அணுக்கரு இணைவு – கதிரவனைப் படியெடுத்தல்

This entry is part 4 of 5 in the series பூமிக்கோள்

முன்னுரை

இலகு நிறை (light -weight) அணுக்கள் இணைகையில் வெளிப்படும் அணுசக்தி, அணுக்கரு இணைவு அணுசக்தி (nuclear fusion energy) எனப்படுகிறது. சூரியன் உள்ளிட்ட ஒவ்வொரு விண்மீனின் உள்ளகத்திலும் ஹைட்ரஜன் அணுக்களைக் கொண்டு தொடர்ந்து நடைபெற்று வரும் ஒரே மாதிரியான இணைவு வினைமுறைகள் அளவிட முடியாத ஆற்றலை வெளிப்படுத்துகின்றன. இத்தகைய பேராற்றலை முற்றிலும் அறிந்துகொண்டு அதைப் படியெடுத்து, புவியில் தயாரிக்கப்படும் இணைவு அணு உலைகளில் பாதுகாப்பான முறையில் மின் உற்பத்திக்குப் பயன்படுத்திக் கொள்ளும் வழிமுறைகளைப் பன்னாட்டு ஆராய்ச்சியாளர்கள் கடந்த நூறு ஆண்டுகளாக ஆராய்ந்து வருகிறார்கள். இதில் அவர்கள் வெற்றியடைந்தால், உலகில் பாதுகாப்பான, வளங்குன்றாத, சுற்றுச் சூழலுக்கு கேடு விளைவிக்காத மற்றும் நிறைவான சக்தி உற்பத்திக்கு வழி பிறக்கும். ஆனால் 1950-களில் முழு ஈடுபாட்டுடன் ஆரம்பிக்கப் பட்ட இணைவு ஆராய்ச்சிகள் 70 ஆண்டுகள் கடந்த பின்னரும் நடை முறைக்குரிய இணைவு ஆற்றல் நிலையம் அமைக்கும் இலக்கை எட்டவில்லை.எழுபது ஆண்டுகளாக “இன்னும் முப்பது ஆண்டுகளில் இலக்கை எட்டுவோம்” என்ற மாற்றமில்லாத ஒரே அறிவிப்பையே ஆராய்ச்சியாளர்கள் தந்து வருவதாகக் கூறுவது அறிவியல் உலகின் நிலைபெற்று விட்ட நகைச்சுவை.

அணுப் பிளவு (Fission), அணு இணைவு (Fusion) வேறுபாடுகள்:

  • கனத்த, நிலையற்ற, அணுக்கருக்களை அணுக்கரு வினை முறை (nuclear reaction) மூலமாக இலகு அணுக்கருக்களாகப் பிளப்பது – Fission.

இரண்டு அல்லது மேற்பட்ட சிறு அணுக்கருக்களின் மோதல் ஏற்படுத்தி அவற்றை சற்றுப் ‘பெரிய அணுக்கருவாக இணைப்பது – Fusion.

  • அணுக்கள் பிளவு படும் போது அதிக ஆற்றல் வெளிப்படுகிறது. அதை விடப் பேராற்றல் அணுக்கருக்கள் இணைவின்போது வெளிப்படுகிறது
  • அணுப் பிளவு வினை முறைகள் எங்குமே இயல்பாக நிகழ்வதில்லை. ஆனால் சூரியன் மற்றும் விண்மீன்களில் அணுக்கரு இணைவு வினைமுறைகள் இயல்பாக எப்போதும் நிகழ்ந்து வருகின்றன.
  • அணுப் பிளவு வினைமுறையை செயல்படுத்த சிறிதளவு சக்தி போதும். ஆனால் அணு இணைப்புக்கு அபரிமிதமான சக்தி தேவைப்படும்.
  • அணுப் பிளவு மின் உற்பத்தி நிலையங்களில் பல்லாண்டுகள் நீடிக்கக் கூடிய கதிர் வீச்சுக் கழிவுகள் உண்டாகும் அபாயம் உண்டு. இணைவு வகை உற்பத்தி நிலையங்களில் கதிர்வீச்சுக் கழிவுகள் உருவாகும் வாய்ப்பில்லை.
  • அணுப் பிளவு நிலையங்களில் தொடர்வினைமுறையால் (chain reaction) அணுக்கரு சார் விபத்துகள் ஏற்பட வாய்ப்புண்டு (உதா: Fukusima).அணு இணைவு நிலையங்களில் தொடர்வினை முறைகள் ஏதுமில்லை. ஏதோ காரணங்களால் அணுக்கரு சார் வினைமுறை தடைபட்டால், அணுஉலை தானாகவே நின்றுவிடும். பெரு விபத்துகள் நிகழ வாய்ப்பில்லை.

சூரியனை அறிதல்

சூரியனைப் படி எடுக்க நினைப்பவர்கள் அதன் பிறப்பு, அடுக்குகள், உள்ளகத்தில் நடைபெறும் அணுக்கரு வினைகள் மற்றும் கதிரியக்கம் குறித்த விவரங்களை நன்கறிந்த பின்னரே அந்த முயற்சியில் இறங்குவார்கள். அடுத்த சில பத்திகளில் அத்தகைய விவரங்கள் தரப்பட்டுள்ளன. கட்டுரை வாசகரும் அந்த விவரங்களை அறிந்து வைத்திருப்பது கட்டுரையின் அணு இணைவு ஆற்றல் பகுதிகளை எளிதில் புரிந்து கொள்ள உதவும்.

சூரியன் – பிறப்பு

4.5 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்பு, சோலார் நெபுலா எனப்படும் வாயு மற்றும் துகள்கள் நிறைந்த சுழலும் பெரு மேகம், வரம்பு மீறிய ஈர்ப்பு விசையால் தகர்ந்து, பின் தற்சுழற்சியால் தட்டையான வட்டத் தட்டாகிப் பெரும்பாலான (99.8%) உட்பொருட்கள் தட்டின் மையத்துக்கு ஈர்க்கப்பட்டுப்பின் அந்த மையமே சூரியனாகியது. காலப் போக்கில் ஈர்ப்பு விசைகள் ஏற்படுத்திய பேரழுத்தத்தாலும் அதிவெப்பத்தாலும் உள்ளகத்தில் நெருக்கமாக நிறைந்திருந்த ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் பிளாஸ்மா நிலைக்கு சென்றுவிட அயனிகளின் (ions) மோதல்களால் அணுக்கரு இணைவுகள் உண்டாகி, வினைமுறையில் ஏற்பட்ட திணிவு இழப்புக்கு நிகரான ஆற்றல் வெளிப்பட்டு வருகிறது. (ஐன்ஸ்டீன் சமன்பாடு E=MC^2-ன் படி). இது கதிர் வீச்சாக சூரியனின் பிற பகுதிகள் வழியே மேற்பரப்பை அடைந்து அங்கிருந்து வெப்பம் குறைந்த கதிரியக்கமாக விண்வெளியில் பரவுகிறது. ஆகவே சூரியன் மற்றும் விண்மீன்களில் உருவாகும் பிளாஸ்மாவும் கதிரியக்கமும் தற்செயல் நிகழ்வுகளே. அங்கே உள்ளீடு(input), வெளியீடு (output), வினைத்திறன் (efficiency) ஆகிய கணக்குகளுக்கு அர்த்தமில்லை.

சூரியன்- அடுக்குகள்

பிரபஞ்சத்தில் அனைத்து அணுக்களிலும் இலேசான அணு ஹைட்ரஜன். இந்த அணுவின் உட்கருவில் ஓர் அலகு (unit) நேர்மறை மின்னூட்டம் பெற்ற ஒரு புரோட்டான் துகள் உள்ளது. ஓர் அலகு எதிர்மறை மின்னூட்டம் பெற்ற ஒரு எலக்ட்ரான் என்ற துகளும் உட்கருவுடன் தொடர்பில் உள்ளது. இது போன்ற கோடானு கோடி ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் குவிந்திருக்கும் இடமே சூரியன். சூரிய மண்டலத்தின் 99.8% பொருள் திணிவும் அதன் நடுவில் அமைந்துள்ள சூரியனுக்குள் தான் அடங்கி இருக்கிறது. ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஹீலியம் ஆகிய தனிமங்களாலான கலவை அது. எண்ணிக்கையில், ஹைட்ரஜன் = 91.0%; ஹீலியம் = 8.9%; பொருண்மையில் ஹைட்ரஜன் = 70.6%; ஹீலியம் = 27.4%. சூரியன் 7 அடுக்குகளைக் கொண்டது. மூன்று உள்ளடுக்குகள் முறையே உள்ளகம், கதிரியக்க மண்டலம் மற்றும் வெப்பச் சலன மண்டலம் ஆகியவை. நான்கு வெளி அடுக்குகள் முறையே ஒளிமண்டலம் (photosphere), நிறமண்டலம் (chromosphere), நிலை மாற்றமண்டலம் (transition region) மற்றும் கொரோனா என்னும் அனைத்திற்கும் மேல் அடுக்கு. ஈர்ப்பு விசைகளே சூரியனின் அளப்பரிய பொருண்மையை சிதறாமல் ஒன்றாக வைத்திருக்கின்றன.

