वैकल्पिक ऊर्जा लेजर न्युक्लियर युजन

इन्धन ऊर्जाको स्रोत हो, जसले हाम्रो दैनिक जीवनमा प्रयोगमा आउने धेरै वस्तु सञ्चालनमा सहयोग गर्दछ । यातायात सञ्चालन गर्ने, हाम्रा घर र भवन तातो÷चिसो पार्ने,  बिजुली उत्पादन गर्ने, विभिन्न कलकारखाना सञ्चालन गर्न ऊर्जाको आवश्यकता पर्दछ ।

ऊर्जाका स्रोतलाई दुई भागमा विभाजन गर्न सकिन्छ : गैरनवीकरणीय ऊर्जाका स्रोत र नवीकरणीय ऊर्जाका स्रोत । जीवाश्म इन्धनहरू गैरनवीकरणीय ऊर्जाका स्रोत हुन् । ती आपूर्तिमा सीमित छन् र क्रमशः दुर्लभ हुँदैछन् । यसैगरी सौर्य, वायु र जलविद्युत् नवीकरणीय ऊर्जाका स्रोतमा पर्छन् ।

आजसम्म विश्वमा गैरनवीकरणीय ऊर्जाको प्रयोग ज्यादा भइरहेको छ । जसका कारण वैज्ञानिकको मतअनुसार ऊर्जा सङ्कट चाँडै नै आउने देखिन्छ । ऊर्जा सङ्कट एक यस्तो अवस्था हो, जहाँ ऊर्जा स्रोतको माग आपूर्ति भन्दा ज्यादा हुन्छ । फलस्वरूप ऊर्जाको अभाव हुन गई ऊर्जाको मूल्यमा चरम वृद्धि हुन पुग्छ ।

धेरै देश आफ्नो ऊर्जा आवश्यकता पूरा गर्न तेल र प्राकृतिक ग्यासजस्ता जीवाश्म इन्धनहरूमा धेरै निर्भर छन् तर यी स्रोत सीमित छन् । वैज्ञानिक अनुसन्धानअनुसार जीवाश्म इन्धनबाट प्राप्त हुने गैरनवीकरणीय ऊर्जाको सङ्कट निवारणका लागि न्युक्लियर इन्धन (nuclear fuel)  विकल्प हुन सक्छ ।

न्युक्लियर इन्धनका लागि दुई प्रक्रिया : न्युक्लियर विखण्डन (nuclear fission) र न्युक्लियर संलयन (nuclear fusion) अपनाइन्छ । न्युक्लियर इन्धनमा परमाणुका न्युक्लियसको अन्तरक्रिया भएर प्रचुर मात्रामा ऊर्जा उत्पादन हुने गर्छ ।

दुवै न्युक्लियर विखण्डन र न्युक्लियर संलयन प्रतिक्रियाले थोरै मात्राको द्रव्यमान (Mass) लाई आइन्स्टाइनको द्रव्य र शक्तिको प्रसिद्ध समीकरण (Einstein's mass-energy equation) E = mc2  अनुसार ठूलो मात्रामा ऊर्जामा रूपान्तरण गर्दछन् ।

न्युक्लियर विखण्डन एक यस्तो प्रक्रिया हो जसमा गह्रौँ परमाणुको न्युक्लियस  (Nucleus)  विभाजित भई दुई हलुका न्युक्लियस निर्माण हुन्छ । प्रक्रियामा गह्रौँ न्युक्लियसको केही द्रव्यमान घट्छ र ठूलो परिणाममा ऊर्जा उत्पादन हुने गर्छ ।

यसका लागि प्राकृतिक रूपमा युरेनियम र प्लुटोनियमको निश्चित आइसोटोपहरू इन्धनका रूपमा प्रयोग गरिन्छ । हाल विश्वमा कतिपय देशले न्युक्लियर विखण्डन प्रक्रियाद्वारा ठूलो मात्रामा ऊर्जा उत्पादन गरिरहेका छन् । जुन प्रक्रियालाई परमाणु ऊर्जा प्लान्टमा बिजुली उत्पादन गर्न वा सामूहिक विनाशको परमाणु हतियार बनाउनमा प्रयोग गर्न सकिन्छ ।

