21 ஆவது நூற்றாண்டின் அணுக்கருப் பிணைவு சக்திக்கு ஆற்றல் மிக்க லேஸர் ஒளிக்கதிர்கள் (High Power Laser For Nuclear Fusion)

This entry is part of 23 in the series 20050805_Issue

சி. ஜெயபாரதன் B.E.(Hons) P.Eng (Nuclear), கனடா


ஒளிக் கதிர்க்குப் பேராற்றல் ஊட்டி

உள்ளே கனல் கணையாய் நீட்டி

எருவில்லைக் கலத்தினில் சூட்டி

பெருகும் பிழம்பாக மூட்டி,

அணுக்கரு வில்லைகளைப் பிணைத்திடலாம்!

காரிருளில் ஒளி வீச,

பேரளவு பிணைவு சக்தி ஆக்கி,

தாரணி விளக்கு கட்கு விழியளிப்போம்.

‘அணுப்பிணைவு இயக்கத்தை உதைத்து எழுப்பிவிட உதவும் புதியதோர் முறை, பரிதிக்கு ஆற்றல் தரும் வெப்ப சக்தியைப் பூமியில் படைக்க ஊக்க மளித்துள்ளது! பிரிட்டன், ஜப்பானிய விஞ்ஞானிகள் முதன்முதல் எருக்களின் அணுக்கருவைத் திண்மையாய் அழுத்தவும், தீப் பிழம்பைத் தூண்டவும் பேராற்றல் மிக்க லேஸர் ஒளிக்கதிர்களைச் செலுத்தி வெற்றி அடைந்துள்ளார்கள்! அந்த பொறிநுணுக்க நிகழ்ச்சி அணுமின் நிலையங்கள் தாமியங்க உட்கொள்ளும் ஆற்றலை விட 100 மடங்கு மிகையான வெப்ப சக்தியை வெளியேற்றும் தகுதி வல்லமை பெற்றது. ‘

ரயோசூக் கொடாமா [Ryosuke Kodama, Nature Science Journal (2001)]

’21 ஆம் நூற்றாண்டில் தளர்ச்சி இல்லாமல் நீடித்து இயங்கப் போகும் எரிசக்தியைத் தேடும் எதிர்கால முயற்சியில், அணுக்கருப் பிணைவு சக்தி உற்பத்தியின் பொறிநுணுக்க மதிப்பீடு கட்டாயம் எடுத்துக் கொள்ளப் படவேண்டும். ‘

‘இயற்கை ‘ பிரிட்டாஷ் விஞ்ஞான வெளியீடு (2001)

‘சிக்கன நிதியில் டிசைன் செய்யப்பட்டு எரிசக்தி நிபுணர்களுக்குக் கவர்ச்சியாக இருக்கும் அகில நாடுகளின் வெப்ப அணுக்கரு சக்தி உலையின் [(ITER) International Thermonuclear Experimental Reactor] முன்னேற்றத்தை, நாங்கள் கவனமாகப் பின்பற்றி வருகிறோம். அந்த ஆய்வு அணுப்பிணைவு உலை நிறுவகமாக செய்யப்பட்டு இயங்கப் போகும் முற்பாடுகளை நாங்கள் முழுமனதாய் வரவேற்கிறோம். ‘

ஸ்பென்ஸர் ஆப்ரஹாம் [USA Secretary of Energy (Jan 18, 2002)]

புத்தொளி அளிக்கும் புதிய நூற்றாண்டின் எரிசக்தி!

இருபத்தி ஒன்றாம் நூற்றாண்டில் உலக நாடுகளுக்குப் புத்தொளி அளித்து மலிவான, தூயதான, கரைபடாச் சூழ்வெளியை உருவாக்கும், கணக்கிட முடியாத பேரளவில் கொட்டிக் கிடக்கும் எரிசக்தியாக, அணுப்பிணைவு சக்தி [Fusion Energy] கருதப் படுகிறது. பல பில்லியன் ஆண்டுகளாக பரிதியும் அண்டவெளி விண்மீன்களும் உற்பத்தி செய்து பரிமாறி வரும் வெப்ப அணுக்கரு இயக்க சக்தியைப் பூமியில் மனிதன் படைக்க உலக நாடுகள் அல்லும் பகலும் செய்யும் பொறிநுணுக்க முயற்சிகள் மகத்தானவை! மாந்தர் அனைவரும் அந்த முற்பாடுகளை ஏக மனதாய் வரவேற்க வேண்டும். பரிதியின் மிகையான அமுக்கத்தில் திரண்டுள்ள ஹைடிரஜன் அணுக்கள், பல மில்லியன் டிகிரி உஷ்ணத்தில் இரண்டறப் பின்னிப் பிணைந்து ஹீலிய அணுக்கருவாக மாறும் போது, ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைன் கூறிய நியதிப்படி [(E=mc^2) E -Energy, m -Mass Defect, c -Velocity of Light] ஏராளமான வெப்பசக்தி வெளியேறுகிறது! மூன்றில் இருபாகம் நீர் மண்டலமான கடற்கோள் பூமியில், பிணைவு எரிசக்திக்கு எருவான ஹைடிரஜன் வாயுக்குப் பஞ்சமே இல்லை, பல மில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு! அணுப்பிணைவு சக்தி நிலையத்தில் ஒரு காலன் கடல் நீரில் உள்ள ஹைடிரஜன் தரும் பிணைவு வெப்பசக்தி, 300 காலன் பெட்ரோல் எரிசக்திக்குச் சமமானது!

