نیوکلیئر فیوژن نے ایک سنگ میل عبور کیا جس کی بدولت بہتر ری ایکٹر والز پلیٹو بلاکچین ڈیٹا انٹیلی جنس ہے۔ عمودی تلاش۔ عی

بہتر ری ایکٹر کی دیواروں کی بدولت نیوکلیئر فیوژن نے ایک سنگ میل عبور کیا۔

ٹائم سٹیمپ: 10 اپریل 2022 صبح 10:00 بجے
نیوکلیئر فیوژن ٹوکامک ری ایکٹر توانائی

انگلینڈ میں ایک لیبارٹری میں سائنسدانوں نے ایک کنٹرول، مسلسل فیوژن ردعمل کے دوران پیدا ہونے والی توانائی کی مقدار کا ریکارڈ توڑ دیا ہے۔ کی پیداوار پانچ سیکنڈ میں 59 میگاجولز توانائی انگلینڈ میں مشترکہ یورپی ٹورس (JET) کا تجربہ کیا گیا ہے۔ جسے کچھ خبر رساں اداروں نے "ایک پیش رفت" کہا ہے۔ اور طبیعیات دانوں میں کافی جوش و خروش کا باعث بنا۔ لیکن ایک مشترکہ لائن کے بارے میں فیوژن بجلی کی پیداوار کیا یہ ہے "ہمیشہ 20 سال دور".

ہم ایک ہیں جوہری طبیعیات اور ایک ایٹمی انجینئر جو اس بات کا مطالعہ کرتے ہیں کہ بجلی پیدا کرنے کے مقصد کے لیے کنٹرولڈ نیوکلیئر فیوژن کیسے تیار کیا جائے۔

JET کا نتیجہ فیوژن کی فزکس کی تفہیم میں قابل ذکر پیشرفت کو ظاہر کرتا ہے۔ لیکن جیسا کہ اہم بات ہے، یہ ظاہر کرتا ہے کہ فیوژن ری ایکٹر کی اندرونی دیواروں کی تعمیر کے لیے استعمال ہونے والے نئے مواد نے ارادے کے مطابق کام کیا۔ حقیقت یہ ہے کہ دیوار کی نئی تعمیر نے جیسا کہ اس نے انجام دیا ہے وہی ہے جو ان نتائج کو پچھلے سنگ میل سے الگ کرتا ہے اور مقناطیسی فیوژن کو بلند کرتا ہے۔ ایک خواب سے ایک حقیقت کی طرف.

ایک خاکہ جس میں دو ذرات ایک ساتھ ملتے ہوئے اور اس کے نتیجے میں پیدا ہونے والی مصنوعات کو دکھایا گیا ہے۔
فیوژن ری ایکٹر ہائیڈروجن کی دو شکلوں کو ایک ساتھ توڑ دیتے ہیں (اوپر) تاکہ وہ فیوز ہو جائیں، ہیلیم اور ایک اعلی توانائی کا الیکٹران (نیچے) پیدا کریں۔ وکیس/وکی میڈیا کامنز

ذرات کو ایک ساتھ ملانا

نیوکلیئر فیوژن دو جوہری مرکزوں کا ایک مرکب نیوکلئس میں ضم ہونا ہے۔ یہ نیوکلئس پھر ٹوٹ جاتا ہے اور نئے ایٹموں اور ذرات کی شکل میں توانائی جاری کرتا ہے جو رد عمل سے تیزی سے دور ہوتے ہیں۔ ایک فیوژن پاور پلانٹ فرار ہونے والے ذرات کو پکڑے گا اور ان کی توانائی کو بجلی پیدا کرنے کے لیے استعمال کرے گا۔

چند ہیں زمین پر فیوژن کو محفوظ طریقے سے کنٹرول کرنے کے مختلف طریقے. ہماری تحقیق JET کی طرف سے اٹھائے گئے نقطہ نظر پر مرکوز ہے: استعمال کرنا ایٹموں کو محدود کرنے کے لیے طاقتور مقناطیسی میدان جب تک کہ وہ فیوز ہونے کے لیے کافی زیادہ درجہ حرارت پر گرم نہ ہوں۔

موجودہ اور مستقبل کے ری ایکٹروں کے لیے ایندھن ہائیڈروجن کے دو مختلف آاسوٹوپس ہیں- یعنی ان کے پاس ایک پروٹون ہے، لیکن نیوٹران کی مختلف تعداد ہے۔ ڈیوٹیریم اور ٹریٹیم. عام ہائیڈروجن میں ایک پروٹون ہوتا ہے اور اس کے نیوکلئس میں کوئی نیوٹران نہیں ہوتا۔ ڈیوٹیریم میں ایک پروٹون اور ایک نیوٹران ہوتا ہے جبکہ ٹریٹیم میں ایک پروٹون اور دو نیوٹران ہوتے ہیں۔

فیوژن ری ایکشن کے کامیاب ہونے کے لیے، ایندھن کے ایٹموں کو پہلے اتنا گرم ہونا چاہیے کہ الیکٹران نیوکلی سے آزاد ہو جائیں۔ یہ پلازما تخلیق کرتا ہے - مثبت آئنوں اور الیکٹرانوں کا مجموعہ۔ اس کے بعد آپ کو اس پلازما کو گرم کرتے رہنے کی ضرورت ہے جب تک کہ یہ 200 ملین ڈگری فارن ہائیٹ (100 ملین سیلسیس) سے زیادہ درجہ حرارت تک نہ پہنچ جائے۔ اس پلازما کو زیادہ کثافت پر ایک محدود جگہ میں ایک طویل مدت کے لیے رکھا جانا چاہیے۔ ایندھن کے ایٹم ایک دوسرے سے ٹکرانے اور ایک دوسرے کے ساتھ فیوز ہونے کے لیے.

