فیوژن ری ایکٹر بنیادی طور پر ایک مقناطیسی بوتل ہے جس میں وہی عمل ہوتا ہے جو سورج میں ہوتا ہے۔ ڈیوٹیریم اور ٹریٹیم ایندھن ہیلیم آئنوں، نیوٹران اور حرارت کے بخارات بنانے کے لیے فیوز ہوتے ہیں۔ جیسے ہی یہ گرم، آئنائزڈ گیس — جسے پلازما — کہا جاتا ہے، جلتی ہے، اس گرمی کو پانی میں منتقل کر کے بھاپ بنانے کے لیے ٹربائنوں کو تبدیل کیا جاتا ہے جو بجلی پیدا کرتی ہیں۔ سپر ہیٹڈ پلازما ری ایکٹر کی دیوار اور ڈائیورٹر کے لیے مستقل خطرہ بناتا ہے (جو آپریٹنگ ری ایکٹر سے فضلہ کو ہٹاتا ہے تاکہ پلازما کو جلانے کے لیے کافی گرم رکھا جائے)۔

"ہم انحطاط کے طریقہ کار کو بہتر طور پر سمجھنے کے مقصد کے ساتھ پلازما کا سامنا کرنے والے مواد کے بنیادی رویے کا تعین کرنے کی کوشش کر رہے ہیں تاکہ ہم مضبوط، نئے مواد کو انجینئر کر سکیں،" محکمہ توانائی کی اوک رج نیشنل لیبارٹری کے مادی سائنسدان چاڈ پیرش نے کہا۔ وہ جرنل میں ایک مطالعہ کے سینئر مصنف ہیں۔سائنسی رپورٹسجس نے ری ایکٹر سے متعلقہ حالات میں ٹنگسٹن کے انحطاط کو دریافت کیا۔

چونکہ ٹنگسٹن میں تمام دھاتوں کا سب سے زیادہ پگھلنے والا نقطہ ہے، یہ پلازما کا سامنا کرنے والے مواد کا امیدوار ہے۔ تاہم، اس کی ٹوٹ پھوٹ کی وجہ سے، تجارتی پاور پلانٹ زیادہ امکان ٹنگسٹن الائے یا کمپوزٹ سے بنا ہوگا۔ قطع نظر، یہ جاننا کہ کس طرح توانائی بخش ایٹم بمباری ٹنگسٹن کو مائکروسکوپی طور پر متاثر کرتی ہے انجینئرز کو جوہری مواد کو بہتر بنانے میں مدد کرتا ہے۔

پیرش نے کہا، "فیوژن پاور پلانٹ کے اندر سب سے زیادہ ظالمانہ ماحول ہے جس کے لیے انجینئرز کو مواد ڈیزائن کرنے کے لیے کہا گیا ہے۔" "یہ جیٹ انجن کے اندرونی حصے سے بھی بدتر ہے۔"

محققین ایسے مواد کو بنانے کے لیے پلازما اور مشین کے اجزاء کے تعامل کا مطالعہ کر رہے ہیں جو اس طرح کے سخت آپریٹنگ حالات کے لیے میچ سے زیادہ ہیں۔ مواد کی وشوسنییتا موجودہ اور نئی جوہری ٹیکنالوجیز کے ساتھ ایک اہم مسئلہ ہے جس کا پاور پلانٹس کی تعمیر اور آپریٹنگ لاگت پر نمایاں اثر پڑتا ہے۔ لہذا طویل زندگی کے چکروں پر سختی کے لئے مواد کو انجینئر کرنا اہم ہے۔

موجودہ مطالعہ کے لیے، یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، سان ڈیاگو کے محققین نے کم توانائی پر ہیلیم پلازما کے ساتھ ٹنگسٹن پر بمباری کی جو عام حالات میں فیوژن ری ایکٹر کی نقل کرتی ہے۔ دریں اثنا، ORNL کے محققین نے ٹنگسٹن پر حملہ کرنے کے لیے ملٹی چارجڈ آئن ریسرچ فیسیلٹی کا استعمال کیا جس میں ہائی انرجی ہیلیئم آئنوں کی نقل کرتے ہوئے نایاب حالات، جیسے پلازما میں خلل جو غیر معمولی طور پر بڑی مقدار میں توانائی جمع کر سکتا ہے۔

ٹرانسمیشن الیکٹران مائیکروسکوپی، اسکیننگ ٹرانسمیشن الیکٹران مائیکروسکوپی، اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی اور الیکٹران نانوکریسٹالوگرافی کا استعمال کرتے ہوئے، سائنس دانوں نے ٹنگسٹن کرسٹل میں بلبلوں کے ارتقاء اور کم اور زیادہ توانائی والے حالات میں "ٹینڈرلز" نامی ڈھانچے کی شکل اور نشوونما کو نمایاں کیا۔ انہوں نے نمونے ایپ فائیو نامی فرم کو پریسیشن الیکٹران ڈفریکشن کے لیے بھیجے، جو کہ ایک جدید الیکٹران کرسٹالوگرافی تکنیک ہے، تاکہ مختلف حالات میں نمو کے طریقہ کار کا اندازہ لگایا جا سکے۔

کچھ سالوں سے سائنس دان جانتے ہیں کہ ٹنگسٹن ایک میٹر کے اربویں حصے کے پیمانے پر کرسٹل لائن ٹینڈرلز بنا کر پلازما کا جواب دیتا ہے، یا نینو میٹرز - ایک چھوٹا سا لان۔ موجودہ مطالعہ نے دریافت کیا کہ کم توانائی کی بمباری سے پیدا ہونے والے ٹینڈریل زیادہ توانائی کے حملے سے پیدا ہونے والے دھیرے سے بڑھتے ہوئے، باریک اور ہموار تھے — جو دھند کا ایک گھنے قالین بناتے ہیں۔

