Rotating mirror with all-directional pinch compressions - The beauty and simplicity in controlled nuclear fusion
यह शोध पत्र एक नवीन संलयन उपकरण (फ्यूजन डिवाइस) का प्रस्ताव करता है जो चुंबकीय और जड़त्वीय परिरोध विधियों को सहक्रियात्मक रूप से संयोजित करने के लिए अलग किए गए इलेक्ट्रोडों और सर्वदिशीय पिंच संपीड़न (ऑल-डायरेक्शनल पिंच कॉम्प्रेशन) के साथ एक घूमते हुए दर्पण का उपयोग करता है, जिसका लक्ष्य लॉसन मानदंड प्राप्त करना और एक सरल, उच्च-दक्षता वाले दृष्टिकोण के माध्यम से नियंत्रित परमाणु संलयन की व्यवहार्यता को प्रदर्शित करना है।
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बोतल में तारे की खोज
कल्पना कीजिए कि आप एक जार के अंदर सूरज के एक टुकड़े को कैद करने की कोशिश कर रहे हैं। परमाणु संलयन (न्यूक्लियर फ्यूजन) का लक्ष्य मूल रूप से यही है: छोटे परमाणुओं को इतनी ज़ोर से आपस में टकराना कि वे आपस में मिल जाएँ, जिससे भारी मात्रा में स्वच्छ ऊर्जा निकल सके। यह वही प्रक्रिया है जो हमारे सूर्य और सितारों को शक्ति देती है, जो जीवाश्म ईंधन के प्रदूषण या पारंपरिक परमाणु ऊर्जा के लंबे समय तक रहने वाले रेडियोधर्मी कचरे के बिना बिजली की अंतहीन आपूर्ति का वादा करती है। लेकिन यहाँ एक पेंच है: ऐसा करने के लिए, आपको ईंधन को 100 मिलियन डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म करना होगा। उस तापमान पर, ईंधन कणों के एक सुपर-हॉट सूप में बदल जाता है जिसे प्लाज्मा कहा जाता है। समस्या यह है कि कोई भी ठोस डिब्बा इतनी गर्मी को नहीं रोक सकता; यह तुरंत पिघल जाएगा।
इसलिए, वैज्ञानिकों ने दशकों से इस उग्र सूप को थामने के लिए "चुंबकीय पिंजरे" बनाने की कोशिश की है। उन्होंने इसे करने के दो मुख्य तरीके आजमाए हैं। पहला एक धीमी, स्थिर आंच की तरह है: आप प्लाज्मा को एक चुंबकीय वलय (रिंग) में फँसाते हैं और उसे लंबे समय तक गर्म रखते हैं (इसे चुंबकीय परिरोध या मैग्नेटिक कन्फाइनमेंट कहा जाता है)। दूसरा एक बिजली जैसी तेज़ सिकोड़न की तरह है: आप ईंधन की एक छोटी गोली पर लेजर से प्रहार करते हैं ताकि उसे इतनी तेज़ी से कुचला जा सके कि वह भाग निकलने से पहले ही संलयित हो जाए (इसे जड़त्व परिरोध या इनर्शियल कन्फाइनमेंट कहा जाता है)। दोनों विधियाँ अविश्वसनीय रूप से कठिन हैं, और लंबे समय तक, एक काम करने वाले फ्यूजन पावर प्लांट का सपना हमेशा "30 साल दूर" महसूस होता रहा है। चुनौती केवल गर्मी पैदा करना नहीं है; बल्कि प्लाज्मा को इतना स्थिर और घना बनाए रखना है कि वह उतनी ऊर्जा पैदा कर सके जितनी आप उसमें डालते हैं।
नया शॉर्टकट: एक घूमता हुआ दर्पण और एक विशाल सिकोड़न
