ఫ్యూజన్ రియాక్టర్: హోమీ జహంగీర్ భాభా భవిష్యవాణి, బ్రిటన్‌లో నిజం కాబోతోందా
2040 నాటికి ఫ్యూజన్ రియాక్టర్‌తో వాణిజ్య పవర్ హౌస్ నిర్మించనున్నట్లు బ్రిటన్ ప్రకటించింది.
బ్రిటన్ STEP ఫ్యూజన్ రియాక్టర్ డిజైన్ న్యూక్లియర్ ఫ్యూజన్(అణు విలీనం) సైన్స్ గురించి 1930 దశాబ్దంలోనే తెలుసు. అప్పట్లో ప్రయోగశాలలో హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్ అణువులను ఫ్యూజన్ చేశారు. మనం అది జరగడం రోజూ చూస్తుంటాం. సూర్యుడు స్వయంగా ఒక భారీ ఫ్యూజన్ రియాక్టర్‌లా పనిచేస్తాడు. మిగతా నక్షత్రాలు కూడా అదే విధంగా పనిచేస్తాయి. నక్షత్రాల ఫ్యూజన్ వాటి విశాల గురుత్వార్షణ శక్తి ద్వారా పనిచేస్తుంది. అణువులు ఒకదానితో ఒకటి కలిసేలా చేసి ఒక భారీ అణువుగా మార్చేస్తుంది. ఈ ప్రక్రియలో భారీ స్థాయిలో శక్తి విడుదలవుతుంది. భూమిపై ఒక ఫ్యూజన్ రియాక్టర్‌ను తయారుచేసి అదే ప్రక్రియను పునరావృతం చేయడం చాలా కష్టం. అందులో తీవ్రమైన ఇంజనీరింగ్ సవాళ్లు కూడా ఉన్నాయి. చాలా రకాలుగా ఫ్యూజన్ లక్షణాలు రసవాదం(రసాయన శాస్త్రం)ను పోలి ఉంటాయి. ప్రాచీన పర్షియాకు చెందిన రసవాదులు(రసాయన శాస్త్రవేత్తలు) తమ జీవితంలో కొన్ని దశాబ్దాలు మిగతా లోహాలతో బంగారం తయారు చేయడంలోనే గడిపారు. ఫ్యూజన్ కూడా అలాంటి ప్రక్రియే. ఇందులో తేలికపాటి అణువుల కేంద్రకాలు ఒకదానితో ఒకటి కలిసి భారీ కేంద్రకాలుగా మారుతాయి. అలా, మరో రకమైన రసాయన మూలకం ఏర్పడుతుంది. బంగారం కాదు, విద్యుత్ తయారు చేయచ్చు బంగారం కళ్ల ముందు కనిపిస్తోంది కాబట్టి, అది ఎలా తయారయ్యింది అనే విషయం రసవాదులకు తెలుసు. కానీ, బంగారం లాంటి భారీ లోహాలు, నిజానికి కలయికతో తయారయ్యాయని వారికి తెలీదు. మృత నక్షత్రాలు పేలడం వల్ల అలాంటి లోహాలు అంతరిక్షంలో చెల్లాచెదురయ్యాయి. అణువుల మధ్య ఫ్యూజన్ ప్రారంభం కావడానికి భారీ స్థాయిలో శక్తి అవసరం అవుతుంది. అందుకే భూమిపై తేలికపాటి లోహాలను ఫ్యూజన్ చేయడమే సాధ్యం అవుతుంది. ఫ్యూజన్ ద్వారా బంగారం తయారు చేయడం కుదరదు. ఫ్యూజన్ రియాక్టర్‌లో హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్‌ను ఒకటిన్నర కోట్ల డిగ్రీల సెంటీగ్రేడ్ ఉష్ణోగ్రత దగ్గర వేడి చేస్తారు. అది సూర్యుడి వేడికి సమానంగా ఉంటుంది. అలా చేయడం వల్ల ప్లాజ్మా తయారవుతుంది. ఇది పదార్థం నాలుగో స్థితి.