غیر معمولی پلازما جلانے سے ہیٹ اپ فیوژن ریسرچ

پچھلے سال اور تقریباً ایک دہائی کی کوشش کے بعد، طبیعیات دان میمتھ پر کام کر رہے ہیں۔ قومی اگنیشن کی سہولت (NIF) امریکہ میں آخر میں کامیاب خود کو برقرار رکھنے والا فیوژن رد عمل پیدا کرنے میں۔ لیکن اس کارنامے کو دوبارہ پیش کرنے کے لیے جدوجہد کرنے کے بعد، وہ یہ جاننے کی کوشش میں مصروف ہیں کہ ان کے تجربات کے نتائج اس قدر متغیر کیوں ہیں۔ اب، NIF میں ایک نئی دریافت ایک اشارہ فراہم کر سکتی ہے - آئنوں میں جسے جلتے ہوئے پلازما کے نام سے جانا جاتا ہے میں غیر متوقع حرکی توانائی کی تقسیم ہوتی ہے، جو فیوژن کی حوصلہ افزائی کرتی ہے۔

کیلیفورنیا میں لارنس لیورمور نیشنل لیبارٹری میں $3.5 بلین NIF کو جوہری وار ہیڈز کے اندر حالات کو دوبارہ بنانے کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا، جس کا بنیادی مقصد بغیر جانچ کے امریکی ہتھیاروں کے ذخیرے کو برقرار رکھنا تھا۔ اس سہولت کو فیوژن توانائی کا ایک نیا صاف، وافر ذریعہ تیار کرنے کے لیے بھی استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ 1 سینٹی میٹر لمبے کھوکھلے دھاتی سلنڈر پر غیر معمولی طاقتور لیزر دالوں کو فائر کرکے ایسا کرتا ہے۔ یہ ایکس رے پیدا کرتا ہے جو پھر سلنڈر کے مرکز میں کالی مرچ کے سائز کے کیپسول کو شعاع کرتا ہے جو صنعتی ہیرے سے بنتا ہے اور اس میں ہائیڈروجن آاسوٹوپس ڈیوٹیریم اور ٹریٹیم ہوتا ہے۔ کچھ ہیرے کے پھٹ جانے کے بعد، کیپسول تیزی سے پھٹ جاتا ہے اور ایک سیکنڈ کے ایک حصے کے لیے انتہائی درجہ حرارت اور روشنی کے مرکزے کو ایک ساتھ ملانے کے لیے درکار دباؤ کے ساتھ پلازما بناتا ہے - الفا ذرات، نیوٹران اور اضافی توانائی پیدا کرتے ہیں۔

NIF کے 2009 میں آن ہونے کے بعد سے، سائنسدانوں نے اہم فیوژن پیداوار پیدا کرنے کے لیے جدوجہد کی ہے - لیزر کو طاقت دینے کے لیے ضرورت سے زیادہ توانائی پیدا کرنے کے قریب کہیں بھی نہیں پہنچ رہے ہیں۔ لیکن 2021 کے اوائل میں انہیں اچھی خبر ملی، جس میں جلتے ہوئے پلازما کے مشاہدے کی اطلاع دی گئی جس میں الفا کے ذرات پلازما کے لیے حرارت کا بنیادی ذریعہ ہیں۔ اس کے بعد پچھلے سال اگست میں ایک اور بھی زیادہ دلکش نتیجہ آیا: اگنیشن پلازما کے. اس صورت میں الفا پارٹیکل ہیٹنگ پلازما کے اندر توانائی کے تمام نقصانات کو دور کرنے کے لیے کافی تھی اور اس نے 1.37 MJ آؤٹ پٹ کو فعال کیا۔ یہ لیزر کے ذریعے فراہم کردہ 70 MJ کا 1.92% سے زیادہ ہے اور ان کے پچھلے بہترین شاٹ سے تقریباً آٹھ گنا زیادہ ہے۔

پھر محققین اس نتیجہ کو دوبارہ پیش کرنے کی کوشش کی۔ لیکن اگلے چند مہینوں میں مزید چار شاٹس نے ریکارڈ توڑنے والی پیداوار کے نصف کے قریب بہترین پیداوار حاصل کی۔ اس سال ستمبر میں ان کی قسمت اچھی تھی جب انہوں نے 1.2 MJ لیزر پلس سے تقریباً 2.08 MJ حاصل کیا۔ اس زیادہ ان پٹ نے انہیں ایک موٹا کیپسول استعمال کرنے کی اجازت دی، جو پچھلے شاٹس سے دوچار ہونے والے مسئلے سے کم حساس تھا - ہیرے میں چھوٹے نقائص جو کاربن کو فیوژن "ہاٹ اسپاٹ" میں داخل کرنے اور ردعمل کو ٹھنڈا کرنے کا سبب بن سکتے ہیں۔

حیرت انگیز حرکیاتی تقسیم

اب، نئے کام کی طرف سے ایڈورڈ ہارٹونی لارنس لیورمور کے اور امریکہ اور برطانیہ کے ساتھی جب فیوژن کی بات کرتے ہیں تو NIF کی متضاد کارکردگی پر روشنی ڈال سکتے ہیں۔ انہوں نے پایا کہ این آئی ایف کے جلتے پلازما میں رد عمل کرنے والی ڈیوٹیریم – ٹریٹیم آئن جوڑوں کی حرکی توانائی متوقع میکسویل – بولٹزمین تقسیم کی پیروی نہیں کرتی ہے جو تھرمل پلازما کی خصوصیت ہے۔

