लॉरेन्स लिव्हरमोर नॅशनल लॅबोरेटरी (LLNL) मधील शास्त्रज्ञांनी साध्य केले आहे संयोग प्रज्वलन आणि ऊर्जा ब्रेक-इव्हन ५ रोजीth डिसेंबर २०२२ मध्ये, संशोधक संघाने लेसर वापरून नियंत्रित फ्यूजन प्रयोग केला जेव्हा १९२ लेसर बीमने क्रायोजेनिक टार्गेट चेंबरमधील एका लहान इंधन गोळ्याला 2022 दशलक्ष जूलपेक्षा जास्त अतिनील उर्जा वितरीत केली आणि एनर्जी ब्रेक-इव्हन गाठली, म्हणजे फ्यूजन प्रयोगाने त्यापेक्षा जास्त ऊर्जा निर्माण केली. ते चालविण्यासाठी लेसरद्वारे प्रदान केले जाते. अनेक दशकांच्या अथक परिश्रमानंतर इतिहासात प्रथमच हे यश मिळाले. हा विज्ञानातील एक मैलाचा दगड आहे आणि भविष्यात शुद्ध-शून्य कार्बन अर्थव्यवस्थेच्या दिशेने स्वच्छ संलयन ऊर्जा, हवामान बदलाशी लढा देण्यासाठी आणि राष्ट्रीय संरक्षणासाठी आण्विक चाचणीचा अवलंब न करता आण्विक प्रतिबंध राखण्यासाठी महत्त्वपूर्ण परिणाम आहे. यापूर्वी, 192 रोजीthऑगस्ट २०२१, संशोधन संघ फ्यूजन इग्निशनच्या उंबरठ्यावर पोहोचला होता. या प्रयोगाने इतर कोणत्याही आधीच्या फ्यूजन प्रयोगापेक्षा जास्त ऊर्जा निर्माण केली होती परंतु उर्जा ब्रेक-इव्हन साध्य झाले नाही. 2021 रोजी नवीनतम प्रयोग केलाth डिसेंबर 2022 ने ऊर्जा खंडित करण्याचा पराक्रम पूर्ण केला आहे-अगदी या संकल्पनेचा पुरावा प्रदान केला आहे की नियंत्रित आण्विक फ्यूजनचा ऊर्जेच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी वापर केला जाऊ शकतो. व्यावहारिक व्यावसायिक फ्यूजन ऊर्जा अनुप्रयोग अद्याप खूप दूर असू शकते.
परमाणु द्रव्यमान-ऊर्जा सममिती समीकरण E=MC नुसार, प्रतिक्रियांमधून मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा गमावलेल्या वस्तुमानाच्या समतुल्य ऊर्जा मिळते2 आईन्स्टाईन चे. अणुइंधन (युरेनियम-२३५ सारखे किरणोत्सर्गी घटक) च्या केंद्रकांच्या विघटनाचा समावेश असलेल्या विखंडन प्रतिक्रिया सध्या अणुभट्ट्यांमध्ये उर्जा निर्मितीसाठी कार्यरत आहेत. तथापि, अणुविखंडन-आधारित अणुभट्ट्या चेरनोबिलच्या बाबतीत स्पष्ट झाल्याप्रमाणे उच्च मानवी आणि पर्यावरणीय जोखीम चालवतात, आणि विल्हेवाट लावणे अत्यंत कठीण असलेल्या अर्ध्या आयुष्यासह धोकादायक किरणोत्सर्गी कचरा निर्माण करण्यासाठी कुख्यात आहेत.
निसर्गात, आपल्या सूर्यासारखे तारे, विभक्त संलयन हायड्रोजनच्या लहान केंद्रकांचे विलीनीकरण ही ऊर्जा निर्मितीची यंत्रणा आहे. न्यूक्लियर फ्यूजन, न्यूक्लियर फिशनच्या विपरीत, न्यूक्ली विलीन होण्यासाठी अत्यंत उच्च तापमान आणि दबाव आवश्यक असतो. अत्यंत उच्च तापमान आणि दाबाची ही गरज सूर्याच्या केंद्रस्थानी पूर्ण केली जाते जिथे हायड्रोजन केंद्रकांचे संलयन ही ऊर्जा निर्मितीची प्रमुख यंत्रणा आहे परंतु पृथ्वीवर या अत्यंत परिस्थितीची पुनर्निर्मिती आजपर्यंत नियंत्रित प्रयोगशाळेच्या स्थितीत शक्य झालेली नाही आणि परिणामी, न्यूक्लियर फ्यूजन अणुभट्ट्या अद्याप वास्तव नाहीत. (अत्यंत तापमानात अनियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन आणि विखंडन यंत्राच्या ट्रिगरमुळे निर्माण होणारा दाब हे हायड्रोजन शस्त्रामागील तत्त्व आहे).
