एजेन्सी, २० भदौ । सूर्यको चमक मानिसका लागि हजारौं वर्षदेखि आश्चार्यको विषय बनेको छ । करिव सय वर्ष पहिले अनुसन्धान भयो कि सूर्यको अत्याधिक उर्जाका कारण हो न्यूक्लिएर प्रतिक्रिया, जसलाई फ्युजन भनिन्छ ।

यदी पृथ्वीमा यस्तै प्रकारको फ्फूजन गर्न सकियो भने धेरै परिवर्तन हुनसक्छ । संसारभरीका मानिसले प्रचुरमात्रामा उर्जा प्राप्त गर्न सक्छन् । विगत करिव सय वर्ष पहिलेदेखि फ्युजन गराउने प्रयास जारी छ । करिव ५० वर्ष वर्षदेखि यो लक्ष्य आगामी केही दशकमा प्राप्त हुन्छ भन्ने भन्ने दावी गरिदैं आएको छ । यो वर्ष फेब्रुवरीमा बेलायतका वैज्ञानिकहरूले गरेका छन् कि उनीहरू पाँच सेकेन्डका लागि यस्तो गर्न सफल भए ।
अब यो प्रश्न हाम्रो सामु छ कि के न्यूक्लिएर फ्युजनले संसारको उर्जा संकटलाई स्थायी समाधान गर्न सक्छ ?

के हो फ्युजन भनेको ?
सहज शब्दमा भन्ने हो भने न्यूक्लयर फ्युजन त्यो प्रक्रिया हो दुई वा सोभन्दा बढी परमाणुहरूलाई एक ठाउँ ल्याउँदा एउटा परमाणु बन्दछ । यो प्रक्रियाबाट ठूलो परिणाममा उर्जा निश्कन्छ ।

साउथइस्टर्न लुइजियाना युनिभर्सिटीमा फिजिक्सका एशोसियट प्रोफेसर रेट एलन भन्छन् ‘फ्युजनमा यही क’रा हुन्छ । हामी परमाणुहरूलाई लिन्छौ । तिनलाई एक ठाउँ जोड्छौ र यस प्रक्रृयामा द्रव्यमान घट्छ र अतिरिक्त उर्जा निश्कन्छ ।’

यो सोझो प्रकृया भएको थाहा हुन्छ, त्यसोभए हामीले यसलाई धेरै पहिले किन सुरु किन गर्न सकेनौं ? कारण हो यस प्रक्रियासंग जोडिएका अफ्ठ्यारा । परमाणु हाम्रो विश्वको सबैभन्दा सानो हिस्सा हो । तिनिहरू एकआपसमा जोडिएर मालिक्युल अर्थात अणु बनाउँछन् । जसरी हाइड्रोजनको दुई परमाणु र अक्सिजनको एक परमाणु मिलेर पानीको एक अणु बन्दछन् । यो अणु तीन परमाणुसँय मिलेर बन्दछ ।

तर, फ्युजनमा तपाईले दुई परमाणु लिएर त्याँहा तपाईले एक अणु बनाउनु पर्ने छैन, त्यहाँ तपाईले दुइटैलाई मिसाएर एक परामाणु बनाइरहेको हुनुहुनेछ । धेरै शक्तिको प्रयोग गरेर नजिक ल्याएपछि इनिहरू जोडिन्छन् ।

रेट एलेन भन्छन् ‘यो सम्पर्क धेरै जोडदार हुन्छ । दूरी निकै कम हुन्छ । यदी तपाईले दुई प्रोटोनलाई एकआपसमा निकै नजिक ल्याउनुभयो भने एक अर्कालाई तान्ने खालको परमाणविक बल एकअर्कालाई पर धकेल्ने विद्युतिय बलभन्दा धेरै हुन्छ र तिनीहरू आपसमा जोडिन्छन् ।’

र जब यो हुन्छ, ऊर्जा को एक ठूलो मात्रा बाहिर आउँछ। यसको पछाडिको कारण एक ज्ञात सूत्रबाट बुझ्न सकिन्छ। ‘E बराबर mc वर्ग’ (E = mc2)।

