भाष्य : ऊर्जेच्या शोधयात्रेतील यशाचा टप्पा

कॅलिफोर्नियामधील ‘फ्युजन प्रयोगशाळे’त पाच डिसेंबर रोजी केलेल्या यशस्वी प्रयोगामुळे एक महत्त्वाचा पल्ला गाठला गेलाय. ‘अणु संमीलन’ करून स्वच्छ ऊर्जा प्राप्तीसाठी काही वर्षे प्रतीक्षा करावी लागेल, असे संशोधकांनी सूचित केले आहे. पण खर्चापेक्षा जास्त किंमत असलेली अणुऊर्जा प्रथमच मिळवण्यात यश प्राप्त झाले आहे.

पर्यावरणनुकूल अशी अमर्याद ऊर्जा मिळवण्यासाठी भारतासह पन्नास देशातील संशोधक अणुऊर्जाविषयक संशोधन करत असतात. अमेरिकेतील ‘यूएस नॅशनल इग्निशन फॅसिलिटी’ मधील संशोधकांनी या संदर्भातील एका यशाची माहिती नुकतीच जाहीर केली आहे. त्याचे महत्त्व समजून घ्यायला हवे. अणुऊर्जेचं वैशिष्ट्य म्हणजे अणु फोडा किंवा जोडा; ऊर्जा निर्माण होतेच! युरेनियम सारखा एखादा ‘जड’ अणु ‘फोडला’ की ऊर्जा उत्पन्न होते आणि हायड्रोजनसारखे हलके अणु जोडले तरीही ऊर्जा उत्पन्न होते. उदाहरणार्थ युरेनियम-२३५ अणुवर जर न्यूट्रॉनचा भडिमार केला तर त्यापासून बेरियम आणि क्रिप्टॉन ही दोन मूलद्रव्ये तयार होतात. या प्रक्रियेमध्ये न्यूट्रॉन मुक्त होऊन ऊर्जा निर्माण होते. मुक्त झालेले न्यूट्रॉन युरेनियमचे अणु भेदत राहतात. परिणामी ही एक साखळी प्रक्रिया किंवा ‘चेन रिॲक्शन’ होऊन जाते. ऊर्जा निर्मितीच्या या प्रकाराला ‘न्युक्लिअर फिशन’ किंवा अणुभंजन म्हणतात. या पद्धतीने जगात जिथे अणुभट्टी आहे, तिथे उष्णता निर्माण करून वीज तयार केली जाते. तथापि यासाठी आवश्यक असणारे ‘इंधन’ म्हणजे युरेनियम-२३५ (समस्थानिक, आयसोटोप) मिळवणं सोपे नाही.

दुसरं म्हणजे अणू-भेद झाल्यावर जे अवांतर पदार्थ तयार होतात, ते किरणोत्सर्गी असल्याची शक्यता असल्यामुळे त्यांची विल्हेवाट शास्त्रोक्त पद्धतीने लावणे महत्वाचे ठरते. खनिज तेलाचे साठे मर्यादित आहेत. शिवाय त्याचा वापर करत असताना हरितगृह परिणामाला साह्य करणारे कार्बन डायॉक्साईड सारखे काही प्रदूषण करणारे घटक बाहेर पडतात. ते ग्लोबल वॉर्मिंग साठी सहाय्यकारी आहेत. सौर ऊर्जा आणि पवनऊर्जा मिळवणे जरी पर्यावरण अनुकूल असले तरी त्याची कार्यक्षमता हवामानाच्या चंचलतेवर अवलंबून असते.

