അണുസംയോജനം

ഊർജ്ജതന്ത്രവും രസതന്ത്രവും പ്രകാരം, രണ്ടോ അതിൽ കൂടുതലോ അണുകേന്ദ്രങ്ങൾ (ന്യൂക്ലിയസുകൾ) സംയോജിപ്പിച്ച് ഒന്നോ അതിലധികമോ വ്യത്യസ്ത അണുകേന്ദ്രങ്ങളും ഉപഅണുകണങ്ങളും രൂപപ്പെടുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനമാണ് ആണവ സംലയനം അഥവാ അണുസംയോജനം അഥവാ ന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ എന്ന് പറയുന്നത്, ഇതിന്റെ കൂടെ ഊർജ്ജം ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുകയോ സ്വീകരിക്കപ്പെടുകയോ ചെയ്യുന്നു. ഇരുമ്പിനും നിക്കലിനുമാണ് ഏറ്റവും ശക്തിയേറിയ അണുകേന്ദ്രങ്ങളുള്ളത്. സാധാരണയായി ഇരുമ്പിനേക്കാൾ ഭാരം കുറഞ്ഞ അണുക്കളുടെ സംയോജനം ഉർജ്ജം ഉല്പാദിപ്പിക്കുകയും ഇരുമ്പിനേക്കാൾ ഭാരം കൂടിയ അണുക്കളുടെ സംയോജനം ഊർജ്ജം സ്വീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

അണുസം‌യോജനം മൂലം ഊർജ്ജം താപരൂപത്തിലാണ്‌ പുറന്തള്ളപ്പെടുന്നത്. സൂര്യനിലും, തെർമോന്യൂക്ലിയർ ആയുധങ്ങളിലും, തെർമോന്യൂക്ലിയർ നിലയങ്ങളീലും ഊർജ്ജം ഉല്പ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത് അണുസം‌യോജനപ്രക്രിയവഴിയാണ്‌. ഫിഷനിൽ യുറേനിയം പോലുള്ള ഭാരമേറിയ ആറ്റം, വലുപ്പം കുറഞ്ഞ രണ്ടോ അതിൽ കൂടുതലോ ആറ്റങ്ങളായി വിഘടിച്ച് ഊർജ്ജം പുറത്തുവിടും. എന്നാൽ ഫ്യൂഷനിൽ നേരെ തിരിച്ചുള്ള പ്രവർത്തനമാണ്. വലുപ്പം കുറഞ്ഞ രണ്ട് ആറ്റങ്ങൾ സംയോജിച്ച് ഒരു വലിയ ആറ്റം രൂപീകരിക്കപ്പെടുകയും വലിയ തോതിൽ ഊർജ്ജ പ്രവാഹം നടക്കുകയും ചെയ്യും.