சூரியன் உள்ளக அணுக்கரு வினைகள்

சூரியனின் உள்ளகம் (core), மையத்தில் இருந்து சூரிய ஆரத்தில் சுமார் 0.2-0.25 வரையுள்ள உட் பகுதி. இதுவே சூரியனின் உச்ச வெப்பநிலை கொண்ட பகுதி. உள்ளகம் அளவற்ற அழுத்தமும் அதி வெப்பமும் கொண்டதாக இருப்பதற்கு ஈர்ப்பு விசைகளே காரணம். உள்ளகத்தின் நடுவில், பொருண்ம அடர்த்தி 150 gm/cc. வெப்பநிலை 15 மில்லியன் °C. அதிவெப்பமும் பேரடர்த்தியும் கொண்ட பிளாஸ்மாக்கள் (அயனிகள் மற்றும் அவற்றின் கட்டுப்பாட்டில் இருந்து விடுவிக்கப் பட்ட எலக்ட்ரான்கள்), 265 மில்லியன் bar(வளிமண்டலங்கள்) அழுத்தத்தில் உள்ளகத்தை நிறைத்திருக்கின்றன. உண்மையில் சூரியன் கனன்றெரிந்து ஒளிரும் அயனிகளைக் (ions) கொண்ட வாயுப் பந்து. அயனிகள் பேரழுத்தம் காரணமாக தமக்கிடையில் உள்ள இயல்பான எதிர்ப்பையும் மீறி 10^ (-15) மீட்டருக்கும் கீழ் நெருங்கும் போது அந்த நெருக்கத்தில் ஆதிக்கம் செலுத்தும் அணுக்கரு விசை ஈர்ப்பால் (nuclear forces) மோதல்கள் மற்றும் தெர்மோநியூக்ளியர் இணைவுகள் ஏற்படும் சூழல் உருவாகும். இந்த சூழலில் உள்ளகத்தில் நான்கு ஹைட்ரஜன் அணுக்கருக்கள் இணைந்து ஒரு ஹீலியம் அணுக்கரு உருவாகிறது. தொடர்ந்து நடை பெற்றுக் கொண்டிருக்கும் அணுக்கரு இணைவுகள் காரணமாக, வளங்குன்றா ஆற்றல் வெளிப்பட்டுக் கொண்டிருக்கும். பிளாஸ்மாவில் ஹைட்ரஜன் பங்கு 34%ஆகக் குறையும். உள்ளகத்தில் ஹைட்ரஜன் மிகவும் குறைந்து போகும்போதும் ஹீலியம் உட்கரு இணைவால் கதிரியக்கம் தொடர்ந்து கொண்டிருக்கும்.

சூரிய உள்ளக அணுக்கரு வினைகள் படிமுறை

ஒரு ஹைட்ரஜன் உட்கருவில் ஒற்றை புரோட்டான் உள்ளது. ஒரு ஹீலியம் உட்கருவில் இரண்டு புரோட்டான்களும், இரண்டு நியூட்ரான்கள்களும் உள்ளன. அணுக்கரு இணைவு வினைமுறையில் 4 ஹைட்ரஜன் உட்கருக்கள் இணைந்து ஹீலியம் உட்கரு உருவாவது கீழ்கண்ட படிமுறையில் நிகழ்கிறது. ஒவ்வொரு படியிலும் உட்கருக்கள் இணைந்து சற்றுப் பெரிய உட்கருவாகின்றன. இந்த சங்கிலித் தொடரின் ஒட்டுமொத்த விளைவாக 4 புரோட்டான்கள் இணைந்த ஹீலியம் உட்கரு உருவாகிறது. இந்த வினைமுறையில் ஒரு மோல் (mole) ஹீலியம் அணுக்கருக்கள் உருவாகும் போது 3.6 X 10^ 11 கிலோ ஜுல் ஆற்றல் வெளிப்படுகிறது. மூன்று படிகளில் ஹைட்ரஜன் உட்கருக்கள் இணைந்து ஹீலியம் உட்கருவாக மாறும் வழியின் விவரங்கள் கீழ் வருமாறு :

படி 1: இரு புரோட்டான்கள் (அணுக்கருக்கள்) இணைகின்றன. அவற்றில் ஒன்று நியூட்ரான் ஆக மாறுகிறது. இதன் மூலம் டியூட்ரியம் எனப்படும் கனத்த ஹைட்ரஜன் ஐசோடோப்புவின் உட்கரு உருவாகிறது.

(H+H = Deuterium+ Positron+ gamma; Q=1.44 Mev with annihilation of positron by electron.

படி 2:டியூட்ரியம் உட்கருவுடன் இன்னொரு புரோட்டான்உட்கரு இணைகிறது. அதன் மூலம் ஹீலியம் -3 எனப்படும் இலேசான ஹீலியம் ஐசோடோப்பின் உட்கரு உருவாகிறது.

(H +D= 3He+gamma; Q=5.49 Mev)

படி 3: இரு ஹீலியும் 3 உட்கருக்கள் இணைகின்றன. அதன் மூலம் கனத்த ஹீலியம் 4 உட்கரு உருவாகிறது.இரு புரோட்டான்கள் விடுவிக்கப் படுகின்றன..

(3He + 3He =4He+2H); Q=12.86 MeV

விகிதாச்சார குறைப்பு (Scaling down)

சூரியனை முப்பரிமாண நகலெடுக்க இயற்கையால் தான் முடியும். நம்மால் முடியாது. பூமியின் விட்டத்தைப்(diameter) போல 109 மடங்கு விட்டமும், சுமார் ஒரு மில்லியன் பூமிகளை உள்ளடக்கிக் கொள்ள முடிகிற கொள்ளளவும் கொண்டது சூரியன். அசாதாரணமான வெப்பம், பொருள் திணிவு, வெப்பநிலைகளை தக்க வைத்திருக்கும் சூரியன், 4.5 பில்லியன் ஆண்டுகள் வாழ்ந்து நடுத்தர வயதை அடைந்து விட்ட ஒரு சராசரி விண்மீன். இன்னும் 4.5 பில்லியன் ஆண்டுகள் இதே அளவில் ஆற்றலை உற்பத்தி செய்ய வல்லது. விகிதாச்சார குறைப்புகள் மூலம் குட்டி சூரியனை உருவாக்க முடியாது. குட்டி சூரியன், மண்ணில் ஒரு சூரியன், புட்டியில் அடைத்த சூரியன் என்பதெல்லாம் தவறான வார்த்தைப் பிரயோகங்கள். ஏனெனில் அணுக்கரு இணைவுக்கான மூலப் பொருள் தேர்வு, பிளாஸ்மாவின் வெப்ப நிலை, அடர்த்தி, அழுத்தம் போன்ற சில வினை நுட்பங்கள் மட்டுமே சூரிய அணுக்கரு இணைவு வினைமுறைக் கூறுகளைச் சார்ந்து முடிவு செய்ய வேண்டியவை.

பூமியின் மின்னாற்றல் தேவைகள்

சூரியன் போன்ற அளவிறந்த பரிமாணமும் நிறையும் கொண்ட அணுஉலை நம்மிடம் இருந்தால் மட்டுமே மூலப் பொருள் தேர்வில் சூரியனைப் பின்பற்றி வளங்குன்றா அணுக்கரு இணைவுகளை (ஹைட்ரஜன்-ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஹீலியம்- ஹீலியம்) உண்டாக்க முடியும். சூரிய அமைப்பு தொடர்ந்து 3.846×10^26 watts சக்தி உருவாக்கிக் கொண்டிருக்கிறது. இதனோடு ஒப்பிடுகையில் உலகின் ஆற்றல் தேவைகள் மிக மிகக் குறைவு. உலகின் தற்போதைய தேவை வெறும் 10 டெரா(10^9) வாட்ஸ். 2050-ஆம் ஆண்டுக்கான உத்தேச ஆற்றல் தேவைகள் 15 டெரா வாட்ஸ்-க்கு மேல் போகாது. எனவே மேம்பட்ட வினைத்திறனுள்ள மூலப் பொருட்களைப் பயன்படுத்தி நம் தேவைகளுக்குப் பொருந்துகிற வகையில் வெவ்வேறு ஆற்றல் அளவுகள் கொண்ட பற்பல இணைவு அணு உலைகள் அமைக்கப் பட வேண்டும். 10 மெகா வாட் ஆற்றல் அளவு கொண்ட சோதனை அணு உலைகளை அமைத்து அவற்றின் எரிபொருள் பயன் திறனை அளவிட்ட பின்னரே இணைவு ஆற்றலுக்கு மாறும் முடிவு உறுதி செய்யப் படும்.

இணைவு ஆராய்ச்சியின் நோக்கம்

சூரியனின் உள்ளகத்தில் நிகழும் அணுக்கரு இணைவு வினைநுட்பத்தை பூமியில் பிரதி எடுக்க முடிந்தால், இன்றைய அணுக்கருப் பிளவு (nuclear fission) தொழில் நுட்பத்தில் இயங்கும் அணு உலைகளுக்கும், அவற்றின் பெருங்கேடு தரவல்ல அபாயங்களுக்கும் (எ. கா:புகுசிமா), ஆபத்தான அணுக்கழிவுகளுக்கும், அரிதான மூலப் பொருட்களுக்கான தேடலுக்கும் விடை கொடுத்து விட முடியும். அதற்கு மாற்றாக வரப் போகிற, கரிம உமிழ்வு சிறிதும் இல்லாத, கதிரியக்கக் கழிவுகள் இல்லாத, அதிக பாதுகாப்பான அணுக்கரு இணைவு தொழில் நுட்ப அணு உலைகள் எல்லையற்ற மின் சக்தி உற்பத்தி செய்யும் ஆற்றலைக் கொண்டிருக்கும். இதுபோன்ற காரணங்களால் அணுக்கரு இணைவு தொழில் நுட்ப ஆராய்ச்சியில் வளர்ந்த நாடுகள் அதிகக் கவனம் செலுத்தி வருகின்றன.

அணுக்கரு இணைவு ஆராய்ச்சி (1920-60) – சிறப்புக் கூறுகள் (highlights)

1920 களில் தொடங்கி விட்ட அணுக்கரு இணைவு ஆராய்ச்சி கிட்டத்தட்ட 20 ஆண்டுகள் கடந்த பின் இணைவு ஆற்றல் (Fusion energy) ஆராய்ச்சியாக உருமாறியது. அதன் சிறப்புக் கூறுகள் இங்கே சுருக்கமாகக் கொடுக்கப் பட்டுள்ளன.