तर यस प्रकारबाट उत्पादन हुने ऊर्जा सँगै मानवलगायत जीवजन्तु र बोटबिरुवालाई हानि गर्ने रेडियोधर्मी विकिरण पनि उत्सर्जन हुन्छ । न्युक्लियर विखण्डनका लागि आवश्यक इन्धन युरेनियमको दुर्लभता, विकरणयुक्त र अत्यन्तै महँगो भएका कारण यसलाई वैकल्पिक ऊर्जाको स्रोतका रूपमा हेरिँदैन ।

अर्कोतर्फ न्युक्लियर संलयन एक त्यस्तो प्रक्रिया हो जसमा दुई वा त्यसभन्दा बढी हलुङ्गा परमाणुका न्युक्लियस एक गह्रौँ न्युक्लियस बनाउनका लागि आपसमा मिल्छन् र परिणामस्वरूप ठूलो मात्रामा ऊर्जा उत्पन्न हुने गर्दछ । यो उही प्रक्रिया हो जुन सूर्य र अन्य तारामा हुन्छ । जहाँ हाइड्रोजनका परमाणु हिलियम परमाणु बनाउन एकसाथ मिल्छन् ।

न्युक्लियर संलयनले न्युक्लियर विखण्डन भन्दा विकिरणरहित अधिक ऊर्जा उत्पन्न गर्दछ । न्युक्लियर संलयनका लागि आवश्यक इन्धन हाइड्रोजन भएकाले पनि यसलाई वैकल्पिक ऊर्जाका रूपमा हेरिएको छ ।

आजसम्म व्यावहारिक रूपमा नियन्त्रित रूपमा न्युक्लियर फ्युजन प्रक्रियामार्फत पृथ्वीमा ऊर्जा प्राप्त गर्न धेरै कठिन भइरहेको छ किनभने त्यसका लागि अत्यन्तै उच्च तापमान र दबाब  चाहिन्छ । वैज्ञानिक र इन्जिनियरहरू व्यावहारिक फ्युजन ऊर्जा विकास गर्न अहोरात्र काम गरिरहेका छन्, जसले ऊर्जाको वस्तुतः असीमित र स्वच्छ वैकल्पिक स्रोत प्रदान गर्न सक्छ ।

भर्खरै केही हप्ता अगाडि भौतिकशास्त्री र इन्जिनियरहरू आबद्ध एक टोलीले अमेरिकामा लेजर न्युक्लियर फ्युजनद्वारा नियन्त्रित रूपमा ऊर्जा उत्पादन गर्नमा सफलता पाए । भविष्यमा असीमित ऊर्जा उत्पादन गर्न सकिने सम्भावना यस प्रयोगले बढाएको छ तर हामीले अहिले नै उत्साहित हुने अवस्था भने छैन, यसमा धेरै काम हुन बाँकी छ ।

अमेरिकासँग लेजर फ्युजनको क्षेत्रमा अनुसन्धान र विकासको लामो इतिहास छ, जुन सन् १९६० को दशकदेखि सुरु भएको हो । अमेरिकामा लेजर फ्युजनमा धेरै प्रगति पनि भएको छ । पहिलो लेजर फ्युजन प्रयोगात्मक सुविधाको विकासलाई NOVA' लेजर भनेर चिनिन्छ, जुन क्यालिफोर्नियाको लरेन्स लिभरमोर राष्ट्रिय प्रयोगशालामा निर्माण गरिएको थियो ।

एउटा उल्लेखनीय उदाहरण नेसनल इग्निसन केन्द्र हो, जुन संसारको सबैभन्दा ठूलो र सबैभन्दा ऊर्जावान् लेजर हो । यो लरेन्स लिभरमोर राष्ट्रिय प्रयोगशालामा अवस्थित छ ।

एक नियन्त्रित न्युक्लियर फ्युजन प्रक्रिया सुरु गर्न र कायम राख्न परमाणु न्युक्लियसहरूलाई पर्याप्त नजिक ल्याउन आवश्यक छ । वैज्ञानिक अनुसन्धानअनुसार लेजरको प्रयोग गरी थर्मोन्युक्लियर फ्युजनमार्फत ऊर्जा प्राप्त गर्न सकिन्छ ।

