ओटावा (कनाडा): अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने दिसंबर 2022 में परमाणु संलयन विज्ञान क्षेत्र में एक बड़ी वैज्ञानिक सफलता की सूचना दी। पहली बार, संलयन प्रतिक्रिया से इसे प्रज्वलित करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा से अधिक ऊर्जा उत्पन्न की गई थी। हालांकि यह उपलब्धि वास्तव में ऐतिहासिक है, लेकिन संलयन ऊर्जा के लिए आगे बढ़ने से पहले रुककर इसपर विचार करना महत्वपूर्ण है। हम कार्लटन विश्वविद्यालय में टिकाऊ और नवीकरणीय ऊर्जा इंजीनियरिंग के प्रोफेसर हैं, जहां हम वैकल्पिक ऊर्जा प्रौद्योगिकियों और प्रणालियों पर शोध करते हैं जो हमें कम कार्बन वाले भविष्य में ले जा सकते हैं। हम अपने छात्रों को यह भी सिखाते हैं कि प्रयोगशाला-आधारित निष्कर्षों से वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों तक जोखिम भरे क्षेत्र में कैसे नेविगेट किया जाए।
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प्रणाली सीमाओं को परिभाषित करना संभावित संलयन ऊर्जा बिजली संयंत्र की दक्षता देखी जानी बाकी है। रिपोर्ट किए गए फ़्यूज़न शुद्ध लाभ के लिए वास्तव में लगभग 300 मेगाजूल ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है, जिसे ऊर्जा लाभ गणना में शामिल नहीं किया गया था। 192 लेज़रों को बिजली देने के लिए आवश्यक यह ऊर्जा इनपुट विद्युत पावर ग्रिड से आई थी। दूसरे शब्दों में, प्रयोग में उतनी ही ऊर्जा खर्च हुई जितनी एक सामान्य कनाडाई घर में दो दिन में होती है। ऐसा करने पर, संलयन प्रतिक्रिया से एक घंटे के लिए केवल 14 तापदीप्त बल्बों को जलाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा उत्पन्न होती है। परमाणु विखंडन के बारे में भी यही सच है, जो वर्तमान परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के अंदर की प्रतिक्रिया है। एक किलोग्राम यूरेनियम-235 का पूर्ण विखंडन – परमाणु ईंधन का विखंडनीय घटक – लगभग 77 टेराजूल उत्पन्न कर सकता है। लेकिन हम उस सारी ऊर्जा को ऊष्मा और विद्युत शक्ति जैसे उपयोगी रूपों में परिवर्तित नहीं कर सकते।
ईंधन में मौजूद सारा यूरेनियम नहीं जलाया जाता
इसके बजाय, हमें एक जटिल प्रणाली का निर्माण करना होगा जो परमाणु विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित कर सके और उत्पन्न ऊर्जा को अधिक उपयोगी रूपों में परिवर्तित कर सके। परमाणु ऊर्जा संयंत्र यही करते हैं – वे भाप बनाने के लिए परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं के दौरान उत्पन्न गर्मी का उपयोग करते हैं। यह भाप विद्युत ऊर्जा जनरेटर से जुड़ी एक टरबाइन को चलाती है, जो बिजली का उत्पादन करती है। चक्र की कुल दक्षता 40 प्रतिशत से कम है। इसके अलावा, ईंधन में मौजूद सारा यूरेनियम नहीं जलाया जाता है। प्रयुक्त ईंधन में अभी भी कुल यूरेनियम का लगभग 96 प्रतिशत और विखंडनीय यूरेनियम-235 सामग्री का लगभग पांचवां हिस्सा शामिल है। हमारे वर्तमान बेड़े में खर्च किए गए यूरेनियम की मात्रा में वृद्धि संभव है – यह कार्य का एक सतत क्षेत्र है – लेकिन यह भारी इंजीनियरिंग चुनौतियां पेश करता है।