1920-1930: விண்மீன்கள் மற்றும் அணுக்கள் பற்றிய புரிதல்

ஆர்தர் எட்டிங்டன் என்னும் பிரிட்டிஷ் விண்வெளி இயற்பியலாளர் ஹைட்ரஜன் ஹீலியமாக இணைவதால் உண்டாகும் சக்தியே விண்மீன்களின் கதிரியக்கமாக வெளிப்படுகிறது என்ற யோசனையை முன்னுரைத்தார். அவருடைய கோட்பாடு 1926-ல் விண் மீன்களின் உள்ளமைப்பு என்ற தலைப்பில் முதலில் பிரசுரமானது. அதுவே கோட்பாடு சார்ந்த விண்வெளி இயற்பியலுக்கு (Theoretical astrophysics) அடித்தளமானது. தொடர்ந்து ராபர்ட் அட்கின்சன் மற்றும் ஹௌடெர்மன்ஸ் (Houtermans) இணைந்து விண்மீன்களில் அணுக்கரு இணைவுகளின் வேகம் பற்றிய முதல் கணக்கீடுகளை வழங்கினர். அணுக்கருவைக் கண்டுபிடித்த எர்னஸ்ட் ரூதர்போர்ட் (Rutherford)-ன் மாணவர் மார்க் ஒலிஃபன்ட் (Mark Oliphant). அவர் 1930களில் ஹைட்ரஜன் ஐசோடோப்கள் மற்றும் ஹீலியம் ஆகிய தனிமங்களைக் கண்டுபிடித்தார். மேலும் நேர் அயனி (Positive Ions) ஆராய்ச்சிப் பயன்பாட்டுக்காக மேம் பட்ட மற்றும் சிக்கலான துகள் முடுக்கியை (particle accelerator) வடிவமைத்து உருவாக்கினார். அதைப் பயன்படுத்தி 1934-ல், மிகு ஆற்றல் டீயூட்ரோன்களை (deuterium அணுக்கரு) ஏவி டியூட்டரியம் மீது தாக்குதல் நடத்தி ஆய்வகத்தில் முதல் முறையாக டியூட்ரியம் அணுக்கரு இணைவு செய்து காட்டியதோடு ஹீலியம் 3 மற்றும் Tritium என்னும் தனிமங்களையும் கண்டுபிடித்தார். (சமன்பாடு- D+D—>He +T). இதன் மூலம் டியூட்ரியம் அணுக் கருக்கள் தமக்குள் இணைவு வினை மேற்கொள்ளும் என்பது நிறுவப் பட்டது. இதுவே ஆய்வகத்தில் நிகழ்ந்த முதல் அணுக்கரு இணைவு. மேற்காணும் அணுக்கரு இணைவு ஆய்வு முடிவுகள் தந்த புரிதலைத் தொகுத்து, 1938-ல் ஹான்ஸ் பெத்தே என்னும் அணுக்கரு இயற்பியலாளர் (Nuclear Physicist), விண்மீன் சார் அணுக்கரு சேர்க்கை (stellar nucleosynthesis) ஆய்வறிக்கையை வெளியிட்டார். அதில் புரோட்டான் -புரோட்டான் தொடர் வினைகள் மூலம் சூரியன் மற்றும் விண்மீன்கள் ஆற்றலை விடுவிக்கின்றன என்ற முடிவை எட்டியிருந்தார்.

1940 கள்

1940களின் ஆரம்பத்தில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் உலகுக்குப் பயனளிக்கும் மின் ஆற்றலை உருவாக்கத் தேவையான அணுக்கரு இணைவு வினைகளைத் தொடங்கவும் கட்டுப்படுத்தவும் உகந்த வழிகளைத் தேட ஆரம்பித்தார்கள். ஆரம்ப முதலே இத்திட்டம் அசாத்தியமானதாகத் தோன்றியது. ஏனெனில் அணுக்கரு இணைவுக்குப் பல நூறு மில்லியன் டிகிரிகள் வெப்பம் அவசியம். இந்த அளவு வெப்பத்தைத் தாங்கக் கூடிய உலோக/பிற திண்ம அடுப்பு மற்றும் கொள்கலன் வடிவமைப்பு சாத்தியமே இல்லை எனவும் அதி வெப்ப பிளாஸ்மாவின் கொள்கலனாகும் தகுதி காந்தப் புலத்திற்கு உண்டு எனவும் கருதினர். பிளாஸ்மா வழியாக மிக அதிக அளவு மின்னோட்டம செலுத்தப் படும்போது, மின்னோட்டம் உருவாக்கும் காந்தப் புலத்தால் பிளாஸ்மா நுண் நெருக்குதலுக்கு உள்ளாகும். இதற்குக் கிள்ளல் தாக்கம் (pinch effect) என்று பெயர். அணுக்கரு இணைவுக்கு சாதகமான இந்த நுண் நெருக்கம் காந்தக் கட்டுப்பாடு (magnetic confinement) எனப் படுகிறது. 1948-ல் ஜேம்ஸ் L.டுக் மற்றும் ஆலன் அல்ப்ரெட் வார் ஆகிய ஆராய்ச்சியாளர்கள் கிள்ளல் சாதனத்தின் (pinch device) முன்மாதிரியை செய்து காட்டினார்கள்.

1950 கள்

கட்டுப்படுத்தப்பட்ட இணைவு ஆராய்ச்சிகளில் (controlled fusion research), ராணுவப் பயன்பாட்டு ஆராய்ச்சிகள் இடம் பெற மாட்டா என அனைத்து நாடுகளின் நிர்வாகிகளும் அறிவியலாளர்களும் உறுதி செய்து கொண்டார்கள். அணுக்கரு இணைவு ஆய்வில் அமெரிக்கா, ரஷ்யா, மற்றும் சில முக்கிய நாடுகளும் இணைந்தன.

1950-ல் சோவியத் ஆராய்ச்சியாளர்களான ஆண்ட்ரி சகரோவ்(Andrei Sakharov) மற்றும் இகோர் டாம்(Igor Tamm) இருவரும் இணைந்து டோக்கமாக் (Tokamak) என்னும் ஒருவகை காந்தக் கட்டுப்பாடு இணைவு இயந்திரத்தின் வடிவமைப்பை முன்மொழிந்தனர். Tokamak என்பது Toroidal Chamber with Magnetic Coils என்று விரியும் ரஷ்ய சுருக்கப் பெயர்

1951-ல் ப்ரின்ஸ்ட்டன் பல்கலையின் லைமன் ஸ்பிட்சர் (Lyman Spitzer) என்னும் அமெரிக்க விஞ்ஞானி, Stellarator என்னும் பிளாஸ்மா சாதனத்தின் கருத்துப் படிவத்தை முன்மொழிந்தார். இதுவும் காந்தக் கட்டுப்பாடு முறையே என்றாலும் இதில் பிளாஸ்மா கட்டுப்பாடு வெளியேயுள்ள காந்தங்களை சார்ந்திருக்கிறது. அவரே வடிவமைத்த லைமனின் மாடல் A என்னும் சிக்கலான கருவியைப் பயன்படுத்தி 1953-ல் பிளாஸ்மா கட்டுப்படுத்தலை செய்து காட்டினார்.1950கள் முழுதும் stellarator கருத்துப் படிவம் இணைவு ஆராய்ச்சியில் ஆதிக்கம் செலுத்தி வந்தது

1958-ல் “Atoms for Peace” ஜெனீவா மாநாட்டில் டோக்கமாக் என்பது ஒரு மிகத் திறனுள்ள கருத்தாக்கமாக அனைவராலும் ஏற்றுக் கொள்ளப் பட்டது. மாநாட்டில் பங்கேற்ற இந்திய விஞ்ஞானி Homi.J.Bhabha, இன்னும் 20 ஆண்டுகளில் இணைவு ஆற்றல் வணிகப் பயன்பாட்டுக்கு வந்துவிடும் என்று முன்னுரைத்தார்.

1960 கள்

1960:கலிபோர்னியா லாரன்ஸ் லிவர்மோர் நேஷனல் ஆய்வகத்தின், ஜான் நூக்கோல்ஸ் என்னும் அமெரிக்க அறிவியலாளர் 1960-ல் ஜடத்துவக் கட்டிருப்பு இணைவு (Inertial Confinement fusion) என்னும் கருத்துருவை வெளியிட்டார். இந்த அணுகுமுறையில் பிளாஸ்மா வெகு வேகமாக அமுக்கப் பட்டு உள்நோக்கி வெடிக்கச் செய்வதால் அது இணைவுக்குத் தேவையான நேரம் வரை ஒரே இடத்தில் அடைபட்டு நின்று இணைவை சாத்தியப் படுத்துகிறது.

நடு 1960 கள் :டோக்கமாக் எனப்படும் சுருள் வலைய காந்தக் கட்டிருப்பு (Toroidal magnetic confinement) நடு -1960 களில் சோவியத் பிளாஸ்மா இயற்பியலாளர்களால் அறிமுகப் படுத்தப் பட்டது.

1969 : ரஷிய சாதனத்தின் பிளாஸ்மா வெப்பநிலை பிறர் உண்டாக்க முடிந்ததைப் போல் பல மடங்கு உயர்வாக இருப்பது உறுதி செய்யப் பட்டதால், அவ்வகை டோக்கமாக்கள் உலகெங்கும் நிறுவப் பட்டன.

எரிபொருள் தேர்வு

சூரியன் மற்றும் விண்மீன்களில் நிகழும் புரோட்டான்-புரோட்டான் தொடர்வினைகள் (chain reactions) பெரிதும் அறியப்பட்ட ஒன்றாக இருந்த போதிலும் அது பூமியின் மின் ஆற்றல் உற்பத்திக்கு ஏற்றதல்ல; அவற்றின் வேகம் போதாது எனக் கருதப் பட்டது. மிக அதிகமாக ஆய்வுக்குட்படுத்தப் பட்டு ஏற்கப்பட்ட இணைவு வினை முறை, டியூட்ரியம் (2H), ட்ரிடியம் (3H), ஆகிய இரு ஹைட்ரஜன் ஐசோடோப்பு அணுக்கருக்களின் இணைவு.தற்போது சோதனை இணைவு அணுஉலைப் பயன்பாட்டுக்காக தேர்ந்தெடுக்கப் பட்டிருப்பவை டியூட்டிரியம் மற்றும் ட்ரிட்டியம் ஆகிய ஹைட்ரஜன் ஐசோடோப்புகளின் கலவை. இந்தக் கலவை பிற தனிமங்களை விட ஒப்பீட்டளவில் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையிலேயே இணைவு நிலைக்கு வந்து விடுவதோடு கணிசமான இணைவு ஆற்றலையும் வெளியிடுகிறது. டியூட்டீரியம் (கனத்த ஹைட்ரஜன்) கடல் நீரிலிருந்து எளிதில் பிரித்து எடுக்கப் படுகிறது. கடல் நீரில் ஹைட்ரஜன், கனத்த ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் 6700:1 என்ற விகிதத்தில் காணப் படுகின்றன. ட்ரிடியம் (ஹைட்ரஜன்-3) என்கிற மூலப் பொருள் நிலையற்றது. கதிரியக்கமுள்ளது. அது ஆண்டுக்கு 5% என்ற விகிதத்தில் அழிவுறுகிறது. அணுஉலையில் உருவாகும் சக்தி வாய்ந்த நியூட்ரான்களை லித்தியம் அணுக்கள் உள்ளிழுத்துக் கொள்ளும் அணு வினை முறையில் ட்ரிடியம் உருவாகித் தொடர் வினைக்கு உதவுகிறது. இது தவிர பூமியின் மேலோட்டில் அதிகமாகக் காணப்படும் லித்தியம் மூலமாக நேரடியாகவும் ட்ரிடியம் தயாரித்துப் பயன்படுத்தலாம். தலையாய எரிபொருட்கள்(மூலப் பொருட்கள்)இயற்கையில் அபரிமிதமாகக் கிடைப்பதால், உலகளாவிய மின்னாற்றல் உற்பத்தித் தேவைகளுக்கு DT இணைவு வற்றாத ஊற்றாகி விடும் சாத்தியமுள்ளது. 50 கோப்பை கடல் நீரிலுள்ள எரிபொருளைப் பயன்படுத்தி அணுஉலையில் உற்பத்தி செய்யப்படும் அதே அளவு மின்னாற்றலை 2 டன் நிலக்கரியை எரித்தால் தான் பெற முடியும். கடல் வற்றும் நாள் வரை இணைவு ஆற்றலுக்கான எரிபொருள் கிடைத்துக் கொண்டே இருக்கும். தொல் படிவ எரிபொருளைத் தோண்டி எடுக்காமல் அப்படியே விட்டு விடலாம்.