आपल्या सूर्यामध्ये सुमारे ७५% हायड्रोजन आणि २५% हेलियम आहे. सूर्याच्या अतिउच्च तापमानात म्हणजे दहा लाख अंश सेल्सियस तापमानात हायड्रोजनची अणुकेंद्र एकत्र येऊन त्याचे हेलियमच्या अणुकेंद्रात रूपांतर होते. या प्रक्रियेमध्ये प्रचंड उष्णता आणि प्रकाश ऊर्जानिर्मिती होते. समजा चार हायड्रोजन अणूंचे एकत्रित वस्तुमान ४.०३१९ आहे आणि एका हेलियमचे वस्तुमान ४.००२६ आहे. याचा अर्थ वस्तुमानात ०.०२९३ एवढी घट झाली. एवढ्या वस्तुमानाचे रूपांतर ऊर्जानिर्मितीमध्ये होते. या अणुऊर्जा प्रकाराला मराठीत ‘अणुकेंद्र संमीलन’ म्हणतात. हे हायड्रोजन बॉम्बचे तत्व आहे. याची भीती वाटू नये म्हणून याला कदाचित ‘थर्मोन्यूलिअर डिव्हाईस’ असं म्हणतात. अल्बर्ट आईन्स्टाईन यांच्या ‘इ=एम सी स्क्वेअर’ या सूत्रानुसार जेवढे वस्तुमान कमी झाले, त्याचे ऊर्जेमध्ये रूपांतर होते. सैद्धांतिक दृष्टीने हे जरी माहिती असले तरी ऊर्जा मिळवण्यासाठी त्याचे तंत्रज्ञानामध्ये रूपांतर करता येणे जरुरीचे आहे. यासाठी गेली ७० वर्षे भगीरथ प्रयत्न केले गेले आहेत. मात्र आता संशोधकांच्या आशा पल्लवित होत आहेत.

सूर्याइतके तापमान

सूर्यावर या प्रकारे सातत्याने ऊर्जेची निर्मिती होते. हायड्रोजन एकवटून ऊर्जा मुक्त होते आणि हेलियम या निष्क्रिय वायूची निर्मिती होते. मागे अगदी किरकोळ किरणोत्सर्गी पदार्थ तयार होतात. अमर्याद ऊर्जा निर्मितीची ही ‘इकोफ्रेंडली’ यंत्रणा आहे. अणु-संमीलन प्रक्रियेसाठी फक्त हायड्रोजनची गरज असते. याचा अर्थ ‘कच्चा माल’ मिळवणं शक्य आहे. हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनपासून पाणी तयार झालंय. पाण्यापासून हायड्रोजन मिळवता येतो. जगाची ऊर्जाविषयक समस्या कायमची सोडवण्याची क्षमता या प्रक्रियेत आहे. मात्र या ऊर्जानिर्मितीच्या पद्धतीमध्ये दोन मोठे अडथळे आहेत. पहिला अडथळा म्हणजे या प्रक्रियेची सुरुवात करताना सूर्याइतपत, म्हणजे १५ लाख अंश सेल्सिअस तापमान गरजेचं आहे. शिवाय पृथ्वीच्या शंभर अब्जपट वातावरणाचा दाब प्राप्त करणं, हे फार अवघड आहे. तसेच व्यावहारिक पातळीवर या ऊर्जेचा उपयोग करताना या प्रक्रियेवर नियंत्रण करता येणं हे तर मोठं आव्हान आहे! सुदैवाने अत्युच्च तापमान किंचित कमी झाले तर ही प्रक्रिया (स्वतःहून) थांबते. याचा अर्थ ‘नियंत्रण’ आहे! हायड्रोजनचे अणुकेंद्र धनभारित आहेत. समान ध्रुवामध्ये आकर्षण नसते, उलट अपसरण असते. त्यांचे ‘संमीलन’ घडवून आणणे यात कौशल्य आहे. या प्रक्रियेत २०५०पर्यंत यश मिळू शकेल, असा अंदाज होता. पण आता यश दृष्टिक्षेपात आहे, असं संशोधकांना वाटत आहे.