زمین پر فیوژن کو کنٹرول کرنے کے لیے، محققین نے ڈونٹ کے سائز کے آلات تیار کیے-tokamaks کہا جاتا ہے - جو پلازما کو رکھنے کے لیے مقناطیسی میدان استعمال کرتے ہیں۔ ڈونٹ کے اندر کے ارد گرد لپیٹنے والی مقناطیسی فیلڈ لائنیں اس طرح کام کرتی ہیں۔ ٹرین کی پٹری جس پر آئن اور الیکٹران چلتے ہیں۔. پلازما میں توانائی داخل کرکے اور اسے گرم کرکے، ایندھن کے ذرات کو اتنی تیز رفتاری سے تیز کرنا ممکن ہے کہ جب وہ آپس میں ٹکراتے ہیں تو ایک دوسرے سے اچھالنے کے بجائے، ایندھن کے مرکزے ایک ساتھ مل جاتے ہیں۔ جب ایسا ہوتا ہے، تو وہ توانائی چھوڑتے ہیں، بنیادی طور پر تیزی سے حرکت کرنے والے نیوٹران کی شکل میں.

فیوژن کے عمل کے دوران، ایندھن کے ذرات بتدریج گرم، گھنے کور سے دور ہو جاتے ہیں اور آخر کار فیوژن برتن کی اندرونی دیوار سے ٹکرا جاتے ہیں۔ ان تصادم کی وجہ سے دیواروں کو انحطاط سے روکنے کے لیے - جو بدلے میں فیوژن فیول کو بھی آلودہ کرتا ہے - ری ایکٹر بنائے گئے ہیں تاکہ وہ راستے والے ذرات کو ایک بھاری بکتر بند چیمبر کی طرف لے جائیں جسے ڈائیورٹر کہتے ہیں۔ یہ موڑنے والے ذرات کو پمپ کرتا ہے اور ٹوکامک کی حفاظت کے لیے کسی بھی اضافی گرمی کو ہٹاتا ہے۔

پائپوں اور الیکٹرانکس کی ایک بڑی، پیچیدہ مشین۔
JET مقناطیسی فیوژن تجربہ دنیا کا سب سے بڑا ٹوکامک ہے۔ EFDA JET/Wikimedia Commons، CC BY-SA

دیواریں اہم ہیں۔

ماضی کے ری ایکٹرز کی ایک بڑی حد یہ حقیقت رہی ہے کہ ڈائیورٹر چند سیکنڈ سے زیادہ ذرہ کی مسلسل بمباری سے زندہ نہیں رہ سکتے۔ فیوژن پاور کو تجارتی طور پر کام کرنے کے لیے، انجینئرز کو ایک ٹوکامک برتن بنانے کی ضرورت ہے جو فیوژن کے لیے ضروری حالات میں استعمال کے سالوں تک زندہ رہے گی۔

ڈائیورٹر دیوار پہلا غور ہے۔ اگرچہ ایندھن کے ذرات جب ڈائیورٹر تک پہنچتے ہیں تو بہت ٹھنڈے ہوتے ہیں، پھر بھی ان میں کافی توانائی ہوتی ہے۔ دستک ایٹم ڈائیورٹر کے دیوار کے مواد سے ڈھیلے ہو جاتے ہیں جب وہ اس سے ٹکراتے ہیں۔. پہلے، JET کے ڈائیورٹر میں گریفائٹ سے بنی دیوار تھی، لیکن گریفائٹ عملی استعمال کے لیے بہت زیادہ ایندھن کو جذب اور پھنس لیتا ہے۔.

2011 کے آس پاس، JET کے انجینئرز نے ڈائیورٹر اور اندرونی برتن کی دیواروں کو ٹنگسٹن میں اپ گریڈ کیا۔ ٹنگسٹن کا انتخاب جزوی طور پر کیا گیا تھا کیونکہ اس میں کسی بھی دھات کا سب سے زیادہ پگھلنے کا مقام ہوتا ہے - ایک انتہائی اہم خصوصیت جب ڈائیورٹر کو گرمی کے بوجھ کا تقریباً تجربہ کرنے کا امکان ہوتا ہے۔ خلائی شٹل کے ناک کے مخروط سے 10 گنا زیادہ زمین کے ماحول میں دوبارہ داخل ہونا۔ ٹوکامک کی اندرونی برتن کی دیوار کو گریفائٹ سے بیریلیم میں اپ گریڈ کیا گیا تھا۔ بیریلیم میں فیوژن ری ایکٹر کے لیے بہترین تھرمل اور مکینیکل خصوصیات ہیں۔ گریفائٹ سے کم ایندھن جذب کرتا ہے لیکن پھر بھی اعلی درجہ حرارت کو برداشت کرسکتا ہے۔.

