Prospects For A New Light Nuclei, Fission Fusion Energy Cycle
यह शोध पत्र उन्नत प्रणोदन और विद्युत उत्पादन के लिए एक नवीन, अपशिष्ट-मुक्त परमाणु ऊर्जा चक्र का प्रस्ताव करता है जो प्रचुर मात्रा में लिथियम और ड्यूटेरियम-ट्रिटियम संलयन का उपयोग करता है, जहाँ प्राथमिक लिथियम-6 विखंडन स्थिर उपोत्पादों को उत्पन्न करने के लिए द्वितीयक संलयन और लिथियम-7 विखंडन प्रतिक्रियाओं को सक्रिय करता है।
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स्वच्छ, शक्तिशाली ऊर्जा की खोज अक्सर वैज्ञानिकों को परमाणु के केंद्र तक ले जाती है, जहाँ दो अलग-अलग प्रक्रियाएँ ध्यान आकर्षित करने के लिए प्रतिस्पर्धा करती हैं: विखंडन (fission) और संलयन (fusion)। विखंडन, जिसका उपयोग आज के परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में किया जाता है, यूरेनियम जैसे भारी परमाणुओं को विभाजित करके काम करता है, जिससे ऊष्मा निकलती है और पीछे रेडियोधर्मी कचरा बच जाता है जिसे हजारों वर्षों तक संग्रहित करना पड़ता है। संलयन, जो सूर्य को शक्ति प्रदान करता है, हल्के परमाणुओं को आपस में टकराकर भारी परमाणु बनाने का प्रयास करता है, जो बहुत कम कचरे के साथ अपार ऊर्जा का वादा करता है, लेकिन इसे पृथ्वी पर बनाए रखना अविश्वसनीय रूप से कठिन साबित हुआ है। एक नया प्रस्ताव सुझाव देता है कि उपलब्ध सबसे हल्के तत्वों, विशेष रूप से लिथियम और हाइड्रोजन का उपयोग करके इन दोनों दुनियाओं को जोड़ने का एक तरीका बनाया जा सकता है, जिससे एक ऐसा चक्र निर्मित हो सके जो रॉकेटों और शहरों को बिना अपने ईंधन से दीर्घकालिक परमाणु कचरा उत्पन्न किए शक्ति दे सके, हालांकि यह आसपास की तकनीकी सामग्रियों को न्यूट्रॉन फ्लक्स के माध्यम से सक्रिय कर सकता है। यह दृष्टिकोण एक श्रृंखला अभिक्रिया (chain reaction) पर निर्भर करता है जहाँ एक परमाणु घटना अगली घटना को ट्रिगर करती है, जिसमें उन कणों का उपयोग किया जाता है जो आधुनिक इलेक्ट्रिक वाहन बैटरियों में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में पहले से ही प्रचुर मात्रा में मौजूद हैं।
टेक्सास टेक यूनिवर्सिटी और यूनिवर्सिटी ऑफ मिसौरी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक विशिष्ट परमाणु चक्र प्रस्तावित किया है और परीक्षण करना शुरू कर दिया है जो इन हल्के तत्वों को जोड़ता है। उनका विचार लिथियम-6 से शुरू होने वाली प्रतिक्रियाओं के एक क्रम पर केंद्रित है, जो लिथियम धातु में पाया जाने वाला एक प्राकृतिक रूप से विद्यमान आइसोटोप है। जब एक धीमी गति वाला न्यूट्रॉन लिथियम-6 परमाणु से टकराता है, तो यह एक हीलियम परमाणु और एक तेज़ गति वाले कण, जिसे ट्राइटन कहा जाता है, में विभाजित हो जाता है। इस नए चक्र में, वह ट्राइटन केवल उड़कर दूर नहीं जाता; बल्कि, उसे लिथियम ड्यूराइड (एक यौगिक जो लिथियम और हाइड्रोजन से बना है) से बने ठोस ईंधन के भीतर कैद कर लिया जाता है। जैसे ही वह ट्राइटन इस ठोस सामग्री के माध्यम से यात्रा करता है, वह या तो लिथियम-7 परमाणु या ड्यूटेरियम परमाणु से टकराता है, जिससे दो अलग-अलग माध्यमिक प्रतिक्रियाएं शुरू होती हैं। एक टक्कर लिथियम-7 को विभाजित करती है, जबकि दूसरी ट्राइटन के साथ ड्यूटेरियम का संलयन करती है। इसका परिणाम ऊर्जा रिलीज का एक कैस्केड है जहाँ उपोत्पाद स्थिर, गैर-रेडियोधर्मी हीलियम और न्यूट्रॉन होते हैं, बशर्ते कि प्रक्रिया के दौरान ट्राइटन पूरी तरह से उपभोग कर लिए जाएं।
