स्टेलरेटर
वेंडेल्स्टीन 7-X
17 दिसंबर 2015
अब जर्मनों ने 19 लंबे वर्षों के बाद इस तकनीकी भयानक यंत्र के निर्माण को पूरा कर लिया है, जिसे स्टेलरेटर कहते हैं। दिसंबर की शुरुआत में इस यंत्र ने पहला प्लाज्मा उत्पन्न किया, जो आईटीईआर से दशकों पहले की बात है। बेशक, मेरे वेबसाइट के दर्शकों ने इस यंत्र के बारे में मुझसे कई सवाल किए हैं।
इस परियोजना को जन्म देने में 19 वर्ष लगे और एक मिलियन घंटे का काम किया गया। इसमें 20 समतल कुंडल और 50 असमतल कुंडल हैं। इस अंतर का क्या कारण है? जब हम इन कुंडलों में चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करना चाहते हैं, तो उनमें बहुत अधिक धारा प्रवाहित करनी होती है, जो बारह हजार एम्पीयर तक पहुंच सकती है। लेकिन जब हम किसी कुंडल में अत्यधिक धारा प्रवाहित करते हैं, तो उस पर अपकेंद्री बल लगते हैं, जो उसे गोलाकार आकृति देने की प्रवृत्ति रखते हैं। ऐसी स्थिति में ये बल कुंडल को फाड़ सकते हैं। जर्मन स्टेलरेटर की कक्षा की ज्यामिति बहुत जटिल है,
इसलिए इसके लिए गोलाकार नहीं, बल्कि विकृत आकृति के कुंडल बनाने की आवश्यकता थी:
इतनी जटिल ज्यामिति क्यों? यदि आप मैंने YouTube पर स्थापित की गई 5 वीडियो देखें, तो टोकामक के मूल सिद्धांत उनमें प्रस्तुत किए गए हैं। यह विचार एंड्री सखारोव और आर्टसिमोविच के ठंडे विचारों से उत्पन्न हुआ है। यदि हम एक टोरॉइडल कक्षा को नियमित रूप से व्यवस्थित गोलाकार कुंडलों से लैस करें, तो चुंबकीय क्षेत्र मशीन के अक्ष के पास, जहां कुंडल एक-दूसरे के निकट होंगे, अधिक तीव्र होगा। प्लाज्मा के न्यूनतम चुंबकीय क्षेत्र वाले क्षेत्रों की ओर जाने की प्रवृत्ति होती है, इसलिए चुंबकीय क्षेत्र प्लाज्मा को कक्षा के बाहर धकेलने की प्रवृत्ति रखेगा। टोकामक एक प्रारंभिक समाधान है। मशीन के अक्ष के साथ व्यवस्थित सोलेनॉइड के माध्यम से, जो धीरे-धीरे बढ़ता हुआ चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है (आईटीईआर में 13 टेस्ला तक पहुंचेगा), जो परीक्षण कक्ष में डूबा हुआ है, हम एक प्रेरित धारा उत्पन्न करते हैं, जो प्लाज्मा में गोलाकार रूप से बंद हो जाती है। यह धारा खुद एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है, जिसे पोलॉइडल कहा जाता है, जो कक्षा को घेरने वाले कुंडलों द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र के साथ मिलकर एक स्पाइरल आकृति बनाता है।
चार्जित कणों की प्रवृत्ति चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के चारों ओर स्पाइरल आकृति में घूमने की होती है, इसलिए वे इन रेखाओं का अनुसरण करेंगे। इससे प्लाज्मा को कक्षा के केंद्र में रखने में मदद मिलेगी। दूसरा समाधान, जिसे 1950 के दशक में अमेरिकी लाइमन स्पिट्जर ने प्रस्तावित किया था, उसे स्टेलरेटर कहा गया। वेंडेल्स्टीन X-7 एक स्टेलरेटर है:
पीले रंग में मशीन की कक्षा, नीले रंग में बहुत सारे कुंडल। इसके डिजाइन के समय जर्मन स्टेलरेटर के लिए कंप्यूटर पर बहुत सारे गणनाएं की गईं ताकि कक्षा के आकार और कुंडलों के डिजाइन को अनुकूलित किया जा सके। इसके लिए विशाल मात्रा में काम और एक मिलियन घंटे का काम लगा।
