ন্যাশনাল ইগনিশন ফ্যাসিলিটির লেজার-ফিউশন মাইলফলক বিতর্কের জন্ম দেয়

গত বছরের 8 আগস্ট, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের লরেন্স লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির পদার্থবিদরা রেকর্ড-ব্রেকিং পরীক্ষা চালানোর জন্য বিশ্বের বৃহত্তম লেজার ব্যবহার করেন। $192bn এর 3.5টি বিম নিযুক্ত করা জাতীয় ইগনিশন সুবিধা (NIF) ডিউটেরিয়াম এবং ট্রিটিয়াম ধারণকারী একটি গোলমরিচ-আকারের ক্যাপসুল বিস্ফোরিত করার জন্য, তারা দুটি হাইড্রোজেন আইসোটোপকে ফিউজ করে, এক সেকেন্ডের একটি ভগ্নাংশের জন্য একটি স্ব-টেকসই ফিউশন প্রতিক্রিয়া তৈরি করে। প্রক্রিয়াটি লেজারকে পাওয়ার জন্য ব্যবহৃত শক্তির 70% এরও বেশি প্রদান করে, অনুসন্ধানে পরামর্শ দেওয়া হয়েছে যে দৈত্য লেজারগুলি এখনও নিরাপদ, পরিষ্কার এবং অপরিহার্যভাবে সীমাহীন শক্তির একটি নতুন উত্স সক্ষম করতে পারে।

ফলাফলটি লিভারমোর ল্যাবের গবেষকদের একটি উদযাপনের মেজাজে রাখে, উল্লেখযোগ্য অগ্রগতির জন্য এক দশকেরও বেশি সময় ধরে সংগ্রাম করে। কিন্তু প্রাথমিক উত্তেজনা শীঘ্রই ম্লান হয়ে যায় যখন কৃতিত্বের পুনরুত্পাদন করার জন্য পরবর্তী বেশ কয়েকটি প্রচেষ্টা ব্যর্থ হয় - রেকর্ড-ব্রেকিং আউটপুটের মাত্র অর্ধেককে সংগ্রহ করে। লিভারমোর ম্যানেজমেন্ট শুধুমাত্র কয়েকটি পুনরাবৃত্ত পরীক্ষা করার সিদ্ধান্ত নেওয়ার সাথে সাথে, ল্যাবটি তার ব্রেকইভেনের অনুসন্ধানকে আটকে রেখেছিল এবং পরিবর্তে আউটপুটের তারতম্যের কারণ কী তা খুঁজে বের করার চেষ্টা করেছিল।

এনআইএফ-এর সমালোচকদের জন্য, সর্বশেষ কোর্স সংশোধন কোন আশ্চর্যের বিষয় নয়, স্পষ্টতই শক্তিশালী ফিউশন-শক্তি উৎপাদনের জন্য একটি পরীক্ষার বিছানা হিসাবে সুবিধাটির অনুপযুক্ততাকে আবারও চিত্রিত করে। কিন্তু অনেক বিজ্ঞানী উচ্ছ্বসিত রয়েছেন এবং এনআইএফ গবেষকরা নিজেরাই লড়াইয়ে নেমেছেন, সম্প্রতি তাদের রেকর্ড-ব্রেকিং শট থেকে ফলাফল প্রকাশ করেছেন দৈহিক পর্যালোচনা চিঠি (129 075001). তারা জোর দিয়ে বলে যে, সর্বোপরি, তারা "ইগনিশন" অর্জন করেছে, যেখানে ফিউশন বিক্রিয়া থেকে উত্তাপ শীতলতাকে ছাড়িয়ে যায়, একটি ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া লুপ তৈরি করে যা দ্রুত রক্তরস তাপমাত্রা বাড়ায়।

