Inertial fusion power plant
ইনার্শিয়াল ফিউশন এনার্জি হল শিল্প স্কেলে ইনার্শিয়াল কনফিনেমেন্ট ফিউশন সম্পাদনের উপর ভিত্তি করে একটি পারমাণবিক ফিউশন বিদ্যুৎ কেন্দ্র নির্মাণের একটি প্রস্তাবিত পদ্ধতি। ফিউশন শক্তির এই পদ্ধতিটি এখনও গবেষণার পর্যায়ে রয়েছে। 1960 সালে লেজারের বিকাশের পরপরই আই. সি. এফ প্রথম বিকশিত হয়, তবে প্রাথমিক বছরগুলিতে এটি একটি শ্রেণীবদ্ধ মার্কিন গবেষণা কর্মসূচি ছিল। 1972 সালে, জন নুকলস একটি গবেষণাপত্রে ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন যে একটি লক্ষ্যকে সংকুচিত করলে এমন পরিস্থিতি তৈরি হতে পারে যেখানে ফিউশন প্রতিক্রিয়াগুলি একসাথে শিকল দিয়ে বাঁধা থাকে, যা ফিউশন ইগনিশন বা জ্বলন্ত প্লাজমা নামে পরিচিত। 8ই আগস্ট, 2021-এ, লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির এনআইএফ বিশ্বের প্রথম আইসিএফ সুবিধা হয়ে ওঠে যা এটি প্রদর্শন করে (প্লট দেখুন)। এই সাফল্য মার্কিন জ্বালানি বিভাগকে 2022 সালে একটি ইনার্শিয়াল ফিউশন এনার্জি প্রোগ্রাম তৈরি করতে পরিচালিত করেছিল যার প্রথম বছরে 3 মিলিয়ন ডলার বাজেট ছিল। আই. এফ. ই বিদ্যুৎ কেন্দ্রের নকশা এই ধরনের ফিউশন চুল্লি দুটি অংশ নিয়ে গঠিতঃ লক্ষ্য যা ছোট ক্যাপসুল (<7 মিলিমিটার ব্যাস) হতে পারে যা ফিউশন জ্বালানী ধারণ করে। যদিও অনেক ধরনের লক্ষ্য পরীক্ষা করা হয়েছে যার মধ্যে রয়েছেঃ সিলিন্ডার, ন্যানোটিউব দ্বারা আবৃত শেল, কঠিন ব্লক, হোহল্রাম, ফিউশন জ্বালানী দিয়ে ভরা কাচের শেল, ক্রায়োজেনিকভাবে হিমায়িত লক্ষ্য, প্লাস্টিকের শেল, ফেনা শেল এবং মাকড়সার রেশমে ঝুলন্ত উপকরণ। ড্রাইভার যা সংকুচিত করতে এবং একটি শক ওয়েভ তৈরি করতে ব্যবহৃত হয় যা লক্ষ্যকে চেপে ধরে। এই সংকোচন তরঙ্গ উপাদানটিকে তাপমাত্রা এবং চাপের দিকে ঠেলে দেয় যেখানে ফিউশন ঘটে। যে চালকগুলি অন্বেষণ করা হয়েছে সেগুলি হল সলিড-স্টেট লেজার, এক্সাইমার লেজার, উচ্চ বেগযুক্ত কঠিন বস্তু, এক্স-রে, আয়নগুলির রশ্মি (ভারী আয়ন ফিউশন (এইচ. আই. এফ)) এবং ইলেকট্রনের রশ্মি। আই. সি. এফ-এ নিট শক্তি আসে ইগনিশন নামে পরিচিত একটি প্রক্রিয়ায় সংমিশ্রণ প্রতিক্রিয়া থেকে। সেখানে পৌঁছানোর জন্য আমাদের দীর্ঘ সময়ের জন্য গরম এবং ঘন অবস্থায় উপাদানগুলি চেপে রাখতে হবে। কিন্তু একটি প্রধান সমস্যা হল যে একটি প্লাজমা গরম হয়ে যাওয়ার