ভবিষ্যতের পারমাণবিক ফিউশন এনার্জি রিঅ্যাক্টরের অভ্যন্তরীণ অংশ পৃথিবীতে উৎপাদিত সবচেয়ে কঠোর পরিবেশের মধ্যে থাকবে। পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে পুনঃপ্রবেশকারী মহাকাশ যানের অনুরূপ প্লাজমা-উত্পাদিত তাপ প্রবাহ থেকে ফিউশন চুল্লির অভ্যন্তরে রক্ষা করার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী কী?

ORNL গবেষকরা প্রাকৃতিক টংস্টেন (হলুদ) এবং সমৃদ্ধ টংস্টেন (কমলা) ব্যবহার করেছেন টংস্টেনের ক্ষয়, পরিবহন এবং পুনঃস্থাপনের জন্য। একটি ফিউশন ডিভাইসের ভিতরে আর্মার করার জন্য টংস্টেন হল নেতৃস্থানীয় বিকল্প।

জেকে আন্টারবার্গ এবং ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি এর ওক রিজ ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিতে তার দল বর্তমানে শীর্ষস্থানীয় প্রার্থীর সাথে কাজ করছে: টাংস্টেন, যার সর্বোচ্চ গলনাঙ্ক এবং পর্যায় সারণিতে সমস্ত ধাতুর সর্বনিম্ন বাষ্পের চাপ রয়েছে, সেইসাথে খুব উচ্চ প্রসার্য শক্তি— বৈশিষ্ট্য যা এটি দীর্ঘ সময়ের জন্য অপব্যবহার করার জন্য উপযুক্ত করে তোলে। তারা একটি ফিউশন চুল্লির ভিতরে কীভাবে টাংস্টেন কাজ করবে তা বোঝার দিকে মনোনিবেশ করছে, এমন একটি যন্ত্র যা আলোর পরমাণুকে সূর্যের কেন্দ্রের চেয়ে বেশি তাপমাত্রায় গরম করে যাতে তারা ফিউজ করে এবং শক্তি ছেড়ে দেয়। একটি ফিউশন চুল্লিতে হাইড্রোজেন গ্যাস হাইড্রোজেন প্লাজমাতে রূপান্তরিত হয় - পদার্থের একটি অবস্থা যা আংশিকভাবে আয়নিত গ্যাস নিয়ে গঠিত - যা শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র বা লেজার দ্বারা একটি ছোট অঞ্চলে সীমাবদ্ধ থাকে।

"আপনি আপনার চুল্লিতে এমন কিছু রাখতে চান না যা মাত্র কয়েক দিন স্থায়ী হয়," বলেছেন আন্টারবার্গ, ORNL এর ফিউশন এনার্জি বিভাগের একজন সিনিয়র গবেষণা বিজ্ঞানী৷ “আপনি পর্যাপ্ত জীবনযাপন করতে চান। আমরা এমন এলাকায় টংস্টেন রাখি যেখানে আমরা আশা করি যে সেখানে খুব উচ্চ প্লাজমা বোমা হামলা হবে।"

2016 সালে, আন্টারবার্গ এবং দলটি টোকামাকে পরীক্ষা চালানো শুরু করে, একটি ফিউশন চুল্লি যা চৌম্বক-ক্ষেত্র ব্যবহার করে প্লাজমার একটি রিং ধারণ করে, DIII-D ন্যাশনাল ফিউশন ফ্যাসিলিটি, সান দিয়েগোতে একটি DOE অফিস অফ সায়েন্স ব্যবহারকারী সুবিধাতে। তারা জানতে চেয়েছিল যে টংস্টেনকে টোকামাকের ভ্যাকুয়াম চেম্বারকে আর্মার করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে - প্লাজমার প্রভাব দ্বারা সৃষ্ট দ্রুত ধ্বংস থেকে রক্ষা করা - প্লাজমাকে ভারীভাবে দূষিত না করে। এই দূষণ, পর্যাপ্তভাবে পরিচালিত না হলে, শেষ পর্যন্ত ফিউশন প্রতিক্রিয়া নিভিয়ে দিতে পারে।