(ఘన, ద్రవ, వాయు అనేవి మిగతా మూడు స్థితులు) ప్లాజ్మాను ఐయస్కాంత శక్తితో కంప్రెస్ చేస్తారు. దానిని హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్‌తో కలిపి హీలియం, హై-స్పీడ్ న్యూట్రాన్లను ఉత్పత్తి చేస్తారు. ఇవి ప్రతి ప్రతిచర్యకూ 17.6 మెగా ఎలక్ట్రాన్ ఓల్టుల శక్తిని విడుదల చేస్తాయి. అది సాధారణ రసాయన దహన శక్తితో లభించే శక్తి కంటే కోటి రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది. న్యూక్లియర్ ఫిషన్(అణు విచ్ఛిత్తి)లో భారీ అణువు ముక్కలై తేలికపాటి అణువులుగా మారుతుంది. దానికి భిన్నంగా న్యూక్లియర్ ఫ్యూజన్(అణు విలీనం)లో తేలికపాటి అణువులను కలిపి భారీ అణువుగా మారుస్తారు. అంటే ఫ్యూజన్‌లో హానికారక వ్యర్థాలు తక్కువగా విడుదలవుతాయి. న్యూట్రాన్ పేలుడు వల్ల ఫ్యూజన్ ప్లాంట్ కొంతవరకూ రేడియోధార్మికంగా మారుతుంది. కానీ ఈ రేడియో ధార్మికత తక్కువ సమయమే ఉంటుంది. ఫ్యూజన్ ద్వారా కాలుష్య రహితంగా ఉండే, వాతావరణానికి అనుకూలంగా ఉండే శక్తిని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. దీని నుంచి రేడియో ధార్మిక వ్యర్థాలు వెలువడే ప్రమాదం కూడా ఉండదు. సవాలుగా నిలిచిన డిజైన్ ఫ్యూజన్ అనేది సాధ్యమేనని ఇంగ్లండ్‌లో కల్హమ్‌లోని జాయింట్ యూరోపియన్ టోరస్(JET) లాంటి పరీక్షా రియాక్టర్లు నిరూపించాయి. వాణిజ్యపరంగా ఆచరణీయంగా ఉన్న ఈ పరీక్షా రియాక్టర్లను నిరంతరం పనిచేసే పవర్ హౌసులుగా మార్చడం ఎలా అనేది సవాలుగా నిలుస్తోంది. దీనికోసం అవసరమైన ఫ్యూజన్ రియాక్టర్‌ను నడిపించడానికి ఎంత విద్యుత్ కావాలో, దానికంటే ఎక్కువ విద్యుత్ ఉత్పత్తి చేయడం అవసరం. వాణిజ్య ఫ్యూజన్ పవర్ హౌసులు మరో 30 ఏళ్లలో వాస్తవ రూపం దాలుస్తాయని మనకు దశాబ్దాల నుంచీ చెబుతూ వచ్చారు. 1955లో భౌతిక శాస్త్రవేత్త హోమీ జహంగీర్ భాభా "రెండు దశాబ్దాల్లోపు మనకు ఫ్యూజన్ నుంచి విద్యుత్ అందుబాటులోకి వస్తుంది" అన్నారు. ఆ మాట, ఆ తర్వాత చెప్పిన ఎన్నో మాటలు నిజం కాలేదు. ఫ్యూజన్ ఇంకాస్త దూరంలోనే ఉంది అని ఎప్పుడూ అనిపిస్తూనే వచ్చింది. ఊహల్లో ఫ్యూజన్ ఎలా పనిచేస్తుందో మనకు తెలుసు. దురదృష్టవశాత్తూ ఊహలు నిజం కావడం చాలా అరుదుగా ఉంటుంది. ఫ్యూజన్ అనేది ఒక ఇంజనీరింగ్ సవాలు, శాస్త్రీయ సవాలు కాదు. "ఇక్కడ సవాలు సైన్స్ గురించి కాదు, శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పుడు ప్రాక్టికల్‌గా పనిచేసేదాన్ని తయారు చేయాలి" అని బ్రిటన్ న్యూక్లియర్ అడ్వాన్స్‌డ్ మానుఫ్యాక్చరింగ్ సెక్టార్ చీఫ్ ఎగ్జిక్యూటివ్ ఆండ్రూ స్టోర్ అన్నారు. టోకామాక్ భవనం పరిస్థితులు మారుతున్నాయి 2040 నాటికి పూర్తిగా పనిచేయగలిగే తమ ఫ్యూజన్ రియాక్టర్ తయారీ ప్రణాళిక గురించి బ్రిటన్ ప్రభుత్వం 2019లో ప్రకటించింది. ఫ్యూజన్ రియాక్టర్‌లో విద్యుత్ ఉత్పత్తి కోసం వృత్తాకారంలో ఉన్న టోకామాక్ (STEP) మాస్టర్ ప్లాన్ డెవలప్ చేయడం అనేది దీని మొదటి దశ. బ్రిటిష్ ఫ్యూజన్ రీసెర్చ్ కోసం ప్రత్యేకంగా ఈ డిజైన్ రూపొందించారు. ఇప్పుడు బ్రిటన్‌లో STEP రియాక్టర్ కోసం తగిన ప్రదేశాన్ని వెతుకుతున్నారు. కానీ 20 ఏళ్లలో పూర్తిగా వాణిజ్యపరంగా విజయవంతం అయ్యే ఫ్యూజన్ రియాక్టర్‌ను తయారు చేయడం అనేది చాలా పెద్ద పని దీనితో పోలిక చూస్తే, హింక్లే పాయింట్ సీ న్యూక్లియర్ ఫిషన్ రియాక్టర్‌ను 2025 నాటికి తయారుచేస్తారని ఆశిస్తున్నారు. ప్రతిపాదనల నుంచి నిర్మాణం వరకూ దీనికి మొత్తం 15 ఏళ్లు పడుతోంది. అయితే ఇందులో 1950 దశకం నుంచీ కొనసాగుతున్న విచ్ఛిత్తి సాంకేతిక పరిజ్ఞానం ఉపయోగించబోతున్నారు. ఇటు, ఫ్రాన్స్‌లో ITER ఫ్యూజన్ రియాక్టర్‌ను 70 శాతం నిర్మించారు. 2025లో ఇక్కడ ప్లాజ్మా తయారవుతుందని ఆశిస్తున్నారు. ఇక్కడ నుంచి 500 మెగావాట్ల విద్యుత్ లభించనుంది. అది లివర్ పూల్ సైజున్న ఒక నగరానికి సరిపోతుంది. "ITER గురించి చెప్పాలంటే చాలా వరకూ అది ఒక సైన్స్ ఫిక్షన్‌లా ఉంటుంది" అని యూకే ఆటమిక్ ఎనర్జీ అథారిటీ చీఫ్ ఎగ్జిక్యూటివ్ ఇయాన్ చాప్‌మెన్ చెప్పారు. "అక్కడ ఒక పెద్ద అయస్కాంతం ఏర్పాటు చేశారు. దాని అయస్కాంత శక్తి ఎంత అద్భుతం అంటే, అది సముద్రం లోపల నుంచి ఒక విమానాన్నే బయటకు తీసేయగలదు" అన్నారు. ITER డిజైన్ బ్రిటన్ STEP కంటే చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది. ITER ఆకారం డోనట్‌లా ఉంటే, STEP కోసం వృత్తాకార టోకామాక్ కాంపాక్ట్ డిజైన్ ఉపయోగించబోతున్నారు. పరిమాణం తగ్గించడం అంటే అయస్కాంతాలు చాలా చిన్నవిగా ఉండవచ్చని అర్థం. దానివల్ల కోట్ల పౌండ్లు ఆదా చేయవచ్చు. STEP రియాక్టర్ నిర్మాణ ప్రణాళికలో భాగంగా రోథర్‌హామ్‌లోని న్యూక్లియర్ AMRC (అడ్వాన్స్ మానుఫ్యాక్చరింగ్ రీసెర్చ్ సెంటర్) దగ్గర కొత్త ఫ్యూజన్ రీసెర్చ్ ఫెసిలిటీ ఏర్పాటు చేస్తారు. ఇక్కడ రియాక్టర్ కాన్సెప్ట్ డిజైన్‌ను నిర్మాణ పదార్థాలతో నిర్మించే భవనం డిజైన్‌గా మారుస్తారు. ఫ్యూజన్ విద్యుత్ వాస్తవం అవుతుందా STEP రియాక్టర్‌ను వాస్తవంగా మార్చే టెక్నాలజీల్లో సూపర్-ఎక్స్ డైవర్టర్ అనేది ఒకటి. ఫ్యూజన్‌లో సూర్యుడి ఉష్ణోగ్రతకు సమానమైన వేడి పుడుతుంది. అందుకే ఆ వేడిని ఎక్కడో ఒక చోటుకు తీసుకు వెళ్లాల్సి ఉంటుంది. ఒకవేళ మనం ఆ వేడిని రియాక్టర్ గోడల వరకూ చేర్చగలిగితే, అవి వెంటనే కరిగిపోతాయి. అలా