পরে-এটি সংকুচিত করা কঠিন হয়ে পড়ে। লক্ষ্যটি হ 'ল সংকুচিত না হওয়া পর্যন্ত উপাদানটি গরম হওয়া এড়ানো। সাহিত্যে, এটি সংকোচনের জন্য নিম্ন অ্যাডিয়াব্যাটিক পদ্ধতি হিসাবে পরিচিত। এই পদক্ষেপগুলি নীচে বর্ণিত হয়েছেঃ প্লাজমাকে খুব ঠান্ডা রেখে, এটি একসঙ্গে চেপে ধরুন। প্লাজমা চেপে ধরার পরেই গরম করুন; আদর্শভাবে একটি "হট স্পট"-এর ভিতরে। ফিউশন ঘটে এবং ফলস্বরূপ পণ্যগুলি আরও ফিউশন তৈরি করে তাদের শক্তি জমা করে। বেশ কয়েকটি সংকোচন পদ্ধতি এটি করার চেষ্টা করেঃ সেন্ট্রাল হট স্পট ইগনিশন, ফাস্ট ইগনিশন, শক ইগনিশন এবং ম্যাগনেটো-ইনার্শিয়াল-ফিউশন। আই. সি. এফ গবেষণা প্রতিষ্ঠান এই কর্মসূচিটি মূলত পারমাণবিক অস্ত্র বিকাশের একটি উপায় হিসাবে প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল, কারণ আই. সি. এফ একটি ফিশন-ফিউশন বোমার সংকোচন পদার্থবিজ্ঞানের অনুকরণ করে। এই সুবিধাগুলি বিশ্বজুড়ে নির্মিত হয়েছে, নীচে কয়েকটি উদাহরণ দেওয়া হল। ফ্রান্সে লেজার মেগাজুল 2002 সালে তৈরি করা হয় এবং 2014 সালে উন্নীত করা হয়। 1992 সালে ইউনিভার্সিটি অফ রচেস্টারে প্রথম তৈরি করা হয় 'ওমেগা লেজার'। 2008 সালে রচেস্টার বিশ্ববিদ্যালয়ে দ্বিতীয় শক্তিশালী লেজার রশ্মি হিসাবে প্রথম তৈরি করা হয়েছিল। গেকো লেজার প্রথম 1983 সালে জাপানের ওসাকা বিশ্ববিদ্যালয়ে নির্মিত হয়েছিল কিন্তু তারপর থেকে প্রায় এক ডজন বার আপগ্রেড করা হয়েছে। 2009 সালে লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিতে এনআইএফ প্রথম চালু হয়। এক্সাইমার (গ্যাস-ভিত্তিক) লেজার অধ্যয়নের জন্য নেভাল রিসার্চ ল্যাবরেটরিতে নাইকে লেজার তৈরি করা হয়েছিল। এক্সাইমার (গ্যাস-ভিত্তিক) লেজার অধ্যয়নের জন্য নেভাল রিসার্চ ল্যাবরেটরিতে ইলেক্ট্রা লেজার তৈরি করা হয়েছিল। চেক প্রজাতন্ত্রে পি. এ. এল. এস লেজার সুবিধা আই. সি. এফ লেজার ইমপ্লোশন গবেষণার জন্য প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল। মেশিন 3 ফার্স্ট লাইট ফিউশন দ্বারা লক্ষ্যবস্তুতে একটি শকওয়েভ তৈরি করতে উপাদানগুলির ব্লকগুলিকে ত্বরান্বিত করার জন্য তৈরি করা হয়েছিল। অতীতে একাধিক আই. সি. এফ সুবিধা নির্মিত, পরীক্ষিত এবং বাতিল করা হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, স্যান্ডিয়া ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি 1970-এর দশকে এবং 1980-এর দশকের মাঝামাঝি পর্যন্ত আয়ন-বিম এবং ইলেক্ট্রন-বিম চালিত আই. সি. এফ গবেষণা কর্মসূচির একটি সিরিজ (<10 মেশিন) অনুসরণ করে। বিকল্পভাবে, লস আলামোস 1980-এর দশকের শেষের দিকে অরোরা নামে একটি বড়, এক্সাইমার লেজার সুবিধা তৈরি করেছিলেন। লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি নোভা, সাইক্লপস, 4-পিআই, শিবা এবং অন্যান্য যন্ত্রপাতি সহ একাধিক লেজার সুবিধা তৈরি করেছে। এনআইএফ খোলার এবং ইগনিশন অর্জনের অংশ হিসাবে, লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি লেজার ইনার্শিয়াল ফিউশন এনার্জি প্রোগ্রামের চারপাশে গবেষণার একটি অংশকে অর্থায়ন করেছিল। এই কর্মসূচির আওতায় একটি চুল্লি নকশা তৈরি করা হয়েছিল, খরচ, চুল্লি চেম্বার এবং শক্তি ক্যাপচার প্রোগ্রামগুলি অন্বেষণ করা হয়েছিল। আই. এফ. ই রিসার্চ প্রোগ্রামের আই. এফ. ই উন্নয়ন মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের মধ্যে তরঙ্গের মধ্যে এসেছে। এই প্রযুক্তিকে এগিয়ে নিয়ে যাওয়ার জন্য বছরের পর বছর ধরে অর্থায়ন করা কিছু সরকারি কর্মসূচি নিম্নরূপঃ এইচ. এ. পি. এল 1999 থেকে 2008 সাল পর্যন্ত নৌ গবেষণা পরীক্ষাগার দ্বারা উচ্চ গড় লেজার কর্মসূচি পরিচালিত হয়েছিল। এই কর্মসূচিটি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র জুড়ে টার্গেট, লেজার এবং ড্রাইভার দলগুলিকে অনুদান প্রদান করে এবং সদস্য সংস্থাগুলির মধ্যে 19টি বৈঠকের আয়োজন করে। লাইফ লেজার ইনার্শিয়াল ফিউশন এনার্জি প্রোগ্রামটি 2008 থেকে 2016 সাল পর্যন্ত লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি দ্বারা পরিচালিত হয়েছিল। এই কর্মসূচিটি জাতীয় ইগনিশন সুবিধার আশেপাশে একটি আই. এফ. ই ফিউশন বিদ্যুৎ কেন্দ্র গড়ে তোলার জন্য অর্থায়ন করা হয়েছিল। এসডিআই কৌশলগত প্রতিরক্ষা উদ্যোগ (এসডিআই) অজান্তেই আজ দেখা অনেক আইএফই লেজার প্রযুক্তি সমর্থন করে। চালক উন্নয়ন এটি এখনও স্পষ্ট নয় যে কোন চালক একটি আই. এফ. ই পাওয়ার প্ল্যান্টের জন্য সবচেয়ে ভাল কাজ করবে, বিভিন্ন চালকের সমর্থকরা তাদের প্রিয় পদ্ধতির উপর চাপ দিচ্ছে। লেজারগুলি এখন পর্যন্ত সবচেয়ে ভাল গবেষণা হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে। নীচে অধ্যয়নরত লেজার চালকগুলির একটি সারসংক্ষেপ দেওয়া হল। লেজার সিস্টেম