क्यों स्टेलरेटर को टोकामक के बजाय चुना गया? टोकामक (और आईटीईआर) में मुख्य बाधा विघटन के संभावित होने की संभावना है। कक्षा के अंदर, "प्लाज्मा धारा" (आईटीईआर के लिए 15 मिलियन एम्पीयर) को एक ऐसे सांप के रूप में कल्पना की जा सकती है जो अपनी पूंछ को काटता है। सरल रूप से एक विघटन को इस धारा के घुमाव के टूटने के रूप में तुलना की जा सकती है। तब सांप अपनी पूंछ छोड़ देता है और दीवार को काटने लगता है। आईटीईआर में इस "काटने" की धारा 11 मिलियन एम्पीयर के आकार की आंकी गई है।
कारण: एमएचडी अस्थिरता। और यह भी बदतर है: यह चुंबकीय क्षेत्र में विकृति चार्जित कणों को त्वरित करने वाले ग्रेडिएंट के साथ आती है: मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन। ये इलेक्ट्रॉन आलोक के निकट गति प्राप्त कर लेते हैं, बहुत अधिक ऊर्जा प्राप्त करते हैं। एक निश्चित गति के बाद वे आयनों के साथ लगभग अंतरक्रिया नहीं करते हैं। इन्हें अलग हो गए इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। लेकिन "प्रभाव बाढ़" के कारण वे अन्य इलेक्ट्रॉन को त्वरित करते हैं। आईटीईआर पर यह एक बहुत बड़ा गुणांक है।
एक स्टेलरेटर में इन घटनाओं का अस्तित्व नहीं है। इसका अर्थ यह नहीं है कि अन्य अस्थिरताओं के उद्भव की संभावना नहीं है। केवल प्रयोग ही इस प्रश्न का उत्तर देगा। आधे शताब्दी से अधिक समय से प्लाज्मा यंत्रों ने बहुत सारी बुरी आशा दी है, इसलिए धीरे-धीरे आगे बढ़ना अनिवार्य है।
जर्मन यंत्र में चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता 3 टेस्ला तक पहुंचती है। माइक्रोवेव द्वारा गर्म करने की प्रणाली 10 से 50 सेकंड तक काम करने के लिए डिज़ाइन की गई है। न्यूट्रॉन इंजेक्शन प्रणाली 8 मेगावाट की ऊर्जा आपूर्ति करती है। इस उपकरण के साथ शोधकर्ताओं की आशा है कि वे कक्षा में प्लाज्मा को प्रति घन मीटर 3 × 10²⁰ नाभिकों के घनत्व और 60 से 120 मिलियन डिग्री सेल्सियस के तापमान तक ले जा सकेंगे।
जर्मन स्टेलरेटर एक "स्वायत्त" फ्यूजन प्लाज्मा उत्पन्न नहीं कर पाएगा, जहां फ्यूजन से उत्पन्न ऊर्जा प्लाज्मा के तापमान को आवश्यक स्तर पर बनाए रखने के लिए पर्याप्त हो। इन विभिन्न यंत्रों के साथ हम "परमाणु आग" जलाने की कोशिश कर रहे हैं। आप इसे थोड़ा गीला लकड़ी को लकड़ी के टुकड़ों या एक "आग जलाने वाले उपकरण" के साथ जलाने की कोशिश के रूप में तुलना कर सकते हैं। जब तक गीली लकड़ी जलती रहे, यह प्रक्रिया ऊर्जा उत्पादक होगी। जब शुष्क लकड़ी के टुकड़े या आग जलाने वाला उपकरण खत्म हो जाएं, तो दो संभावनाएं हैं। या तो गीली लकड़ी के जलने से पर्याप्त ऊष्मा उत्पन्न होगी जिससे आग स्वयं बनी रहे, या उत्पन्न ऊर्जा अपर्याप्त होगी और आग बुझ जाएगी और आपको एक नए आग जलाने वाले उपकरण के साथ फिर से शुरुआत करनी होगी।
दुनिया भर के किसी भी प्लाज्मा यंत्र ने अब तक इस तरह की स्थिति नहीं बनाई है। सबसे प्रभावी: जेट ने Q = निवेशित ऊर्जा/उत्पादित ऊर्जा के मान को 0.6 तक बढ़ाया। आईटीईआर का लक्ष्य एक इकाई से अधिक Q प्राप्त करना था। इस बीच, हमें अच्छी तरह से नहीं पता है कि एक अचानक स्वयं-पोषित फ्यूजन प्लाज्मा कैसे व्यवहार करेगा। इन मुद्दों से जुड़े हर चीज में थ्योरेटिकल पूर्वानुमान बहुत कठिन है।
जर्मन स्टेलरेटर की लागत इसकी जटिलता के अनुपात में थी। मुझे लगता है कि खर्च 1 बिलियन यूरो तक पहुंचता है। लेकिन यह एक परियोजना है जो परिपक्व हो गई है। यंत्र का निर्माण किया गया है, इसके चुंबकीय उपकरण कार्यात्मक हैं और दिसंबर की शुरुआत में शोधकर्ताओं ने अ