પ્રાણાસ ફ્યુઝને ફ્યુઝન રિસર્ચ માટે પ્રજ્ઞા (PRAGYA) ટોકામાકનું અનાવરણ કર્યું
#GS-3 #સાયન્સ અને ટેકનોલોજી #ઉર્જા #પ્રિલિમ્સ માટે ક્વિક ફેક્ટ્સ #ન્યુક્લિયર ટેકનોલોજી
મુખ્ય મુદ્દા
- બેંગલુરુ સ્થિત પ્રાણાસ ફ્યુઝન એ ભારતનું પ્રથમ ખાનગી રીતે વિકસિત કમ્પેક્ટ ટોકામાક, પ્રજ્ઞાનું અનાવરણ કર્યું છે.
- ટોકામાક એક ડોનટ-આકારના વેક્યૂમ ચેમ્બરમાં 150 મિલિયન °C સુધી અતિશય ગરમ થયેલા પ્લાઝમાને નિયંત્રિત કરવા માટે મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ કરે છે.
- ભારત ફ્રાન્સમાં વૈશ્વિક ITER પ્રોજેક્ટમાં 9% હિસ્સો ધરાવે છે, જેનો ઉદ્દેશ્ય 50 MW હીટિંગ ઇનપુટમાંથી 500 MW ફ્યુઝન પાવર પેદા કરવાનો છે.
- વિશ્વભરમાં કોઈ પણ પ્રાયોગિક ફ્યુઝન રિએક્ટરે હજુ સુધી ચોખ્ખો ઊર્જા લાભ મેળવ્યો નથી જ્યાં Q-મૂલ્ય 1 કરતાં વધુ હોય.
સમાચારમાં શા માટે?
- બેંગલુરુ સ્થિત સ્ટાર્ટઅપ પ્રાણાસ ફ્યુઝન (Pranos Fusion) એ તાજેતરમાં પ્રજ્ઞા (PRAGYA) નું અનાવરણ કર્યું છે, જે ભારતનું પ્રથમ ખાનગી રીતે વિકસાવવામાં આવેલું કમ્પેક્ટ ટોકામાક (tokamak) છે.
- આ સિદ્ધિ ભારતના ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન રિસર્ચ ક્ષેત્રમાં પ્રવેશતી ખાનગી કંપનીઓ માટે એક મોટું મહત્વનું કદમ દર્શાવે છે.
ટોકામાક શું છે?
- ટોકામાક એ ફ્યુઝન એનર્જી (સંલયન ઉર્જા) મેળવવા અને તેનો ઉપયોગ કરવા માટે બનાવવામાં આવેલું એક વિશિષ્ટ પ્રાયોગિક સાધન છે.
- ભૌતિક પદાર્થો તુરંત પીગળ્યા વિના 150 મિલિયન °C સુધી ગરમ થયેલા પ્લાઝમાને સ્પર્શી શકતા નથી. આ સમસ્યાના ઉકેલ માટે, ટોકામાક ગરમ પ્લાઝમાને હવામાં સુરક્ષિત રીતે તરતું રાખવા માટે ડોનટ-આકારના વેક્યૂમ વેસલ અને મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ કરે છે.
- આ ડિઝાઇન વૈશ્વિક સ્તરે સૌથી વધુ ચકાસાયેલ ફ્યુઝન રિએક્ટર મોડેલ છે. તે ફ્રાન્સમાં ઇન્ટરનેશનલ થર્મોન્યુક્લિયર એક્સપેરિમેન્ટલ રિએક્ટર (ITER) પ્રોજેક્ટ માટે મુખ્ય ડિઝાઇન બનાવે છે, જેમાં ભારત એક મુખ્ય ભાગીદાર તરીકે ભાગ લે છે.
ટોકામાકની કાર્યપદ્ધતિ
- ટોકામાક બાહ્ય કોઇલ્સમાંથી ટોરોઇડલ ફિલ્ડ અને પ્લાઝમાની અંદરના ઇલેક્ટ્રિક કરંટ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા પોલોઇડલ ફિલ્ડને સંયોજિત કરીને એક સ્થિર ચુંબકીય પિંજરૂં (magnetic cage) બનાવે છે, જે પ્લાઝમાને દિવાલોને અડકતું અટકાવે છે.
- ઉચ્ચ-ઊર્જા ધરાવતા, વીજભારરહિત ન્યૂટ્રોન ફ્યુઝન દરમિયાન ચુંબકીય ટ્રેપમાંથી છટકી જાય છે અને રિએક્ટરની આંતરિક દિવાલ સાથે અથડાય છે.