"আমরা চেম্বারের কোন এলাকাগুলি বিশেষভাবে খারাপ হবে তা নির্ধারণ করার চেষ্টা করছিলাম: যেখানে টংস্টেন সবচেয়ে বেশি অমেধ্য তৈরি করতে পারে যা প্লাজমাকে দূষিত করতে পারে," আন্টারবার্গ বলেছিলেন।

এটি খুঁজে বের করার জন্য, গবেষকরা ডাইভারটরের মধ্যে থেকে টাংস্টেনের ক্ষয়, পরিবহন এবং পুনঃস্থাপনের সন্ধান করতে অপরিবর্তিত আইসোটোপের সাথে টাংস্টেনের একটি সমৃদ্ধ আইসোটোপ, W-182 ব্যবহার করেছিলেন। ডাইভারটরের মধ্যে টাংস্টেনের গতিবিধির দিকে তাকানো - ভ্যাকুয়াম চেম্বারের মধ্যে একটি এলাকা যা প্লাজমা এবং অমেধ্যগুলিকে সরিয়ে দেওয়ার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে - তাদের একটি পরিষ্কার চিত্র দিয়েছে যে এটি কীভাবে টোকামাকের মধ্যে পৃষ্ঠ থেকে ক্ষয় হয় এবং প্লাজমার সাথে যোগাযোগ করে। সমৃদ্ধ টংস্টেন আইসোটোপের নিয়মিত টংস্টেনের মতো একই ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। ডিআইআইআই-ডি-এর পরীক্ষায় ক্ষুদ্র ধাতব সন্নিবেশ ব্যবহার করা হয়েছে যা সমৃদ্ধ আইসোটোপের সাথে প্রলেপ দেওয়া হয়েছে, তবে সর্বোচ্চ তাপ প্রবাহ অঞ্চলের কাছে নয়, জাহাজের একটি এলাকা যা সাধারণত দূর-লক্ষ্য অঞ্চল বলা হয়। আলাদাভাবে, সর্বোচ্চ ফ্লাক্স, স্ট্রাইক-পয়েন্ট সহ একটি ডাইভারটর অঞ্চলে, গবেষকরা অপরিবর্তিত আইসোটোপ সহ সন্নিবেশ ব্যবহার করেছিলেন। DIII-D চেম্বারের বাকি অংশ গ্রাফাইট দিয়ে সজ্জিত।

এই সেটআপটি গবেষকদের জাহাজের আর্মারে এবং সেখান থেকে অপরিষ্কার প্রবাহ পরিমাপের জন্য চেম্বারে অস্থায়ীভাবে ঢোকানো বিশেষ প্রোবের উপর নমুনা সংগ্রহ করার অনুমতি দেয়, যা তাদের আরও সুনির্দিষ্ট ধারণা দিতে পারে যে টাংস্টেনটি ডাইভার্টর থেকে চেম্বারে ফাঁস হয়েছে কোথায় ছিল। উদ্ভূত

"সমৃদ্ধ আইসোটোপ ব্যবহার করে আমাদের একটি অনন্য আঙ্গুলের ছাপ দিয়েছে," আন্টারবার্গ বলেছেন।

এটি একটি ফিউশন ডিভাইসে পরিচালিত এই ধরনের প্রথম পরীক্ষা ছিল। একটি লক্ষ্য ছিল চেম্বার আর্মারিংয়ের জন্য এই উপকরণগুলির জন্য সর্বোত্তম উপকরণ এবং অবস্থান নির্ধারণ করা, যখন প্লাজমা-উপাদানের মিথস্ক্রিয়া দ্বারা সৃষ্ট অমেধ্যগুলিকে মূলত ডাইভারটরে থাকা এবং ফিউশন তৈরি করতে ব্যবহৃত চুম্বক-সীমাবদ্ধ মূল প্লাজমাকে দূষিত না করে।