सन् १९०५ मा अल्बर्ट आइन्स्टाइनले यो समीकरणलाई अगाडि बढाए र तारा र आणविक विस्फोटमा ऊर्जा कसरी निस्कन्छ भन्ने कुरा बताए ।यो समीकरणले बताउँछ कि परमाणुको वजनमा कमीलाई ऊर्जामा रूपान्तरण गरिन्छ । रेट एलेन भन्छन्, “यसलाई सोच्नुहोस् कि यदि मैले कम द्रव्यमानको परमाणुहरू लिएँ र तिनीहरूलाई एकसाथ जोडें भने, तयार उत्पादनको द्रव्यमान सुरुको तुलनामा कम हुनेछ। हामी परमाणु फ्युजनमा यही गर्छौं। हामी प्राप्त गर्न चीजहरू स्पिन गर्छौं, ऊर्जा।”

सँगै विद्यमान परमाणु ऊर्जा संयन्त्रहरूले यसरी अर्थात् परमाणुहरू जोडेर ऊर्जा प्राप्त गर्दैनन् । तिनीहरूले परमाणुहरू अलग गर्छन्।परमाणुहरू अलग गर्ने प्रक्रियालाई विखंडन भनिन्छ। यसमा पनि द्रव्यमान घटेको हुन्छ र आइन्स्टाइनको सूत्र यहाँ पनि लागू हुन्छ ।

आणविक उर्जा प्लान्टमा विखंडन फ्युजन भन्दा सजिलो छ । तर केही चुनौती पनि छन् । रेट एलेन बताउँछन्, “आणविक विखंडनमा केही समस्याहरू छन् । आणविक उर्जा प्लान्टहरू हामीले तिनीहरूबाट धेरै ऊर्जा लिइरहेका छौं। तर जब तपाईं उच्च द्रव्यमानको परमाणु लिनुहुन्छ र यसलाई भत्काउनुहुन्छ, तपाईंसँग टुक्राहरू बाँकी हुन्छन्।”

तिनीहरू हुन्, रेडियोधर्मी मात्र होइन, रासायनिक रूपमा पनि सक्रिय हुन सक्छ। जसलाई हामी आणविक फोहोर भन्छौं। “फ्युजनको साथमा सबैभन्दा ठूलो चुनौती भनेको प्रक्रियालाई निरन्तरता दिनु हो। यसको फोहोर रेडियोधर्मी छैन वा रेडियोधर्मीमा सीमित छ। फ्युजनमा आवश्यक इन्धन पनि सजिलै उपलब्ध हुन्छ ।

अब बुझौं फ्युजनको कथा कहाँबाट सुरु भयो,

ताराहरुको शक्ति

1920 मा, ब्रिटिश खगोल भौतिकशास्त्री आर्थर एडिंगटनले कार्डिफमा लगभग एक हजार वैज्ञानिकहरूको अगाडि भाषण दिए। आर्थर एडिङ्टनले त्यहाँ भेला भएका वैज्ञानिकहरूलाई पूर्णतया नयाँ कुरा भने।

उनले सूर्यको उर्जा नै फ्युजनको कारण भएको दाबी गरे । प्रिन्सटन प्लाज्मा फिजिक्स ल्याबोरेटरी र प्रिन्सटन युनिभर्सिटीका प्रमुख अनुसन्धानकर्ता फातिमा इब्राहिमीका अनुसार, “उनले ताराहरूमा रहेका प्रकाश परमाणुहरूले एकअर्कासँग अन्तरक्रिया गर्ने कुरा बताए । फ्युजन प्रतिक्रियाहरू मार्फत धेरै ऊर्जा उत्पादन गर्न सकिन्छ। 1920 को दशकको प्रारम्भमा धेरै वर्षहरूमा यो ताराहरूले कसरी ऊर्जा उत्पादन गर्छन् भन्ने कुरा बाहिर आएको छ।”

आर्थर एडिङ्टनले भनेका छन् कि सूर्य भित्र हाइड्रोजन परमाणुहरू यति गतिमा टकराउँछन् कि तिनीहरू एक नयाँ तत्व, हेलियमको परमाणु बन्न मिल्छ । यस प्रक्रियामा क्षय भएको द्रव्यमान ऊर्जामा परिणत हुन्छ। लगभग एक दशक पछि, बेलायती वैज्ञानिक अर्नेस्ट रदरफोर्डले प्रयोगशालामा सूर्य भित्र प्रतिक्रियाको प्रयास गरे। यसका लागि उनले दुई फरक प्रकारका हाइड्रोजन एटमहरू ट्रिटियम र ड्युटेरियम प्रयोग गरे ।