JET کی تیار کردہ توانائی ہی تھی جس نے سرخیاں بنائیں، لیکن ہم بحث کریں گے کہ یہ درحقیقت دیوار کے نئے مواد کا استعمال ہے جو تجربے کو واقعی متاثر کن بناتا ہے کیونکہ مستقبل کے آلات کو مزید طویل عرصے تک ہائی پاور پر کام کرنے کے لیے ان مزید مضبوط دیواروں کی ضرورت ہوگی۔ وقت کا JET اس تصور کا ایک کامیاب ثبوت ہے کہ اگلی نسل کے فیوژن ری ایکٹر کیسے بنائے جائیں۔

ایک ری ایکٹر کی ڈرائنگ جس کے ارد گرد بہت سے کمرے ہیں۔
ITER فیوژن ری ایکٹر، جو یہاں ایک خاکہ میں دیکھا گیا ہے، JET کے اسباق کو شامل کرنے جا رہا ہے، لیکن بہت بڑے اور زیادہ طاقتور پیمانے پر۔ اوک رج نیشنل لیبارٹری، آئی ٹی ای آر ٹوکامک اور پلانٹ سسٹمز/وکیمیڈیا کامنز، CC BY

اگلا فیوژن ری ایکٹر

JET tokamak اس وقت کام کرنے والا سب سے بڑا اور جدید ترین مقناطیسی فیوژن ری ایکٹر ہے۔ لیکن ری ایکٹرز کی اگلی نسل پہلے ہی کام میں ہے، خاص طور پر ITER تجربہ2027 میں کام شروع کرنے کے لیے تیار ہے۔ فرانس میں زیر تعمیر اور ایک بین الاقوامی تنظیم کی طرف سے فنڈ اور ہدایت کی گئی ہے جس میں امریکہ بھی شامل ہے۔

ITER بہت سے مادی پیشرفت کو استعمال کرنے جا رہا ہے جو JET نے قابل عمل ثابت کیا ہے۔ لیکن کچھ اہم اختلافات بھی ہیں۔ سب سے پہلے، ITER بہت بڑا ہے۔ فیوژن چیمبر ہے۔ 37 فٹ (11.4 میٹر) لمبا اور 63 فٹ (19.4 میٹر) ارد گرد، JET سے آٹھ گنا زیادہ۔ اس کے علاوہ، ITER پیداوار کے قابل سپر کنڈکٹنگ میگنےٹس کا استعمال کرے گا۔ طویل عرصے تک مضبوط مقناطیسی میدان JET کے میگنےٹ کے مقابلے۔ ان اپ گریڈز کے ساتھ، ITER سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ JET کے فیوژن ریکارڈز کو توڑ دے گا، دونوں توانائی کی پیداوار اور رد عمل کب تک چلے گا۔

ITER سے یہ بھی توقع کی جاتی ہے کہ وہ فیوژن پاور پلانٹ کے خیال میں کچھ مرکزی کام کرے گا: ایندھن کو گرم کرنے میں لگنے والی توانائی سے زیادہ توانائی پیدا کرے۔ ماڈلز نے پیش گوئی کی ہے کہ ITER 500 سیکنڈ تک مسلسل 400 میگاواٹ بجلی پیدا کرے گا جبکہ ایندھن کو گرم کرنے کے لیے صرف 50 میگاواٹ توانائی خرچ کرے گی۔ اس کا مطلب ہے ری ایکٹر اس کی کھپت سے 10 گنا زیادہ توانائی پیدا کی۔JET پر ایک بہت بڑی بہتری، جس کی ضرورت ہے۔ ایندھن کو گرم کرنے کے لیے اس سے تقریباً تین گنا زیادہ توانائی پیدا ہوتی ہے۔ اس کے حالیہ کے لیے 59 میگا جول ریکارڈ.

جے ای ٹی کے حالیہ ریکارڈ نے ظاہر کیا ہے کہ پلازما فزکس اور میٹریل سائنس میں برسوں کی تحقیق نے نتیجہ اخذ کیا ہے اور سائنسدانوں کو بجلی کی پیداوار کے لیے فیوژن کو استعمال کرنے کی دہلیز پر پہنچا دیا ہے۔ ITER صنعتی پیمانے پر فیوژن پاور پلانٹس کے ہدف کی طرف ایک بہت بڑی چھلانگ فراہم کرے گا۔

یہ مضمون شائع کی گئی ہے گفتگو تخلیقی العام لائسنس کے تحت. پڑھو اصل مضمون.

تصویری کریڈٹ: Rswilcox/Wikimedia کامنس

ٹائم اسٹیمپ:

سے زیادہ یکسانیت مرکز