2004 ஆகஸ்டு 31 ஆம் தேதி முதன்முதல் பிணைவுப் பிழம்பு [First Nuclear Fusion Plasma] அமெரிக்காவின் மாஸ்ஸசுஸெட்ஸ் பொறிநுணுக்க ஆய்வகத்தின் பிழம்பு விஞ்ஞான, பிணைவு மையத்தில் [M.I.T. Plasma Science & Fusion Center] படைக்கப்பட்டு அணுப்பிணைவு யுகத்திற்கு வழி அமைத்தது. இரண்டு விதங்களில் வெப்ப அணுக்கரு இயக்கத்தை தூண்டலாம். ஒன்று டோகோமாக் [Tokamak] என்னும் யந்திரத்தில் பயன்படும் மின்காந்த அரண் முறை [Magnetic Confinement Fusion]. இரண்டாவது முடத்துவ அரண் முறை [Inertial Confinement Fusion]. முதன்முதல் வெற்றிகரமாக உண்டாக்கிய அணுக்கருப் பிழம்பு டோக்கோமாக் போன்ற மின்காந்த யந்திரத்தில் எழுப்பியது. 2001 ஆகஸ்டு 23 இல் பிரிட்டன், ஜப்பானிய விஞ்ஞானிகள் முதன்முதல் எருக்களின் அணுக்கருவைத் திண்மையாய் அழுத்தவும், தீப் பிழம்பைத் தூண்டவும் பேராற்றல் மிக்க லேஸர் ஒளிக்கதிர்களைச் செலுத்தி வெற்றி அடைந்தார்கள்! அவர்கள் பிணைவுக்குப் பயன்படுத்திய ஏற்பாடு: இரண்டாவது முறையான முடத்துவ அரண் முறைப்பாடு.

பிணைவு சக்தி உற்பத்தி செய்வதின் மேம்பாடுகள்

பரிதியில் உள்ளது போல் வெப்ப அணுக்கரு இயக்கத்தைத் தூண்ட, பேரளவு உஷ்ண நிலை தேவைப் படுகிறது. பிறகு அந்த கடும் உஷ்ணத்திலும், வெப்பத்திலும் உருகி விடாதபடிப் பிணைவுத் தொடரியக்கம் நிகழ்ந்திட, உஷ்ணத்தைத் தாங்கும் அழுத்தக் கலன் [High Temperature Pressure Vessel] ஒன்று தயாரிக்கப்பட வேண்டும். அடுத்து பிணைவுக்குப் பயன்படும் எரு வில்லைகள் [Fuel Pellets] சேர்ந்து கொள்ள பேரளவு அழுத்தம் தேவைப் படுகிறது. பரிதியிலும், விண்மீன்களிலும் உள்ள ஹைடிரஜன் வாயுவைத் திண்மையாக்கத் தேவைப்படும் பூத அழுத்தம் அவற்றின் ஈர்ப்பு விசைகளால் [Gravitational Force] உண்டாகிறது. ஆனால் பூமியில் அவ்வித அழுத்த விசையைச் செயற்கை முறைகளால்தான் ஏற்படுத்த வேண்டும்.