आर्थर एडिंग्टन यांनीच 1926 मध्ये पहिल्यांदा सुचवले की तारे त्यांची ऊर्जा हायड्रोजनच्या संमिश्रणातून हीलियममध्ये काढतात. न्यूक्लियर फ्यूजनचे पहिले प्रत्यक्ष प्रात्यक्षिक प्रयोगशाळेत 1934 मध्ये झाले जेव्हा रदरफोर्डने ड्युटेरियमचे हेलियममध्ये संलयन दाखवले आणि प्रक्रियेदरम्यान "एक प्रचंड प्रभाव निर्माण झाला" असे निरीक्षण केले. अमर्यादित स्वच्छ ऊर्जा प्रदान करण्याची प्रचंड क्षमता लक्षात घेता, पृथ्वीवर आण्विक संलयनाची प्रतिकृती तयार करण्यासाठी जगभरातील शास्त्रज्ञ आणि अभियंते यांनी एकत्रित प्रयत्न केले आहेत परंतु हे एक कठीण काम आहे.
अत्यंत तापमानात, इलेक्ट्रॉन केंद्रकांपासून वेगळे होतात आणि अणू सकारात्मक केंद्रक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रॉन्सचा समावेश असलेला आयनीकृत वायू बनतात, ज्याला आपण प्लाझ्मा म्हणतो, जो हवेपेक्षा एक दशलक्षपट कमी दाट असतो. हे करते संयोग वातावरण अतिशय नाजूक. अशा वातावरणात अणु संलयन होण्यासाठी (त्यातून वाखाणण्याजोगी ऊर्जा मिळू शकते), तीन अटी पूर्ण केल्या पाहिजेत; खूप उच्च तापमान असावे (जे उच्च-ऊर्जा टक्कर होऊ शकते), पुरेशी प्लाझ्मा घनता असावी (टक्कर होण्याची शक्यता वाढवण्यासाठी) आणि प्लाझ्मा (ज्याचा विस्तार होण्याची प्रवृत्ती आहे) पुरेशा कालावधीसाठी मर्यादित असावी. फ्यूजन सक्षम करा. हे हॉट प्लाझ्मा ठेवण्यासाठी आणि नियंत्रित करण्यासाठी पायाभूत सुविधा आणि तंत्रज्ञानाचा विकास मुख्य फोकस बनवते. ITER च्या Tokamak प्रमाणेच मजबूत चुंबकीय क्षेत्राचा वापर प्लाझमाशी सामना करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. प्लाझ्माचे जडत्व बंदिस्त हा आणखी एक दृष्टीकोन आहे ज्यामध्ये हायड्रोजन समस्थानिकांनी भरलेले कॅप्सूल उच्च-ऊर्जा लेसर बीम वापरून इम्प्लॉड केले जातात.
Fusion studies conducted at लॉरेन्स Livermore National Laboratory (LLNL) of NIF employed laser-driven implosion techniques (inertial confinement fusion). Basically, millimetre-sized capsules filled with deuterium and tritium were imploded with high-power lasers which generate x-rays. The capsule gets heated and turn into plasma. The plasma accelerates inwards creating extreme pressure and temperature conditions when fuels in the capsule (deuterium and tritium atoms) fuse, releasing energy and several particles including alpha particles. The released particles interact with the surrounding plasma and heat it up further leading to more fusion reactions and release of more ‘energy and particles’ thus setting up a self-sustaining chain of fusion reactions (called ‘fusion ignition’).
फ्यूजन संशोधन समुदाय 'फ्यूजन इग्निशन' साध्य करण्यासाठी अनेक दशकांपासून प्रयत्न करत आहे; एक स्वयं-शाश्वत संलयन प्रतिक्रिया. 8 रोजीth ऑगस्ट 2021, लॉरेन्स प्रयोगशाळेची टीम 'फ्यूजन इग्निशन' च्या उंबरठ्यावर आली जी त्यांनी 5 रोजी गाठली.th डिसेंबर २०२२. या दिवशी, पृथ्वीवरील नियंत्रित फ्यूजन प्रज्वलन एक वास्तव बनले – विज्ञानातील एक मैलाचा दगड!
***