इस शोध पत्र में, टेक्सास विश्वविद्यालय de ऑस्टिन के लिंजिन झेंग एक चतुर नए तरीके का सुझाव देते हैं जो इन दोनों दृष्टिकोणों को एक ही, सरल मशीन में संयोजित करता है। यह विचार एक "घूमते हुए दर्पण" (रोटेटिंग मिरर) की अवधारणा पर आधारित है, जो एक प्रकार का चुंबकीय पिंजरा है जो दिखने में थोड़ा डंबल जैसा होता है। एक डोनट जैसे विशाल वलय के बजाय, यह दोनों सिरों पर चुंबकीय "दर्पणों" के साथ एक सीधी ट्यूब है जो कणों को बीच में वापस उछालते हैं।
शोध पत्र फ्यूजन शुरू करने के लिए एक दो-चरणीय नृत्य का प्रस्ताव देता है। पहले, मशीन "अलग किए गए इलेक्ट्रोड" (detatched electrodes) के एक विशेष तरीके का उपयोग करती है (इन्हें अदृश्य पैडल की तरह समझें जो प्लाज्मा के पास तैरते हैं लेकिन उसे छूते नहीं हैं) ताकि गर्म प्लाज्मा को घुमाया जा सके। यह घूमना एक स्टेबलाइजर की तरह कार्य करता है, जो प्लाज्मा को इधर-उधर डगमगाने से रोकता है, ठीक वैसे ही जैसे एक घूमता हुआ लट्टू सीधा खड़ा रहता है। जबकि प्लाज्मा घूम रहा होता है, इसे एक गर्म, तैयार अवस्था में प्री-हीट किया जाता है।
फिर रोमांचक हिस्सा आता है: "सर्वदिशात्मक पिंच" (all-directional pinch)। कल्पना कीजिए कि प्लाज्मा एक ट्यूब के बीच में एक लंबा, मुलायम मार्शमैलो है। अचानक, बाहर लगे शक्तिशाली चुंबकीय कॉइल एक ही समय में दोनों तरफ (रेडियल रूप से) और सिरों (लॉन्गीट्यूडिनल रूप से) से मार्शमैलो को दबाना शुरू कर देते हैं। यह इतनी तेज़ी से होता है कि प्लाज्मा एक छोटे, अत्यंत घने, अत्यंत गर्म गोले में दब जाता है, इससे पहले कि इलेक्ट्रॉन और आयन कुछ गड़बड़ कर सकें।
लेखक का तर्क है कि यह संयोजन एक "शॉर्टकट" है। प्लाज्मा को पहले घुमाने से, आप इसे स्थिर करते हैं। इसे सभी दिशाओं से तेज़ी से दबाने से, आप विकिरण के कारण बहुत अधिक ऊर्जा खोए बिना फ्यूजन दर को बढ़ाते हैं। शोध पत्र सुझाव देता है कि यदि आप मौजूदा मिरर प्रयोगों से प्राप्त आंकड़ों को लागू करें, तो परिणामों को प्रसिद्ध "लॉसन मानदंड" (Lawson criterion) को पूरा करने के लिए निकाला जा सकता है—जो वह गणितीय बेंचमार्क है जो सिद्ध करता है कि एक फ्यूजन प्रतिक्रिया उतनी ऊर्जा उत्पन्न कर सकती है जितनी वह उपभोग करती है।
यह शोध पत्र यह दावा नहीं करता है कि यह एक बना-बनाया, निर्मित मशीन है जो वर्तमान में किसी शहर को शक्ति दे रही है। इसके बजाय, यह एक सैद्धांतिक डिज़ाइन और मौजूदा डेटा पर आधारित गणनाओं का एक सेट प्रस्तुत करता है। यह सुझाव देता है कि सामान्य रेडियल स्क्वीज़ (त्रिज्यीय सिकोड़न) में लॉन्गिट्यूडिनल स्क्वीज़ (लंबाई में सिकोड़न) को जोड़कर, यह मशीन पिछले प्रयासों की तुलना में बहुत अधिक प्रभावी हो सकती है। लेखक का मानना है कि यह दृष्टिकोण, जो घूमते हुए दर्पण की निरंतर स्थिरता को तेज़ पिंच की विस्फोटक शक्ति के साथ मिलाता है, अंततः स्वच्छ, अनंत ऊर्जा के सपने को वास्तविकता बना सकता है, जो इस विचार से निर्देशित है कि प्रकृति के सर्वोत्तम समाधान अक्सर सबसे सुंदर और सरल होते हैं।
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