ওমর হারিকেন, লিভারমোরের ফিউশন প্রোগ্রামের প্রধান বিজ্ঞানী, বজায় রেখেছেন যে ইগনিশনের এই পদার্থবিদ্যা-ভিত্তিক সংজ্ঞা - সরল "এনার্জি ব্রেকইভেন" বর্ণনার পরিবর্তে - এটিই গুরুত্বপূর্ণ। ব্রেকইভেনের চূড়ান্ত কৃতিত্বকে "পরবর্তী জনসংযোগ ইভেন্ট" হিসাবে বর্ণনা করে, তবুও তিনি বলেছেন যে এটি একটি গুরুত্বপূর্ণ মাইলফলক থেকে যায় যা তিনি এবং তার সহকর্মীরা পৌঁছাতে চান। প্রকৃতপক্ষে, লিভারমোর ল্যাবের বাইরের পদার্থবিদরা নিশ্চিত যে বহুল আলোচিত লক্ষ্যটি আঘাত করা হবে। স্টিভেন রোজ যুক্তরাজ্যের ইম্পেরিয়াল কলেজে বিশ্বাস করে যে "প্রতিটি সম্ভাবনা আছে" ব্রেকইভেন অর্জন করা হবে।

রেকর্ড লাভ

ফিউশন জোগাড় করার প্রচেষ্টার মধ্যে আলোর নিউক্লিয়াসের একটি প্লাজমাকে এমন জায়গায় গরম করা জড়িত যেখানে সেই নিউক্লিয়াসগুলি তাদের পারস্পরিক বিকর্ষণকে অতিক্রম করে এবং একটি ভারী উপাদান তৈরি করতে একত্রিত হয়। প্রক্রিয়াটি নতুন কণা তৈরি করে - ডিউটেরিয়াম এবং ট্রিটিয়াম, হিলিয়াম নিউক্লিয়াস (আলফা কণা) এবং নিউট্রনের ক্ষেত্রে - সেইসাথে বিপুল পরিমাণ শক্তি। যদি প্লাজমাকে যথেষ্ট পরিমাণে অপরিমেয় তাপমাত্রা এবং চাপে রাখা যায়, তবে আলফা কণাগুলিকে পর্যাপ্ত তাপ প্রদান করা উচিত যাতে তারা নিজেরাই প্রতিক্রিয়াগুলি বজায় রাখে যখন নিউট্রনগুলিকে বাষ্প টারবাইনকে শক্তি দেওয়ার জন্য সম্ভাব্যভাবে বাধা দেওয়া যেতে পারে।

ফিউশন টোকামাকগুলি মোটামুটি দীর্ঘ সময়ের জন্য প্লাজমাকে সীমাবদ্ধ করতে চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করে। এনআইএফ, একটি "জড়তা-বন্দী" ডিভাইস হিসাবে, পরিবর্তে এটি পুনরায় প্রসারিত হওয়ার আগে অতি সংকুচিত ফিউশন জ্বালানির একটি ক্ষুদ্র পরিমাণের মধ্যে একটি ক্ষণস্থায়ী মুহুর্তের জন্য তৈরি চরম পরিস্থিতিকে কাজে লাগায়। জ্বালানিটি 2 মিমি-ব্যাসের একটি গোলাকার ক্যাপসুলের ভিতরে স্থাপন করা হয়, যা প্রায় 1 সেমি-লম্বা নলাকার ধাতু "হোহলরাউম" এর কেন্দ্রে অবস্থিত এবং যখন NIF-এর সুনির্দিষ্টভাবে নির্দেশিত লেজার রশ্মি হোহলরামের অভ্যন্তরে আঘাত করে তখন বিস্ফোরিত হয় এবং একটি বন্যা তৈরি করে। এক্স-রে।

টোকামাকের বিপরীতে, এনআইএফ প্রাথমিকভাবে শক্তি প্রদর্শনের জন্য ডিজাইন করা হয়নি বরং এটি পারমাণবিক অস্ত্রের বিস্ফোরণের অনুকরণে ব্যবহৃত কম্পিউটার প্রোগ্রামগুলির একটি পরীক্ষা হিসাবে কাজ করে - প্রদত্ত যে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র 1992 সালে লাইভ পরীক্ষা বন্ধ করে দেয়। যাইহোক, 2009 সালে স্যুইচ করার পরে এটি শীঘ্রই স্পষ্ট হয়ে ওঠে যে প্রোগ্রামগুলির নিজস্ব ক্রিয়াকলাপগুলিকে নির্দেশিত করতে ব্যবহৃত সমস্যাগুলি জড়িত অসুবিধাগুলিকে অবমূল্যায়ন করেছিল, বিশেষ করে যখন প্লাজমা অস্থিরতা মোকাবেলা করা এবং উপযুক্তভাবে প্রতিসম ইমপ্লোশন তৈরি করা। 2012 সালের মধ্যে এনআইএফ এর ইগনিশন অর্জনের প্রাথমিক লক্ষ্য মিস করায়, ইউএস ন্যাশনাল নিউক্লিয়ার সিকিউরিটি অ্যাডমিনিস্ট্রেশন, যা ল্যাবটির তত্ত্বাবধান করে, সেই উদ্দেশ্যটিকে একপাশে রেখে ইমপ্লোশন গতিবিদ্যাকে আরও ভালভাবে বোঝার সময়সাপেক্ষ কাজটিতে মনোনিবেশ করে৷

