આદિત્ય ટોકામેક : સૂર્યમાંથી મળે છે તેમ, ન્યૂક્લિયર સંગલન ઊર્જા મેળવવા માટેનું એક આશાસ્પદ ઉપકરણ. પ્રચંડ ઊર્જાના સ્રોત સમા આદિત્ય (સૂર્ય) ઉપરથી ઓળખાતું આ ઉપકરણ તાપ ન્યૂક્લિયર સંગલન(thermonuclear fusion)ના સિદ્ધાંત ઉપર રચવામાં આવેલું છે. સૂર્યની પ્રચંડ ઊર્જા વિશે ન્યૂક્લિયર ભૌતિકશાસ્ત્ર દ્વારા એવી સમજૂતી આપવામાં આવેલી છે કે સૂર્યના અતિ ઊંચા તાપમાને (આશરે 1080 સે.) હાઇડ્રોજન અને તેનાં સમસ્થાનિકો (isotopes) ડ્યૂટેરિયમ (D) અને ટ્રિટિયમ (T) જેવા હલકા પરમાણુઓનું સંયોજન થાય છે. તેથી તેમનાથી વધુ વજનવાળા હીલિયમ (4He) પરમાણુઓ બને છે. પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા સ્થાયી ન્યૂક્લિયસનું દ્રવ્યમાન, તેના ઘટક ન્યૂક્લિયૉન-પ્રોટૉન અને ન્યૂટ્રૉન-ના કુલ દ્રવ્યમાન કરતાં ઓછું હોય છે. દ્રવ્યમાનના આ ઘટાડા(Dm)ને ‘દ્રવ્યમાન ક્ષતિ’ (mass defect) કહે છે. આઇન્સ્ટાઇનના દ્રવ્યમાન- ઊર્જાસંબંધ (Mass-Engrgy relation) અનુસાર Dmને સમતુલ્ય ઊર્જા Dm.c2 પ્રાપ્ત થાય છે. [C = પ્રકાશનો શૂન્યાવકાશમાં વેગ = 3 x 1010 સેમી./સેકન્ડ આશરે.] આમ, તાપ ન્યૂક્લિયર સંગલનની પ્રક્રિયામાં વિપુલ પ્રમાણમાં ઊર્જા બહાર પડે છે. આ ઊર્જા મેળવવા માટે ઈ. સ. 1950થી કેટલીક પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ થઈ રહ્યો છે; ટોકામેક ઉપકરણ તેમાંની એક પદ્ધતિ છે. તે પહેલાં પ્રિન્સટન વિશ્વવિદ્યાલયમાં ‘સ્ટેલારેટર’ સંગલન સમીકરણમાં મુક્ત થતા ન્યૂટ્રૉન સાથે, આ બંને સમસ્થાનિકો ન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયા અનુભવીને ટ્રિટિયમ ઉત્પન્ન થતું હતું. વળી, શક્તિશાળી ન્યૂટ્રૉનના ગ્રહણથી લિથિયમ આવરણમાં પુષ્કળ ઉષ્મા પેદા થાય છે, જેનું બૉઇલર, ટર્બાઇન અને જનરેટર દ્વારા વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતર થઈ વિદ્યુત પેદા થાય છે. 1,000 મેગાવૉટ (MW) વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરતા પાવર સ્ટેશનની વાર્ષિક જરૂરિયાત, આશરે 130 કિગ્રા. ડ્યૂટેરિયમ (500 ઘનમીટર દરિયાના પાણીમાંથી મળતો જથ્થો) અને 200 કિગ્રા. ટ્રિટિયમ (આશરે 400 કિગ્રા. લિથિયમમાંથી મળતો જથ્થો) જેટલી હોય છે. આમ છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓથી વિજ્ઞાનીઓ એવી આશા સેવી રહ્યા છે કે ટોકામેક સ્વરૂપે મળતા ‘ફ્યુઝન રીઍક્ટર’ની મદદથી ઊર્જાનો અખૂટ ખજાનો હાથ લાગશે.