டியூட்ரியம் ட்ரிட்டியம் (DT) அணுக்கரு வினை

DT இணைவில், ஹைட்ரஜனின் இரு ஐசோட்டோப்புகளான டியூட்ரியம் 2H மற்றும் ட்ரிட்டியம் 3H அணுக்கருக்கள் பிளாஸ்மா நிலையில் இணைகின்றன. இணைவு வினை முறையில் ஹீலியம் (4He), ஒரு நியூட்ரான் மற்றும் மாபெரும் அளவு ஆற்றல் உருவாகிறது. Lஇணைவு வினை முறை குறியீடுகளில் எழுதப் படும் முறை:

D + T —–> He + n

ஒவ்வொரு D-T இணைவும் 17.6 MeV (2.8x 10^(-12).joule) ஆற்றலை வெளியிடுகிறது. இதுவே இணைவு சாதனங்களுக்கேற்ற திறன்மிகு இணைவு வகை.

கட்டுறு வெப்ப அணுக்கரு வினை இணைவு (controlled thermonuclear fusion)

அணு உலைகளில் நடைபெறும் இணைவுகள் திட்டமிட்ட, கட்டுறு அதிவெப்ப அணுக்கரு வினை இணைவுகள் (controlled Thermonuclear Fusion) எனப்படும். இவற்றை நிகழ்த்த கீழ்கண்ட 3 முக்கிய விதிமுறைகள் அனுசரிக்கப் படவேண்டும்.

1.டியூட்டிரியம் மற்றும் ட்ரிட்டியம் அயனிகளை மிகு வெப்பத்தால் அவற்றின் இயங்கு ஆற்றல், (kinetic energy) கூலூம் தடையை மீறி இணைவு ஏற்படுத்திக்கொள்ளும் அளவுக்கு சூடேற்ற வேண்டும்.

2.தகுந்த இணைவு வினை முறை விகிதம் பெறுவதற்காக அயனிகளைக் கட்டுப்படுத்தி மிகு வெப்ப அயனிகள் அடர்த்திப் பரப்புகளை உருவாக்க வேண்டும்.

3. உயர் வெப்ப அயனிகள் மிக நெருக்கமாக பிடித்து வைக்கப்படும் நிலையில் வெப்பம் குறையாமல் நீடித்திருக்கும்படி அடைப்பு நேரம் (confinement time) அமைய வேண்டும்.

பிளாஸ்மா வெப்பநிலை, பிளாஸ்மா அடர்த்தி மற்றும் ஆற்றல் அடைப்பு காலம் ஆகிய மூன்றும் அணுக்கரு இணைவுக்கான மிக முக்கிய நிபந்தனைகள். இவை மூன்றையும் பெருக்கினால் வரும் எண் முப்பெருக்கல் பலன் (triple product) என்றழைக்கப் படுகிறது. இது பேச்சு வழக்கில் லாசன் அளவை (Lawson criterion) என்றும் குறிப்பிடப் படுகிறது. லாசன் அளவை என்பது முப்பெருக்கல் பலனின் ஒரு குறைந்த பட்ச வரைமுறை. தளராது நீடிக்கும் இணைவு ஆற்றல் உற்பத்திக்கு, சோதனை நிலை இணைவு அணு உலைகளின் முப்பெருக்கல் பலன் குறைந்த பட்சம் லாசன் அளவையை எட்டியிருக்க வேண்டும். இணைவு ஆற்றல் ஏன் மிகவும் சவாலானதாக இருக்கிறது என்பதற்கான எளிய விடை, உயர் பிளாஸ்மா வெப்பநிலை, பிளாஸ்மா அடர்த்தி மற்றும் ஆற்றல் கட்டுறு காலம் ஆகிய மூன்று காரணிகளையும் ஒருசேர பெரிதும் உகந்த நிலைக்கு கொண்டு வர பெரும்பாலும் முடியாமல் போய்விடுவதால்தான் என்பதே.

கட்டுறு அணுக் கரு இணைவு (controlled nuclear fusion)

பெருந்திட்டங்கள் ஐந்து

கட்டுறு அணுக்கரு இணைவின் இரு முக்கிய அணுகு முறைகளாகக் கருதப் படுபவை டோக்கமாக் பயன்பாடு மற்றும் மிகு ஆற்றல் லேசர் பயன்பாடு. இவ்விரு முக்கிய அணுகு முறைகளுக்கு சவால் விடும் விதமாக, பற்பல ஆய்வுக் குழுமங்கள் தீவிரமான மாற்று அணு உலை வடிவமைப்புகளைப் பயன்படுத்தி கட்டுறு அணுக்கரு இணைவில் வியத்தகு முன்னேற்றம் கண்டுவருகிறார்கள். அத்துடன் முக்கிய அணுகுமுறையில் பயணிக்கும் திட்டங்கள் பல்லாண்டுகளாக தள்ளாடி வருகையில், புதிதாக வந்துள்ள இக்குழுமங்கள் வெறும் 5 ஆண்டுகளில் இணைவு ஆற்றல் குறித்த அனைத்து மைல் கற்களும் எட்டப் பட்டுவிடும் என்று உறுதி கூறுகிறார்கள். கீழ்காணும் பத்திகளில் நடப்பில் உள்ள ஐந்து இணைவு திட்டங்களும் விவரிக்கப் படுகின்றன.

1.காந்த கட்டுறு இணைவு (Magnetic Confinement Fusion) (MCF)

டோக்கமாக் எனப்படும் டோநட்(doughnut) வடிவ அணு உலைக்குள் பிளாஸ்மாவை, சக்தி வாய்ந்த மின்காந்தப் புலங்கள் கட்டுறுத்தி வெப்பப் படுத்துகின்றன. 1960 முதல் இன்று வரை சிறிதும் பெரிதுமாக 200க்கும் மேற்பட்ட டோக்கமாக்கள் நிறுவப் பட்டு பிளாஸ்மா இயற்பியல் அடிப்படைகள் நிரூபணம் ஆகி விட்டன. 35 நாடுகளின் கூட்டுறவில் US$50

பில்லியன் மதிப்பீட்டில் உலகின் லட்சிய இணைவு அணு உலையாக தெற்கு பிரான்ஸ்-ல் உருவாகி வரும் ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) திட்டத்தின் டோக்கமாக் மிகப் பெரியது.

2. ஜடத்துவ கட்டுறு இணைவு (Inertial-Confinement Fusion) (ICF):

இதில் சக்தி வாய்ந்த லேசர் துடிப்புகள்(pulses) அல்லது அயனிக் கற்றைகள்(beams) அல்லது பிறவழிகளில் ஒரு சிறு எரிபொருள் உருண்டை மிக மிகப் பெருத்த அழுத்தத்துக்கு உட்படுத்தப் படுகிறது. அதனால் உண்டாகும் அதிர்வலைகள் பிளாஸ்மாவை சிறிதும் வெப்பம் சிதற கால இடைவெளியின்றி மிகை வெப்ப நிலைக்கு கொண்டு செல்கின்றன. இது எளிதான முறையாகத் தெரிந்தாலும், பேரழுத்தம் காரணமாக உண்டாகும் லேசர் -பிளாஸ்மா நிலையின்மை உயர்-ஆற்றல் எலக்ட்ரான்களை உற்பத்தி செய்துவிடுவதால் அதன் வெப்பம் தாக்கி எரிபொருள் சிதறடிக்கப் பட்டு இணைவுக்கு வழியில்லாமல் போகிறது. அதிக விலையுள்ள லேசர் பயன்பாடு காரணமாக அறிவியலாளர்கள் மாற்று வழியான MCF-ஐ நாடுகிறார்கள். First Light Fusion Ltd எனப்படும் Oxford பல்கலையின் தனித்தியங்கு கம்பெனி ஜடத்துவ கட்டுறு இணைவைப் பயன்படுத்தி முன்னேறி வருகிறது.

3.காந்த வினையூட்டிய இலக்கு இணைவு (Magnetized Target Fusion) (MTF)-

இது மேற்கண்டவற்றின் கலப்பு அணுகல். Magneto-Inertial fusion என்றும் அழைக்கப் படுகிறது. இதில் முதலில் காந்தப் புலங்களால் குறை அடர்த்தி பிளாஸ்மா கட்டுறுகிறது. பின்னர் ஜடத்துவ முறையில் லேசரால் அல்லது வேறு வழியில் சூடாக்கி அழுத்தப் படுகிறது.ஆனால் பிளாஸ்மா அடர்த்தியை செயல்பாட்டு அளவுக்கு உயர்த்தவும் அதே நிலையில் எரிபொருளில் இணைவு உண்டாகும் அற்புத கணம் வரை வைத்திருக்கவும் முடியவில்லை. MTF, கனடாவில் அமைந்துள்ள General Fusion கம்பெனியின் தனியுரிமத் தொழில் நுட்பம்.