2021 সালের গোড়ার দিকে, পরীক্ষামূলক পরিবর্তনের একটি সিরিজ অনুসরণ করে, হারিকেন এবং সহকর্মীরা অবশেষে দেখিয়েছিল যে তারা লেজার ব্যবহার করে তৈরি করতে পারে যা একটি জ্বলন্ত প্লাজমা হিসাবে পরিচিত - যেখানে আলফা কণা থেকে তাপ বাহ্যিক শক্তি সরবরাহকে ছাড়িয়ে যায়। তারপরে তারা হোহলরামের লেজারের প্রবেশপথের ছিদ্রগুলিকে সঙ্কুচিত করা এবং লেজারের সর্বোচ্চ শক্তিকে কমানো সহ আরও কয়েকটি টুইক তৈরি করে। প্রভাবটি ছিল এক্স-রে শক্তির কিছু অংশকে শটে পরের দিকে স্থানান্তরিত করা, যা পারমাণবিক জ্বালানীতে স্থানান্তরিত শক্তিকে বাড়িয়ে তুলেছিল - এটি বিকিরণকারী এবং পরিবাহী ক্ষতিকে ছাড়িয়ে যাওয়ার জন্য যথেষ্ট উচ্চ ঠেলে দেয়।

2021 সালের আগস্টে NIF গবেষকরা তাদের ল্যান্ডমার্ক "N210808" শট রেকর্ড করেছিলেন। এই ক্ষেত্রে জ্বালানির কেন্দ্রে অবস্থিত হটস্পটটির তাপমাত্রা ছিল প্রায় 125 মিলিয়ন কেলভিন এবং শক্তির ফলন 1.37 MJ - বছরের শুরুতে প্রাপ্ত তাদের পূর্ববর্তী সেরা ফলাফলের তুলনায় প্রায় আট গুণ বেশি। এই নতুন ফলনটি 0.72 এর একটি "লক্ষ্য লাভ" বোঝায় - যখন লেজারের 1.97 MJ আউটপুটের সাথে তুলনা করা হয় - এবং ক্যাপসুল দ্বারা শোষিত শক্তির পরিবর্তে বিবেচনা করার সময় 5.8 এর একটি "ক্যাপসুল লাভ"। 

আরও গুরুত্বপূর্ণ, যতদূর হারিকেন উদ্বিগ্ন, পরীক্ষাটি ইগনিশনের জন্য লসন মাপদণ্ড হিসাবে পরিচিত যাকেও সন্তুষ্ট করেছিল। 1955 সালে প্রকৌশলী এবং পদার্থবিদ জন লসন দ্বারা প্রথম স্থাপিত, এটি এমন শর্তগুলি নির্ধারণ করে যেখানে ফিউশন স্ব-উষ্ণতা পরিবাহী এবং বিকিরণের মাধ্যমে হারিয়ে যাওয়া শক্তিকে ছাড়িয়ে যাবে। হারিকেন বলে যে এনআইএফ ফলাফলগুলি জড়তা বন্দী ফিউশনের মানদণ্ডের নয়টি ভিন্ন ফর্মুলেশনকে সন্তুষ্ট করেছে, যার ফলে "অস্পষ্টতা ছাড়াই" ইগনিশন দেখায়।