અમેરિકા તેમજ યુરોપના અમુક દેશોમાં વિજ્ઞાનીઓ સંગલન પ્રક્રિયા અંગે ઘનિષ્ઠ સંશોધનકાર્ય કરી રહ્યા છે; અને લગભગ સફળતાને આરે આવીને ઊભા છે. ભારત સરકારે પણ આવાં સંશોધનને અગ્રિમતા આપીને, વિશ્ર્વના અન્ય દેશોની હરોળમાં સ્થાન મેળવવા માટેના પોતાના પ્રયત્નો જારી રાખ્યા છે. તેની ફલશ્રુતિરૂપે, અમદાવાદ નજીક ગાંધીનગર જિલ્લામાં આવેલા ભાટ ગામે (પિન કોડ નંબર : 382 424) ‘ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફૉર પ્લાઝ્મા રિસર્ચ’(આઈ. પી. આર.)ની સ્થાપના કરી, ટોકામેક તૈયાર થઈ ગયું છે. સૂર્ય-આદિત્ય – ઉપરથી તેનું નામ ‘આદિત્ય ટોકામેક’ રાખવામાં આવેલ છે. તેની કામગીરી ચાલુ થઈ છે. પ્લાઝ્માને તેના અતિ ઊંચા તાપમાનને કારણે કોઈ પાત્રમાં સંગ્રહી શકાતું નથી. આથી તેને બંધનમાં રાખવા માટે ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ઉપયોગ અકસીર છે. મોટરના પૈડાની ટ્યૂબ જેવા પાત્રમાં પ્લાઝ્માને સંઘરી રાખવા માટે આસપાસ જરૂરી ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ પાડવામાં આવે છે, જેથી પ્લાઝ્માના કણો પાત્રની દીવાલથી દૂર રહે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે પ્લાઝ્માને જકડી રાખવાની યોજનાને ચુંબકીય બંધન (magnetic confinement) કહે છે. ટોરૉઇડલ અને પોલૉઇડલ પ્રકારનાં ચુંબકીય ક્ષેત્રો પ્લાઝ્માના બંધન માટે વધુ અસરકારક ગણાય છે.
ટોકમેકનાં મહત્વનાં પાસાંઓને આવરી લેતું રેખાચિત્ર નીચે દર્શાવેલ છે.
1. ટ્રાન્સફૉર્મરનું ગૂંચળું (પ્રાથમિક પ્રવાહ), 2. પ્લાઝ્મા પ્રવાહ (ગૌણ પ્રવાહ), 3. પરિણામી હેલિકલ ક્ષેત્ર, 4. ટોરૉઇડલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર, 5. પોલૉઇડલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર, 6. ટોરૉઇડલ ક્ષેત્ર ગૂંચળાં, 7. ટ્રાન્સફૉર્મરનો લોખંડનો કોર
આદિત્ય ટોકામેક પ્લાઝ્મા-સંશોધન માટેનું એક અગત્યનું ઉપકરણ છે. તેમાં વાપરવામાં આવેલા ભૌતિક અંકો (measurements) નીચે પ્રમાણે છે :
મુખ્ય ત્રિજ્યા (major radius) = 75 સેમી.
લઘુત્રિજ્યા (minor radius) = 25 સેમી.
ટોરૉઇડલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર BT = 1.5 ટેસ્લા
પ્લાઝ્મા વિદ્યુતપ્રવાહ lp = 250 KA
પ્લાઝ્માનું તાપમાન = 7 x 1080 સે.
સંગલન પ્રક્રિયા દ્વારા પ્રાપ્ત થતા અખૂટ ઊર્જાના વિકલ્પને નાથવાની દિશામાં, આદિત્ય ટોકામેક ભારત માટે પહેલું મહત્વનું કદમ છે.
અભિજિત સેન
દિલીપ આહલપરા