलं जातं. हे तापमान सूर्याच्या उष्णतेएवढं आहे. यामुळे एक प्लाझ्मा बनतो, ही पदार्थाची चौथी अवस्था आहे.

प्लाझ्माला चुंबकीय शक्तीने दाबलं जातं. यातून हायड्रोजन आयसोटोपशी जुळून हेलियममध्ये बदलतं. या प्रक्रियेनंतर तीव्र वेगवान असे न्यूट्रॉन बाहेर पडतात.

दरम्यान, याची प्रतिक्रिया म्हणून 17.6 मेगा इलेक्ट्रॉन वोल्ट ऊर्जा मुक्त होते. सामान्य रासायनिक दहनामुळे मिळणारी ऊर्जा ही एक कोटी पटीने जास्त आहे.

न्यूक्लिअर फिशनमध्ये वजनदार परमाणू तुटून हलक्या परमाणूमध्ये बदलतात. या उलट न्यूक्लिअर फ्यूजनमध्ये हलके परमाणू जुळून जड परमाणूमध्ये बदलतात.

याचा अर्थ फ्यूजनमध्ये हानिकारक तत्व कमी बाहेर पडतात. न्यूट्रॉनच्या स्फोटात फ्यूजन प्लांट थोडा किरणोत्सारी होतो. पण किरणोत्सारी उत्पादनं अल्पकालीन असतात.

फ्यूजनने प्रदूषणरहित, जलवायू-अनुकूल ऊर्जा निर्माण केली जाऊ शकते. यामध्ये किरणोत्सारी कचरा तयार होण्याचाही धोका नाही.

डिझाईनचं आव्हान

इंग्लंडमध्ये कल्हम सारख्या परीक्षण रिअॅक्टर्समध्ये जॉईंट युरोपियन टोरसने फ्यूजन शक्य असल्याचं सिद्ध केलं.

परीक्षण रिअॅक्टर्स वीज केंद्रात कसे बदलावेत, हे आव्हान आता सर्वांसमोर आहे. ते व्यावसायिक दृष्टिकोनातून व्यावहारिकही असले पाहिजेत. यामुळे फ्यूजन रिअॅक्टर चालवण्यासाठी जितकी वीज लागेल, त्यापेक्षा जास्त वीज निर्माण केली जाऊ शकेल.

गेल्या अनेक वर्षांपासून व्यावसायिक फ्यूजन वीज केंद्र पुढच्या 30 वर्षांत अस्तित्वात येतील.

1955 मध्ये भौतिक शास्त्रज्ञ होमी जहांगीर भाभा यांनीही असाच एक दावा केला होता. आतापासून 20 वर्षांत आपल्याला फ्यूजन वीज केंद्रातून वीज मिळू लागेल, असं भाभा यांनी त्यावेळी म्हटलं होतं.

भाभा यांचा दावा तसंच इतर अनेक दावे पूर्ण होऊ शकले नाहीत. आदर्श स्थितीत फ्यूजन कशा प्रकारे काम करतो, हे आपल्याला माहीत आहे. पण दुर्दैवाने यामध्ये अनेक आव्हानं आहेत. फ्यूजन हे इंजिनिअरिंगचं आव्हान आहे वैज्ञानिक नव्हे.

ब्रिटनचे न्यूक्लिअर अॅडव्हान्स्ड मॅन्युफॅक्चरिंग रिसर्च सेंटरचे मुख्य कार्यकारी अधिकारी अँड्यू स्टोरर सांगतात, "आव्हान विज्ञानाबाबत नाही. शास्त्रज्ञांना आता व्यावहारिकपणे काम करणारी गोष्ट तयार करायची आहे."

परिस्थिती बदलतेय

2019 मध्ये ब्रिटिश सरकारने 2040 पर्यंत पूर्णपणे काम करणारं फ्यूजन रिअॅक्टर तयार करणाऱ्या योजनेची घोषणा केली होती.

याचा पहिला टप्पा फ्यूजन रिअॅक्टरमध्ये वीज उत्पादनासाठी गोलाकार टोकामॅकचं (STEP) मास्टरप्लॅन विकसित करणं हे आहे.

हे डिझाईन ब्रिटिश फ्यूजन रिसर्चसाठी विशेष असंच आहे. पण 20 वर्षांत पूर्णपणे व्यावसायिक फ्यूजन रिअॅक्टर तयार करणं मोठं काम आहे.

तुलना करायची झाल्यास हिंकले पॉईंट सी न्यूक्लिअर फिशन रिअॅक्टर 2025 पर्यंत तयार होण्याची अपेक्षा आहे.

याच्या प्रस्तावापासून ते निर्मितीपर्यंत 15 वर्षे लागली. यामध्ये 1950 पासून वापरण्यात येत असलेल्या फिशन तंत्रज्ञानाचाच वापर होणार आहे.

दरम्यान, फ्रान्समध्ये ITER फ्यूजन रिअॅक्टर 70 टक्के बांधून तयार आहे. 2025 मध्ये याठिकाणी प्लाझ्मा तयार केलं जाऊ शकतं. इथून 500 मेगावॉट वीज मिळेल. लिव्हरपूल इतक्या शहरासाठी ही वीज पुरेशी असेल.