دھاتوں میں، ایٹم اپنے درمیان متعین خالی جگہوں کے ساتھ ایک منظم ساختی ترتیب کو فرض کرتے ہیں۔ اگر کوئی ایٹم بے گھر ہو جاتا ہے تو، ایک خالی جگہ، یا "خالی جگہ" باقی رہتی ہے۔ اگر تابکاری، بلیئرڈ گیند کی طرح، کسی ایٹم کو اپنی جگہ سے ہٹا کر خالی جگہ چھوڑ دیتی ہے، تو اس ایٹم کو کہیں جانا پڑتا ہے۔ یہ خود کو کرسٹل میں دوسرے ایٹموں کے درمیان گھماتا ہے، ایک بیچوالا بن جاتا ہے۔

عام فیوژن ری ایکٹر آپریشن ڈائیورٹر کو انتہائی کم توانائی والے ہیلیم ایٹموں کے زیادہ بہاؤ سے بے نقاب کرتا ہے۔ "ایک ہیلیم آئن بلیئرڈ گیند کے ٹکرانے کے لیے کافی زور سے نہیں مار رہا ہے، اس لیے اسے بلبلوں یا دیگر نقائص کی تشکیل شروع کرنے کے لیے جالی میں گھسنا پڑتا ہے،" پیرش نے وضاحت کی۔

UT-ORNL کے گورنر کے چیئر برائن وِرتھ جیسے نظریہ دان نے اس نظام کو ماڈل بنایا ہے اور وہ اس بات پر یقین رکھتے ہیں کہ جب بلبلے بنتے ہیں تو جالیوں سے بے گھر ہو جاتا ہے۔ پیرش نے کہا کہ ہیلیم ایٹم جالی کے گرد تصادفی طور پر گھومتے ہیں۔ وہ دوسرے ہیلیموں سے ٹکراتے ہیں اور افواج میں شامل ہوتے ہیں۔ آخر کار یہ کلسٹر اتنا بڑا ہے کہ ٹنگسٹن ایٹم کو اپنی سائٹ سے دستک دے سکتا ہے۔

"جب بھی بلبلا بڑھتا ہے تو یہ اپنی جگہوں سے کچھ اور ٹنگسٹن ایٹموں کو دھکیل دیتا ہے، اور انہیں کہیں جانا پڑتا ہے۔ وہ سطح کی طرف راغب ہوں گے،" پیرش نے کہا۔ "ہمارا یقین ہے کہ، یہ وہ طریقہ کار ہے جس کے ذریعے یہ نانو فز بنتا ہے۔"

کمپیوٹیشنل سائنسدان سپر کمپیوٹرز پر مواد کا مطالعہ کرنے کے لیے ان کی ایٹمک سطح، یا نینو میٹر سائز اور نینو سیکنڈ ٹائم پیمانوں پر نقلیں چلاتے ہیں۔ انجینئرز دریافت کرتے ہیں کہ سینٹی میٹر کی لمبائی اور گھنٹے کے وقت کے پیمانے پر پلازما کے ساتھ طویل نمائش کے بعد مواد کس طرح جھنجھوڑتے، ٹوٹتے اور دوسری صورت میں برتاؤ کرتے ہیں۔ "لیکن اس کے درمیان بہت کم سائنس تھی،" پیرش نے کہا، جس کے تجربے نے مادی انحطاط کی پہلی علامات اور نینو ٹینڈرل کی نمو کے ابتدائی مراحل کا مطالعہ کرنے کے لیے علم کے اس خلا کو پُر کیا۔

تو کیا فز اچھا ہے یا برا؟ پیرش نے کہا، "فز میں نقصان دہ اور فائدہ مند دونوں خصوصیات ہونے کا امکان ہے، لیکن جب تک ہم اس کے بارے میں مزید نہیں جان لیں، ہم اچھے مواد پر زور دیتے ہوئے برے کو ختم کرنے کی کوشش کرنے کے لیے مواد کو انجینئر نہیں کر سکتے،" پیرش نے کہا۔ پلس سائیڈ پر، فزی ٹنگسٹن گرمی کا بوجھ لے سکتا ہے جو بلک ٹنگسٹن کو کریک کر دے گا، اور بلک ٹنگسٹن کے مقابلے فجی میں کٹاؤ 10 گنا کم ہے۔ مائنس سائیڈ پر، نینو ٹینڈریل ٹوٹ سکتے ہیں، ایک دھول بن سکتے ہیں جو پلازما کو ٹھنڈا کر سکتا ہے۔ سائنسدانوں کا اگلا مقصد یہ جاننا ہے کہ مادّہ کیسے تیار ہوتا ہے اور نینو ٹینڈرلز کو سطح سے دور کرنا کتنا آسان ہے۔

ORNL کے شراکت داروں نے حالیہ اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی تجربات شائع کیے جو ٹنگسٹن کے رویے کو روشن کرتے ہیں۔ ایک مطالعہ سے پتہ چلتا ہے کہ ٹینڈرل کی ترقی کسی بھی ترجیحی واقفیت میں آگے نہیں بڑھتی ہے۔ ایک اور تحقیق سے یہ بات سامنے آئی ہے کہ پلازما کا سامنا کرنے والے ٹنگسٹن کا ہیلیم ایٹم کے بہاؤ کا ردعمل صرف نانو فز (کم بہاؤ پر) سے نینو فز پلس بلبلوں (زیادہ بہاؤ پر) تک تیار ہوا۔

موجودہ مقالے کا عنوان ہے "ہیلیئم کی نمائش کے تحت اگنے والے ٹنگسٹن نینو ٹینڈرلز کی شکلیں"۔