তিনটি শট এবং আপনি আউট

রেকর্ড-ব্রেকিং শট অনুসরণ করে, হারিকেন এবং NIF-তে তার কিছু সহযোগী বিজ্ঞানী তাদের সাফল্যের প্রতিলিপি করতে আগ্রহী ছিলেন। কিন্তু ল্যাবের ব্যবস্থাপনা এতটা উৎসাহী ছিল না। অনুসারে মার্ক হারম্যান, তারপর মৌলিক অস্ত্র পদার্থবিদ্যার জন্য লিভারমোরের উপ-পরিচালক, পরবর্তী পদক্ষেপগুলি মূল্যায়নের জন্য N210808-এর প্রেক্ষিতে বেশ কয়েকটি ওয়ার্কিং গ্রুপ গঠন করা হয়েছিল। তিনি বলেছেন যে জড় বন্দিত্বের প্রায় 10 জন বিশেষজ্ঞের সমন্বয়ে গঠিত একটি ব্যবস্থাপনা দল সেই ফলাফলগুলিকে একত্রিত করেছিল এবং একটি পরিকল্পনা তৈরি করেছিল, যা এটি সেপ্টেম্বরে উপস্থাপন করেছিল।

হারম্যান বলেছেন যে পরিকল্পনায় তিনটি অংশ রয়েছে - N210808 পুনরুত্পাদনের চেষ্টা; পরীক্ষামূলক অবস্থার বিশ্লেষণ করা যা রেকর্ড-ব্রেকিং শট সক্ষম করেছে; এবং "শক্তিশালী মেগাজুল ফলন" পাওয়ার চেষ্টা করছে। ফিউশন প্রোগ্রামে কাজ করা মোটামুটি 100 জন বিজ্ঞানীর মধ্যে হারম্যান যেটিকে "বিভিন্ন মতামত" হিসাবে বর্ণনা করেছেন তা প্রথম পয়েন্টের আলোচনায় জড়িত। শেষ পর্যন্ত, "সীমিত সংস্থান" এবং N210808 সমন্বিত ব্যাচে সীমিত সংখ্যক লক্ষ্যমাত্রা দেওয়া, তিনি বলেছেন যে ব্যবস্থাপনা দলটি মাত্র তিনটি অতিরিক্ত শটে স্থির হয়েছে।

হারিকেনের একটি সামান্য ভিন্ন স্মরণ আছে, চারটি পুনরাবৃত্তি ছিল বলে। তিনি বলেন, এই পরীক্ষাগুলি মোটামুটি তিন মাস মেয়াদে করা হয়েছিল এবং ফলন অর্জন করেছে যা অগাস্টে পৌঁছেছে তার এক পঞ্চমাংশ থেকে প্রায় অর্ধেক পর্যন্ত। কিন্তু তিনি বজায় রাখেন যে এই শটগুলি এখনও "খুব ভাল পরীক্ষা" ছিল, যোগ করে যে তারা লসনের মানদণ্ডের কিছু ফর্মুলেশনকেও সন্তুষ্ট করেছিল। পারফরম্যান্সের পার্থক্য, তিনি বলেছেন, "মানুষের মতো বাইনারি নয়"।

প্লাজমা-কোটিং প্রক্রিয়াটি একটি রেসিপি, তাই রুটি বেক করার মতো এটি প্রতিবার ঠিক একইভাবে বের হয় না

ওমর হারিকেন

আউটপুটের এই বিশাল পরিবর্তনের কারণ হিসাবে, হারম্যান বলেছেন যে নেতৃস্থানীয় অনুমান হল জ্বালানী ক্যাপসুলগুলিতে শূন্যতা এবং বিভাজন, যা শিল্প হীরা থেকে তৈরি। তিনি ব্যাখ্যা করেন যে ইমপ্লোশন প্রক্রিয়ার সময় এই অপূর্ণতাগুলিকে প্রসারিত করা যেতে পারে, যার ফলে হীরা গরম স্থানে প্রবেশ করে। ডিউটেরিয়াম বা ট্রিটিয়ামের তুলনায় কার্বনের পারমাণবিক সংখ্যা বেশি থাকায় এটি অনেক বেশি দক্ষতার সাথে বিকিরণ করতে পারে, যা হট স্পটকে ঠান্ডা করে এবং কর্মক্ষমতা কমিয়ে দেয়। 