বাস্তবায়নের চ্যালেঞ্জ কেবল মরীচি থেকে আসে না, তবে এই সিস্টেমটি স্থাপনের জন্য অপটিক্স, আয়না, পরিবর্ধক এবং গ্র্যাটিংগুলিও প্রয়োজন। সম্পর্কিত ড্রাইভার প্রযুক্তি ব্যবহার করা হচ্ছে এমন ড্রাইভারের উপর নির্ভর করে মূল সম্পর্কিত প্রযুক্তি রয়েছে যা পরিপক্ক হওয়া দরকার; নীচে এর মধ্যে কয়েকটি রয়েছেঃ গ্লাস যা গ্লাস ক্রস সেকশন (মিটার2) অতিক্রম করে লেজার শক্তি (জুল) পরিচালনা করতে পারে এবং গলে যায় না বা ক্ষতিগ্রস্ত হয় না। এরপর বিদ্যুৎকেন্দ্রের ভিতরে আয়না, লেন্স, গ্র্যাটিং বা জানালা তৈরি করতে কাচটি ব্যবহার করা হয়। এম্প্লিফায়ার যা লেজার বিমের শক্তি বাড়াতে ব্যবহার করা যেতে পারে। কম্প্রেসার যা স্থান এবং সময়ে লেজার বিম বা আয়ন বিমকে সংকুচিত করতে পারে সামগ্রিক লক্ষ্য শক্তি বাড়ানোর জন্য। পালসড পাওয়ার সিস্টেম যা লেজার, আয়ন-বিম বা সলিড অবজেক্ট ড্রাইভারের জন্য প্রয়োজনীয় মেগাজুল সরবরাহ করতে পারে। স্পন্দিত শক্তির (মার্কস জেনারেটর) ওয়ার্কহর্সের একটি আই. সি. এফ প্ল্যান্টের জন্য সীমাবদ্ধতা রয়েছে এবং গবেষণাটি বিকল্প শক্তির উৎস হিসাবে লিনিয়ার ট্রান্সফরমার ড্রাইভারের দিকে গেছে। লেজার রশ্মি শুরু করার জন্য বৈদ্যুতিক শক্তিকে হালকা শক্তিতে স্থানান্তর করার প্রথম পদক্ষেপ হিসাবে লেজার ডায়োড ব্যবহার করা হয়। এই ধরনের ব্যবস্থা ব্যয়বহুল হতে পারে এবং এক্সাইমার লেজারের জন্য এর প্রয়োজন হয় না। ফেজ-প্লেট স্মুথিং হল সলিড-স্টেট লেজার সিস্টেমে লেজার রশ্মি মসৃণ করার একটি কৌশল। লক্ষ্য উন্নয়ন আই. সি. এফ গবেষণার জন্য অনেক ধরনের লক্ষ্য তৈরি করা হয়েছে-কিন্তু একটি বিদ্যুৎকেন্দ্রের জন্য লক্ষ লক্ষ না হলেও হাজার হাজার অভিন্ন লক্ষ্য বার বার নিক্ষেপ করতে হবে। এটি অত্যন্ত চ্যালেঞ্জিং হবে। বর্তমানে, জাতীয় পরীক্ষাগারগুলির জন্য আই. সি. এফ লক্ষ্যমাত্রা উৎপাদনের জন্য জ্বালানি বিভাগ জেনারেল অ্যাটমিক্সের সঙ্গে চুক্তি করে। এই লক্ষ্যগুলি আংশিকভাবে জি. এ-তে নির্মিত হয় এবং তারপর সারা দেশে আই. সি. এফ-এর সুবিধার জন্য একটি দিনের জন্য পাঠানো হয়। পরীক্ষাগারগুলি একটি শটের জন্য লক্ষ্য প্রস্তুত করার শেষ পদক্ষেপগুলি সম্পূর্ণ করার জন্য হার্ডওয়্যার এবং কর্মীদের সাইট বজায় রাখে। লক্ষ্যমাত্রার উদাহরণ কাচের শেল লক্ষ্যগুলি ছিল কান্ডের উপর কাচের গোলক এবং ডিটি গ্যাস দিয়ে ভরা; এগুলি