4.Field Reversed Configuration (FRC)

இது TAE டெக்னாலஜிஸ்-ன் தனிஉரிம (proprietary) தொழில் நுட்பம்.இதுவரை எந்த ஆராய்ச்சிக் கூடமும் FRC அணு உலையில் போதுமான அடர்த்தி மற்றும் உறுதிச் சம நிலை கொண்ட பிளாஸ்மாவை உருவாக்கிக் காட்டவில்லை. TAE technologies, Princeton Fusion Systems, Helion Energy ஆகிய கம்பெனிகள் FRC தொழில் நுட்பத்தைப் பயன் படுத்தி வருகின்றன.

5.ஸ்டெல்லாரேட்டர் (Stellarator)

இதன் சுருள் வட்ட (spiraling) நாடா வடிவ காந்த சுருள்கள் தரும் காந்தப் புலங்களால் நிலையான, மிகு அடர்த்தி கொண்ட சமச்சீர் பிளாஸ்மா (டோக்கமாக் -ஐ விட சிறப்பான) உருவாகிறது. ஆயினும் இந்த அதீத வடிவத்தின் கட்டுமானம் சிறுகுறைகளுக்கும் இடமளிக்காத, மிகவும் சவாலானதாக இருப்பதால், ஆராய்ச்சிக் கூடத்தை விட்டு இன்னும் வெளியே வரவில்லை. Max Plank institute for Plasma Physics -ல் இது ஆராய்ச்சிக்குப் பயன்பட்டு வருகிறது.

இணைவு அணுஉலை கட்டுமானங்கள் (1970-2000)

1970கள்

1970களில் ஆயில் நெருக்கடி காரணமாக, பல வளர்ந்த நாடுகளின் அரசுகள் தம்முடைய ஆராய்ச்சி நிறுவனங்களுக்கு சோதனை வழி இணைவு அணு உலைகள் கட்டுமானப் பணிகளுக்காக தாராளமாக நிதி உதவி அளித்தன. உலகெங்கும் பெரும்பாலும் டோக்கமாக் அணு உலைக் கட்டுமானங்களே நிறுவப் பட்டன. வெகு விரைவில் காந்தக் கட்டுப் படுத்துதல் முறையில் டோக்கமாக் இணைவு அணு உலையின் டோநட் வடிவ வளையத்தில் பிளாஸ்மாவை இருத்தி வைக்க மிக மிக சக்தி வாய்ந்த காந்தம் தேவை எனக் கண்டுபிடிக்கப் பட்டது.

1975-ல் Princeton கட்டி முடித்திருந்த PLT (Princeton Large Torus) அணு உலை பயன்பாட்டுக்கு வந்தது. அது பிற அணு உலைகளை விட உயர் செயல் திறன் காட்டியதால், 1978-ல் அமெரிக்க ஆற்றல் துறை நிதி உதவி அளித்து, TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) என்னும் சோதனை அணு உலை அமைத்து அதில் குறிப்பாக ஆற்றல் சமநிலை (break-even) செய்து காட்டுமாறு பணித்தது.

Joint European Torus (JET)

1971-ல் Council of the European Community வலுவுள்ள இணைவுத் திட்டம் அமைக்க முடிவெடுத்தது

1975-ல் JET (Joint European Torus) -யின் முன்வரைவுகள் தயாரிக்கப் பட்டன..

1977-ல் ஐரோப்பிய ஆணையம் இத் திட்டத்திற்கு பச்சைக் கொடி காட்டியது. UK, Oxfordshire நகரிலுள்ள Culham Centre for Fusion Energy அருகில் JET-ன் அமைவிடம் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டது. கட்டுமானங்கள் முடிந்து, 1983-ல் முதல் பிளாஸ்மா தயாரிக்கப் பட்டது. 1991-ல் முதல் DT எரிபொருட்கள் பயன்படுத்தும் பரிசோதனைகள் ஜெட் அணுஉலையில் மேற்கொள்ளப்பட்டன. முதன் முதலாக டிரிடியம், டியூட்டிரியம், 50:50 என்ற விகித கலவை எரிபொருள் பயன்பாட்டில் இயங்கிய முதல் அணு உலையும் இதுவே. 1997-ல் ஜெட் அணுஉலை இதே எரிபொருளைப் பயன்படுத்தி 24MW வெப்ப ஆற்றல் உள்ளீட்டில் 16MW சக்தி வெளியீடு அளித்து உலகின் புதிய சாதனை படைத்தது. உற்பத்தித் திறமை (Qvalue)= 0.67; Q =1 என்றால் சமநிலை. நிகர இணைவு ஆற்றல் கிடைக்க Q வின் மதிப்பு 1க்கு மேல் போக வேண்டும். தற்போது இந்த உயர் ஆற்றல் ஆராய்ச்சிக் கூடமாகப் பயன்படுத்தப் படுகிறது.

1980-1990 கள்

1985-ல் ஜப்பானிய டோக்கமாக் JT-60 முதல் பிளாஸ்மா தயாரிப்பை எட்டியது.

1988-ல் பிரான்சின் WEST (Tora Supra) டோக்கமாக், மிகைக் கடத்தி (super conducting) காந்தங்களைப் பயன்படுத்தி முதல் பிளாஸ்மா தயாரிப்பை எட்டியது.

சூப்பர் கண்டக்ட்டிங் காந்தம் பயன்படுத்தும் ரஷியன் டோக்கோமாக் T-15, 1988-ல் முதல் பிளாஸ்மா தயாரிப்பை எட்டியது. 1995 வரை செயல்பட்டது.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)

1985 நவம்பரில் நடந்த ஜெனீவா சூப்பர் பவர் உச்சி மாநாட்டில், சமாதான நோக்கில் அணு இணைவாற்றல் உருவாக்கும் பன்னாட்டுக் கூட்டு முயற்சித் திட்டம் மேற்கொள்ளும் தன் யோசனையை முந்தைய சோவியத் ஒன்றிய பொதுச் செயலாளரான கோர்பச்சேவ் அமெரிக்க அதிபரிடம் முன்மொழிந்தார். அப்போது தான் ITER திட்டம் ஆரம்பமானது. இதில் 35 நாடுகள் தற்போது அங்கம் வகிக்கின்றன. ITER திட்டத்தில் உருவாக்கப் பட்டுவரும் புதிய டோக்கமாக் அணுஉலை ITER அணுஉலை என்றே குறிப்பிடப் படுகிறது. அதன் கட்டுமானம் தெற்கு பிரான்ஸிலுள்ள Cadarache வளாகத்தை ஒட்டிய பகுதியில் மேற்கொள்ளப் படும் என முடிவு செய்யப் பட்டு, 1988 -ல் பன்னாட்டு வெப்ப அணுக்கரு வினை சோதனை வழி அணு உலை ITER வடிவமைப்பு வேலைகள் துவங்கின.

டோக்கமாக் பியூஷன் டெஸ்ட் ரியாக்டர் (TFTR)

1980-ல் பிரின்ஸ்ட்டன் பிளாஸ்மா இயற்பியல் ஆய்வகத்தில் கட்டப் பட்ட சோதனை வழி டோக்கோமாக், 1982-ல் பயன்பாட்டுக்கு வந்தது. அறிவியல் சார்ந்த சம நிலை (Break-even) அடைவது என்னும் குறிக்கோள் நிறைவேறாத போதிலும்,10 MWக்கு மேல் இணைவு ஆற்றல் தயாரித்துக் காட்டிய முதல் அணு உலை என்ற புதிய சாதனை படைத்தது. ஆற்றல் வெளியீடு, மிகு வெப்பநிலை மற்றும் இணைவு முப்பெருக்கல் பலன் ஆகிய இணைவுக் கூறுகளிலும் சாதனை படைத்தது. 15 ஆண்டுகள் செயல்பாட்டுக்குப் பின்னர் 1997-ல் மூடப்பட்டது.

TAE டெக்னாலஜிஸ் – இந்த அமெரிக்கக் கம்பெனி கலிபோர்னியா Foot Hill Ranch-ல் அமைந்துள்ளது. சொற்ப அளவே நியூட்ரான் பங்கேற்கும் (aneutronic) சோதனை இணைவு ஆற்றல் உருவாக்கத்துக்காக நிறுவப் பட்டது. பிற இணைவு கருத்துப் படிவங்களை இணைத்து உருவாக்கப் பட்ட Field -Reversed Configuration அடிப்படையில் வடிவமைக்கப் பட்டுள்ளது. 2030க்குள் வணிகப் பயன்பாட்டு முன்வடிவ இணைவு அணு உலை தயாரிப்பு அதன் குறிக்கோள். 2017-ல் முதல் பிளாஸ்மா தயாரிப்பை எட்டியுள்ளது.

1998;:ஜப்பானிய JT 60 டோக்கமாக் உயர் செயல் திறன் பிளாஸ்மா தயாரித்து ஆற்றல் பெருக்க எண் 1.25 அளவை எட்டி உலக சாதனை படைத்தது.

National Ignition Facility

இது 1994-ல் திட்டமிடப்பட்டு லேசர் சார்ந்த ஜடத்துவ கட்டுறு இணைவில் செயல்படும் மிகப் பெரிய (3 கால் பந்து மைதானங்கள் கொண்ட ஸ்டேடியம் அளவினது) ஆராய்ச்சி அணு உலை. கலிஃபோர்னியாவின் Livermore National Laboratory-யில் 1997-ல் கட்டுமானம் தொடங்கிவிட்டபோதிலும் பல்வேறு காரணங்களால் 2009-ல்தான் கட்டிமுடிக்கப்பட்டது. 2012-வரை தீப்பற்றலுக்கான (ignition) நிபந்தனைகளில் மூன்றில் ஒரு பங்கே முடிந்திருந்த நிலையில் இத்திட்டம் கைவிடப்பட்டது.

1998;:ஜப்பானிய JT 60 டோக்கமாக் உயர் செயல் திறன் பிளாஸ்மா தயாரித்து ஆற்றல் பெருக்க எண் 1.25 அளவை எட்டி உலக சாதனை படைத்தது.