സൂര്യനിൽ ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റങ്ങളുടെ സംയോജനം വഴിയാണ് ഊർജ്ജ ഉൽപാദനം. എന്നാൽ,വളരെ ഉയർന്ന താപനില, പ്ലാസ്മ സമ്മർദം എന്നിവ ആവശ്യമായതിനാലും ഇതു പ്രായോഗികതലത്തിൽ സൃഷ്ടിക്കുക ബുദ്ധിമുട്ടായതിനാലും ഫ്യൂഷൻ നിലയങ്ങളിൽ ഹൈഡ്രജന്റെ ആറ്റമിക വകഭേദങ്ങളായ ഡ്യൂറ്റീരിയവും ട്രീറ്റിയവും തമ്മിലുള്ള സംയോജനമാണ് നടത്തുന്നത്.ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറുകളിൽ അതിതാപനിലയുള്ള പ്ലാസ്മ ഉടലെടുക്കും. ഘരവസ്തുക്കൾക്ക് ഇതിനെ വഹിക്കാനുള്ള ശേഷിയില്ല. അതിനാൽ പ്ലാസ്മയെ കാന്തികമണ്ഡലത്തിൽ അടക്കി തൂക്കിനിർത്തുകയാണു ചെയ്യുന്നത്. മാഗ്നറ്റിക് കൺഫൈൻമെന്റ് എന്ന് ഇതറിയപ്പെടുന്നു. ന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ തുടങ്ങുന്നതിനും പ്ലാസ്മ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന കാന്തികമണ്ഡലം നിലനിർത്തുന്നതിനും ഉയർന്ന തോതിൽ ഊർജ്ജം ആവശ്യമാണ്. നിലവിലുള്ള പരീക്ഷണ റിയാക്ടറുകളിൽ ഫ്യൂഷൻവഴി ഉൽപാദിപ്പിക്കുന്ന ഊർജ്ജം അവ പ്രവർത്തിപ്പിക്കാൻ ആവശ്യമായ ഊർജ്ജത്തെക്കാൾ കുറവാണ്. ഇതിനാലാണ് ആദായകരമായ ഊർജ്ജം (നെറ്റ് എനർജി ഗെയിൻ) ലഭിക്കാത്തത്.പ്ലാസ്മയെ കാന്തികമണ്ഡലത്തിൽ തൂക്കിനിർത്തുന്നതിനു പകരം ഇനേർഷ്യൽ കൺഫൈൻമെന്റ് എന്ന മറ്റൊരു രീതിയാണ് പുതിയ പരീക്ഷണത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. വളരെ ചെറിയ അളവിലുള്ള ഡ്യുട്ടീരിയം, ട്രീറ്റിയം സംയുക്തങ്ങളുടെ ചെറു ഉരുളകളുണ്ടാക്കി, അവയെ ശക്തിയുള്ള ലേസർ ഉപയോഗിച്ച് ചൂടാക്കി. ഇത് ഉരുളകളുടെ പുറംപാളിയിൽ സ്ഫോടനം സൃഷ്ടിച്ചു. അതുവഴി ശക്തമായ ഊർജ്ജപ്രസരണം ഉണ്ടായി. അത് ഡ്യുട്ടിരീയം– ട്രീറ്റിയം ആണവസംയോജനം സാധ്യമാക്കി ആദായകരമായ ഊർജ്ജം നൽകുന്ന അവസ്ഥയിലെത്തിച്ചു. 2 മെഗാജൂൾ ഊർജ്ജം അങ്ങോട്ടു കൊടുത്തപ്പോൾ 3 മെഗാജൂൾ ഇങ്ങോട്ടുകിട്ടി. ലാഭം ഒരു മെഗാജൂൾ (പത്തു ലക്ഷം ജൂൾ.ഊർജ്ജം അളക്കുന്ന യൂണിറ്റാണ് ജൂൾ).

നിലവിൽ യുഎസിലെ ലോറൻസ് ലിവർമോർ ലബോറട്ടറിയിലാണ് ആദായകരമായ ഊർജോൽപാദനം സാധ്യമായത്. ഈ പ്രക്രിയയുടെ ദൈർഘ്യം നാനോസെക്കൻഡുകൾ മാത്രമാണ്. നമുക്ക് വൈദ്യുതി ഉൽപാദിപ്പിക്കണമെങ്കിൽ നിരന്തരമായി ഊർജോൽപാദനം വേണം. അതിനായി ആണവനിലയങ്ങളിൽ ഫ്യൂഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ വികസിപ്പിച്ചെടുക്കണം. അതിന് ‌ഒരുപാടു ഘട്ടങ്ങൾ വേണ്ടിവരും, സമയവുമെടുക്കും.

ഫ്യൂഷന്റെ ഗുണങ്ങൾ

1. ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറുകൾക്കായി പരിധിയില്ലാത്ത ഇന്ധനം പ്രകൃതിയിലുണ്ട്. പ്രപഞ്ചത്തിൽ വ്യാപകമാണ് ഹൈഡ്രജൻ; അതിന്റെ വകഭേദമായ ഡ്യൂട്ടീരിയം സമുദ്രജലത്തിൽ നിന്നു വേർതിരിച്ചെടുക്കാം. ഹെവിവാട്ടർ റിയാക്ടറുകൾ, ലിഥിയം ഉപയോഗിച്ച് ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറുകളിൽ നടത്തുന്ന ബ്രീഡിങ് എന്നിവ വഴി ട്രീറ്റിയവും ലഭിക്കും.