ডাইভার্টরগুলির নকশা এবং পরিচালনার সাথে একটি জটিলতা হল প্রান্ত-স্থানীয় মোড বা ইএলএম দ্বারা সৃষ্ট প্লাজমাতে অপরিষ্কার দূষণ। এর মধ্যে কিছু দ্রুত, উচ্চ-শক্তির ইভেন্ট, সৌর অগ্নিশিখার মতো, ডাইভারটর প্লেটের মতো জাহাজের উপাদানগুলিকে ক্ষতি বা ধ্বংস করতে পারে। ELM-এর ফ্রিকোয়েন্সি, প্রতি সেকেন্ডে কতবার এই ঘটনাগুলি ঘটে, তা হল রক্তরস থেকে প্রাচীরে নির্গত শক্তির পরিমাণের একটি সূচক। উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ইএলএমগুলি প্রতি বিস্ফোরণে কম পরিমাণে প্লাজমা প্রকাশ করতে পারে, তবে যদি ইএলএমগুলি কম ঘন ঘন হয়, তবে প্রতি বিস্ফোরণে নির্গত রক্তরস এবং শক্তি বেশি, ক্ষতির সম্ভাবনা বেশি। সাম্প্রতিক গবেষণায় ELM-এর ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণ এবং বাড়ানোর উপায়গুলি দেখা হয়েছে, যেমন পেলেট ইনজেকশন বা অতিরিক্ত চৌম্বক ক্ষেত্র খুব ছোট মাত্রায়।

আন্টারবার্গের দল দেখেছে, যেমনটি তারা আশা করেছিল, উচ্চ-ফ্লাক্স স্ট্রাইক-পয়েন্ট থেকে টাংস্টেন অনেক দূরে থাকার ফলে দূষণের সম্ভাবনা অনেক বেড়ে যায় যখন কম-ফ্রিকোয়েন্সি ইএলএম-এর সংস্পর্শে আসে যেগুলির প্রতি ইভেন্টে উচ্চ শক্তির উপাদান এবং পৃষ্ঠের যোগাযোগ থাকে। অতিরিক্তভাবে, দলটি খুঁজে পেয়েছে যে এই ডাইভার্টর দূর-লক্ষ্য অঞ্চলটি SOL দূষণের জন্য বেশি প্রবণ ছিল যদিও এটিতে সাধারণত স্ট্রাইক-পয়েন্টের চেয়ে কম প্রবাহ থাকে। এই আপাতদৃষ্টিতে প্রতিদ্বন্দ্বী ফলাফলগুলি এই প্রকল্পের সাথে সম্পর্কিত চলমান ডাইভার্টর মডেলিং প্রচেষ্টা এবং DIII-D এর ভবিষ্যতের পরীক্ষাগুলির দ্বারা নিশ্চিত করা হচ্ছে।

এই প্রকল্পে প্রিন্সটন প্লাজমা ফিজিক্স ল্যাবরেটরি, লরেন্স লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি, স্যান্ডিয়া ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিস, ওআরএনএল, জেনারেল অ্যাটমিক্স, অবার্ন ইউনিভার্সিটি, ক্যালিফোর্নিয়া ইউনিভার্সিটি, সান ডিয়েগো, টরন্টো ইউনিভার্সিটি, সহ উত্তর আমেরিকা জুড়ে বিশেষজ্ঞদের একটি দল জড়িত। ইউনিভার্সিটি অফ টেনেসি—নক্সভিল, এবং ইউনিভার্সিটি অফ উইসকনসিন-ম্যাডিসন, কারণ এটি প্লাজমা-বস্তুর মিথস্ক্রিয়া গবেষণার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার প্রদান করেছে। DOE-এর অফিস অফ সায়েন্স (ফিউশন এনার্জি সায়েন্স) অধ্যয়নের জন্য সহায়তা প্রদান করেছে।

দলটি এই বছরের শুরুতে জার্নালে অনলাইনে গবেষণা প্রকাশ করেছেনিউক্লিয়ার ফিউশন.