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परमाणु ईंधन की विशाल ऊर्जा क्षमता वर्तमान में उस ऊर्जा को उपयोगी रूप में परिवर्तित करने की इंजीनियरिंग चुनौतियों से कम हो गई है। विज्ञान से इंजीनियरिंग तक हाल तक, फ़्यूज़न को मुख्य रूप से एक वैज्ञानिक प्रयोग के रूप में देखा जाता रहा है, इंजीनियरिंग चुनौती के रूप में नहीं। यह तेजी से बदल रहा है और नियामक अब जांच कर रहे हैं कि वास्तविक दुनिया में तैनाती कैसे हो सकती है। भविष्य के संलयन बिजली संयंत्र की दक्षता के बावजूद, बुनियादी विज्ञान से वास्तविक दुनिया में ऊर्जा रूपांतरण करने के दौरान कई चुनौतियों पर काबू पाने की आवश्यकता होगी। चूंकि विखंडन को भी वैसी ही कई चुनौतियों का सामना करना पड़ा जैसा अब संलयन को करना पड़ता है, हम इसके इतिहास से बहुत कुछ सीख सकते हैं। वाणिज्यिक उद्योग का रूप लेने से पहले विखंडन को भी विज्ञान से इंजीनियरिंग की ओर बढ़ना पड़ा।
संलयन शक्ति आएगी और बिजली बहुत सस्ती होगी
परमाणु विखंडन की तरह संलयन ऊर्जा का विज्ञान भी परमाणु हथियार विकसित करने के प्रयासों में निहित है। विशेष रूप से, परमाणु बम विकसित करने में मदद करने वाले कई परमाणु भौतिक विज्ञानी ‘‘यह साबित करना चाहते थे कि यह खोज सिर्फ एक हथियार नहीं थी।’’ परमाणु ऊर्जा का प्रारंभिक इतिहास आशावाद का था – इस घोषणा का कि प्रौद्योगिकी आगे बढ़ेगी और ऊर्जा की बढ़ती मात्रा की हमारी आवश्यकता को पूरा करने में सक्षम होगी। अंततः, संलयन शक्ति आएगी और बिजली बहुत सस्ती हो जाएगी। सबक सीखा गया परमाणु ऊर्जा की शुरुआत के बाद से पिछले 70 वर्षों में हमने क्या सीखा है? सबसे पहले, हमने टेक्नोलॉजी लॉक-इन के संभावित विनाशकारी जोखिम के बारे में सीखा है, जो तब होता है जब कोई उद्योग किसी विशिष्ट उत्पाद या सिस्टम पर निर्भर हो जाता है।
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आज के हलके पानी के विखंडन रिएक्टर – रिएक्टर जो हाइड्रोजन आइसोटोप से समृद्ध पानी के विपरीत सामान्य पानी का उपयोग करते हैं – इसका एक उदाहरण हैं। उन्हें इसलिए नहीं चुना गया क्योंकि वे सर्वाधिक वांछनीय थे, बल्कि अन्य कारणों से चुने गए थे। इन कारकों में सरकारी सब्सिडी शामिल है जिसने इन डिज़ाइनों का समर्थन किया; पनडुब्बियों और सतही युद्धपोतों के लिए छोटे पैमाने के दबावयुक्त जल रिएक्टर विकसित करने में अमेरिकी नौसेना की रुचि; अमेरिकी परमाणु हथियार कार्यक्रम के परिणामस्वरूप यूरेनियम संवर्धन प्रौद्योगिकी में प्रगति; परमाणु लागत के संबंध में अनिश्चितताओं के कारण यह धारणा बनी कि बड़े हलके पानी वाले रिएक्टर छोटे रिएक्टरों के बड़े पैमाने वाले संस्करण हैं; और परमाणु ऊर्जा विकास से जुड़ी उच्च लागत और जोखिमों को देखते हुए डिजाइन विकल्पों के संबंध में रूढ़िवादिता। हम तब से अन्य प्रौद्योगिकियों की ओर बढ़ने के लिए संघर्ष कर रहे हैं।