- રિએક્ટરની દિવાલ ન્યૂટ્રોનની ગરમીને શોષવા માટે લિથિયમ બ્લેન્કેટનો ઉપયોગ કરે છે, જે વીજળીના ટર્બાઇનને ચલાવવા માટે પાણીને ઉકાળે છે અને સાથે સાથે લિથિયમ સાથે પ્રક્રિયા કરીને તાજું ટ્રિટિયમ બળતણ ઉત્પન્ન કરે છે.
ટોકામાક-આધારિત ફ્યુઝનના ફાયદા
- ડ્યુટેરિયમ બળતણ સમુદ્રના પાણીમાંથી અનંતપણે મેળવી શકાય છે, જ્યારે લિથિયમનો પુરવઠો પૃથ્વીના પોપડામાં વિપુલ પ્રમાણમાં છે.
- આ પ્રક્રિયા કોઈ પણ ગ્રીનહાઉસ વાયુઓ મુક્ત કર્યા વિના નુકસાનરહિત હિલિયમ ઉત્પન્ન કરે છે.
- સિસ્ટમમાં ઇન-બિલ્ટ સલામતી સુવિધાઓ છે કારણ કે કોઈપણ ચુંબકનું ભંગાણ તુરંત જ પ્લાઝમાને ઠંડુ કરે છે, જે ખતરનાક મેલ્ટડાઉનને અટકાવે છે.
- આ રિએક્ટર સામાન્ય યુરેનિયમ ફિશન પ્લાન્ટ્સમાં જોવા મળતા લાંબા સમય સુધી રહેતા રેડિયોએક્ટિવ કચરાને ઉત્પન્ન કરવાનું ટાળે છે.
ટોકામાક-આધારિત ફ્યુઝનની મર્યાદાઓ
- પ્લાઝમાને સ્થિર રાખવા માટે વિશાળ માત્રામાં વીજળીના ઇનપુટની જરૂર પડે છે, તેથી વર્તમાનમાં કોઈ પણ ટોકામાક Q-વર્ધક મૂલ્ય > 1 સાથે ચોખ્ખો ઊર્જા લાભ (net energy gain) આપતું નથી.
- ઉચ્ચ-ઊર્જા ન્યૂટ્રોન રેડિયેશન આંતરિક દિવાલના ઘટકોને સતત ભૌતિક નુકસાન પહોંચાડે છે.
- કુદરતી ટ્રિટિયમ અત્યંત દુર્લભ છે, જેથી તેની સફળતા અપ્રમાણિત લિથિયમ બ્લેન્કેટ બ્રીડિંગ સિસ્ટમ્સ પર નિર્ભર રહે છે.
ટોકામાક પર ભારતની સ્થિતિ
- ગાંધીનગરમાં સ્થિત ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફોર પ્લાઝમા રિસર્ચ (IPR) રાષ્ટ્રીય ફ્યુઝન કાર્યક્રમોનું નેતૃત્વ કરવા માટે પરમાણુ ઊર્જા વિભાગ (DAE) હેઠળ કામ કરે છે.
- આ સંસ્થા ADITYA-U અને સ્ટેડી સ્ટેટ સુપરકન્ડક્ટિંગ ટોકામાક (SST-1) સહિતના સ્થાનિક સંશોધન સાધનો ચલાવે છે.
- ભારત ફ્રાન્સમાં ITER પ્રોજેક્ટ માટે નિર્માણ મૂલ્યના 9% યોગદાન આપે છે, જે 50 MW ઇનપુટમાંથી 500 MW આઉટપુટનું લક્ષ્ય રાખે છે.
- ખાનગી ક્ષેત્રે પ્રાણાસ ફ્યુઝન અને તેના પ્રજ્ઞા (PRAGYA) ઉપકરણ દ્વારા સ્થાનિક સંશોધનમાં પ્રવેશ કર્યો છે, જે કમ્પેક્ટ હાઇ-ટેમ્પરેચર સુપરકન્ડક્ટિંગ (HTS) ચુંબકનું પરીક્ષણ કરે છે.
ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન (નાભિહ સંલયન)
- ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન એ એ ભૌતિક પ્રક્રિયા છે જે સૂર્યમાં ઉર્જા ઉત્પન્ન કરે છે જ્યારે ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રિટિયમ જેવા હળવા આઇસોટોપ્સ સંલયિત થાય છે.
- અંતિમ હિલિયમ અણુ માસ ડિફેક્ટ (દળ ક્ષતિ) તરીકે ઓળખાતા દળનો એક નાનો હિસ્સો ગુમાવે છે, જે E = mc² ના આધારે સ્વચ્છ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે.
- પદાર્થની અતિશય ગરમ ચોથી અવસ્થા એટલે કે પ્લાઝમામાં રૂપાંતરિત થવા માટે બળતણ વાયુઓનું તાપમાન 150 મિલિયન °C થી વધુ પહોંચવું આવશ્યક છે.