2000கள்

2006:சீனாவின் முதல் மிகைக் கடத்தி மின்காந்தம் பயன்படுத்தும் அணு உலை EAST-ன் (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) கட்டுமானம் நிறைவு பெற்றது.

2010: ஜெர்மனியில் 2010-ல் நடந்த HIF (Heavy Ion Fusion) கருத்தரங்கில் 2020க்குள் வணிகப் பயன்பாட்டுக்கு வரக்கூடிய தொழில் நுட்பம் அறிமுகப் படுத்தப் பட்டது

2012: JET அணு உலை பிளாஸ்மா உறுதியின்மையை கட்டுப்படுத்தி முன்னேறியுள்ளது.

2013-2014: சீனாவின் EAST மற்றும் US-ன் NIF குறிப்பிட்டத்தக்க முன்னேற்றம் கண்டுள்ளன.

2015: ஜெர்மனியின் சோதனை முயற்சியான ஸ்டெல்லாரேட்டர் வென்டெல்ஸ்டீன் 7- X சிக்கலான வடிவமைப்பைக் கொண்டுள்ள போதிலும் முதல் பிளாஸ்மா தயாரிப்பை எட்டி விட்டது.

2017: Tokamak Energy-யின் ST-40 அணு உலை முதல் பிளாஸ்மா தயாரிப்பை எட்டியுள்ளது.

கீழ் வரும் பத்திகளில் மிகைக் கடத்தி காந்த ஆராய்ச்சி மூலம் சிறு அணுஉலைக் கட்டுமானங்கள் எவ்வாறு சாத்தியமாகி வருகிறது என்பது பற்றியும் 2025-2050 களில் வணிகப் பயன்பாட்டு இணைவு அணு உலைகளின் வருகை பற்றியும் சுருக்கமாகச் சொல்லப்பட்டுள்ளது

மிகைக் கடத்தி (super conducting) காந்தங்கள் கண்டுபிடிப்பு

பிளாஸ்மா கட்டுப்பாட்டுக்கு மிக பிரம்மாண்டமான காந்தப் புலங்கள் தேவைப் பட்டன. அவற்றை உருவாக்க வழக்கமான மின் கடத்திகளைப் பயன்படுத்திய போது மின்தடை (Resistance) காரணமாக அதிக மின்ஆற்றல் செலவானது. பரிசோதனை அணு உலையின் உள்ளீடு மின்னாற்றல் குறைந்தால் தான்,சமநிலை (break-even) சாத்தியமாகும் என்று அணு உலை இயக்குநர்கள் கவலை அடைந்திருந்த அதே நேரம் மிகைக் கடத்தி மின் காந்தங்களின் ஆய்வு மற்றும் உருவாக்கப் பணிகளில் பெரும் பாய்ச்சல் நிகழ்ந்து கொண்டிருந்தது. குறிப்பாக HTS (High Temperature Super conducting) காந்த கண்டுபிடிப்பு முயற்சியில் பெரும்பாலான அறிவியலாளர்கள் ஈடுபட்டிருந்தனர்.

உயர் வெப்ப மிகை கடத்தி மின் காந்தம் – The Game changer

காந்தப் புலத்தின் செறிவை உயர்த்த உயர் வெப்ப மிகைக் கடத்துதிறன் (high temperature superconducting) காந்தப் பயன்பாடு ஆய்வுக்கு எடுத்துக் கொள்ளப் பட்டது. பொதுவாக, திரவ நைட்ரஜனின் கொதிநிலையான (77°K) வெப்ப நிலைக்குக் கீழ் இவை மிகைக் கடத்து திறன் கடத்திகளாக செயல்படக் கூடியவை. மிகு வெப்ப பிளாஸ்மாவை அடக்கியுள்ள அணு உலைகளுக்கு சில மீட்டர் தூரத்தில் பிளாஸ்மாவைத் தாங்கும் மின் காந்தங்கள் நிறுவப்பட வேண்டியிருப்பதால் அவை உயர் வெப்ப (77°K க்கு மேல்) சூப்பர் கடத்திகளாக இருக்க வேண்டிய அவசியம் ஏற்படுகிறது. மேலும் மிகைக் கடத்துகை மின் காந்தங்கள் மூலம் உருவாகும் வலிய காந்தப் புலம், அணு உலையின் கன பரிமாணத்தை வெகுவாகக் குறைத்துக் கொள்ள உதவுகிறது. அதனால் வணிகப் பயன்பாட்டு அணு உலைகள் உருவாக்கம் எளிதாகி பெரும் எண்ணிக்கையில் தாழ் திறன் அணுஉலைகள் தயாரிக்க முடியும். தொல் படிவ எரிபொருள் மின் நிலையங்களுக்கு பதிலாக அதே திறன் கொண்ட சிறு இணைவு உலைகளை அதே இடத்தில் நிறுவுவது எளிதாகி விடும்..

பெருகி வரும் உயர் வெப்ப மிகைக் கடத்தி கண்டு பிடிப்புகள்

1986-ல் இயற்பியலர்களான Georg Bednorz மற்றும் Karl Alex Muller, தங்கள் கண்டுபிடிப்பான பீங்கான் மூலப் பொருட்களைக் கொண்ட சில கூட்டுப் பொருட்கள் தனிச் சிறப்புடைய சூப்பர் மின் கடத்திகளாக 35°K (-238°C)-ல் செயல்படுவதாக அறிவித்தார்கள். இந்த கண்டுபிடிப்புக்காக அவர்களுக்கு 1987-ஆம் ஆண்டுக்கான இயற்பியல் நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது. அதனால் ஊக்குவிக்கப் பட்ட பிற தீவிர ஆராய்ச்சியாளர்களால் மேலும் உயர் வெப்ப நிலை (38°K மற்றும் 52°K) சூப்பர் மின் கடத்திகள் கண்டுபிடிக்கப் பட்டன. மேலும் இயற்பியலாளர்களுக்குரிய 100-ஆண்டுகள் பழமையான American Physical Society, 18-3-1987-ல் ஏற்பாடு செய்திருந்த உயர் வெப்ப மிகைக் கடத்து திறன் (High temperature superconductivity symposium) கருத்தரங்கில், 51 உயர் வெப்ப தொழில் நுட்பங்கள் அறிமுகப் படுத்தப் பட்டன. ReBCO (Rare Earth Barium Copper Oxide) -வும் அவற்றில் ஒன்று. 100°K வெப்பத்தில் சூப்பர் கடத்தியாக செயல் படக் கூடியது. அணு உலைகளில் உயர் வெப்ப மிகைக் கடத்தி மின்காந்தப் பயன்பாட்டுக்கு உகந்த பொருள் இது. ஆனால் மற்ற உயர் வெப்ப கடத்திகளைப் போல் இதுவும் எளிதில் உடையக் கூடிய பீங்கான் மூலப் பொருளைக் கொண்டிருந்ததால், வளையக் கூடிய மின் கடத்தியாகப் பயன்படுத்த முடியவில்லை.இதனால் மிகைக் கடத்து திறன் மின்கடத்திகள் சுருள்களாகவும் டெர்மினல்களில் சுற்றப்படும் கம்பிகளாகவும் இணைவு அணு உலைப் பயன்பாட்டுக்குக் கிடைக்க சில தசாப்தங்கள் காத்திருக்க வேண்டியிருந்தது.

புதிது புனையுநர் (innovator) Bob Mumgaard-ன் பங்களிப்பு

MIT(Massachusetts Institute of Technology)-யின் பிளாஸ்மா அறிவியல் மற்றும் இணைவு மையத்தின் (PSFC) தனித்தியங்கு கம்பெனியாக காமன்வெல்த் ஃபியூசன் சிஸ்டம்ஸ் 2018-ல் நிறுவப்பட்டது. கம்பெனியின் தலைமையிடம் கேம்பிரிட்ஜ், மசாசுஸ்ட்ட்ஸ். அதன் நோக்கம் அனைவராலும் ஒப்புக் கொள்ளப்பட்ட டோக்கமாக் கருத்துப் படிவத்தின்படி கச்சிதமான இணைவு மின்னாற்றல் நிலையத்தைக் கட்டுவது. இணை நிறுவனர் மற்றும் தலைமை செயல் அதிகாரி Bob mumgaard. அவர் 2015-ல் MIT யில் பயனுறு(Applied) பிளாஸ்மா இயற்பியல் முனைவர் பட்டம் பெற்றவர். படிக்கும்போதே, அப்போது வளர்ச்சி அடைந்து கொண்டிருந்த மென் படல (Thin film) தொழில் நுட்பத்தை உன்னிப்பாகக் கவனித்து வந்தார். அது சூரிய தகடுகள், சிலிக்கான் சில்லுகள் போன்ற பயன்பாடுகளுக்கு உகந்ததாக இருந்ததால் பெரு வளர்ச்சி கண்டதோடு மாறாத தொழில் நுட்ப மேம்பாடுகளையும் பெற்று வந்தது. இணைவு அணு உலையில் உயர் வெப்ப சூப்பர் கடத்தி மின் காந்தப் பயன்பாட்டுக்கு உகந்ததாக உயர் வெப்பத்தில் சூப்பர் கடத்தியாக செயல்படும் YBCO (yttrium barium copper oxide) என்னும் கண்டுபிடிப்பின் இயலாற்றலையும் அறிந்து வைத்திருந்தார். அதை மென்படலங்களாகத் தயாரித்து மின் சுற்றுகளாக்கி மேலதிக வலுவும் வினைத்திறனும் கொண்ட மின் தடையற்ற மின் காந்தங்களை உருவாக்கி இணைவு அணு உலைகளில் பயன்படுத்த முடியும் என்ற உள்ளொளி அவருக்குக் கிடைத்தது. அதில் வெற்றியும் அடைந்தார்.