यसका लागि हाइड्रोजनका दुई आइसोटोप ड्युटेरियम  र ट्रिटियमको मिश्रणलाई प्रयोग गरिन्छ । अमेरिकामा गरिएको परीक्षणमा दुई मिलिमिटर व्यासको क्याप्सुल आकारको गोलीमा ड्युटेरियम  र ट्रिटियम राखेर त्यसलाई उच्च भेदन क्षमताको लेजरद्वारा प्रहार गरिएको थियो । लेजरपुन्जको प्रहारले एक्स–रे उत्पन्न भई सानो गोली निकै तात्ने, अनि खाँदियो । सो इन्धन क्याप्सुलमा करिब २० गुणा खाँदिएको थियो तथा सूर्यको सतहभन्दा पनि सय गुणा बढी ताप लगभग ३० लाख सेल्सियस तातो भयो ।

परीक्षणका क्रममा निकै कम समयभित्र क्याप्सुल र त्यसभित्रको इन्धन वाष्पीकृत भई ऊर्जा उत्पन्न भएको थियो । यदि यस प्रक्रियालाई लामो समय कायम राख्न सकियो भने ऊर्जाको असीमित वैकल्पिक स्रोत हामीलाई उपलब्ध हुन धेरै समय लाग्ने छैन । यस परीक्षणको लागत र प्राप्त ऊर्जाको मात्राबीच धेरै ठूलो अन्तर भएका कारण अहिले नै उत्साहित हुने अवस्था छैन तर परीक्षणले मार्ग देखाएको छ । अहिलेलाई लेजर प्रयोग गरेर नियन्त्रित न्युक्लियर फ्युजन प्रक्रिया प्राप्त गर्नु महìवपूर्ण वैज्ञानिक र प्राविधिक चुनौती हो ।

वर्तमानमा नियन्त्रित लेजर न्युक्लियर फ्युजनको क्षमता अपेक्षाकृत कम छ । यद्यपि यस क्षेत्रमा अनुसन्धान जारी छ र केही महìवपूर्ण प्रगति भने भएको छ । कतिपय विज्ञले भविष्यमा ५० प्रतिशत वा सोभन्दा बढीको क्षमता हासिल गर्न सम्भव हुने विश्वास गर्छन् ।

हाल नियन्त्रित लेजर न्युक्लियर फ्युजनको लागत धेरै उच्च छ किनभने प्रविधि अझै पनि अनुसन्धान र विकास चरणमा छ । यद्यपि प्रविधि परिपक्व हुँदै जाँदा र अझ प्रभावकारी हुँदै जाँदा लेजर फ्युजनको लागत घट्न सक्छ ।

नियन्त्रित लेजर न्युक्लियर फ्युजन व्यावसायीकरणका लागि कहिले तयार हुन्छ भनेर ठ्याक्कै भविष्यवाणी गर्न गाह्रो भए पनि केही विज्ञले आगामी केही दशकमा व्यावहारिक फ्युजन ऊर्जा हासिल गर्न सम्भव हुने विश्वास गर्छन् ।

हाइड्रोजनका आइसोटोप

रसायनशास्त्रअनुसार आइसोटोप एक रासायनिक तìवको त्यो रूप हो जसको न्युक्लियसमा प्रोटोनको समान सङ्ख्या हुन्छ तर न्युट्रोनको सङ्ख्या फरक हुन्छ । सामान्यतया हरेक तìवको आइसोटोपमा समान रासायनिक गुण हुन्छन् भने तिनीसँग भएका भौतिक गुणहरू भने फरक हुन सक्छ । हाइड्रोजनका तीन आइसोटोप हुन् ः प्रोटियम, ड्युटेरियम र ट्रिटियम ।