फातिमा इब्राहिमी भन्छिन्, “फ्युजनलाई प्रयोगको रूपमा प्रदर्शन गरिएको थियो। उनले हाइड्रोजनका भारी नमूनाहरू प्रयोग गरे। उनले यी नमूनाहरूलाई ठूलो ऊर्जाले बमबारी गरे। यसरी फ्यूजन भयो। उनी र उनका सहकर्मीहरूले प्रयोगशालामा हेलियम प्रयोग गरे र ऊर्जा सिर्जना गरे। त्यसबेला जनताको उपयोगका लागि फ्युजनमार्फत ऊर्जा उत्पादन गर्ने सोच कसैले पनि गरेन । तर 1950 मा सोच परिवर्तन भयो।”

वैज्ञानिकहरूले फ्युजन प्रतिक्रियाहरू मार्फत ऊर्जा उत्पादन गर्ने बारे सोच्न थाले। यो एक रोमाञ्चक समय थियो। 1950 र 1960 को दशकमा, फ्यूजनको दिशामा धेरै प्रगति भएको थियो, फातिमा भन्छिन् -यस प्रक्रियामा दुई भागहरू छन्। कसरी मेसिन डिजाइन गर्ने र फ्यूजन हुनको लागि हाइड्रोजन प्लाज्मा तयार गर्ने ।

प्लाज्मा हाइड्रोजन परमाणुहरूको मिश्रण हो जुन फ्यूज हुन्छ। रिएक्टर भित्र तिनीहरू जंगली रूपमा तात्छन् र चारैतिर छरिएका छन्।परमाणुहरू एकअर्काबाट भाग्दैनन् । तिनीहरू टक्कर गर्छन्। तिनीहरूलाई फ्यूज गर्न र ऊर्जा प्राप्त गर्नको लागि, उपकरणमा पूर्ण नियन्त्रण हुनु आवश्यक छ ।

यसो गर्ने तरिका भनेको ठूला चुम्बकको सहायताले परमाणुहरूलाई दिशा दिनु र उनीहरूलाई रिंगमा द्रुत गतिमा घुमाउने बनाउनु हो। 1950 मा, तत्कालीन सोभियत संघका दुई वैज्ञानिकहरू, आन्द्रेई सखारोभ र इगोर तामले एक डिजाइन डिजाइन गरे जसले समान परिणामहरू दिए । यसलाई टोकोमाक नाम दिइएको थियो । फातिमा इब्राहिमी बताउँछिन्, “तपाईले चुम्बक प्रयोग गरेर फ्युजन गर्न सक्नुहुन्छ भनेर उहाँले यो सिद्धान्त प्रस्ताव गर्नुभयो । टोकोमाक विचार अन्तर्गत, तपाईंले चुम्बकीय सर्कल बनाउनुहुन्छ ताकि तातो आयनीकृत ग्यास प्लाज्मा यस सर्कलमा बाँधियोस्।”

Tokomak रिएक्टर को डिजाइन परमाणु संलयन मा अनुसन्धान को लागि आधार भयो । 5 मिलियन डिग्री तापमानफ्रान्सको दक्षिणमा विश्वको पहिलो आणविक फ्युजन पावर स्टेशन निर्माण गर्ने काम भइरहेको छ ।  यसलाई अन्तर्राष्ट्रिय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर नाम दिइएको छ।

हालसम्म ३० भन्दा बढी देशले यसमा करिब २० अर्ब युरो लगानी गरेका छन् । सेन्टर फर डक्टरल ट्रेनिङ इन न्यूक्लियर एनर्जी फ्युचर्सका निर्देशक मार्क वेनम्यान भन्छन्, “यो ठूलो परियोजना हो । विश्वका सबै ठूला शक्तिहरूले यसमा लगानी गरेका छन् । यो पहिलो परियोजना हो जसको रिएक्टरले प्रमाणित गर्नेछ कि तपाईं परमाणु ऊर्जा प्राप्त गर्न सक्नुहुन्छ। आणविक फ्युजन मार्फत ।”

यो आशा गरिएको छ कि जारी ऊर्जा को मात्रा 10 गुणा हुनेछ । “यो धेरै जटिल परियोजना हो। यसमा लाखौं भागहरू छन्। यो Tacomak डिजाइन मा आधारित छ। मार्क बताउँछन् कि प्लाज्मा भ्याकुम पोतमा रहन्छ। यसको आकार डोनट जस्तै छ। यसको वरिपरि एक विशेष प्रक्रिया द्वारा चिसो एक धेरै ठूलो चुम्बक छ। हाइड्रोजन प्लाज्मालाई ५ करोड डिग्री सेन्टिग्रेडको तापक्रममा राख्नुपर्छ । यो सूर्यको तापक्रमको दश गुणा हो ।