হারিকেন সম্মত হয় যে হীরা সম্ভবত শট-টু-শট পারফরম্যান্সের পরিবর্তনে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এনআইএফ-এর ইমপ্লোশনের অ-রেখার কারণে আউটপুটে বৃহৎ বৈচিত্র প্রত্যাশিত বলে উল্লেখ করে, তিনি বলেছেন যে জড়িত বিজ্ঞানীরা ক্যাপসুল তৈরির সময় ব্যবহৃত প্লাজমা-আবরণ প্রক্রিয়াটি সম্পূর্ণরূপে বোঝেন না। "এটি একটি রেসিপি," তিনি বলেছেন, "সুতরাং রুটি বেক করার মতো এটি প্রতিবার ঠিক একইভাবে বের হয় না।"

ফিউশন শক্তির রাস্তা

হারিকেন বলছে দলটি এখন ক্যাপসুলের গুণমান উন্নত করার পাশাপাশি এনআইএফ-এর আউটপুট বাড়ানোর বিভিন্ন উপায় অনুসন্ধান করছে। এর মধ্যে রয়েছে ক্যাপসুলের পুরুত্ব পরিবর্তন করা, হোহলরামের আকার বা জ্যামিতি পরিবর্তন করা, অথবা লক্ষ্যমাত্রার জন্য প্রয়োজনীয় নির্ভুলতা কমানোর জন্য সম্ভবত লেজার পালস শক্তিকে প্রায় 2.1 MJ-তে বাড়ানো। তিনি বলেন যে লক্ষ্য লাভের ক্ষেত্রে "কোন জাদু সংখ্যা" নেই কিন্তু যোগ করেছেন যে লাভ যত বেশি হবে তত বড় প্যারামিটার স্পেস যা স্টকপাইল স্টুয়ার্ডশিপ করার সময় অন্বেষণ করা যেতে পারে। তিনি আরও উল্লেখ করেছেন যে 1 লাভের অর্থ এই নয় যে সুবিধাটি নেট শক্তি উৎপন্ন করছে, লেজারটি লক্ষ্যের উপর আলোতে কত কম আগত বৈদ্যুতিক শক্তি রূপান্তর করে – NIF এর ক্ষেত্রে, 1% এর কম।

ইগনিশন দীর্ঘ রাস্তা

রচেস্টার বিশ্ববিদ্যালয়ের মাইকেল ক্যাম্পবেল মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে মনে করা হয় যে হোহলরাম এবং লক্ষ্যে পর্যাপ্ত উন্নতির কারণে NIF "পরবর্তী 1-2 বছরে" কমপক্ষে 5 লাভ অর্জন করতে পারে। কিন্তু তিনি যুক্তি দেন যে 50-100 এর বাণিজ্যিকভাবে প্রাসঙ্গিক লাভের জন্য সম্ভবত NIF এর "পরোক্ষ ড্রাইভ" থেকে একটি সুইচের প্রয়োজন হবে, যা লক্ষ্যকে সংকুচিত করার জন্য এক্স-রে তৈরি করে, সম্ভাব্য আরও দক্ষ কিন্তু জটিল "সরাসরি ড্রাইভ" যা নির্ভর করে লেজার বিকিরণ নিজেই।

কয়েক বিলিয়ন ডলারের প্রয়োজন হওয়ার সম্ভাবনা থাকা সত্ত্বেও, ক্যাম্পবেল আশাবাদী যে একটি উপযুক্ত ডাইরেক্ট-ড্রাইভ সুবিধা 2030-এর শেষ নাগাদ এই ধরনের লাভ প্রদর্শন করতে পারে - বিশেষ করে, তিনি বলেন, যদি বেসরকারি খাত জড়িত থাকে। তবে তিনি সতর্ক করেছেন যে বাণিজ্যিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি সম্ভবত এই শতাব্দীর মাঝামাঝি পর্যন্ত কাজ শুরু করবে না। "ফিউশন শক্তি দীর্ঘমেয়াদী জন্য," তিনি বলেছেন, "আমি মনে করি লোকেদের চ্যালেঞ্জ সম্পর্কে বাস্তববাদী হতে হবে।"