दूसरा, हमने सीखा है कि आकार मायने रखता है। बड़े रिएक्टरों की प्रति इकाई क्षमता बनाने में छोटी इकाइयों की तुलना में अधिक लागत आती है। दूसरे शब्दों में, इंजीनियरों ने पैमाने की अर्थव्यवस्थाओं की अवधारणा को गलत समझा और इस प्रक्रिया में अपने उद्योग को बर्बाद कर दिया। बड़ी बुनियादी ढांचा परियोजनाएं बेहद जटिल प्रणालियां हैं जो विशाल कार्यबल और समन्वय पर निर्भर करती हैं। उन्हें प्रबंधित किया जा सकता है, लेकिन वे आम तौर पर बजट से अधिक हो जाते हैं और निर्धारित समय से पीछे हो जाते हैं। मॉड्यूलर प्रौद्योगिकियां बेहतर सामर्थ्य, लागत नियंत्रण और अर्थव्यवस्थाओं का प्रदर्शन करती हैं, लेकिन सूक्ष्म और छोटे परमाणु रिएक्टरों को भी आर्थिक चुनौतियों का सामना करना होगा।
परमाणु विखंडन प्रौद्योगिकी के लिए अरबों डॉलर की आवश्यकता
तीसरा, संलयन के लिए नियामक व्यवस्थाएं विकसित की जानी चाहिए। यदि उद्योग पहली पीढ़ी के डिजाइन के आसपास बहुत तेजी से एकजुट होता है, तो भविष्य के रिएक्टरों के विनियमन के परिणाम गंभीर हो सकते हैं। चौथा, नए बिजली संयंत्रों के लिए स्थान चुनना और सामाजिक स्वीकृति महत्वपूर्ण है। फ़्यूज़न का एक फायदा यह है कि जब जनता की राय की बात आती है तो इसकी तकनीक विखंडन की तुलना में कोरी स्लेट की तरह होती है। जनता का फ्यूजन के साथ जो सकारात्मक जुड़ाव है, उसे विवेकपूर्ण डिजाइन निर्णयों और सामुदायिक जुड़ाव के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं को अपनाकर बनाए रखा जाना चाहिए। कार्रवाई के लिए आह्वान परमाणु ऊर्जा नवाचार पर हमारे शोध से पता चलता है कि परमाणु संलयन के सामने आने वाली चुनौतियों को दूर किया जा सकता है, लेकिन इसके लिए विवेकपूर्ण नेतृत्व, दशकों के शोध, महत्वपूर्ण मात्रा में धन और प्रौद्योगिकी विकास पर ध्यान देने की आवश्यकता है। परमाणु विखंडन प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने के लिए अरबों डॉलर की आवश्यकता है, और हमारे पास संलयन की तुलना में विखंडन का कहीं अधिक अनुभव है।
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सरकारों, विद्युत उपयोगिता कंपनियों और उद्यमियों द्वारा वित्त पोषण की भूख प्रदर्शित की जानी चाहिए। फ़्यूज़न का वादा बहुत बड़ा है और इस हालिया सफलता के अलावा निजी कंपनियों सहित इसे आगे बढ़ाने के लिए रोमांचक काम किया जा रहा है। इससे पहले कि फ्यूज़न हमारी ऊर्जा प्रणाली में सार्थक योगदान दे सके, दशकों के अनुसंधान और विकास की आवश्यकता है। हमारा केंद्रीय संदेश कार्रवाई का आह्वान है: फ्यूजन इंजीनियरों, शोधकर्ताओं, उद्योग और सरकार को पहली पीढ़ी के बिजली संयंत्रों के डिजाइन सहित फ्यूजन के सामने आने वाली चुनौतियों की जांच करने और उन्हें कम करने के लिए संगठित होना चाहिए। यदि हम अपने ग्रह को जलवायु आपदा से बचाना चाहते हैं तो ऊर्जा प्रणाली के गहरे और तीव्र डीकार्बोनाइजेशन का कोई विकल्प नहीं है। हमें नए और बेहतर ऊर्जा समाधान डिजाइन करने के लिए अगली पीढ़ी के ऊर्जा इंजीनियरों को प्रशिक्षित करने पर गर्व है।
