विज्ञानवाटा : अणुसंमीलन ऊर्जेचा आश्‍वासक प्रवास

अक्षय ऊर्जेसाठी अणुसंमीलन भट्टीचा (‘फ्युजन रिॲक्‍टर’) पर्याय शोधला जातो आहे. या माध्यमातून ऊर्जानिर्मितीचे स्वप्न मानव गेल्या सहा दशकांपासून पाहात आहे. ते साकार करण्याच्या प्रयत्नांना हळूहळू आकार येत आहे. विज्ञानातील प्रगतीच्या दिशांचा मागोवा घेणाऱ्या मासिक सदरातील पहिला लेख.

जगाची ऊर्जेची गरज पहाता अणुऊर्जा हा एक मोठा पर्याय आपल्याजवळ उपलब्ध आहे. अद्यापही युरेनिअम, थोरिअमचे साठे मुबलक प्रमाणात उपलब्ध आहेत आणि त्याचा उपयोग विविध प्रकारच्या अणुभट्ट्यांमध्ये होत आहे आणि तशा प्रकारच्या अणुभट्ट्या विकसित करणे हेच खरे आव्हान पुढच्या काळात आहे. अणुउर्जा ही युरेनियमच्या अणुविखंडन प्रक्रियेतून मोठ्या प्रमाणात मिळविली जाते आणि पृथ्वीवरील सर्व अणुभट्ट्या या अणुविखंडन पद्धतीवर अवलंबून आहेत. पण सध्या अणुसंमीलन भट्टीचा पर्याय शोधला जातो आहे. संमीलन अणुभट्टी अर्थात ‘फ्युजन रिॲक्‍टर’ माध्यमातून ऊर्जानिर्मितीचे स्वप्न मानव साठ वर्षांपासून पहात आहे. कारण ती एक अक्षय उर्जा ठरणार आहे, हे शास्त्रज्ञांना ठाऊक आहे.

पृथ्वीवर मुबलक प्रमाणात उपलब्ध असणारे ड्युटेरिअम इंधन त्यास कारणीभूत आहे. निसर्गात सूर्य व तत्सम ताऱ्यांमध्ये अणुसंमीलन प्रक्रियेतून ऊर्जेची निर्मिती होते. त्याचे एक कारण तेथे उपलब्ध असणारे प्रचंड तापमान व प्लाझ्मा पकडून ठेवणारे गुरुत्वाकर्षण. त्यामुळे अब्जावधी वर्षांपासून ही प्रक्रिया स्वयंचलित आहे. याच आधाराने शास्त्रज्ञ पृथ्वीवरही अणुसंमीलन प्रक्रियेच्या माध्यमातून ऊर्जानिर्मितीचे प्रयत्न करीत आहेत. त्यासाठी काही देश एकत्र येऊन टोकॅमॅक भट्टीची निर्मिती केली आहे. यात अब्जावधी अंश सेल्सियस तापमान मिळविण्यास शास्त्रज्ञांना यश मिळाले व अणूंचे संमीलन घडवून प्लाझ्मा निर्माण केला. पण त्या तापमानाला पकडून ठेवणारे पदार्थ नसल्याने त्यातून ऊर्जा बाहेर काढणे शक्‍य नव्हते; पण कालांतराने शास्त्रज्ञांनी सुपरकंडक्‍टरच्या सहाय्याने चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करून प्लाझ्मा काही काळ पकडून ठेवण्यास यश मिळविले; पण ती बाहेर पडणारी ऊर्जा मात्र नगण्य होती.

नुकताच न्युक्‍लिअर फ्युजन प्रयोगांच्या साखळीमध्ये व शर्यतीत अमेरिकन शास्त्रज्ञांना मोठेच यश मिळाले आहे. यात भौतिक शास्त्रज्ञांनी अनेक दशकांपासून तंत्रज्ञानाचा पाठपुरावा केला आहे. कारण ते स्वच्छ व अमर्याद अशा ऊर्जेचे लक्ष्य ठेवत आहेत. यामध्ये जास्त ऊर्जा निर्माण करण्याचे ध्येय साध्य झाल्याचा निष्कर्ष समोर आला आहे. ही वाढीव ऊर्जा नगण्य असली तरी ती प्रोत्साहित करणारी असून खऱ्या अर्थाने घराघरापर्यंत ही ऊर्जा नेण्यासाठी संशोधकांना निश्‍चितच कष्ट घ्यावे लागणार आहेत. हा प्रयोग नुकताच कॅलिफोर्नियातील ‘लॉरेन्स लिव्हरमोर नॅशनल लॅबोरेटरी’ येथील ‘नॅशनल इग्निशन फॅसिलिटी’मध्ये यशस्वीपणे करण्यात आला. हा एक ऐतिहासिक क्षण असून गेली साठ वर्षे शास्त्रज्ञ या ऊर्जेसाठी प्रयत्नशील आहेत. हे अगदी अणुभंजनच्याविरुद्ध असून यात जड अणू न्यूट्रॉनच्या माऱ्याने विभक्त होतात.