मार्क बताउँछन् कि जब तताइन्छ, ग्यास र जेली जस्ता चीजहरू अगाडि देखिन्छन् । त्यहाँ कुनै परमाणुहरू हुने छैनन् । त्यहाँ एक सकारात्मक चार्ज केन्द्र र नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रोन हुनेछ । यो सूप जस्तै हो जुन डोनटको आकारमा बग्न थाल्छ। हाइड्रोजन परमाणुहरू टक्कर र हेलियम बनाउँछन् । प्रतिक्रिया जारी राख्नको लागि, यो महत्त्वपूर्ण छ कि तिनीहरू बाहिर आउन सक्छन् ।

मार्क वेनम्यान बताउँछन्, “यसको तल एक डाइभर्टर हुनेछ । यो तपाईंको कारको थकान जस्तै हो । मानौं तपाईले आफ्नो कारमा जसरी इन्धन जलाउनुहुन्छ त्यसरी नै प्लाज्मा जलाउनुहुन्छ, तब केही उप-उत्पादनहरू निस्कन्छन् । यी मध्ये एक हेलियम परमाणु हो। हामीले तिनीहरूलाई बाहिर निकाल्नुपर्छ।

अन्यथा तिनीहरूले प्लाज्मा दूषित गरेर सम्पूर्ण प्रक्रिया रोक्नेछन्। “रिएक्टर भित्र फ्युजन चलाउनको लागि आवश्यक तापक्रम धेरै समस्याहरूको कारण बन्छ । तर यसरी प्राप्त परमाणु ऊर्जाका फाइदाहरू पनि छन् । मार्क वेनम्यान भन्छन्, “एकचोटि तपाईंले यसलाई सक्रिय गर्नुभयो, यो आत्मनिर्भर हुनेछ । फ्युजन प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित हीलियम पर्याप्त ऊर्जा संग बाहिर आउँछ। यसले प्लाज्मालाई पनि तताउनेछ।

त्यसपछि यो आफैमा निर्भर हुनेछ। हामीलाई चाहिने भनेको रिएक्टरमा इन्धन थपिराख्नु र प्लाज्मा चुम्बकले घेरिएको छ भनी सुनिश्चित गर्नु हो । “मार्क भन्छन् कि प्लाज्मालाई न्यानो राख्न र अन्य सबै चिसो राख्नको लागि आवश्यक ऊर्जा, हामी अझै त्यो प्राप्त गर्न टाढा छौं । मार्क वेनम्यान भन्छन्, “वास्तवमा, भविष्यमा परमाणु ऊर्जा प्लान्टहरूका लागि मेसिन कौशल महत्त्वपूर्ण हुन गइरहेको छ। यदि हामी 10 गुणा वा बढी ऊर्जा प्राप्त गर्न चाहन्छौं भने, यो प्रक्रिया जारी रहनु महत्त्वपूर्ण छ । यसका लागि हामीले केही ऊर्जा फिर्ता गर्नुपर्छ।

“त्यसपछि पनि हामीसँग पर्याप्त ऊर्जा हुनुपर्छ। जसलाई हामीले टर्बाइनबाट बिजुलीमा परिणत गर्न सक्छौं। इन्जिनियरिङसँग अर्थशास्त्र पनि जोडिएको छ । बेलायतमा भर्खरै गरिएको एक प्रयोगमा, फ्युजन मात्र पाँच सेकेन्ड टिक्यो । त्यहाँ प्रयोग गरिएको ऊर्जाको दुई तिहाइ मात्र बाहिर आयो । हामीले रिएक्टर बनाउन के प्रयोग गर्छौं, यसले यो पनि निर्धारण गर्छ कि भित्रको ताप कसरी कायम रहनेछ ।

सामग्री चुनौतीशेफिल्ड विश्वविद्यालयका वरिष्ठ लेक्चरर डा एमी गान्डी भन्छिन्, “मलाई लाग्छ कि फ्युजन टेक्नोलोजी र फ्युजन ऊर्जाले विश्वलाई राम्रो मात्रामा ऊर्जा प्रदान गर्न सक्छ । त्यो पनि कार्बन डाइअक्साइड र आणविक रेडियोधर्मी फोहोर उत्पादन नगरी, ग्रह बचाउने दिशामा खेल परिवर्तक बन्नु पर्नेछ।