1. ദീർഘകാലം ആണവ വികിരണശേഷിയുള്ള ഉപോൽപന്നങ്ങളും മാലിന്യങ്ങളും ഫിഷൻ റിയാക്ടറുകളിൽ ഉടലെടുക്കാം. എന്നാൽ ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറിൽ ഈ പ്രശ്നമില്ല.

1. ആണവ അപകടങ്ങൾ ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറുകളിൽ സംഭവിക്കില്ല. ഫിഷൻ റിയാക്ടറുകളിൽ പ്രവർത്തനം നിർത്തിയ ശേഷവും, ആണവപ്രവർത്തനങ്ങൾ കുറഞ്ഞതോതിൽ നടക്കുകയും ഊർജം ഉൽപാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും.

ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറുകൾ അത്യാവശ്യഘട്ടത്തിൽ, ഊർജസ്രോതസ്സുകൾ നീക്കി പ്രവർത്തനം അവസാനിപ്പിക്കാം. ആഗോളതാപനത്തിനു വഴിവയ്ക്കുന്ന കാർബൺ ഡയോക്സൈഡും മറ്റു ഹരിതഗൃഹ വാതകങ്ങളും പുറത്തുവിടാത്തതിനാൽ ആണവോർജം ശുദ്ധോർജമായാണ് കണക്കാക്കുന്നത്.

പശ്ചാത്തലം

രണ്ടോ അതിൽ കൂടുതലോ അണുകേന്ദ്രങ്ങൾ (ന്യൂക്ലിയസുകൾ) സംയോജിപ്പിച്ച് ഒന്നോ അതിലധികമോ വ്യത്യസ്ത അണുകേന്ദ്രങ്ങളും ഉപഅണുകണങ്ങളും രൂപപ്പെടുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനമാണ് ആണവ സംലയനം അഥവാ ന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ. പരീക്ഷണത്തിൽ ഉൾപ്പെടുന്ന അണുകേന്ദ്രങ്ങളുടെയും പരീക്ഷണത്തിൽ ഉണ്ടാകുന്ന അണുകേന്ദ്രങ്ങളുടെയും ദ്രവ്യമാനത്തിലെ വ്യത്യാസം ഊർജത്തിന്റെ അളവിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിനു മുമ്പും ശേഷവും അണുകേന്ദ്രങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള അണു ബന്ധന ഊർജത്തിലെ വ്യത്യാസം ദ്രവ്യമാനത്തിലെ വ്യത്യാസത്തിനു കാരണമാകുന്നു. ഈ ദ്രവ്യമാനമാണ് ഊർജമായി പുറംതള്ളുന്നത്‌. ഹൈഡ്രജൻ ഹീലിയമായി മാറുന്ന പ്രവർത്തനമാണ് നക്ഷത്രങ്ങളുടെ ഊർജത്തിനു കാരണം. ലഘു അണുകേന്ദ്രങ്ങളുടെ സംയോജനത്തിലൂടെ വലിയ അളവിലുള്ള ഊർജം പുറപ്പെടുവിക്കാമെന്നും തിരിച്ചറിഞ്ഞു. സൈദ്ധാന്തികമായ പഠനപ്രവർത്തനമായിരുന്നു ഈ അനുമാനങ്ങൾക്കു പിന്നിൽ. പിന്നീട് ഫ്യൂഷൻ ആയുധങ്ങളിൽ തുടർച്ചയായി ഉണ്ടാകുന്ന അണുസംലയനം സാധ്യമായി. എന്നാൽ ഇതുപയോഗിച്ച് ഊർജം എങ്ങനെ നേടാനാകും എന്ന ചോദ്യത്തിനു തൃപ്തികരമായ മറുപടി ലഭ്യമായിരുന്നില്ല.