किरणोत्सारी कचरा

अणुभंजन किंवा विखंडन हे सध्या अणुऊर्जा केंद्रामध्ये वापरले जाणारे तंत्रज्ञान आहे. परंतु या प्रक्रियेमुळे भरपूर किरणोत्सारी कचरादेखील निर्माण होतो. ज्यातून दीर्घकाळ भेदक किरणे बाहेर पडतात. हे निश्‍चितच धोकादायक असून त्याचा संरक्षित साठा करून ठेवणे आवश्‍यक असते. अणुसंमीलन प्रक्रियेतून निर्माण होणारी ऊर्जा मोठ्या प्रमाणात असून त्यातून निर्माण होणारा किरणोत्सारी कचरादेखील आपत्कालीन असतो आणि महत्त्वाचे म्हणजे या प्रक्रियेमुळे हरितगृह वायूंचे उत्सर्जन होत नाही. त्यामुळे हवामान बदलाला हातभार लागत नाही; पण यामध्ये एक आव्हान आहे की अणूंना सक्तीने एकत्र ठेवण्यासाठी प्रचंड मोठ्या प्रमाणात उच्च तापमान व दाबाची आवश्‍यकता असते. आतापर्यंतच्या कोणत्याही प्रयोगाने ते कार्य करण्यासाठी जेवढी ऊर्जा वापरण्यात आली आहे, त्यापेक्षा जास्त ऊर्जा निर्माण केली नाही.

अमेरिकेत झालेला प्रयोग रोचक आहे. एका मिरपूडच्या आकाराच्या कॅप्सूलमध्ये हायड्रोजन इंधनाची छोटी मात्रा वापरण्यात आली. तद्‌नंतर या हायड्रोजन अणूंचे संमीलन घडवून आणण्यासाठी शक्तिशाली १९२ लेझर झोताचा उपयोग करण्यात आला. यात प्रचंड प्रमाणात तापमान व दाब निर्माण होऊन हायड्रोजन अणूंना संकुचित करण्यात आले. लेझरचा झोत एवढा शक्तिशाली होता, की त्याने कॅप्सूलला सूर्याच्या केंद्रापेक्षा १० कोटी अंश सेल्सिअस एवढे तापमान निर्माण होऊन पृथ्वीच्या १०० अब्ज पट दाबही निर्माण झाला. या शक्तींच्या अंतर्गत कॅप्सूल स्वतःवरच फुटू लागल्याने, ज्यामुळे उपस्थित हायड्रोजन अणूंचे संमीलन होऊन त्यातून प्रचंड ऊर्जा बाहेर पडली. ही बाहेर पडणारी ऊर्जा साधारण ३.१५ मेगाज्युल्स एवढी होती. महत्त्वाचे म्हणजे हे तापमान व दाब निर्माण करण्यासाठी लागणारी ऊर्जा ही कमी म्हणजेच २.०५ मेगाज्युल्स एवढी होती. याचाच अर्थ या संमीलन प्रक्रियेत निर्माण होणारी ऊर्जा ही त्यात वापरलेल्या ऊर्जेपेक्षा जास्त होती. ती साधारण २० ते २५ चहाची किटली उकळू शकतील एवढी होती. हे त्यामानाने खरंच आश्‍वासक होतं. आतापर्यंतच्या कुठल्याच प्रयोगात संमीलन प्रक्रियेतून वाढीव ऊर्जा मिळाली नव्हती. म्हणून त्या दृष्टीने हे एक आश्‍वासक पाऊल मानले जात आहे.

या प्रयोगात तसे पाहाता जेवढी ऊर्जा निर्माण झाली तशी ती कमी आहे; पण तरीही ते महत्त्वाचे आहे. या वाढीव ऊर्जेमुळे अणुसंमीलन प्रक्रिया सक्षमपणे एक पाऊल पुढे आले आहे, असे म्हणायला हरकत नाही. पण अजूनही हे वास्तवात उतरावयाला संशोधकांना मोठा पल्ला गाठावा लागणार आहे. सातत्याने प्रयोगाची पुनरावृत्ती करून ऊर्जा लक्षणीयरीत्या वाढवावी लागणार आहे. या प्रयोगासाठी प्रचंड खर्च झाला आहे; पण पृथ्वीवरील ड्युटिरेयमचे प्रमाण पहाता हजारो वर्षे टिकेल अशी अक्षय उर्जा निर्माण करण्याचे ध्येय निश्‍चितच ठेवता येईल. म्हणूनच अणुसंमीलन ऊर्जा निश्‍चितच सध्या तरी स्वस्त असणार नाही; पण हे आव्हान शास्त्रज्ञ पेलतील आणि स्वच्छ ऊर्जेच्या व अमर्याद टिकेल अशा स्त्रोताकडे वाटचाल करतील, एवढे मात्र निश्‍चित.

(लेखक पदार्थविज्ञानाचे प्राध्यापक व संशोधक आहेत.)