શું સુપરકન્ડક્ટરથી બનેલા ટોકામેક્સમાં ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન એનર્જીનું વ્યાપારીકરણ પર્યાવરણીય પ્રદૂષણની સમસ્યાને હલ કરી શકે છે?

અશ્મિભૂત બળતણ વીજ ઉત્પાદનમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઉત્સર્જનની સમસ્યાને ઉકેલવા માટે નવીનીકરણીય ઉર્જા સંશોધન ચાલી રહ્યું છે, જેમાંથી એક સુપરકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ કરીને ટોકમાક્સમાં પેદા થતી ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન ઊર્જા છે. અત્યંત નીચા તાપમાને સુપરકન્ડક્ટર્સમાં શૂન્ય પ્રતિકાર હોય છે, જે તેમના દ્વારા મજબૂત વીજળી વહેવા દે છે, જે કૃત્રિમ સૂર્ય બનાવવા માટે જરૂરી છે. સુપરકન્ડક્ટર ટેક્નોલોજીમાં ભાવિ પ્રગતિ પર્યાવરણને પ્રદૂષિત કર્યા વિના લીલી ઊર્જા પૂરી પાડી શકે છે.

 

કાર્બન ડાયોક્સાઇડના અતિશય ઉત્સર્જન માટે અશ્મિભૂત ઇંધણ ઊર્જા ઉત્પાદનની ટીકા કરવામાં આવી છે, જેના કારણે ગ્રીનહાઉસ અસર અને ગ્લોબલ વોર્મિંગને વેગ મળ્યો છે. ઉકેલ તરીકે, પર્યાવરણને પ્રદૂષિત ન કરતા નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતો પર સક્રિયપણે સંશોધન કરવામાં આવી રહ્યું છે અને તેમાંથી એક ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન એનર્જી છે. ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન એ છે જ્યારે બે અથવા વધુ અણુ ન્યુક્લિયસ એકસાથે આવે છે અને એક નવું ન્યુક્લિયસ બનાવે છે. આ પ્રક્રિયા સમૂહના નુકશાનને કારણે મોટી માત્રામાં ઊર્જા છોડે છે, જેને 'ફ્યુઝન એનર્જી' કહેવામાં આવે છે.
સૂર્ય એ સ્ત્રોતનું મુખ્ય ઉદાહરણ છે જે આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ પ્રચંડ માત્રામાં ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે કરે છે. હાઇડ્રોજન ન્યુક્લીને એકસાથે જોડીને ઉર્જા બનાવવા માટે સૂર્ય ઊંચા તાપમાન અને ઉચ્ચ દબાણનો ઉપયોગ કરે છે. આ ઊર્જા એટલી પ્રચંડ છે કે તે છોડમાં પ્રકાશસંશ્લેષણને શક્તિ આપવા અને પૃથ્વી પર ઘણી જીવંત વસ્તુઓને ગરમ રાખવા માટે પૂરતી છે. આ કુદરતી અજાયબીએ મનુષ્યોને પ્રેરણા આપી છે, અને અમે પૃથ્વી પર આ જ ઉર્જા સ્ત્રોતની નકલ કરવા માટે સખત મહેનત કરી છે.
ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન ઊર્જાના ઉપયોગ માટે અત્યંત ઊંચા તાપમાન અને દબાણની સ્થિતિની જરૂર પડે છે. આ શરતોને પરિપૂર્ણ કરવા માટે, વિશિષ્ટ જહાજો અને તકનીકોની જરૂર છે. તેને "કૃત્રિમ સૂર્ય" માટેના જહાજ તરીકે વિચારવું સરળ છે. તેથી વૈજ્ઞાનિકોએ ટોકમાક નામનું એક નવું જહાજ વિકસાવ્યું છે.
ટોકમાક પ્રથમ નજરમાં મીઠાઈ જેવું લાગે છે. અંદર, હાઇડ્રોજન પરમાણુ કૃત્રિમ સૂર્ય બનાવવા માટે ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થાય છે. અતિ-ઉચ્ચ તાપમાન અને અતિ-ઉચ્ચ દબાણની સ્થિતિને કેવી રીતે જાળવવી જે તેને બનાવે છે તે તેના મીઠાઈના આકારમાં છુપાયેલું છે. ટોકામેકમાં સર્પાકાર આકારના વાયરો હોય છે જે મીઠાઈના આકારને ઘેરી લે છે અને જ્યારે તે વાયરો પર વીજળી લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સર્પાકારની અંદર એક ચુંબકીય ક્ષેત્ર રચાય છે - ટોકામેકનો આકાર - જે ટોકામેકની અંદર તાપમાન અને દબાણ વધારે છે અને કૃત્રિમને ફસાવે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રની અંદર સૂર્ય. જો કે, સાદા તાંબાના વાયર જેવા સામાન્ય વાયરનો ઉપયોગ કરીને અતિ-ઉચ્ચ તાપમાન અને દબાણ બનાવવું શક્ય નથી, કારણ કે વાયરનો પ્રતિકાર અને તે જે ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે તેના કારણે ટોકમાક કામ કરવાનું અશક્ય બનાવે છે, જો તે એક પ્રવાહ વહેતો હોય. વીજળીની અતિશય માત્રા. આની ભરપાઈ કરવા માટે, આપણે વિશિષ્ટ સામગ્રીમાંથી બનેલા વાયરનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર છે જેમાં કોઈ પ્રતિકાર નથી અને તેથી ગરમી ઉત્પન્ન થતી નથી. આ ટોકમાકની ચાવી છે.