காமன் வெல்த் ஃப்யூசன் சிஸ்டம்ஸ் முந்துகிறது

2021-ல் தலைமையக வளாகத்தில், MIT விஞ்ஞானிகள் நிர்மாண வேலைகளைத் தொடங்கும் CFS, 2 கட்டங்களில் கட்டுமானம் மற்றும் சோதனைகளை மேற்கொள்ளத் திட்டமிட்டுள்ளது. முதலாவது, உயர் வெப்ப சூப்பர் கடத்திகளால் இயங்கும் மாபெரும் திறன் மிகு மின்காந்த உருவாக்கம். இது மிக தனித்துவம் வாய்ந்ததாக அமைக்கப் பட்டுள்ளது. yttrium Barium Copper Oxide (YBCO) உயர் வெப்ப சூப்பர் கடத்தி பயன்படுத்தப்படுகிறது. YBCO -வால் தயாரிக்கப்பட்ட மின் கடத்திகளில் மின்சாரம் பாயும்போது பெரும் சக்தி வாய்ந்த காந்தப் புலங்களிலும் சூப்பர் கடத்தி தன்மை குறையாது செயல்படுகின்றன. பிளாஸ்மா-வின் வெப்பக் காப்பு (thermal insulation) அதிகரிக்க பெரும் சக்தி வாய்ந்த காந்தப் புலங்கள் அவசியம். அத்துடன் இதன் மூலம் டோக்கமாக்களின் செயல்திறன் மிகவும் மேம்பாடு அடைகிறது. YBCO சூப்பர் கடத்திகள் பல ஆண்டுகளாக பயன்பட்டு வந்திருந்தாலும், இணைவு சாதனத்துக்கேற்ற தரத்திலும் அளவிலும் வணிக ரீதியில் கிடைப்பது அண்மைக் காலத்தில் தான். இவ்வகை சூப்பர் கடத்திகளைப் பயன் படுத்தி பிளாஸ்மாவின் மையப் பகுதியில் 12T (டெஸ்லா) காந்தப் புல ஆற்றல் உருவாக்க முடிகிறது. (ITER -ல் 5T தான்). இதன் பயனாக ஆகியவை MIT மற்றும் CFS அமைக்கப் போகும் சிறு அணு உலையில் (ITER பரிமாணத்தின் 2%) இணைவு ஆற்றல் மற்றும் நிகர ஆற்றல் ஆதாயம் ஆகியவை துரிதப் படுத்தப் பட்டுவிடும். கட்டுமானத்தின் அடுத்த கட்டம், சூப்பர் கடத்தி மின் காந்தத்தை, MIT-யால் உருவாக்கப் பட்ட SPARC (Smallest Private-funded Affordable Robust Compact) டோக்கமாக் இணைவு அணு உலையில் உருமாற்றும் (transformative) அங்கமாகப் பயன்படுத்தி உள்ளீடு ஆற்றலை விட அதிக ஆற்றல் உருவாக்குவது.. CFS கட்டுமானம் செய்யும் SPARC டோக்கமாக் அணு உலைகள் ஒரு வாலிபால் திடல் அளவுக்கு இடத்தை நிரப்பக் கூடியதாக இருக்கும். அணு உலை 2025-க்குள் செயல்படத் தொடங்கும் என்கிறார், Mumgaard, CFS-ன் CEO. இது கச்சிதமானதும் சிக்கனமானதுமாக இருப்பதால், வணிக பயன்பாட்டுக்குகந்த அணு உலையாக ஏற்கப்படும் சாத்தியம் இருக்கிறது

அணு உலை திட்டங்களின் நிகழ் நிலை

பன்னாட்டுக் கூட்டுறவு மெகா திட்டங்கள்

1.இன்டர்நேஷனல் தெர்மோ நியூக்ளியர் எனர்ஜி ரியாக்டர் (ITER): அணு உலை என்று சொல்லப் பட்டாலும், இது வழக்கமான பயன்பாட்டுக்குரிய அணு உலை அல்ல. பிளாஸ்மா மூலம் ஆற்றலில் நிகர ஆதாயம் பெற முடியும் என்பதை நிரூபிக்க நிறுவப்பட்டு வரும் சோதனை அணு உலை மட்டுமே. இதை அடுத்து demo-ஆற்றல் நிலையம் நிறுவப்படும்.

ITER திட்ட மைல் கற்கள்

2001-ல் எந்திரவியல் வடிவமைப்பு ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது.

2003-ல் சைனா மற்றும் ரிபப்ளிக் கொரியாவும் 2005-ல் இந்தியாவும் இணைந்ததால், உறுப்பினர் எண்ணிக்கை 35 ஆக உயர்ந்தது.

2005-ல் ITER திட்ட அணுஉலை கட்டுமானம் பிரான்ஸ் நாட்டின் Cadarache என்னுமிடத்தில் மேற்கொள்ளப் போகும் பிரேரணை ITER உறுப்பினர்களால் ஒருமனதாக ஏற்கப்பட்டது.

2007-ல் தற்போதைய ஒப்பந்தம் கையொப்பமிடப்பட்டது.

2013-ல் கட்டுமான வேலைகள் தொடங்கின.

2017-ல் முதல் பிளாஸ்மா தயாரிப்புக்கான கட்டுமானப் பணிகளில் 50% முடிவடைந்திருந்தது

அண்மைச் செய்தி: 1000 tonne எடை கொண்ட உலகின் மிகப் பெரிய காந்தம் கலிபோர்னியாவிலுள்ள General Atomics Factory யிலிருந்து பிரான்ஸ்-ல் உள்ள ITER அமைவிடத்துக்கு எடுத்து செல்லப் படுகிறது.

ஆரம்ப கட்ட ITER இயக்கங்கள் 2025-க்குள் முடியும் என்றும் DT இணைவுகள் 2035-ல் மேற்கொள்ளப் படும் என்றும் இலக்கு வைக்கப் பட்டுள்ளது.

டெமோ -பிளான்ட் – இணைவு ஆற்றலை மின்னாற்றல் ஆக்குவது 2050 அல்லது அதன் பின்னர்.

Q-factor=10 (estimated value)

2. ஐரோப்பிய இணைவு அணு உலை திட்டங்கள்

2.1 UKAEA(UK Atomic Energy Authority & EURATOM (European Ato-mic Energy Community) என்னும் அமைப்புகளின் கோள வடிவ டோக்கமாக் சோதனைகள்

UK AEA மற்றும் EURATOM இணைந்து உருவாக்கிய முதல் கோளவடிவ டோக்கமாக் திட்டம் Small Tight Aspect Ratio Tokamak (START) என்றழைக்கப் பட்டது. இதில் (1991-1998) காலகட்டத்தில் பரிசோதனைகள் மேற்கொள்ளப் பட்டன. திட நம்பிக்கையுடன் செய்திருந்த முன்னுரைப்புகளை விட START-ன் செயல் திறன் அளவு கடந்து இருந்ததால் அதை மேலும் உறுதி செய்ய Mega Ampere Spherical Tokamak (MAST)- என்ற பெரிய அளவு சோதனை இணைவுத் திட்டம் ஆரம்பிக்கப் பட்டது. அதன் வடிவமைப்புப் பணிகள் 1995-1997 ஆண்டுகளில் மேற்கொள்ளப்பட்டன. 1997-1999 ஆண்டுகளில் கட்டுமானப் பணிகள் நிறைவேறின. 1999-ல் முதல் பிளாஸ்மா தயாரிப்பு நடந்தது. 2013 வரை MAST-ல் பிளாஸ்மா சோதனைகள் தொடர்ந்தன. 2013-ல் மேம்படுத்தலுக்காக MAST அணு உலை மூடப்பட்டது. MAST-ன் புதிய பதிப்பின் வடிவமைப்பு 2013-ல் தொடங்கியது. அணு உலையின் சூடாக்கும் திறன், பிளாஸ்மா மின்னோட்டம், காந்தப் புலம் மற்றும் துடிப்பு (pulse) நீளம் ஆகிய கூறுகளை புதிய பதிப்பு பெருக்கும் என எதிர் பார்க்கப் பட்டது. 2020-ல் MAST-ன் புதிய பதிப்பு செயல்பட ஆரம்பித்தது.இதன் தொடர்ச்சியாக அடுத்த தலை முறைக்குரிய STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) திட்டம் 2019-ல் உருவானது. இத்திட்டம் 2040-ல் ஆற்றல் உற்பத்தி செயல் பாட்டை தொடங்கலாம் என எதிர்பார்க்கப் படுகிறது.

2.3 UKAEA & General Fusion

2021 ஜூனில் UK அணுவாற்றல் ஆணையம் (UKAEA-Atomic Energy Authority), தன் Culham campus-ல் இணைவு Demonstration plant அமைக்க General Fusion கம்பெனியுடன் ஒப்பந்தம் போட்டுள்ளது. Demo plant-ல் General Fusion கம்பெனியின் தனி உரிமைத் தொழில் நுட்பமான Magnetised Target Fusion( MTF) பயன் படுத்தப் படும். 70% அளவு demo பிளான்ட் 2023-ல் தயாராகி விடும். அத்துடன் MTF தொழில் நுட்பமும் மதிப்பிடப் படும். வணிகப் பயன்பாடு அணு உலை கட்டுமானம் 2025-ல் நிறைவு பெறும்.

தனியார் இணைவு நிறுவனங்கள்

1.TAE டெக்னாலஜிஸ் : அடுத்த 5 ஆண்டுகளில் வணிகப் பயன்பாட்டுக்கு வரக் கூடும

2. காமன்வெல்த் பியூசன் சிஸ்டம்ஸ் : இணைவு வினைமுறை ஆரம்பம் 2025 க்குள

3. டோக்கமாக் எனர்ஜி : 2021 இறுதியில் பிளாஸ்மா வெப்பம் 100 மில்லியன் °C எட்டப்படும்.

