75 वर्षों से, पृथ्वी पर सौर-जैसे संलयन को पुन: उत्पन्न करना एक सपना रहा है। दुनिया भर के वैज्ञानिकों और इंजीनियरों की टीमों ने विभिन्न संलयन विधियों पर अरबों डॉलर खर्च किए हैं, लेकिन "शुद्ध ऊर्जा लाभ" मील के पत्थर तक पहुंचने के लिए लंबे समय से संघर्ष किया है।
हालाँकि, एक साल पहले तक यह सब बदल गया था।
5 दिसंबर, 2022 को, लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी (एलएलएनएल) में नेशनल इग्निशन फैसिलिटी (एनआईएफ) में, दुनिया के सबसे बड़े और उच्चतम ऊर्जा वाले लेजर ने 192 लेजर बीम दागे और उन्हें एक काली मिर्च के आकार के लक्ष्य पर इंगित किया, जिससे एक छोटा "सूरज" बना। " धरती पर। लक्ष्य पर 2.05 मेगाजूल लेजर ऊर्जा फायर करने के बाद, प्रयोग ने 3.15 मेगाजूल ऊर्जा उत्पादन उत्पन्न करके संलयन ईंधन को प्रज्वलित करने की तुलना में अधिक संलयन ऊर्जा उत्पन्न की - जो दशकों में एक बड़ी वैज्ञानिक सफलता है।
लेजर ऊर्जा सीमा को फिर से तोड़ना
खुशी की बात है कि संयुक्त राज्य अमेरिका में लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी (एलएलएनएल) में राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा (एनआईएफ) ने हाल ही में लेजर ऊर्जा के लिए एक और नया रिकॉर्ड बनाया - पहली बार इग्निशन लक्ष्य पर 2.2 मेगाजूल (एमजे) उत्सर्जित किया।
30 अक्टूबर को किए गए नए रिपोर्ट किए गए प्रयोग ने 3.4 एमजे संलयन ऊर्जा का उत्पादन किया, इग्निशन हासिल किया और एनआईएफ में अब तक की दूसरी सबसे बड़ी न्यूट्रॉन उपज का उत्पादन किया।
नेशनल इग्निशन फैसिलिटी (एनआईएफ) के निदेशक गॉर्डन ब्रंटन ने कहा, "लेजर ऊर्जा का यह रिकॉर्ड स्तर एक अविश्वसनीय उपलब्धि है जिसे हासिल करने में वर्षों की कड़ी मेहनत लगी है। और यह एनआईएफ में फ्यूजन इग्निशन के हमारे चौथे सफल प्रदर्शन का प्रतीक है। यह काम प्रयोगशाला के मिशन के लिए मौलिक है, नई क्षमताओं के साथ जो राष्ट्रीय परमाणु सुरक्षा प्रशासन के स्टॉकपाइल स्टीवर्डशिप कार्यक्रम का समर्थन कर सकता है और उम्मीद है कि हमें संलयन ऊर्जा के भविष्य के करीब लाएगा।"
5 दिसंबर, 2022 को एलएलएनएल ने पहली बार फ्यूजन इग्निशन हासिल किया। दूसरी बार 30 जुलाई, 2023 को था, जब एनआईएफ लेजर ने नियंत्रित संलयन प्रयोग में लक्ष्य तक 2.05 मेगाजूल ऊर्जा पहुंचाई, जिससे 3.88 मेगाजूल का संलयन ऊर्जा उत्पादन हुआ, जो अब तक प्राप्त उच्चतम ऊर्जा लाभ है। तीसरी बार जब एनआईएफ लेजर ने 8 अक्टूबर, 2023 को 1.9 एमजे की लेजर ऊर्जा और 2.4 एमजे के फ्यूजन ऊर्जा आउटपुट के साथ फ्यूजन इग्निशन हासिल किया था।
परमाणु संलयन में प्रमुख प्रगति
एनआईएफ और फोटॉन साइंस लेजर साइंस एंड सिस्टम्स इंजीनियरिंग ऑर्गेनाइजेशन के संयुक्त परियोजना निदेशक जीन-मिशेल डि निकोला ने कहा, "हम तीव्र प्रदर्शन वृद्धि की राह पर हैं।" कैप्सूल दोष या ईंधन हॉटस्पॉट विषमताएं। उच्च लेजर ऊर्जा अधिक स्थिर विस्फोट प्राप्त करने में मदद करती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ऊर्जा पैदावार होती है।"
लेज़र की इतनी ऊर्जा प्रदान करने की क्षमता के बारे में कोई संदेह नहीं है। और चुनौती एनआईएफ के बहुमूल्य प्रकाशिकी को मलबे से होने वाले नुकसान से बचाने की है, एनआईएफ के संचालन प्रबंधक ब्रूनो वान वॉन्टरघेम कहते हैं: "लेजर स्वयं लेजर में मूलभूत परिवर्तन किए बिना उच्च ऊर्जा उत्पन्न करने में सक्षम है। हम क्षति नियंत्रण को अधिकतम करने के लिए यह सब करते हैं। आख़िरकार, यदि उचित सुरक्षा के बिना बहुत अधिक ऊर्जा है, तो आपके प्रकाशिकी टुकड़े-टुकड़े हो सकते हैं।"