محققین نے الفا ذرات کے ساتھ ساتھ پیدا ہونے والے نیوٹران کی سپیکٹروسکوپی کے ذریعے آئنوں کی خصوصیات کی پیمائش کی۔ اگرچہ نیوٹران فیوزنگ نیوکلی کے حوالہ فریم کے اندر تمام سمتوں میں ایک ہی توانائی سے خارج ہوتے ہیں، لیکن لیب سے دیکھا جائے تو وہ تھرمل اتار چڑھاو اور پلازما کی بلک حرکت کے ذریعے گھوم رہے ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ خارج ہونے والے نیوٹران کا انرجی سپیکٹرم آئنوں کے رویے کے بارے میں معلومات فراہم کرتا ہے۔

ہارٹونی اور ساتھیوں نے فیوژن ٹارگٹ کے ارد گرد مختلف پوائنٹس پر موجود پانچ ٹائم آف فلائٹ سپیکٹرو میٹر کا استعمال کرتے ہوئے آئسوٹروپک نیوٹران ڈیٹا اکٹھا کیا۔ نتائج کی منصوبہ بندی کرنے کے بعد، وہ نیوٹران کی سپیکٹرل چوٹی اور ڈیوٹیریم – ٹریٹیم فیوژن ری ایکشنز میں حاصل کرنے کے لیے جانے جانے والی توانائی کے درمیان آفسیٹ کی پیمائش کرکے آئنوں کی اوسط رفتار - اور اس وجہ سے حرکی توانائی - پر کام کرنے کے قابل تھے۔ اسی طرح انہوں نے آئنوں کے درجہ حرارت کا حساب لگایا۔

کھڑی ڈھلوان

محققین نے این آئی ایف میں متعدد امپلوژن تجربات سے حاصل ہونے والے نتائج کا تجزیہ ان سب کو درجہ حرارت کے خلاف آئن کی رفتار کے گراف پر بنا کر کیا۔ ایسا کرنے سے، انہوں نے پایا کہ ڈیٹا پوائنٹس دو الگ الگ گروپوں میں ایک ساتھ جمع ہیں۔ تجرباتی غلطی کی حدود میں، کم فیوژن آؤٹ پٹ کے ساتھ ان شاٹس نے تھرمل پلازما کی آہستہ سے کم ہوتی ہوئی ڈھلوان کی خصوصیت کی پیروی کی۔ جبکہ شاٹس اعلی فیوژن توانائیاں پیدا کرنے کے بجائے ایک تیز زاویہ پر گھومتے ہیں۔

مؤخر الذکر شاٹس کا آؤٹ پٹ درحقیقت آئن درجہ حرارت سے مطابقت رکھتا ہے جو شاٹس کے آئن کی رفتار سے مماثل ہے نہ کہ ان کے ماپا (نچلے) آئن درجہ حرارت سے۔ محققین کا کہنا ہے کہ آئنوں میں "سپرتھرمل انرجی اسپیکٹرم" ہو سکتا ہے، اور ان میں سے زیادہ توانائیاں فیوژن کے رد عمل کے لیے سازگار ہوتی ہیں جتنا کہ تھرمل پلازما کے لیے ہوتا ہے۔

ہارٹونی اور ساتھیوں کو ابھی تک یہ طے کرنا ہے کہ میکسویل-بولٹزمین کی تقسیم سے اس روانگی کی وجہ کیا ہے۔ وہ کئی ممکنہ وضاحتوں کی طرف اشارہ کرتے ہیں، لیکن ہر ایک کی اپنی خامیاں ہیں۔ مثال کے طور پر، وہ تجویز کرتے ہیں کہ گرم جگہ سے باہر نکلنے والے نیوٹران ان کے ڈیٹیکٹر تک پہنچنے والے کم نیوٹران ہو سکتے ہیں جو قریب کی طرف سے خارج ہوتے ہیں۔ یہ مصنوعی طور پر اوسط نیوٹران توانائی کو بڑھاتا ہے۔ لیکن وہ کہتے ہیں کہ دیگر تشخیصی مشاہدات سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ گرم جگہ اتنی گھنی نہیں ہے کہ اس اثر کی وضاحت کر سکے۔ اسی طرح، وہ یہ نتیجہ اخذ کرتے ہیں کہ ہاٹ اسپاٹ اور کیپسول سینٹر کے درمیان ایک مقامی آفسیٹ کی وجہ سے پیمائش کی بگاڑ کو خارج از امکان قرار دیا جا سکتا ہے کیونکہ پلازما کی ایکس رے تصاویر میں ایسا کوئی آفسیٹ نہیں دکھایا گیا ہے۔

محققین کا کہنا ہے کہ وہ تجربات کو جاری رکھے ہوئے ہیں، نظریہ پر نظر ثانی کر رہے ہیں اور کمپیوٹر کی نقالی انجام دے رہے ہیں تاکہ اس بے ضابطگی کی وجہ کو تلاش کر سکیں۔ اگر وہ کامیاب ہوتے ہیں، کے مطابق سٹیفانو آتزینی یونیورسٹی آف روم "لا سیپینزا" میں، وہ NIF کے فیوژن ری ایکشن کو کنٹرول کرنے کے لیے بہتر پوزیشن میں ہو سکتے ہیں تاکہ مطالبہ پر اگنیشن حاصل کرنا ممکن ہو سکے۔ "بنیادی جسمانی عمل کے زیادہ درست نمونے تخروپن کو زیادہ پیش گوئی کرتے ہیں،" وہ کہتے ہیں۔

تحقیق میں بیان کیا گیا ہے۔ فطرت، قدرت.