यह देखने के लिए कि क्या यह श्रृंखला अभिक्रिया वास्तव में काम कर सकती है, शोधकर्ताओं ने न्यूट्रॉन के एक स्रोत का उपयोग करके विभिन्न सामग्रियों के स्तंभों पर बमबारी करने के लिए प्रयोगों की एक श्रृंखला स्थापित की। उन्होंने न्यूट्रॉनों के पथ में हवा का एक स्तंभ, शुद्ध लिथियम धातु का एक स्तंभ और लिथियम ड्यूराइड कणों का एक स्तंभ रखा। लक्ष्य यह पता लगाना था कि क्या लिथियम ड्यूराइड उच्च-ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन का एक अनूठा संकेत उत्पन्न करता है जो यह दर्शा सके कि माध्यमिक प्रतिक्रियाएं हो रही हैं। जब उन्होंने डेटा का विश्लेषण किया, तो उन्होंने देखा कि लिथियम ड्यूराइड स्तंभ ने अपने न्यूट्रॉन ऊर्जा वितरण में एक स्पष्ट उच्च-ऊर्जा 'टेल' (tail) प्रदर्शित किया, जो वायु और शुद्ध लिथियम स्तंभों में नहीं था। यह डेटा ट्राइटन-माध्यमिक संलयन प्रतिक्रियाओं का सूचक है, हालांकि टीम ने उल्लेख किया है कि ये परिणाम प्रारंभिक हैं और अभी तक निर्णायक प्रमाण नहीं हैं।
हालांकि, टीम सावधानी बरतते हुए यह नोट करती है कि ये परिणाम प्रारंभिक हैं। प्रयोग में अपेक्षाकृत कमजोर न्यूट्रॉन स्रोत का उपयोग किया गया था, और टीम स्पष्ट डेटा प्राप्त करने के लिए यूनिवर्सिटी ऑफ मिसौरी में एक बहुत अधिक शक्तिशाली रिएक्टर का उपयोग करके परीक्षणों को दोहराने की योजना बना रही है। वे ऑक्सीजन सहित ईंधन के एक भिन्न रूप का परीक्षण करने का भी इरादा रखते हैं ताकि यह देखा जा सके कि क्या अन्य प्रकार की टक्करें होती हैं। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने अन्य वैज्ञानिकों द्वारा प्रस्तावित एक संबंधित विचार की भी जांच की, जिसमें सुझाव दिया गया था कि विशिष्ट लिथियम चक्र की आवश्यकता के बिना न्यूट्रॉन ठोस टाइटेनियम ड्यूराइड में संलयन का कारण बन सकते हैं। उच्च-तीव्रता वाले न्यूट्रॉन बीम के साथ अपने स्वयं के परीक्षण चलाने के बाद, उन्हें उस विशिष्ट टाइटेनियम-आधारित संलयन तंत्र का समर्थन करने वाला कोई प्रमाण नहीं मिला, जिससे पता चलता है कि उनके अपने लिथियम-ड्यूटेरियम सेटअप में देखे गए परिणाम उनके प्रस्तावित डिजाइन के लिए अद्वितीय हैं, न कि सभी ठोस ईंधनों के लिए एक सामान्य गुण।
इस चक्र के संभावित निहितार्थ महत्वपूर्ण हैं, विशेष रूप से परिवहन और ऊर्जा भंडारण के भविष्य के लिए। आवश्यक ईंधन, लिथियम, पहले से ही इलेक्ट्रिक वाहन उद्योग को सहारा देने के लिए बड़े पैमाने पर खनन और पुनर्चक्रण (recycle) किया जा रहा है। शोधकर्ताओं ने गणना की कि यदि एक इलेक्ट्रिक कार बैटरी में मौजूद लिथियम को इस नए चक्र के माध्यम से संसाधित किया जाए, तो सैद्धांतिक रूप से वह वाहन को सैकड़ों हजार मील तक चलाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान कर सकता है। चूंकि यह प्रक्रिया उन सामग्रियों पर निर्भर करती है जो पहले से ही निकाले और पुनर्चक्रित किए जा रहे हैं, और क्योंकि यह अपने ईंधन से कोई दीर्घकालिक रेडियोधर्मी कचरा उत्पन्न नहीं करती है, इसलिए यह ऊर्जा का एक ऐसा मार्ग प्रदान करती है जिसे मौजूदा औद्योगिक बुनियादी ढांचे में एकीकृत किया जा सके। हालांकि यह तकनीक सत्यापन के शुरुआती चरणों में है, प्रारंभिक डेटा बताता है कि हल्के तत्वों का उपयोग करने वाला एक सॉलिड-स्टेट परमाणु चक्र भौतिक रूप से संभव है और आगे की अधिक कठोर जांच के योग्य है।
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