फ्यूजन पॉवर कसे कार्य करते आणि स्टार्टअप्स त्याचा पाठपुरावा करतात

अनेक दशकांपासून, मानवांनी पृथ्वीवर वीज निर्माण करण्यासाठी ताऱ्यांच्या शक्तीचा उपयोग करण्याचा प्रयत्न केला आहे. आणि जवळजवळ तितक्या काळासाठी, ते ध्येय साध्य करणे नेहमीच फक्त एक दशक दूर होते.

आता, अनेक स्टार्टअप्स पूर्वीपेक्षा जवळ आले आहेत आणि ग्रीडवर पॉवर टाकण्यास सक्षम फ्यूजन अणुभट्ट्या तयार करण्यासाठी झटत आहेत.

फ्यूजन स्टार्टअप्सनी $10 बिलियन पेक्षा जास्त गुंतवणूक केली आहे, ज्यामध्ये डझनहून अधिक $100 दशलक्ष पेक्षा जास्त वाढ झाली आहे. डेटा सेंटर्सकडून ऊर्जेची मागणी वाढल्याने आणि फ्यूजन स्टार्टअप्स अंतिम रेषेच्या जवळ आल्याने गुंतवणूकदार उद्योगाकडे आकर्षित झाल्याने, गेल्या वर्षभरात अनेक मोठ्या फंडिंग फेऱ्या बंद झाल्या आहेत.

त्याच्या केंद्रस्थानी, फ्यूजन पॉवर अणूंच्या फ्यूजिंगमधून सोडलेली ऊर्जा वीज निर्माण करण्यासाठी वापरण्याचा प्रयत्न करते. हायड्रोजन बॉम्ब — अनियंत्रित आण्विक संलयनाचे उदाहरण — जगभरातील प्रयोगशाळांमध्ये बनवलेल्या असंख्य फ्यूजन उपकरणांपैकी अनेक दशकांपासून अणूंचे फ्यूज कसे करायचे हे मानवांना माहीत आहे. प्रायोगिक फ्यूजन उपकरणे अणु संलयन नियंत्रित करण्यास सक्षम आहेत, आणि एक प्रतिक्रिया स्पार्क करण्यासाठी आवश्यकतेपेक्षा जास्त ऊर्जा निर्माण करण्यास सक्षम आहे.

परंतु त्यापैकी कोणीही वीज प्रकल्प शक्य करण्यासाठी पुरेसे अतिरिक्त उत्पादन करू शकले नाही.

त्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, फ्यूजन स्टार्टअप्स अनेक वेगवेगळ्या पद्धती वापरत आहेत. तज्ज्ञांची वेगवेगळी मते आहेत ज्यांना यश मिळण्याची उत्तम संधी आहे, जरी उद्योग अजूनही बाल्यावस्थेत आहे, त्यामुळे कशाचीही खात्री नाही.

फ्यूजन पॉवरच्या मुख्य पध्दतींचे येथे संक्षिप्त विहंगावलोकन आहे.

चुंबकीय बंदिस्त

चुंबकीय बंदिवास ही सर्वात मोठ्या प्रमाणात वापरल्या जाणाऱ्या तंत्रांपैकी एक आहे, ज्यामध्ये मजबूत चुंबकीय क्षेत्रे वापरून प्लाझ्मा बंदिस्त केला जातो, जो फ्यूजन उपकरणाच्या केंद्रस्थानी असलेल्या अतिउष्ण कणांचा सूप आहे.

चुंबक प्रचंड शक्तिशाली असले पाहिजेत. कॉमनवेल्थ फ्यूजन सिस्टम्स (CFS), उदाहरणार्थ, 20 टेस्ला चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करू शकणारे चुंबक एकत्र करत आहे, जे सामान्य MRI मशीनपेक्षा सुमारे 13 पट अधिक मजबूत आहे. आवश्यक विजेचे प्रमाण हाताळण्यासाठी, चुंबक उच्च-तापमानाच्या सुपरकंडक्टरपासून बनवले जातात, ज्यांना द्रव हीलियम वापरून -253˚ C (-423˚ F) पर्यंत थंड करणे आवश्यक आहे.

CFS सध्या मॅसॅच्युसेट्समध्ये अधिक प्रवेगक टाइमलाइनवर स्पार्क नावाचे एक प्रात्यक्षिक उपकरण तयार करत आहे. 2026 च्या उत्तरार्धात ते कधीतरी चालू होईल अशी कंपनीची अपेक्षा आहे आणि जर सर्व काही ठीक झाले तर, 2027 किंवा 2028 मध्ये व्हर्जिनियामध्ये आर्क, त्याच्या व्यावसायिक-स्तरीय पॉवर प्लांटवर बांधकाम सुरू होईल.

दोन मुख्य प्रकारचे फ्यूजन उपकरण आहेत जे चुंबकीय बंदिस्त वापरतात: टोकमाक्स आणि स्टेलरेटर.