आफ्नो विभागले न्यूक्लियर फ्युजन रिएक्टर भित्रको भारी तातो सहन सक्ने र लामो समयसम्म काम गर्न सक्ने सामग्री विकास गर्ने काम गरिरहेको उनी बताउँछिन् । डा. एमी गान्डी भन्छिन्, “हामी ती अवस्थाहरूमा सामग्रीलाई लामो समयसम्म टिकाउने प्रयास गर्दैछौं ताकि तपाईंले फ्युजन यन्त्रमा विभिन्न प्रकारका सामग्रीहरू राख्न सक्नुहुन्छ र त्यो यन्त्र जीवनभर चल्न सक्छ ।  तपाईंले लागत तिर्नु पर्दैन। सामग्री प्रतिस्थापन जस्तै।

“रिएक्टरहरूमा इन्धनको रूपमा प्रयोग हुने हाइड्रोजनको एक प्रकार ट्रिटियम हो। यसको उपलब्धता कम छ । तर अर्को प्रकारको हाइड्रोजन फ्युजन रिएक्टरहरूमा प्रयोग गरिन्छ । यो ड्युटेरियम हो। यस बारेमा राम्रो खबर छ। डा. एमी गान्डी भन्छिन्, “ड्युटेरियम सजिलै उपलब्ध छ। हामी पहिले नै समुद्रको पानीबाट ड्युटेरियम निकाल्ने प्रविधिमा काम गरिरहेका छौं। वैज्ञानिक र इन्जिनियरहरूले यसलाई प्रयोग गरिरहेका छन्। यसलाई चिकित्सा उपकरणहरूमा पनि प्रयोग गरिन्छ। यसको प्रक्रिया सबैलाई थाहा छ। तर फ्युजन गाह्रो छ।

बेलायतमा फ्युजन रिएक्टर मात्र पाँच सेकेन्ड टिक्यो । तर एमी बताउँछिन् कि फ्रान्सेली रिएक्टरको डिजाइनमा महत्त्वपूर्ण सुधारहरू गरिएको छ । डा. एमी गान्डी भन्छिन्, “उनीहरू पाँच सेकेन्ड मात्र टिक्न सक्नुको कारण यो हो कि तिनीहरूले साधारण तामाले बनेको चुम्बक प्रयोग गरिरहेका थिए । यो पाँच सेकेन्ड पछि धेरै तातो भयो । सुपरकन्डक्टिङ म्याग्नेटहरू भविष्यमा फ्युजन उपकरणहरूमा प्रयोग गरिनेछ।

“यसले चुम्बकीय शक्ति बढाउँछ र तीन सयदेखि पाँच सय सेकेन्डमा फ्युजन हुन सक्छ । पाँच सय सेकेन्ड छोटो अवधि जस्तो लाग्न सक्छ। तर यो परमाणु भौतिकीमा राम्रो समय हो। यो फ्युजन मार्फत ऊर्जा प्राप्त गर्ने दिशामा एक प्रमुख सफलता हो ।

पहिलेकै प्रश्नमा फकौं, के परमाणु फ्युजनले विश्वको ऊर्जा संकटको स्थायी समाधान प्रदान गर्न सक्छ ? हाम्रा विज्ञहरूका अनुसार यसको बाटोमा अझै धेरै अवरोधहरू छन् जसलाई पार गर्न आवश्यक छ। समस्याहरू डिजाइनसँग सम्बन्धित छन् । उच्च तापक्रम सहन सक्ने र फ्युजनको प्रक्रिया जारी राख्न सक्ने रिएक्टर बनाउन आवश्यक छ ।

यस्तो देखिन्छ कि आधुनिक प्रविधि यी समस्याहरू समाधान गर्न धेरै नजिक छ, तर हामीले सम्झनुपर्छ कि फ्रान्सको रिएक्टर अझै पूर्ण रूपमा तयार छैन । यो प्रभावकारी साबित भएपछि जनतालाई आपूर्ति गर्न ऊर्जा उत्पादन गर्ने उद्देश्यले अन्य रिएक्टरहरू निर्माण गर्नुपर्नेछ ।त्यतिन्जेल, कोइला र तेल जस्ता स्रोतहरूबाट ऊर्जा प्राप्त गर्दा कार्बन उत्सर्जन घटाउने आवश्यकताको बारेमा चिन्ता रहिरहन्छ । तर अझै पनि वर्तमान शताब्दीको दोस्रो आधामा ऊर्जा उत्पादनको नयाँ युग सुरु हुनेछ भन्ने वास्तविक आशा देखिन्छ । जसले हाम्रा धेरै समस्याहरू सदाका लागि समाधान गर्नेछ।