అణువంత దీపం.. కొండంత వెలుగు

ప్రపంచం ఎదుర్కొంటున్న రెండు ప్రధాన సమస్యలైన భూతాపం, ఇంధన కొరతకు అద్భుత పరిష్కారాన్ని కనుగొనే దిశగా మానవాళి కీలక మైలురాయి సాధించింది. నక్షత్రాలకు వెలుగులను ప్రసాదించే కేంద్రక సంలీన చర్య (న్యూక్లియర్‌ ఫ్యూజన్‌)ను పుడమిపై సాకారం చేసే దిశగా చరిత్రాత్మక ఘట్టం ఆవిష్కృతమైంది. దశాబ్దాలుగా శాస్త్రవేత్తలు సాగించిన కృషితో ఇది సాధ్యమైంది.

ఏమిటీ ఫ్యూజన్‌?

సూర్యుడు, ఇతర నక్షత్రాల్లో న్యూక్లియర్‌ ఫ్యూజన్‌ ద్వారా శక్తి వెలువడుతుంది. అందులో తేలికైన హైడ్రోజన్‌ పరమాణువులు కలిసిపోయి హీలియం అనే భార మూలకం ఏర్పడుతుంది. ఈ క్రమంలో కాంతి, వేడి రూపంలో అపారశక్తి వెలువడుతుంది. సౌర వెలుగులు, ఉష్ణానికి మూలం ఇదే.

* అయితే ఒకేరకమైన రెండు పరమాణువులను కలపడం చాలా కష్టం. వాటికి ఒకే విధమైన ఆవేశం (ఛార్జ్‌) ఉంటుంది. బ్యాటరీల్లో రెండు ధనావేశ అంచులు పరస్పరం వికర్షించుకున్నట్లు.. ఇవి కూడా కలవవు. అసాధారణ పరిస్థితుల్లోనే కలుస్తాయి.

* సూర్యుడి కేంద్ర భాగంలోని భారీ ఉష్ణోగ్రతలు (కోటి డిగ్రీల సెల్సియస్‌), పీడనం (భూ వాతావరణంతో పోలిస్తే 100 బిలియన్‌ రెట్లు ఎక్కువ) వల్ల అక్కడ ఫ్యూజన్‌ సాధ్యమవుతోంది. భానుడి అసాధారణ గురుత్వాకర్షణ శక్తి వల్ల సహజసిద్ధంగా ఇలాంటి పరిస్థితులు ఏర్పడ్డాయి.

* ఫ్యూజన్‌ చర్యలు తీవ్ర వేడితో కూడిన ప్లాస్మాలో జరుగుతాయి. అందులో ధనావేశపు అయాన్లు, స్వేచ్ఛగా కదిలే ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి. దీని లక్షణాలు ఘన, ద్రవ, వాయు పదార్థాలకు భిన్నం.

తాజా పురోగతి ఏమిటి?

అమెరికాలోని కాలిఫోర్నియాలో ఉన్న లారెన్స్‌ లివర్‌మూర్‌ నేషనల్‌ ల్యాబ్‌కు చెందిన నేషనల్‌ ఇగ్నిషన్‌ ఫెసిలిటీ (ఎన్‌ఐఎఫ్‌) పరిశోధకులు ఈ నెల 5న ‘ఫ్యూజన్‌ ఇగ్నిషన్‌’ అనే కీలక మైలురాయి సాధించారు. సంలీన చర్య కోసం వెచ్చించినదాని కన్నా ఎక్కువ శక్తిని ఉత్పత్తి చేయడాన్ని ఫ్యూజన్‌ ఇగ్నిషన్‌గా పేర్కొంటారు.

ఇలా చేశారు..!

ఎన్‌ఐఎఫ్‌లో డ్యుటీరియం, ట్రిటియంతో కూడిన కొద్దిపాటి ఇంధనాన్ని ఒక క్యాప్సూల్‌లో ఉంచారు. దీనిపైకి 192 లేజర్లను ప్రయోగించారు. 10 కోట్ల డిగ్రీల సెల్సియస్‌కు వేడిచేసే, భూ వాతావరణం కన్నా 100 బిలియన్ల రెట్లు ఎక్కువ ఒత్తిడిని కలిగించే సామర్థ్యం ఈ పుంజాలకు ఉంది.

* లేజర్‌ పుంజాలు క్యాప్సూల్‌ను తాకినప్పుడు ఎక్స్‌రేలు ఉత్పత్తయ్యాయి. అవి.. ఇంధనాన్ని లక్షల డిగ్రీల సెల్సియస్‌ ఉష్ణోగ్రతకు, తీవ్ర పీడనానికి గురిచేశాయి. ఫలితంగా స్వల్ప సమయంపాటు ఒక నక్షత్రంలో ఉండే పరిస్థితులు ఆవిష్కృతమయ్యాయి.  