ఫ్యూజన్ విఫలం అవుతుంది. అలా కాకుండా ప్లాజ్మా వేడిని డైవర్ట్ చేసి పంపిస్తారు. "ఫ్యూజన్ ప్రధాన టెక్నాలజీ సవాళ్లలో ప్లాజ్మా వెళ్లిపోయేలా సిద్ధం చేయడం అనేది ఒకటి. పరిసరాల ఉపరితలం దెబ్బతినకుండా అక్కడ సహ ఉత్పత్తులు, ప్లాజ్మా అదనపు వేడిని తొలగించాల్సిన అవసరం ఉంటుంది" అని చాప్‌మెన్ అంటారు. MAST (Mega Ampere Spherical Tokamak) అప్‌గ్రేడ్‌లో మనం ఏ కొత్త టెక్నాలజీని పరీక్షిస్తుంటామో, అందులో ఉష్ణోగ్రతలు తగ్గి కారు ఇంజన్ ఉష్ణోగ్రతకు రావాల్సి ఉంటుంది. డైవర్టర్ ఫ్యూజన్ ప్రక్రియలో తయారయ్యే వ్యర్థ పదార్థాలను రియాక్టర్ నుంచి బయటకు పంపించడానికి అది సాయం చేస్తుంది. అత్యధిక శక్తి ఉన్న ప్లాజ్మా కణాలు లక్ష్యాన్ని తాకినపుడు, వాటి గతి శక్తి, ఉష్ణ శక్తిగా మారుతుంది. దానిని వివిధ మార్గాల ద్వారా చల్లారుస్తారు. కుల్హాంలో మొదటి ప్లాజ్మాను MAST అప్‌గ్రేడ్ అక్టోబర్ 2020 నాటికి తయారుచేయగలిగింది. ప్రస్తుత విద్యుత్ హౌస్ ఉపయోగం 2040 నాటికి లక్ష్యాన్ని అందుకోవాలంటే, ప్రస్తుతం ఉన్న పవర్ హౌస్‌ను ఉపయోగించడం అనే పద్ధతి కూడా ఉంది. అక్కడ, ప్రస్తుతం ఉన్న పాత విద్యుత్ ఉత్పత్తి వ్యవస్థను, కొత్త STEP రియాక్టర్‌తో భర్తీ చేయాలి. దీనివల్ల ఒక ప్రయోజనం ఉంది. శక్తి మార్పిడితో విద్యుత్ తయారు చేసే ప్రక్రియ అక్కడే ఉంటుంది. "ఒకవేళ ప్రస్తుతం ఉన్న ఏదైనా ఒక టర్బైన్ బిల్డింగ్ సైట్ దగ్గర టోకామాక్ ఏర్పాటు చేయాలనే నిర్ణయం తీసుకుంటే, అప్పుడు నాకు మరింత సులభం అవుతుంది. ఎందుకంటే, ఇప్పటికే దీనిపై చాలా సమయం, డబ్బు వెచ్చించాం" అంటారు స్టోరర్. "దీనికి, కొత్త ఫ్యూజన్ రియాక్టర్, ప్రస్తుత పవర్ హౌస్ మధ్య ఇంటర్ ఫేస్ ఏర్పాటు చేయడం ప్రధాన సమస్యగా మారింది. దురదృష్టవశాత్తూ పవర్ హౌస్‌ల కోసం యూఎస్‌బీ పోర్ట్ లాంటిది ఏదీ ఉండదు. అయినా, పూర్తిగా కొత్త పవర్ హౌస్ నిర్మించాలంటే చాలా సమయం, డబ్బు అవసరం" అన్నారు. దానితో పోలిస్తే, ఒక చిన్న STEP రియాక్టర్‌ను నిర్మించడం ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. "సూర్యుడిని సీసాలో బంధిస్తే" అనే మాటను నిజం చేయడానికి, స్వచ్ఛమైన, ఎప్పటికీ అంతం కాని ఇంధనం పొందడానికి ఎన్నో ఏళ్ల సమయాన్ని, శక్తిని, వనరులనూ ఖర్చు చేశారు. ఫ్యూజన్ అనేది మూర్ఖత్వం అని 1930వ దశకంలో అనుకుని ఉండచ్చు. కానీ, ఇప్పుడు అది కొన్ని దశాబ్దాల దూరంలోనే ఉంది. ఇవి కూడా చదవండి: (బీబీసీ తెలుగును ఫేస్‌బుక్, ఇన్‌స్టాగ్రామ్‌, ట్విటర్‌లో ఫాలో అవ్వండి. యూట్యూబ్‌లో సబ్‌స్క్రైబ్ చేయండి.)