1950 च्या दशकात सोव्हिएत शास्त्रज्ञांनी टोकमाक्सचा प्रथम सिद्धांत मांडला होता आणि तेव्हापासून त्यांचा व्यापकपणे अभ्यास केला जात आहे. Tokamaks दोन मूलभूत आकारांमध्ये येतात – D-आकाराचे प्रोफाइल असलेले डोनट आणि मध्यभागी एक लहान छिद्र असलेला गोल. संयुक्त युरोपियन टोरस (जेईटी) आणि आयटीईआर हे दोन उल्लेखनीय प्रायोगिक टोकामाक आहेत; JET 1983 आणि 2023 दरम्यान UK मध्ये कार्यरत आहे, तर ITER ची 2030 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात फ्रान्समध्ये कार्य सुरू होण्याची अपेक्षा आहे.

यूके-आधारित टोकमाक एनर्जी गोलाकार टोकमाक डिझाइनवर काम करत आहे. त्याचे ST40 प्रायोगिक मशीन सध्या अपग्रेड होत आहे.

स्टेलेरेटर्स हे चुंबकीय बंदिस्त उपकरणाचे दुसरे मुख्य प्रकार आहेत. ते टोकामाक्ससारखेच असतात कारण ते प्लाझ्मा डोनट सारख्या आकारात ठेवतात. पण टोकमाकच्या भौमितिक बाजूंच्या विपरीत, तारकीय वळण घेतात. अनियमित आकार प्लाझमाच्या वर्तनाचे मॉडेलिंग करून आणि चुंबकीय क्षेत्राला नियमित आकारात आणण्याऐवजी त्याच्या विचित्रतेसह कार्य करण्यासाठी अनुकूल करून निर्धारित केले जाते.

Wendelstein 7-X, मॉड्युलर सुपरकंडक्टिंग कॉइलसह एक मोठा तारकीय यंत्र जो मॅक्स प्लँक इन्स्टिट्यूट फॉर प्लाझ्मा फिजिक्सद्वारे चालवला जातो. 2015 पासून जर्मनीमध्ये कार्यरत आहे. अनेक स्टार्टअप्स प्रॉक्सिमा फ्यूजन, रेनेसान्स फ्यूजन, थेआ एनर्जी आणि टाईप वन एनर्जी यासह त्यांचे स्वतःचे स्टेलरेटर विकसित करत आहेत.

जडत्व बंदिस्त

फ्यूजनचा दुसरा मुख्य दृष्टीकोन जडत्व बंदिस्त म्हणून ओळखला जातो, जो फ्यूजमधील अणूंपर्यंत इंधन गोळ्यांना दाबतो.

बहुतेक जडत्व बंदिस्त डिझाईन्स इंधन गोळ्यांना संकुचित करण्यासाठी लेसर प्रकाशाच्या डाळींचा वापर करतात. अनेक लेसर बीम एकाच वेळी पेटतात आणि त्यांच्या प्रकाशाच्या नाडी एकाच वेळी सर्व कोनातून इंधन गोळ्यावर एकत्रित होतात.

आतापर्यंत, जडत्व बंदिस्त हा एकमेव दृष्टीकोन आहे ज्याने वैज्ञानिक ब्रेकेव्हन म्हणून ओळखला जाणारा मैलाचा दगड मोडला आहे, जेव्हा प्रतिक्रिया वापरल्यापेक्षा जास्त ऊर्जा सोडते. ते प्रयोग कॅलिफोर्नियातील लॉरेन्स लिव्हरमोर नॅशनल लॅबोरेटरी येथील नॅशनल इग्निशन फॅसिलिटी (NIF) येथे झाले आहेत. विशेष म्हणजे, वैज्ञानिक ब्रेकइव्हन निर्धारित करण्यासाठीच्या मोजमापांमध्ये प्रायोगिक सुविधेला उर्जा देण्यासाठी आवश्यक असलेल्या विजेसारख्या गोष्टींचा समावेश नाही.

तरीही, जवळपास डझनभर स्टार्टअप्सना जडत्वाच्या बंदिवासात पुरेशी आश्वासने दिसतात की ते त्याच्या सभोवतालच्या अणुभट्ट्यांची रचना करत आहेत. फोकस्ड एनर्जी, इनर्टिया एंटरप्रायझेस, मार्वल फ्यूजन आणि Xcimer ही लेझर वापरून काही उल्लेखनीय उदाहरणे आहेत.

लेसर वापरत नसलेल्या दोन कंपन्या आहेत: फर्स्ट लाइट फ्यूजन, जे पिस्टन वापरण्याचा प्रस्ताव देते आणि पॅसिफिक फ्यूजन, ज्या लेझरऐवजी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक पल्स वापरण्याची योजना आखतात.

अजून येणे बाकी आहे

फ्यूजन पॉवरसाठी ते दोन मुख्य दृष्टिकोन आहेत, जरी ते एकमेव नाहीत. लवकरच, आम्ही चुंबकीय लक्ष्य फ्यूजन, चुंबकीय-इलेक्ट्रोस्टॅटिक बंदिस्त आणि म्यूऑन-उत्प्रेरित फ्यूजनसह वैकल्पिक डिझाइन्सबद्दल अधिक तपशील जोडू.