* ఈ ప్రయోగం అనంతరం.. ఫ్యూజన్‌ చర్యలో విడుదలైన శక్తి, లేజర్లు వినియోగించిన శక్తిల నిష్పత్తిని శాస్త్రవేత్తలు పరిశీలించారు. దీన్ని ‘గెయిన్‌’గా పేర్కొంటారు. ఇది 1 కన్నా ఎక్కువగా ఉంటే లేజర్ల ద్వారా వినియోగమైన దాని కన్నా ఫ్యూజన్‌ ప్రక్రియలో ఎక్కువగా శక్తి విడుదలైనట్లే.

* ఎన్‌ఐఎఫ్‌లో ఇంధనంపైకి 20 లక్షల జౌల్స్‌ శక్తితో లేజర్లను ప్రయోగించారు. ఇదంతా సెకనులో వందలకోట్ల వంతు సమయంలోనే జరిగింది. ఫలితంగా 30 లక్షల జౌల్స్‌ శక్తి విడుదలైనట్లు తేలింది. అంటే.. గెయిన్‌ 1.5గా ఉందన్నమాట. ఇలా.. వినియోగించినదాని కన్నా ఎక్కువ శక్తి ఉత్పత్తయిన దాఖలాలు గతంలో ఎన్నడూ లేవు.

* ఎన్‌ఐఎఫ్‌ ప్రయోగంలో బఠానీ గింజ కన్నా తక్కువ పరిమాణంలో ఇంధనాన్ని వాడారు. దీని ద్వారా ఉత్పత్తయిన శక్తి.. టీ కాచుకోవడానికి ఉపయోగించే 15-20 కెటిళ్లను వేడెక్కించడానికి సరిపోతుంది.

ఎంతో సురక్షితం..

ప్రస్తుతం విద్యుదుత్పత్తికి ఉపయోగిస్తున్న అణు విచ్ఛిత్తి (న్యూక్లియర్‌ ఫిజన్‌) రియాక్టర్లతో పోలిస్తే ఫ్యూజన్‌ ప్రక్రియ భిన్నం.

* ఫిజన్‌ రియాక్టర్లలో అణువులను విచ్ఛిన్నం చేస్తారు. ఈ విధానంలో ప్రమాదకర రేడియోధార్మిక పదార్థాలు వెలువడతాయి. వాటిని వందల ఏళ్లు భద్రమైన ప్రదేశంలో నిల్వ చేయాల్సి ఉంటుంది.

* ఫ్యూజన్‌లో ఉత్పత్తయ్యే వ్యర్థాల్లో రేడియోధార్మికత తక్కువ. అవి త్వరగా క్షీణించిపోతాయి. గ్రీన్‌హౌస్‌ ఉద్గారాలను వెలువరించే చమురు, గ్యాస్‌ వంటి శిలాజ ఇంధనాలను ఫ్యూజన్‌ చర్యలో వాడరు. ఇందులో వెలువడేది హీలియం. అది విషతుల్యంకాని జడ వాయువు.

* కేంద్రక సంలీన చర్యను ఆరంభించడం, కొనసాగించడం చాలా కష్టం. అది అదుపు తప్పే అవకాశం లేదు. ఇందులో ‘స్వీయ నియంత్రణ యంత్రాంగం ఉంటుంది. చర్యను మనం నియంత్రించలేకపోతే.. ఆ యంత్రమే దాన్ని స్విచ్ఛాఫ్‌ చేస్తుంది. చర్య ఆగిపోతే.. ప్లాస్మా చాలా త్వరగా, తన శక్తిని కోల్పోతుంది. రియాక్టర్‌కు ఏదైనా హాని కలగక ముందే అది ఆరిపోతుంది.

భూమిపైనా..

నక్షత్రాల్లో జరిగే ఫ్యూజన్‌ చర్యను భూమిపై సాకారం చేయాలని 1950ల నుంచి 50కిపైగా దేశాల  శాస్త్రవేత్తలు ప్రయత్నాలు చేస్తున్నారు. దీనివల్ల భారీగా పర్యావరణ అనుకూల విద్యుత్‌ను ఉత్పత్తి చేయవచ్చని వారు చెబుతున్నారు.

* అయితే సూర్యుడిలో ఉన్నంత గురుత్వాకర్షణ శక్తి పుడమిపై లేదు. అందువల్ల ఇక్కడ ఫ్యూజన్‌ను సృష్టించాలంటే సూర్యుడి కన్నా ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత అవసరం.

* ప్రధానంగా శాస్త్రవేత్తలు హైడ్రోజన్‌ ఐసోటోపులైన డ్యుటీరియం, ట్రిటియాన్ని ఫ్యూజన్‌లో ఇంధనంగా ఉపయోగిస్తున్నారు. ఈ రెండూ కలవాలంటే 10 కోట్ల డిగ్రీల సెల్సియస్‌ ఉష్ణోగ్రత, తీవ్రస్థాయి పీడనం అవసరం.

* ఫ్యూజన్‌ ద్వారా వెలువడే ప్లాస్మా, అయస్కాంత బలాలను నియంత్రించాలి. ఈ చర్యను సుదీర్ఘకాలం కొనసాగించడమూ కష్టమే. ఈ ఇబ్బందులను శాస్త్రవేత్తలు ఒక్కొక్కటిగా అధిగమిస్తున్నారు.