গবেষণাটি অবিলম্বে জয়েন্ট ইউরোপীয় টোরাস, বা জেইটি, এবং আইটিইআরকে উপকৃত করতে পারে, এখন ফ্রান্সের ক্যাডারাচে নির্মাণাধীন, উভয়ই ডাইভারটরের জন্য টাংস্টেন বর্ম ব্যবহার করে।

"কিন্তু আমরা ITER এবং JET-এর বাইরের জিনিসগুলি দেখছি - আমরা ভবিষ্যতের ফিউশন রিঅ্যাক্টরগুলি দেখছি," আন্টারবার্গ বলেছেন। "কোথায় টাংস্টেন রাখা ভাল, এবং কোথায় আপনার টাংস্টেন রাখা উচিত নয়? আমাদের চূড়ান্ত লক্ষ্য হল আমাদের ফিউশন রিঅ্যাক্টরগুলিকে বর্ম দেওয়া, যখন তারা আসে, একটি স্মার্ট উপায়ে।"

আন্টারবার্গ বলেন, ORNL-এর অনন্য স্থিতিশীল আইসোটোপস গ্রুপ, যা পরীক্ষার জন্য উপযোগী আকারে রাখার আগে সমৃদ্ধ আইসোটোপ আবরণ তৈরি ও পরীক্ষা করে, গবেষণাটিকে সম্ভব করেছে। সেই আইসোটোপটি কোথাও পাওয়া যেত না কিন্তু ORNL-এর ন্যাশনাল আইসোটোপ ডেভেলপমেন্ট সেন্টার থেকে, যা আইসোটোপিক্যালি আলাদা করা প্রায় প্রতিটি উপাদানের মজুদ বজায় রাখে, তিনি বলেছিলেন।

"ওআরএনএলের এই ধরণের গবেষণার জন্য অনন্য দক্ষতা এবং বিশেষ ইচ্ছা রয়েছে," আন্টারবার্গ বলেছেন। "আমাদের কাছে আইসোটোপগুলি তৈরি করার এবং বিশ্বজুড়ে বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সমস্ত ধরণের গবেষণায় সেগুলি ব্যবহার করার দীর্ঘ উত্তরাধিকার রয়েছে।"

এছাড়াও, ORNL ইউএস আইটিইআর পরিচালনা করে।

এরপরে, দলটি দেখবে কীভাবে টংস্টেনকে ভিন্ন আকৃতির ডাইভার্টারে রাখলে তা মূলের দূষণকে প্রভাবিত করতে পারে। বিভিন্ন ডাইভারটর জ্যামিতিগুলি মূল প্লাজমাতে প্লাজমা-বস্তুর মিথস্ক্রিয়াগুলির প্রভাবকে কমিয়ে দিতে পারে, তারা তাত্ত্বিক করেছে। একটি ডাইভারটরের জন্য সর্বোত্তম আকৃতি জানা-একটি চৌম্বকীয়-সীমাবদ্ধ প্লাজমা ডিভাইসের জন্য একটি প্রয়োজনীয় উপাদান-বিজ্ঞানীদের একটি কার্যকর প্লাজমা চুল্লির এক ধাপ কাছাকাছি নিয়ে যাবে।

"যদি আমরা, একটি সমাজ হিসাবে, বলি আমরা পারমাণবিক শক্তি ঘটতে চাই, এবং আমরা পরবর্তী পর্যায়ে যেতে চাই," আন্টারবার্গ বলেছিলেন, "ফিউশন হবে পবিত্র গ্রিল।"