ছিল প্রথম দিকের কয়েকটি লক্ষ্য। ওভারকোটেড লক্ষ্যগুলির মধ্যে একটি শেল লক্ষ্যের উপর ক্রমবর্ধমান রাসায়নিক পদার্থ জড়িত। এটি প্লাস্টিক বা স্বর্ণ বা রূপার স্তরগুলির নির্দেশিত রাসায়নিক বাষ্প জমা ব্যবহার করে করা যেতে পারে। হোহলরাম লক্ষ্যগুলি হল ডিটি ফিউশন জ্বালানির গুলি যা সোনার ফয়েলের টিউব দ্বারা বেষ্টিত। লেজার ফয়েলকে আঘাত করে এবং এক্স-রে তৈরি করে যা লক্ষ্যগুলিকে সংকুচিত করে; পারমাণবিক অস্ত্রের অনুকরণ করে। সিল্ক মাউন্টেড টার্গেটগুলি মাকড়সার সিল্কের স্ট্র্যান্ডের উপর বসানো হয়েছে; এই উপাদানটি প্রতি ক্রস-সেকশনে সবচেয়ে শক্তিশালী উপাদান এবং ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রা পর্যন্ত ভাল বৈশিষ্ট্য বজায় রাখে। ক্রায়োজেনিক লক্ষ্যগুলি হল সেগুলি যা হাইড্রোজেন গ্যাসকে তরলে ঘনীভূত করতে ~ 34 কেলভিনের নিচে রাখতে হবে অথবা ~ 14 কেলভিনকে কঠিন পদার্থে ঘনীভূত করতে হবে। ফেনা ভেজা লক্ষ্যগুলি বিভিন্ন কার্বন-হাইড্রোজেন ফেনা ব্যবহার করে তৈরি করা হয় এবং তরল ডিটি উপাদান দিয়ে ভরা হয় যা ~ 34 কেলভিনের নিচে শীতল করা হয়। বরফের লক্ষ্যগুলি বিভিন্ন কার্বন-হাইড্রোজেন ফেনা ব্যবহার করে তৈরি করা হয় এবং তরল ডিটি উপাদান দিয়ে ভরা হয় যা ~ 14 কেলভিনের নিচে শীতল করা হয়। ক্রায়োজেনিক লক্ষ্যগুলি ট্রিটিয়াম এবং ডিউটেরিয়ামকে ইতিমধ্যে তৈরি ক্যাপসুলের মধ্যে আনার বিভিন্ন উপায় রয়েছে। 1 থেকে 100 এ. টি. এম গ্যাস চাপের একটি চেম্বারে শেলগুলি রেখে এবং শেলের মধ্যে গ্যাস ছড়িয়ে দিয়ে উচ্চ চাপ পূরণ কাজ করে। ক্রায়োজেনিক ফেনা শেলের কাজ তরল ডিটি তরলকে ফেনাতে নিক্ষেপ করে কাজ করতে পারে। এর সঙ্গে সূক্ষ্ম আবরণের ক্ষতি না করে তাপমাত্রা ও চাপ কমিয়ে আনা জড়িত। এটি একটি ধাপে ধাপে প্রক্রিয়া যা কয়েক ঘন্টা থেকে কয়েক দিন সময় নিতে পারে এবং এর জন্য একাধিক কনটেইনমেন্ট চেম্বার এবং বিভিন্ন ধরনের পাম্পের প্রয়োজন হয়। ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায়, ডিটি গ্যাস একটি তরলে পরিণত হয় যা ফেনা শেলের মধ্যে দুষ্ট হতে পারে। একবার ভরাট হয়ে গেলে, অপারেটররা ধীরে ধীরে তাপমাত্রা আরও কমিয়ে বরফ স্ফটিক তৈরি করে। লক্ষ্যমাত্রার নিরক্ষীয় অঞ্চলের চারপাশে বরফ গঠন শুরু করতে পারে এবং তারপর একটি সম্পূর্ণ স্ফটিক হয়ে উঠতে পারে। বরফ ফেনা শেল কাঠামোর সাথে