நீண்ட காலத் தேவைக்கும், பற்றாக்குறை எரிசக்திக்கும் தகுதி வாய்ந்த அணுப்பிணைவு சக்தியின் ஆக்கமும், அதன் தொழிற்துறை விருத்தியும் மின்சக்தி யுகத்தில் பெரும் புரட்சியை உண்டாக்கப் போகின்றன. பிணைவு சக்திக்குத் தேவையான ஹைடிரஜன் ஏகமூலமான டியூடிரியம் [Hydrogen Isotope: Deuterium] இயற்கையாகவே நீரில் 1/6700 பங்காகப் புவியெங்கும் ஏராளமாகக் கிடைக்கிறது. அதை நீரிலிருந்து எளிதாகப் பிரித்தெடுக்கும் இரசாயனத் தொழிற்துறைகள் உலகில் பல நாடுகளில் உள்ளன. இந்தியாவில் டியூடிரியம் கிடைக்கும் கனநீர் இரசாயனச் சாலைகள் [Heavywater Plants] ஆறு இயங்கி வருகின்றன. அவை அனைத்தும் கனநீர் அணுமின் நிலையங்களுக்காக நிறுவனம் ஆகியவை. குடிநீரில் ஹைடிரஜனும், ஆக்ஸிஜனும் [H2O] கலந்து உள்ளது போல், கனநீரில் டியூடிரியமும், ஆக்ஸிஜனும் [D20] இரசாயன முறையில் மூலக்கூறுகளாய்ப் பின்னி யுள்ளன. ஹைடிரஜன் மூலகத்தின் ஏகமூலங்களான டியூடிரியம், டிரிடியம் [Deuterium, Tritium: Two Isotopes of Hydrogen] இரண்டும் பிணைவு எரிசக்திக்கு எருவாயுக்களாகப் பயன்படுகின்றன. பல மில்லியன் ஆண்டுகளுக்குத் தேவையான, பல்லாயிரம் கோடி டன் கணக்கில் என்றும் தீர்ந்து போகாதவாறு, தூய எரிசக்தி எருவை இயற்கை அன்னையே நமக்குப் பூமியில் புதைத்து வைத்திருக்கிறாள்!

ஹைடிரஜன் குண்டுகளில் எழும் வெப்ப அணுக்கரு இயக்க வெடிப்பும் [Thermo-nuclear Explosions] இந்த முறைகளில் வெளியாகும் அணுப்பிணைவு சக்தியே! ஹைடிரஜன் குண்டுகளில் பல மில்லியன் டிகிரி தூண்டு உஷ்ணத்தை உண்டாக்குவது அதன் உள்ளிருக்கும் சிறிய அணுப்பிளவு [Nuclear Fission Bomb] ஆயுதமே! ஆதலால் வெப்ப அணுக்கரு ஆயுதங்களின் வெடிப்பில், கதிரியக்கப் பொழிவுகளும், கதிர்வீச்சுப் பாதகங்களும் மனித இனத்துக்கும் உயிரினத்துக்கும் ஏற்பட வாய்ப்புள்ளன. ஆனால் அணுப்பிணைவு நிலையங்களில் பேரளவு உஷ்ணத்தை உண்டாக்க மின்காந்தமோ அல்லது லேஸர் ஒளிக்கதிர்களோ பயன்படுவதால், கதிரியக்க அபாயங்கள் எவையும் விளைவதில்லை! நிலக்கரி வெப்ப மின்சார நிலையங்களில் அனுதினமும் வெளியாகும் விஷ வாயுக்கள் போன்று அணுப்பிணைவு நிலையங்களில் உண்டாவதில்லை.

பிணைவு சக்தியைத் தூண்ட துரித லேஸர் பயன்பாடு

2001 ஆகஸ்டு 23 ஆம் தேதி ‘பெளதிக உலகம் ‘ [Physics World] என்னும் விஞ்ஞான வெளியீடு ஜப்பானிய விஞ்ஞானி ரயோசூக் கொடாமா [Ryosuke Kodama] எழுதிய பின்வரும் அறிக்கையை வெளியிட்டது. ‘அணுப்பிணைவு இயக்கத்தைத் தூண்டி விட உதவும் புதியதோர் முறை, பரிதிக்கு ஆற்றல் தரும் வெப்ப சக்தியைப் பூமியில் படைக்க ஊக்க மளித்துள்ளது! பிரிட்டன், ஜப்பானிய விஞ்ஞானிகள் முதன்முதல் எரிசக்தி எருக்களின் அணுக்களைத் திண்மையாய் அழுத்தவும், தீப் பிழம்பைத் தூண்டவும் பேராற்றல் மிக்க லேஸர் ஒளிக்கதிர்களைச் செலுத்தி வெற்றி அடைந்துள்ளார்கள்! அந்த பொறிநுணுக்க நிகழ்ச்சி அணுமின் நிலையங்கள் தாமியங்க உட்கொள்ளும் ஆற்றலை விட 100 மடங்கு வெப்பசக்தியைப் பரிமாறும் திறமை பெற்றவை. ‘ ஜப்பானிய விஞ்ஞானி ரயோசூக் கொடாமாவும், பிரிட்டனின் நிபுணர்களும் கூட்டாகச் சேர்ந்து செய்த பொறிநுணுக்கம் அது!