શું કોઈ પ્રતિકાર વિનાની સામગ્રી અસ્તિત્વમાં છે? હા, તેઓ અસ્તિત્વમાં છે. અલબત્ત, ફક્ત વિશિષ્ટ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, પરંતુ એવી સામગ્રી છે કે જેમાં શૂન્ય પ્રતિકાર હોય છે: "સુપરકન્ડક્ટર". સુપરકન્ડક્ટર એ એવી સામગ્રી છે જેનો પ્રતિકાર ક્રાયોજેનિક તાપમાન જેવા ખૂબ જ નીચા તાપમાને અમુક સમયે શૂન્ય થઈ જાય છે. સુપરકન્ડક્ટિંગ વાયરનો ઉપયોગ કરવા માટે, ટોકામેક પ્રવાહી હિલીયમ વહે છે, જે માઈનસ 269 ડિગ્રી સેલ્સિયસ છે, વાયરની આસપાસ. આ પ્રવાહી હિલીયમનો હેતુ સુપરકન્ડક્ટરનું તાપમાન ક્રાયોજેનિક તાપમાને રાખવાનો છે.
તો શા માટે સુપરકન્ડક્ટર ક્રાયોજેનિક તાપમાને શૂન્ય પ્રતિકાર ધરાવે છે? કારણ એ છે કે જ્યારે તાપમાન ચોક્કસ બિંદુથી નીચે જાય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન જોડાય છે અને ઓરડાના તાપમાને ન દેખાતી વર્તણૂક પ્રદર્શિત કરે છે. તે બિંદુને "નિર્ણાયક તાપમાન" કહેવામાં આવે છે અને જોડીને "કૂપર જોડીઓ" કહેવામાં આવે છે. વિદ્યુત રીતે, જ્યારે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ઈલેક્ટ્રોન સકારાત્મક ચાર્જ થયેલ ઈલેક્ટ્રોનની જાળીમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ જાળીને ઈલેક્ટ્રોનના માર્ગની દિશામાં સહેજ ઝુકાવવાનું કારણ બને છે. જે ઈલેક્ટ્રોન તેની આગળ પસાર થાય છે તેના કરતા ધન ચાર્જથી વધુ પ્રભાવિત થશે. આ પ્રક્રિયામાં, બે ઇલેક્ટ્રોન એક જોડી બનાવે છે.
જ્યારે બે ઈલેક્ટ્રોન કૂપર જોડી બનાવે છે અને એક કણની જેમ વર્તે છે, ત્યારે તેઓ "ઓરિએન્ટેડ" બને છે. અગાઉ, વ્યક્તિગત ઇલેક્ટ્રોન "દિશા" ને બદલે "સપ્રમાણ" હતા કારણ કે તે બધા જુદી જુદી દિશામાં આગળ વધતા હતા, પરંતુ કૂપર જોડી બનાવ્યા પછી, બધા કૂપર જોડી એક દિશામાં વહેવા માંગે છે તેવી મિલકત ધરાવે છે, તેથી બધા ઇલેક્ટ્રોન એવું વર્તન કરે છે કે તેઓ એક માસ હતા. આ સમાન ઓરિએન્ટેડ કૂપર જોડીઓ કોઈપણ અવરોધોનો સામનો કરે તો પણ પ્રવાહ ચાલુ રાખશે, એટલે કે વિદ્યુત પ્રતિકાર સંપૂર્ણપણે દૂર થઈ ગયો છે. આ કારણોસર, નિર્ણાયક તાપમાન કરતાં નીચા તાપમાને, પ્રતિકાર દૂર થાય છે, જે મજબૂત વીજળીને વહેવા દે છે.
અત્યાર સુધી, આપણે જોયું છે કે કેવી રીતે સુપરકન્ડક્ટર્સ ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન એનર્જીમાં મુખ્ય તત્વ છે. થોડા દાયકાઓમાં, જ્યારે ઉચ્ચ નિર્ણાયક તાપમાન ધરાવતા સુપરકન્ડક્ટર્સ વિકસિત થશે અને સુપરકન્ડક્ટર ટેક્નોલોજી વધુ અદ્યતન બનશે, ત્યારે ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન એનર્જીનું વ્યાપારીકરણ થશે, અને વિશ્વભરના લોકો પર્યાવરણને પ્રદૂષિત કર્યા વિના સ્વચ્છ, નવીનીકરણીય ઊર્જાના લાભોનો આનંદ માણી શકશે. આ વિઝનને સાકાર કરવામાં કેટલાક ચાલુ સંશોધન પ્રોજેક્ટ્સ પણ મહત્વની ભૂમિકા ભજવી રહ્યા છે. આ તકનીકી પ્રગતિઓ ભવિષ્યની પેઢીઓ માટે વધુ સારા પર્યાવરણ અને ટકાઉ ઊર્જાનો માર્ગ મોકળો કરશે.