బోలెడు ప్రయోజనాలు

* సౌర, వాయు శక్తికి భిన్నంగా ఫ్యూజన్‌.. అనుకూల వాతావరణ పరిస్థితులపై ఆధారపడి ఉండదు. ఈ విధానాన్ని విస్తృతంగా ఉపయోగించడం ద్వారా దేశాలు.. 2050 నాటికి ‘నెట్‌ జీరో’ ఉద్గారాల స్థాయిని అందుకోవచ్చు.

* అణు విచ్ఛిత్తితో పోలిస్తే ఫ్యూజన్‌ విధానంలో కిలో ఇంధనం ద్వారా నాలుగు రెట్లు ఎక్కువ శక్తిని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. అదే.. చమురు లేదా బొగ్గుతో పోలిస్తే ఏకంగా 40 లక్షల రెట్లు ఎక్కువ శక్తిని సాధించొచ్చు.

* ఫ్యూజన్‌ చర్యల్లో వాడే ఇంధనాలు భూమిపై అపారంగా ఉన్నాయి. ఇందులో డ్యుటీరియాన్ని సముద్ర జలాల నుంచి చౌకలో ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. ట్రిటియాన్ని లిథియం ద్వారా ఫ్యూజన్‌ ప్రక్రియలో ఒడిసిపట్టొచ్చు. లిథియం నిల్వలు పుష్కలంగా ఉన్నాయి. వీటితో మానవాళి లక్షల ఏళ్ల పాటు ఇంధన అవసరాలను తీర్చుకోవచ్చు.

ఫ్యూజన్‌ చర్యలో కొద్ది గ్రాముల మేర ఇంధనం (డ్యుటీరియం, ట్రిటియం)తో ఒక టెరాజౌల్‌ శక్తిని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. అభివృద్ధి చెందిన దేశంలో ఒక వ్యక్తి ఇంధన అవసరాలను 60 ఏళ్ల పాటు తీర్చడానికి ఇది సరిపోతుంది.

సూర్యుడిలో ఫ్యూజన్‌ ద్వారా ప్రతి సెకనుకు 60 కోట్ల టన్నుల హైడ్రోజన్‌.. హీలియంగా మారుతుంది. ఈ క్రమంలో ఉత్పత్తయ్యే కాంతి రేణువు సూర్యుడి నుంచి వెలుపలికి రావడానికి 30వేల సంవత్సరాలు పడుతుంది.

ఎక్కడ మెరుగుపడాలి?

ఫ్యూజన్‌ను ఆచరణయోగ్య ఇంధన వనరుగా మలచడానికి, దాని ద్వారా నిరంతరాయంగా మన ఇళ్లకు విద్యుత్‌ అందడానికి ఇంకా కనీసం 30 ఏళ్లయినా పడుతుందని విశ్లేషకులు చెబుతున్నారు. ఈ దిశగా సాధించాల్సిన సాంకేతిక సవాళ్లు ఎన్నో ఉన్నాయి.

* 2009లో ఎన్‌ఐఎఫ్‌ నిర్మాణం పూర్తయ్యేటప్పటికీ అందులో 10 లక్షల జౌల్స్‌ మేర శక్తిని ఉత్పత్తి చేసింది. నేడు అది 20 లక్షల జౌల్స్‌కు పెరిగింది. ఇదేరీతిలో మరింత శక్తిమంతమైన, సమర్థమైన లేజర్లు వస్తే మంచి పురోగతి సాధ్యమవుతుంది.

* ఫ్యూజన్‌ పరిస్థితులను ఎక్కువసేపు కొనసాగించడం సవాళ్లతో కూడుకున్న వ్యవహారం. ఇంధన క్యాప్సూల్‌లో ఏదైనా తేడా వస్తే.. ఈ సాధనం వాడిన విద్యుత్‌తో పోలిస్తే ఉత్పత్తి చేసే శక్తి తగ్గిపోతుంది. ఈ నేపథ్యంలో లేజర్లను, ఆ తర్వాత ఎక్స్‌రే రేడియోధార్మికతను ఇంధన క్యాప్సూల్‌కు సమర్థంగా చేరవేసే విషయంలో శాస్త్రవేత్తలు పురోగతి సాధించారు. అయినా ప్రస్తుతం మొత్తం లేజర్‌ శక్తిలో 10 నుంచి 30 శాతం మాత్రమే క్యాప్సూల్‌ నుంచి ఇంధనానికి బట్వాడా అవుతోంది.

* లేజర్లు, ఇంధనానికి మధ్య చర్యకే పరిమితం కాకుండా వ్యవస్థ మొత్తాన్నీ సాకారం చేయడానికి చాలా కృషి చేయాల్సి ఉంది. ఫ్యూజన్‌ చర్యల్లో ఉత్పత్తయ్యే న్యూట్రాన్లతో ఆవిరి టర్బైన్లను నడిపి.. విద్యుదుత్పత్తి చేసే ఫ్యూజన్‌ రియాక్టర్లపై పెద్దగా పరిశోధనలు సాగలేదు.

ఈనాడు ప్రత్యేక విభాగం