ஜப்பான் ஒஸாகா பல்கலைக் கழகத்தின் [Osaka University] விஞ்ஞானி ரயோசூக் கொடாமாவும், பிரிட்டன் யார்க் பல்கலைக் கழகத்தில் உள்ள ரூதர்ஃபோர்டு ஆப்பில்டன் ஆய்வுக்கூடத்தின் [Rutherford Appleton Laboratory] ஆராய்ச்சியாளர்களும் முதன்முதல் அணுப்பிணைவு இயக்கத்தைத் துவங்க லேஸர் ஒளிக்கற்றையின் ‘துரிதத் தூண்டுதல் ‘ முறையில் [Fast Ignition Technique] தீண்டித் தொடரியக்கம் உண்டாக்குவதில் வெற்றி பெற்றார்கள். அந்த துரிதத் தூண்டல் ‘முடத்துவ அரண் பிணைவு ‘ [Inertial Confinement Fusion] இயக்கத்துக்குப் பயன்பட்டது. துரிதத் தூண்டல் முறையில் லேஸர் துடிப்புகளைக் கொண்டு எருக்களான டியூடிரியம், டிரிடியம் வில்லைகள் [Deuterium, Tritium Pellets] பேரழுத்தத்தில் நெரிக்கப்பட்டு, கனல் பிழம்பை வெளியாக்கி, திண்ணிய எருக்களில் உள்வெடிப்பை உண்டாக்கித் தொடர்ந்து வெப்ப சக்தியை வெளியாக்கியது. பிணைவு இயக்கத்தின் உஷ்ணத்தை இன்னும் அதிகமாக்க வேண்டுமாயின், லேஸர் ஒளிக்கதிரின் ஆற்றலை மிகைப்படுத்த வேண்டும்.

அணுப்பிணைவு சக்தி நிலையங்களின் ஒளிமயமான எதிர்காலம்!

இன்னும் பத்துப் பதினைந்து ஆண்டுகளுக்குள் 1000 மெகாவாட், 2000 மெகாவாட் அல்லது 5000 மெகாவாட் பிணைவு சக்தி மின்சார நிலையங்கள் உலக வல்லரசு நாடுகளில் நிறுவகமாகி மலிவான, தூய்மையான கரிப்புகை கிளம்பாத, விஷ வாயுக்கள் வெளி வராத, சூழ்வெளி நட்புள்ள மின்சக்தி பரிமாறி வரப்போவது உறுதி. எரிசக்திப் பொறிநுணுக்கத் துறையில் பிணைவு சக்தி புரட்சி விளைவிக்கப் போகும் காலம் வெகு தூரம் என்ற கருத்து இப்போது நிலவி வந்தாலும், உலகில் இராப் பகலாய் மெய்வருந்தி இணைந்தோ அல்லது தனித்தோ ஆய்வுகள் நடத்தும் பல நாடுகளில் ஒரு நாடு, நிச்சயம் புத்தொளி பெற்றுச் சவாலை முறித்து, பிரச்சனைகளை நீக்கி வெற்றி அடையப் போகிறது என்று நம்ப இடமிருக்கிறது!

(தொடரும்)

****

தகவல்:

1. How Lasers Work By: Davin Flateau, LFI International (2003-2005)

2. Laser Development Chronology [www.z-laser.com/zlaser_en/]

3. Dr. C. Kumar Patel Inventor of the Week: Archive [http://web.mit.edu/invent/iow/patel.html] (Jan 2000)

4. Schawlow & Townes Invent the Laser, The Invention of the Laser at Bell ‘s Lab [www.bell-labs.com/history/laser/] (1998)

5. Laser & Maser, Encyclopedia of Britannica (2001)

6. Laser Applications, Encyclopedia of Britannica (2001)

7. Laser, Hutchinson Concise Encyclopedia [1989]

8. US Reconsiders (Fusion) ITER Stance By: Spencer Abraham, Secretary of Energy (Jan 18, 2002)

9. Lasers Energise Fusion Research By: Edwin Cartlidge, News Editor, Physics World (Aug 23, 2001)

10 Marshall Scientists Assist Laser Fusion Experiments, Science at NASA (Mar 24, 1999)

11 Principle Topics of Research on Inertial Fusion

12 Research in Magnetic & Inertial Confinement Fusion By: Riccardo Betti. Ph.D. M.I.T (1991)

13 Fusion is the Future of Development in Energy Politics [www.iter.org]

14 Fusion: Energy of the Future By Ursula Schneider, IAEA Physics Section www.iaes.org/NewsCenter/News/2001 (Aug 1, 2001)

15 A Step Closer To Fusion Power (Magnets Twist & Turn to Confine the Superhot Plasma) By: Dr. David Whitehouse, BBC Science News Editor. [August 331, 2004]

16 Author ‘s Thinnai Article On Nuclear Fusion Energy (Mach 16, 2003)http://www.thinnai.com/science/sc0317032.html

****

jayabarat@tnt21.com [S. Jayabarathan (August 4, 2005)]

Series Navigation