प्रोटियम हाइड्रोजनको सबैभन्दा सामान्य आइसोटोप हो । जसले ब्रह्माण्डमा हाइड्रोजनको लगभग ९९.९ प्रतिशत भाग ओगट्छ । यसको न्युक्लियस एकल प्रोटोनबाट बनेको हुन्छ । हाइड्रोजनका तीन आइसोटोपमध्ये प्रोटियम सबैभन्दा हल्का र सबैभन्दा स्थिर हुन्छ । यो गैर–रेडियोएक्टिभ परमाणु पनि हो ।

ड्युटेरियम हाइड्रोजनको एक स्थिर आइसोटोप हो । जसको न्युक्लियसमा एक प्रोटोन र एक न्युट्रोन हुन्छ । यो समुद्री पानीमा प्रचुर मात्रामा हुन्छ । यस्तै ट्रिटियम हाइड्रोजनको रेडियोएक्टिभ आइसोटोप हो । जसको न्युक्लियसमा एक प्रोटोन र दुई न्युट्रोन हुन्छ । यो प्राकृतिक रूपमा वातावरणमा थोरै मात्रामा उत्पादन हुन्छ र कृत्रिम रूपमा उत्पादन गर्न सकिन्छ ।

ड्युटेरियम र ट्रिटियमलाई न्युक्लियर फ्युजन प्रक्रियामा इन्धनका रूपमा प्रयोग गरिन्छ किनभने यिनलाई सजिलैसँग हिलियमको न्युक्लियस बनाउनका लागि एकसाथ फ्युज गर्न सकिन्छ । फलस्वरूप एक न्युट्रोन कणको साथमा गह्रौँ  हिलियम परमाणुमा रूपान्तरण भएर ठूलो मात्रामा ऊर्जा उत्पन्न हुन्छ ।

हाइड्रोजन बम

हाइड्रोजन बमलाई थर्मोन्युक्लियर बम पनि भनिन्छ । यो एक प्रकारको परमाणु हतियार हो । यसमा विस्फोटको विनाशकारी शक्ति बढाउन हाइड्रोजनलाई इन्धनका रूपमा प्रयोग गरिन्छ । यो प्रशोधित युरेनियमलाई इन्धनका रूपमा प्रयोग गरिने  परमाणु बमभन्दा धेरै शक्तिशाली छ । यसलाई प्रायः दुई चरणको परमाणु बम भनिन्छ । हाइड्रोजन बम अहिलेसम्म सिर्जना गरिएको सबैभन्दा शक्तिशाली र विनाशकारी हतियारहरूमध्ये एक हो ।

लेजर न्युक्लियर फ्युजनबाट प्रचुर मात्रामा ऊर्जाको उत्पादन एक कृत्रिम सूर्यका रूपमा गर्न सकिन्छ । नियन्त्रित न्युक्लियर फ्युजन प्रक्रियाले बिजुली उत्पादन, यातायात, कलकारखाना र अन्य विभिन्न प्रयोगका लागि ऊर्जाको स्वच्छ र वस्तुतः असीमित स्रोत प्रदान गर्न सक्छ ।

न्युक्लियर फ्युजनबाट ऊर्जा उत्पादन गर्ने क्रममा हरितगृह ग्यास वा अन्य प्रदूषक उत्पादन हुँदैन । फ्युजन प्रक्रियामा प्रयोग गरिने इन्धन रेडियोधर्मी हुँदैन । यसले गर्दा न्युक्लियर फ्युजनलाई अपेक्षाकृत सुरक्षित र स्वच्छ ऊर्जाको स्रोत भन्न सकिन्छ ।

निष्कर्षमा भन्नुपर्दा आजको वैज्ञानिक जगत्मा नियन्त्रित न्युक्लियर फ्युजन अझै विकासको प्रारम्भिक चरणमा छ । न्युक्लियर फ्युजन व्यावहारिक ऊर्जाको स्रोत बन्न अझै केही वर्ष लाग्ने छ । यसमा धेरै प्राविधिक चुनौती छन्, जसलाई पार गर्नु जरुरी छ । संसारभरका वैज्ञानिक लेजर न्युक्लियर फ्युजनलाई ऊर्जा स्रोतका रूपमा विकास गर्न काम गरिरहेका छन् र प्रगति भइरहेको छ ।