कॅलिफोर्नियामधील ‘लॉरेन्स लिव्हरमोर नॅशनल लॅबोरेटरी’मधील फ्युजन प्रयोगशाळेत पाच डिसेंबर रोजी केलेल्या यशस्वी प्रयोगामुळे एक महत्वाचा पल्ला गाठला गेलाय. हायड्रोजन-अणू अतितप्त करण्यासाठी त्यांनी १९२ शक्तिशाली (अल्ट्रा-पॉवरफुल) लेसर किरणांच्या शलाका एकवटलेल्या होत्या! ही क्रिया काही सेकंद करण्यात यश मिळाले आहे. यातून ३. ५ मेगॅज्यूल्स ऊर्जा निर्माण झाली. यासाठी जो खर्च झाला त्या पेक्षा जास्त ऊर्जा प्राप्त झाली आहे. अशी ही ‘क्लीन’ ऊर्जा मिळवण्याचे प्रयत्न करण्यासाठी प्रचंड पैसा आणि अथक परिश्रमांची गरज असते. न्यूक्लिअर संमीलन करून स्वच्छ ऊर्जा प्राप्तीसाठी अजून काही वर्षे प्रतीक्षा करावी लागेल, असं संशोधकांनी सूचित केलं आहे. पण खर्चा पेक्षा जास्त किंमत असलेली अणुऊर्जा प्रथमच मिळवण्यात यश प्राप्त झालंय.

अणु-संमीलन प्रक्रियेसाठी इंटरनॅशनल थर्मोन्यूक्लिअर एक्सपेरिमेंटल रियाक्टर (आयटीइआर) हा एक प्रकल्प फ्रान्समध्ये कार्यरत असून त्यामध्ये भारतासह, अमेरिका, चीन, जपान, दक्षिण कोरिया, रशिया आणि युरोपियन युनियन आदी ३५ देश गेली ३५ वर्षे संशोधन करत आहेत. हे देश या प्रयोगांसाठी झालेला खर्च वाटून घेतात. यामुळे जे निष्कर्ष आहेत, ते ही सर्वांना मिळतात. त्यांची पद्धत वेगळी आहे. ते लेसर किरणांचा वापर करत नाहीत. त्यांचा भर ‘प्लाझ्मा फिजिक्स’वर आहे. त्यांच्या प्रयोगात एकदा उष्णता निर्माण होत गेली की तीच सातत्याने वापरून प्लॅन्ट पुढे चालू ठेवायचा प्रयत्न केला जातो. या प्लॅन्ट मध्ये हायड्रोजनचे समस्थानिक (आयसोटोप) ड्युटेरियम आणि ट्रिटियम वापरले जातात. हे एक किलोग्रॅम इंधन एक कोटी टन खनिज तेलाएवढी ऊर्जानिर्मिती करू शकते.

भावी काळामध्ये न्यूक्लिअर फ्युजन प्रक्रियेमार्फत ऊर्जा निर्मितीचे महत्त्व वाढणार आहे. हे लक्षात घेऊन भारताने अणु-संमीलन प्रक्रियांमार्फत सूर्याच्या तापमानापर्यंत उष्णता निर्माण करण्यासाठी ‘इन्स्टिट्यूट ऑफ प्लाझ्मा रिसर्च’ या संस्थेची स्थापना गुजरात मध्ये गांधीनगर जिल्ह्यात केली आहे. तेथे आदित्य नावाचा ‘टोकामॅक रिॲक्टर’ तयार केलाय. ‘आदित्य रिॲक्टर’मध्ये चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करून विद्युत प्रवाह वापरला जातो. छोट्या जागेत अतितप्त वातावरण निर्माण केले जाते. अणु-संमीलनासंबंधीच्या प्रयोगांसाठी ‘आदित्य’ या रिॲक्टरची योजना केली आहे. ‘आदित्य’चे तापमान सहन करण्यासाठी कॉपर (ताम्र) आणि बेरिलियनचे मिश्रधातू वापरले जातात. या खेरीज भारतीय संशोधक ‘आयटीइआर’ संस्थेमध्ये देखील अनेक प्रयोगांमध्ये प्रत्यक्ष भाग घेऊन चांगली कामगिरी करत आहेत. या प्रयत्नात नुकत्याच मिळालेल्या ‘ब्रेकथ्रू’मुळे या संशोधनाला मोठी चालना मिळाली आहे. तथापि स्वच्छ अणुऊर्जा निर्मितीसाठी बरेच पल्ले पार करायचे बाकी आहेत.