युके अॅटॉमिक एनर्जी ऑथरिटीचे मुख्य कार्यकारी अधिकारी इयान चॅपमन सांगतात, "ITER बद्दल अनेक गोष्टी वैज्ञानिक स्वप्नाप्रमाणेच आहेत. तिथं एक मोठं चुंबक बनवण्यात आलं आहे. त्या चुंबकाची शक्ती इतकी जबरदस्त आहे की त्याच्या मदतीने समुद्रातून विमान बाहेर काढलं जाऊ शकतं."

ITER चं डिझाईन ब्रिटनच्या STEP रिअॅक्टरपेक्षा वेगळं आहे. ITER चा आकार डोनटसारखा आहे. तर STEP मध्ये गोलाकार टोकामॅक कॉम्पॅक्ट डिझाईन वापरण्यात आलं आहे.

आकार लहान होण्याचा अर्थ म्हणजे चुंबक लहान झाले आहेत. यामुळे हजारो कोटी रुपयांची बचत होईल.

STEP रिअॅक्टरच्या निर्माणाच्या योजनेच्या एका भागात रॉदरहॅममध्ये न्यूक्लिअर AMRC (अॅडव्हान्स मॅन्यूफॅक्चरिंग रिसर्च सेंटर) जवळ नवं फ्यूजन रिसर्च सेंटर तयार करण्यात येईल.

हे रिअॅक्टर सध्याच्या डिझाईनला उपलब्ध निर्माण सामग्रीच्या मदतीने बनवता येऊ शकणाऱ्या इमारतीच्या स्वरूपात बदलण्यात येईल.

फ्यूजन वीज सत्यात उतरेल

STEP रिअॅक्टर हे स्वप्न सत्यात उतरवणाऱ्या तंत्रज्ञानांपैकी एक म्हणजे सुपर-एक्स डायव्हर्टर.

फ्यूजनमध्ये सूर्याच्या तापमानाऐवढी उष्णता गरजेची असते. ही उष्णता सामावून घेण्याचीही क्षमतासुद्धा गरजेची असते.

इतकी उष्णता रिअॅक्टरच्या भिंतींपर्यंत पोहोचली तर त्या भिंती वितळतील आणि फ्यूजन नादुरुस्त होईल. त्याऐवजी प्लाझ्माची उष्णता डायव्हर्टरकडे पाठवली जाते.

चॅपमन सांगतात, "प्लाझ्मा बाहेर जाण्याची सोय करणं हे फ्यूजन प्रक्रियेतील प्रमुख आव्हानांपैकी एक आहे. जवळपासच्या भागाला नुकसान न पोहोचवता त्यामधील अतिरिक्त उष्णता हटवम्याची गरज असेल."

MAST (Mega Ampere Spherical Tokamak) अपग्रेडमध्ये आपण करत असलेल्या तंत्रज्ञानाच्या परीक्षणात तापमान घटवून एका कार इंजीनाच्या तापमानाप्रमाणे ते बनवण्याचा प्रयत्न करत आहोत.

हे डायव्हर्टर फ्यूजन प्रक्रियेत तयार होणाऱ्या हानिकारक तत्वांना बाहेर काढण्यास उपयोगी ठरतो.

जेव्हा अत्याधिक उर्जा असणारे प्लाझ्मा कण अपेक्षित ठिकाणी धडकतात. त्यावेळी त्यांचा उष्मा उर्जेत बदलतो. ही उर्जा वेगवेगळ्या पद्धतीने थंड केली जाऊ शकते.

MAST अपग्रेडने कुल्हममध्ये पहिला प्लाझ्मा ऑक्टोबर 2020 मध्ये बनवला होता.

सध्याच्या वीज केंद्राचा वापर

2040 पर्यंत आपलं लक्ष्य पूर्ण करण्यासाठी सध्याच्या वीज केंद्राचा वापर करणं हासुद्धा एक मार्ग असू शकतो.

याठिकाणी जुनी यंत्रणा हटवून नवे STEP रिअॅक्टर लावले जाऊ शकतात. त्यामुळे ऊर्जा रुपांतरीत करण्यापासून वीज बनवेपर्यंतची प्रक्रिया तिथंच होऊ शकेल.

मुख्य बाधा नवं फ्यूजन रिअॅक्टर आणि सध्याची वीज केंद्रं यांमधील इंटरफेस बनवण्याची आहे.

नवीन वीज केंद्र बनवणं हे अधिक वेळखाऊ आणि जास्त खर्चिक बाब आहे. त्या तुलनेत लहान STEP रिअॅक्टर बनवणं अधिक फायदेशीर आहे.

सूर्याला बाटलीत बंद करण्याचा दावा खरा करण्यासाठी वर्षानुवर्षांची मेहनत, वेळ आणि ऊर्जा लागली. स्वच्छ आणि कधीही न संपणारं इंधन मिळण्यासाठी हे प्रयत्न सुरू आहेत.

1930 मध्ये फ्यूजन मूर्खपणा असल्याचं सांगितलं जात होतं. पण आता हा शोध नजरेच्या टप्प्यात आला आहे.

हे वाचलंत का?

(बीबीसी मराठीचे सर्व अपडेट्स मिळवण्यासाठी तुम्ही आम्हाला फेसबुक, इन्स्टाग्राम, यूट्यूब, ट्विटर वर फॉलो करू शकता.'बीबीसी विश्व' रोज संध्याकाळी 7 वाजता JioTV अॅप आणि यूट्यूबवर नक्की पाहा.)