4. First light fusion(oxford பல்கலையின் தனித்தியங்கு கம்பெனி)-2024-ல் ஆற்றல் சமநிலை

முடிவுரை

இயற்கையைப் படியெடுக்கும் முயற்சிகள் தோல்வியில் முடிவதில் வியப்பேதுமில்லை. செயற்கை மழை ஆராய்ச்சி தோல்வி ஒரு எடுத்துக்காட்டு. ஏனெனில் சில முக்கிய காரணிகளின் தடயங்கள், தருணங்கள் ஆராய்ச்சியாளரின் கண்களுக்குப் புலப்பட மாட்டா. அணுக்கரு இணைவிலும் இயற்கை ஒரு மாயத்தை நிகழ்த்தி வருகிறது. ஆராய்ச்சியாளர்களால் இன்னும் அதைக் கண்டு பிடிக்க முடியவில்லை.இணைவு அணு உலைகள் சமநிலை (break -even) அடைவதற்கே திண்டாட வேண்டியிருக்கிறது. பன்னாட்டு இணைவு ஆற்றல் உற்பத்தி திட்டங்கள் (ITER/JET) எதுவும் 2025க்குமுன் வெற்றியடைய வாய்ப்பில்லை. 2025-ல் சில தனியார் நிறுவனங்களின் வணிகப் பயன்பாட்டுக்கான சிறு இணைவு அணு உலைகள் சாத்தியமாகலாம். அதுவே நமது நம்பிக்கை மிக்க எதிர்பார்ப்பு. இணைவு அணு உலைகள் மின்னுற்பத்தியில் இறங்கினால் தான் தொல் படிவ எரிபொருள் பயன்படுத்தும் மின்னுற்பத்தி நிலையங்களை மூட முடியும். 2018-ல் IPCC (Inter-Governmental Panel on Climate Change) வெளியிட்ட 1.5 °C அறிக்கையின்படி, பிற்கால வெப்ப ஏற்றம் 1.5°C வரம்புக்குள் இருக்க வேண்டுமானால், 2050க்குள் உலகின் பசுங்குடில் வாயு உமிழ்வுகளின் நிகர மதிப்பு பூஜ்யம் (Net Zero) ஆகக் குறைய வேண்டும். ஆனால் எந்த ஒரு டெமோ இணைவு மின் உற்பத்தி நிலையமும் இது வரை ஒருதடவை கூட செயல்படு நிலைக்கு வரமுடியாத நிலையில், வணிகப் பயன்பாடு இணைவு மின்னுற்பத்தி நிலையங்கள் பெருமளவில் நிறுவப்பட்டு பசுங்குடில் வாயு உமிழ்வைத் தடுத்துக் கொள்வது சாத்தியமில்லை. மேலும் 2050-ல் நிகர மதிப்பு பூஜ்யமாக்கும் இலக்கு, இப்போதிலிருந்து 2050 வரை கரிம உமிழ்வுகள் மாறாத விகிதத்தில் குறைந்து வரும் என்ற நினைப்பில் உறுதிசெய்யப்பட்டது. எனவே இணைவு ஆற்றலுக்காகக் காத்திராமல் கரிமக்கவர்வு/மறுகவர்வு (capture/recapture) மற்றும் கரிம சேமிப்பு(storage) முறைகளைப் பயன்படுத்தி வளிமண்டலக் கரிம உமிழ்வை கட்டுக்குள் கொண்டு வரவேண்டும். பருவநிலை மாற்றம் மிக முக்கியமான பிரச்னை. அதை கடைசி நிமிட தீர்வுக்கு தள்ளிவைக்கக் கூடாது. 70 ஆண்டுகளாக நடை பெற்று வரும் இணைவு ஆராய்ச்சியிலும் மேலும் பின்னடைவுகள் ஏற்படலாம். இணைவு ஆற்றல் காலம் கடந்து கிடைத்தாலும் வரவேற்போம். அதன் வருகையே வருங்கால கரிமமில்லா உலகின் ஆதாரமாக இருக்கப்போகிறது.

தொழில்நுட்பச் சொற்கள்

பிளாஸ்மா : இது பொருளின் 4 அடிப்படை நிலைகளில் ஒன்றாகக் கருதப்படுகிறது.பிறநிலைகள் திட, திரவ, வாயு நிலைகள் எனப்படுபவை. பிளாஸ்மா அயனிகளை உள்ளடக்கிய வாயு நிலை. சுற்றுப்பாதை எலக்ட்ரான்கள் கழன்ற அணு மற்றும் மூலக்கூறுகள் அயனிகள் (ions) எனப்படும்.

ஹைட்ரஜன்: தனிமம், வேதிப் பொருள், குறியீடு-H, அணு எண்-1, எரித்தால் நீர் உண்டாவதால் நீரியம் என்றும் அழைக்கப் படுகிறது.ஹைட்ரஜன் அணு ஒரு புரோட்டான், ஒரு எலக்ட்ரான் கொண்ட அமைப்பு.அணுக்கருவில் நியூட்ரான் கிடையாது. அனைத்து தனிமங்களிலும் இலகுவானது. தனிம அட்டவணையில் முதல் இடத்தில் இருக்கிறது.

ஐசோடோப்கள் : ஒரு வேதிப் பொருளின் திரிபு உருக்கள்; அவை முதன்மை உருவில் உள்ளதைப் போல் சர்வசம எண்ணிக்கையில் புரோட்டான் /எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டிருந்தாலும், நியூட்ரான் எண்ணிக்கையில் வேறுபட்டிருக்கும்

ஹைட்ரஜன் ஐசோடோப்கள் : பொதுப் பயன்பாட்டில், ஹைட்ரஜனின் இரு ஐசோடோப்கள் தனித்த பெயர்களைக் கொண்டிருக்கின்றன: டியூட்டிரியம், ட்ரிட்டியம்

டியூட்டிரியம்: குறியீடு : 2H அமைப்பு :1புரோட்டான் ,1நியூட்ரான் ,1 எலக்ட்ரான

ட்ரிட்டியம் : குறியீடு 3H,அமைப்பு: 1புரோட்டான் 2 நியூட்ரான்,1எலக்ட்ரான்

ஹீலியம் : குறியீடு He, அணு எண் 2, இலகு நிறை. அண்டத்தில் ஹைட்ரஜனுக்கு அடுத்தபடியாக நிறைந்துள்ள நிலையான தனிமம். அமைப்பு : புரோட்டான்கள் 2,நியூட்ரான்1, எலக்ட்ரான் 2

லித்தியம்: குறியீடு Li ,அணு எண் 3,அமைப்பு :புரோட்டான்கள் 3, நியூட்ரான் 3 -4,எலக்ட்ரான்3

coulomb barrier(கூலூம் தடை): எலக்ட்ரான்கள் விலகிய நிலையில் பிளாஸ்மாவில் இருக்கும் அணுக்கருக்கள் அனைத்தும் நேர்மின்சுமை கொண்டிருப்பதால் நிலை மின்னியல் கவர்ச்சி விசையின் (static electricity attractive force) காரணமாக, அவை அருகருகே வரும்போது ஒத்த மின்னூட்டத்துக்கான விலக்கு விசை ஏற்படும். இந்த விசை coulomb தடை எனப் படுகிறது. உயர் வெப்ப நிலையின்(10^ 7 K -10^ 9 K) காரணமாக அணுக்கருக்களின் இயக்க ஆற்றல் (kinetic energy) பெருகும்போது தடை மீறி அணுக்கரு இணைவு ஏற்படும்

தீப்பற்றல் (Ignition): தன் ஆற்றலாலேயே தான் இயங்க வல்ல, இணைவு வினை முறை தொடங்கி வைக்க தேவைப்படும் ஆற்றலைவிடப் பன்மடங்கு அதிக ஆற்றல் உற்பத்தி செய்கிற நிலை

வெப்ப நிலை: கெல்வின் (K) /சென்டிகிரேடு (C) முறைகளில் சொல்லப்பட்டுள்ளன 0°K= -273°C

TESLA (T) – காந்தப் புல வலிமையின் அலகு (1 T =1 weber /meter square)

Mole : standard unit in Chemistry for measuring large quantities of very small entities such as atoms, molecules etc

1 mole = 602214076X 10^23 particles.. This number is called AVOGADRO’s number.

MeV : மில்லியன் எலக்ட்ரான் வோல்ட் ; 1ev = the amount of kinetic energy gained by a single electron accelerating from rest through an electric potential difference of 1 volt. 1 ev=1.602176634X 10^(-19) joule

Joule: ஆற்றலுக்கான வருவிக்கப்பட்ட அலகு; 1 joule=1newton-meter. It is also the energy dissipated as heat when an electric current of one ampere passes through a resistance of one ohm for one sec.

Q-Value: அணு உலையின் ஆற்றல் ஆதாயம் அளவை ; வெளியீடு ஆற்றல் / பிளாஸ்மா தயாரிப்புக்கான உள்ளீடு ஆற்றல். Q =1 for break-even

References:

https://www.euro-fusion.org/fusion/history-of-fusion

https://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_nuclear_fusion

https://spectrum.ieee.org/energy/nuclear/5-big-ideas-for-making-fusion-power-a-reality7

https://www.laphamsquarterly.org/technology/fusion-magic

https://theconversation.com/nuclear-fusion-building-a-star-on-earth-is-hard-which-is-why-we-need-better-materials-155917

https://www.getintonuclear.com/post/nuclear-fusion-definition

Series Navigation<< புவி எனும் நம் கோளின் தனிச் சிறப்புகள்இரண்டாவது சூரியன் >>

8 Replies to “அணுக்கரு இணைவு – கதிரவனைப் படியெடுத்தல்”

  1. மிகச் செறிவாகவும், தெளிவாகவும், அறிந்து கொள்ளும் வகையில் எளிமையாகவும், எழுதப்பட்டுள்ள கட்டுரை. சற்றேறக்குறைய ஒரு மாதத்திற்கு முன் சீனா தன் ஃப்யூஷன் ரியாக்டரில், 120 மில்லியன் செல்சியஸ் வெப்பத்த்தில், 101 விநாடிகளுக்கு பிளாஸ்மா வினையாற்றலைச் சாதித்துள்ளது. ஒரு வருடம் முன்பாக சொல்வனத்தில்( 15 டிச 2019) இந்த தொழில் நுட்பத்தைப் பற்றி இரண்டாம் சூரியன் எனும் சிறு குறிப்பு குளக்கரை பகுதியில் வெளியானது

  2. மிக்க நன்றி பானு நடராஜ் அவர்களே, இரண்டாம் சூரியன் என்ற தலைப்பிட்ட உங்கள் குளக்கரைக் கட்டுரையையும் படித்தேன். 35 நாட்டுக்களின் கூட்டுறவில் உருவாகும் ITER பற்றி அதிக விவரங்கள் கிடைக்க வில்லை.சமநிலை (break-even) பெறுவதே கடினம் என்றிருக்கையில், ITER எரிபொருள் செலவினங்கள் போல் 10 மடங்கு ஆற்றல் வெளிப்படுத்த எப்படி முடியும்? தனியார் மேற்கொள்ளும் அண்மைய சிறு அணு உலைத் திட்டங்கள் முந்தும் என்றே உணர்கிறேன். எவர் வென்றாலும் நன்மைக்கே.

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.