ഇത്രയും വലിയ ആണവ പ്രവർത്തനത്തെ നിയന്ത്രിച്ച് വരുതിയിലാക്കി നമുക്കാവശ്യമായ തോതിൽ ഊർജം സമ്പാദിക്കുന്നതെങ്ങനെ എന്നതും ശാസ്ത്രജ്ഞരെ ദശകങ്ങളോളം കുഴക്കിയ ചോദ്യമായിരുന്നു. ഇവിടെയാണ്‌ യുഎസ് നാഷനൽ ഇഗ്നിഷൻ ഫസിലിറ്റി ഡിസംബർ അഞ്ചിന് നേടിയ പരീക്ഷണ വിജയത്തിന്റെ പ്രസക്തി. അവർ നടത്തിയ ന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ പരീക്ഷണത്തിൽ ഇഗ്നിഷൻ എന്ന പ്രതിഭാസം കൈവരിക്കാനായി. ഈ പ്രവൃത്തിയിൽ ഉപയോഗിച്ചതിനേക്കാൾ കൂടുതൽ ഊർജം സൃഷ്‌ടിക്കുന്ന ആണവ പ്രതിപ്രവർത്തനം സാധ്യമായി. അണു സംലയനത്തെ ഭാവിയിലെ ഊർജ സ്രോതസ്സാക്കി മാറ്റാനുള്ള ആദ്യത്തെ ശ്രമമാണിത്.

ഗവേഷണങ്ങൾ

ലോകത്ത് പലയിടങ്ങളിലും ഫ്യൂഷൻ ഗവേഷണങ്ങൾ നടക്കുന്നുണ്ട്. ഇതിനു വലിയ ഉദാഹരണമാണ് ഈറ്റർ (ITER). 35 രാജ്യങ്ങളുടെ പരിശ്രമത്തിലൂടെ നിർമിക്കുന്ന വലിയ ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറാണ് ഈറ്റർ. പ്ലാസ്മയെ കാന്തികമായി തൂക്കിനിർത്തുന്നതരം പദ്ധതികളിൽ ഉൾപ്പെട്ടതാണിത്. 2035ൽ ആദായകരമായ ഊർജോൽപാദനം നടത്താൻ ഈറ്റർ ലക്ഷ്യമിടുന്നു.

സ്വകാര്യ നിക്ഷേപകരും രംഗത്തുണ്ട്. യുഎസിലെ മാസച്യുസിറ്റ്സ് ആസ്ഥാനമായുള്ള കോമൺവെൽത്ത് ഫ്യൂഷൻ സിസ്റ്റംസ് (സിഎഫ്എസ്) മാസച്യുസിറ്റ്‌സ് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്‌നോളജി(MIT)യുമായി ചേർന്ന് ആണവ ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടർ സ്പാർക്കിന്റെ (SPARC) നിർമാണത്തിലാണ്. 2025ൽ ആദായകരമായ ഫ്യൂഷൻ ഊർജം സൃഷ്ടിക്കാൻ ഇവർ ലക്ഷ്യമിടുന്നു. യുകെയിലെ കുൽഹാം ആസ്ഥാനമായുള്ള ടോകാമാക് എനർജി, കാനഡ ആസ്ഥാനമായുള്ള ജനറൽ ഫ്യൂഷൻ തുടങ്ങിയവരെല്ലാം ഈ മേഖലയിലെ പ്രബലരാണ്.

അവലംബം

• ഡോർലിങ് കിൻഡർസ്ലെയ് - കൺസൈസ് എൻസൈക്ലോപീഡിയ സയൻസ് - ലേഖകൻ: നീൽ ആർഡ്‌ലി

കൂടുതൽ അറിവിന്‌

The deuterium-tritium (D-T) fusion reaction is considered the most promising for producing fusion power. From the top: 1. the D and T nuclei are accelerated towards each other at thermonuclear speeds/temperatures; 2. they combine to create an unstable Helium-5 nucleus; 3. the He-5 nucleus decays, resulting in the ejection of a neutron and repulsion of the He-4 nucleus, both with high energies.

• അണുകേന്ദ്രഭൗതികം
• അണുവിഘടനം
• ആണവായുധം