এম্বেড করা হয়। এই গঠন প্রক্রিয়া চলাকালীন প্রকৌশলীদের বরফের ফাটল নিয়ে সমস্যা হয়েছে-যার সবগুলিই শটের কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করে। এই সমস্ত কিছুর পর্যবেক্ষণ ছায়া গ্রাম, 360 এক্স-রে ডায়াগনস্টিক, চাক্ষুষ পরিদর্শন এবং অন্যান্য সরঞ্জাম ব্যবহার করে করা হয়; সমস্ত তথ্য সফ্টওয়্যারের মাধ্যমে চালানো হয় যা পূরণের সময় লক্ষ্যের একটি সম্পূর্ণ চিত্র পায়। ক্রায়োজেনিক লক্ষ্যগুলি সরানো একটি আই. সি. এফ-কে ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় হিমায়িত করে একটি শটের জন্য চেম্বারে পৌঁছে দেওয়া চ্যালেঞ্জিং। উদাহরণস্বরূপ, লেজার এনার্জেটিক্সের গবেষণাগারে হিমায়িত লক্ষ্যটি একটি কাস্টম-নির্মিত, মোবাইল ক্রায়োজেনিক কার্টের ভিতরে রাখা হয় যা লক্ষ্য চেম্বারের নীচে অবস্থানে স্থানান্তরিত করা যেতে পারে। কার্টে একটি কুল্যান্ট সিস্টেম এবং ভ্যাকুয়াম পাম্প রয়েছে যাতে উপাদানটি ঠান্ডা থাকে। এই গাড়িটি হিমায়িত লক্ষ্যটিকে একটি "ঠান্ডা আঙুল"-এর শেষে ধরে রাখে যা পরে একটি লিফটে তোলা হয় এবং চেম্বারের কেন্দ্রে স্থাপন করা হয়। যখন ধাতব কফনটি সরানো হয়, তখন ক্রায়োজেনিক লক্ষ্যটি ঘরের তাপমাত্রার সংস্পর্শে আসে এবং অবিলম্বে গ্যাসে পরিণত হতে শুরু করে। এর মানে হল যে লেজার ডালগুলি লক্ষ্যের এক্সপোজারের সাথে সরাসরি সমন্বয় করতে হবে এবং লক্ষ্যটি গলে যাওয়া থেকে রক্ষা করার জন্য সবকিছু দ্রুত ঘটতে হবে। আরও দেখুন নিউক্লিয়ার ফিউশন পাওয়ার ইনার্শিয়াল ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক কনফিনেমেন্ট ফিউশন লেজার ইনার্শিয়াল কনফিনেমেন্ট মেগাজুল লেজার ন্যাশনাল ইগনিশন ফেসিলিটি জেড-পিঞ্চ ইনার্শিয়াল কনফিনেমেন্ট জেড পালসড পাওয়ার ফেসিলিটি প্রজেক্ট পিএসিইআর প্লাজমা পদার্থবিজ্ঞানের নিবন্ধগুলির তালিকা নোট এবং রেফারেন্স আরও পড়া (ইউনিভার্সিটি বোর্দো I, নভেম্বর 2005) ভারী-আয়ন ফিউশন শক্তির উপর টিউটোরিয়াল (ভারী-আয়ন ফিউশনের জন্য ভার্চ্যুয়াল ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি) (নভেম্বর 2003) (ফিউশন এনার্জি সায়েন্সেস অ্যাডভাইজারি কমিটি, মার্চ 2004) (জুন 2005) তরল-সুরক্ষিত আইএফই চেম্বার আইইইই-ইউএসএ পজিশনের সম্মুখীন নিউট্রনিক্স এবং সক্রিয়করণ সমস্যাগুলির উপর মতামতঃ ফিউশন এনার্জি রিসার্চ অ্যান্ড