एनआईएफ दुनिया में एकमात्र लेजर सिस्टम का प्रबंधन करता है जो क्षति सीमा से ऊपर संचालित होता है, यह उपलब्धि आंशिक रूप से ऑप्टिकल रीसाइक्लिंग लूप के नाम से संभव हुई है।
मजबूत लेजर, बेहतर प्रदर्शन
जून 2023 में पूरे किए गए दो प्रमुख शमन उपाय, लक्ष्य तक 2.2 एमजे लेजर ऊर्जा पहुंचाने के लिए महत्वपूर्ण थे - एनआईएफ की बीमलाइनों के दो-तिहाई हिस्से पर फ्यूज्ड सिलिका मलबे के परिरक्षण का उपयोग और 32 निचले-गोलार्द्ध बीमलाइनों पर धातु परिरक्षण की स्थापना। , जिसने, बीमलाइन के आधार पर, मलबे से होने वाली क्षति की दर को 10-100 गुना कम कर दिया है। ये निचली बीमलाइन ऑप्टिक्स गुरुत्वाकर्षण के कारण लक्ष्य कक्ष से सबसे अधिक मलबा प्राप्त करते हैं।
अन्य सुधारों में नई एंटी-रिफ्लेक्टिव कोटिंग्स, वेपर हेक्सामेथिलडायजेपेन (एचएमडीएस) उपचार और ऑप्टिकल रिकवरी लूप की बढ़ी हुई क्षमता शामिल हैं। एक नया शमन एजेंट - एक ग्रे-एज अवरोधक - एक ऐसी समस्या का समाधान करता है जिसे वैज्ञानिकों ने अभी तक पहचाना नहीं था।
डि निकोला कहते हैं, "बीमों का एक उपसमूह है जो दूसरों की तरह अच्छा प्रदर्शन नहीं करता है," और हमने पाया कि यदि हम बीमलाइन के एक किनारे पर छाया डालकर लेजर ऊर्जा घनत्व को कम कर देते हैं, तो वे बीमलाइन बेहतर प्रदर्शन करते हैं . हम अभी भी निश्चित नहीं हैं कि समस्या का मूल कारण क्या है, लेकिन हम भविष्य में सक्रिय रूप से इसकी जांच करेंगे।"
दुनिया के सबसे ऊर्जावान लेजर सिस्टम, एनआईएफ और ओएमएसटी के मुख्य प्रतिनिधि तैयब सूरतवाला पर काम कर रहे वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के लिए इस रहस्य को सुलझाना स्वाभाविक था, उन्होंने कहा, "हमने लेजर क्षति की जांच की है और शमन उपायों की पहचान की है और उनका मॉडल और परीक्षण किया गया है। हालांकि, प्रत्येक जब भी हम लेजर ऊर्जा बढ़ाते हैं, हम अभूतपूर्व क्षेत्र में प्रवेश करते हैं और क्षति के नए तंत्र प्रकट करते हैं।"
नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस के वैज्ञानिक सफलताओं के अविश्वसनीय रिकॉर्ड को बनाए रखने के लिए अकेले अधिक ऊर्जा पर्याप्त नहीं है। डि निकोला: "आपको उस बड़े हथौड़े को नियंत्रण और कौशल के साथ घुमाने की जरूरत है। लेजर पल्स केवल एक सेकंड के अरबवें हिस्से तक रहता है, इसलिए आपको इसकी आवश्यकता है इसे ठीक से प्राप्त करने के लिए बहुत सटीक रहें।"
उस उद्देश्य के लिए, टीम ने हाल ही में हाई फिडेलिटी पल्स शेपिंग (HiFiPS) सिस्टम की तैनाती पूरी की है, जो अधिक सटीक और सटीक पल्स शेपिंग को सक्षम बनाता है। HiFiPS वर्षों से निर्माणाधीन एक प्रोजेक्ट है जो विस्फोटों में बेहतर शक्ति संतुलन और सममित नियंत्रण को सक्षम बनाता है।
एक अन्य सुधार में, टीम ने डिवाइस के ऑप्टिकल फाइबर को बार-बार न्यूट्रॉन एक्सपोज़र के प्रति अधिक लचीला बनाने के लिए नवीनीकृत किया। इन तंतुओं का उपयोग लक्ष्य तक प्रेषित लेजर पल्स को सटीक रूप से मापने के लिए किया जाता है। नवीनीकरण ने सिग्नल की शक्ति को 10-100 गुना तक बढ़ा दिया, जिससे शोधकर्ताओं को लेज़र के प्रदर्शन को "देखना" जारी रखने की अनुमति मिली।
भविष्य के लिए क्या उम्मीदें हैं?
वर्तमान में, लेज़र ने 2.2 मेगाजूल लेज़र ऊर्जा प्रदान की है। टीम अनुसंधान चरण में वापस गई और पहले प्रयोग के बाद उसी प्रक्रिया को अंजाम दिया जिससे फ्यूजन इग्निशन उत्पन्न हुआ।
सूरतवाला ने कहा, ''हम प्रकाशिकी को देख रहे हैं, नुकसान का आकलन कर रहे हैं और समझ रहे हैं कि हम इस नई क्षमता का कितनी बार उपयोग कर सकते हैं। इस बीच, हम इस बड़ी उपलब्धि का जश्न मना रहे हैं। यह बड़े पैमाने पर वर्षों की कड़ी मेहनत का परिणाम है एलएलएनएल के भीतर टीम और कई बाहरी साझेदार।"
