ન્યૂક્લિયર સંલયન (nuclear fusion

ન્યૂક્લિયર સંલયન (nuclear fusion) : બે હલકી ન્યૂક્લિયસ વચ્ચે ન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયાને કારણે ભારે ન્યૂક્લિયસમાં રૂપાંતર થવાની ઘટના.

આ પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રચંડ ઊર્જા પેદા થાય છે. સૂર્ય અને તારાઓમાં પ્રચંડ ઊર્જા પેદા થવાનું કારણ ન્યૂક્લિયર સંલયનની ઘટના છે. હાઇડ્રોજન બાબના વિસ્ફોટ બાદ આવી પ્રચંડ ઊર્જાની પ્રતીતિ થઈ. હાલને તબક્કે સંલયન રિએક્ટરમાં થરમૉન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયા સફળ બનાવવા સઘન પ્રયત્નો ચાલુ છે. સંલયનપ્રક્રિયા સિદ્ધ કરવા માટે નીચેની સંલયન પ્રક્રિયાનો આધાર લેવાનો રહે છે :

પ્રચંડ વેગથી ગતિ કરતી બે હલકી ન્યૂક્લિયસ એકબીજી સાથે અથડાય ત્યારે તેમનું સંલયન થાય છે. બે ન્યૂક્લિયસ પાસે આવે ત્યારે તેમના ધનવિદ્યુતભારોને કારણે તેમની વચ્ચે અપાકર્ષણબળ પેદા થાય છે. આવા અપાકર્ષણબળ વિરુદ્ધ કાર્ય કરવા માટે પ્રચંડ ઊર્જા આવશ્યક છે. આટલી ઊર્જા મેળવવા માટે આશરે 5 × 10^7° સે. તાપમાન જરૂરી છે. પ્રવેગક (accelerator) વડે આટલી પ્રચંડ ગતિ મેળવી શકાય છે. 1 કિલોગ્રામ હલકી ન્યૂક્લિયસના સંલયનથી મળતી ઊર્જા 18,200 મેટ્રિક ટન કોલસાના દહન વડે મળતી ઊર્જાની બરોબર થાય છે.

ખૂબ જ ઊંચા તાપમાને ન્યૂક્લિયર સંલયનની પ્રક્રિયાને થરમૉન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયા કહે છે. દ્રવ્ય પ્લાઝ્મા સ્વરૂપમાં હોય તો જ થરમૉન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયા શક્ય બને છે. પ્લાઝ્મા અતિ ઊંચા તાપમાને મુક્ત ઇલેક્ટ્રૉન તથા ધનવિદ્યુતભારિત કણોનો વાયુરૂપ સમૂહ છે. બધા જ પ્રકારની ન્યૂક્લિયસ ધનવિદ્યુતભારિત હોય છે; કારણ કે તેમની અંદર ધનવિદ્યુતભારિત પ્રોટૉન આવેલા હોય છે. ન્યૂક્લિયસમાં વિદ્યુત-તટસ્થ ન્યૂટ્રૉન પણ હોય છે. આવી ન્યૂક્લિયસ એકબીજાની નજીક આવતાં અપાકર્ષે છે. હલકી ન્યૂક્લિયસ પ્રચંડ ગતિ ધરાવે ત્યારે અપાકર્ષણબળના અંતરાયને ભેદી, બે ન્યૂક્લિયસ સંલયન પામે છે.

સંલયન-ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને પાવર ઉત્પન્ન કરવામાં વિજ્ઞાનીઓને ધારી સફળતા મળી નથી. હાલમાં હાઇડ્રોજન કે તેના સમસ્થાનિક(isotopes)માંથી મેળવેલ પ્લાઝ્મા વડે, સંલયન-પ્રયોગો ચાલુ છે. ડ્યુટેરિયમ (21H) અને ટ્રિટિયમ (31H) હાઇડ્રોજન(11H)ના સમસ્થાનિકો છે; કારણ કે તે સામાન્ય પાણીમાંથી મેળવી શકાય છે. જેટલા દળના યુરેનિયમમાંથી વિખંડનને કારણે જેટલી ઊર્જા પેદા થાય છે તેટલા જ દળના ડ્યૂટેરિયમમાંથી, સંલયનને કારણે તેના કરતાં ચાર ગણી ઊર્જા મળે છે.

અંકુશિત થરમૉન્યૂકિલયર પ્રક્રિયા માટે ડ્યૂટેરિયમ અથવા ટ્રિટિયમ અથવા બંનેનો આશરે 10^7°સે. તાપમાને મળતો પ્લાઝ્મા આવશ્યક છે. આ પ્લાઝ્માનો કેવી રીતે સંગ્રહ કરવો તે એક જટિલ પશ્ન છે. આટલો ગરમ પ્લાઝ્મા વિસ્તરણ પામે છે. આ સાથે જે પાત્રમાં તેને રાખવામાં આવે તેની દીવાલો પીગળી ન જાય તે જરૂરી છે. તે માટે પાત્રની દીવાલો નીચા તાપમાને રાખવામાં આવે છે. ઉપરાંત પ્લાઝ્મા જો પાત્રની દીવાલ સાથે અથડાય તો તે ઊર્જા ગુમાવે છે અને પરિણામે ઠંડો પડે છે. ઠંડા પડેલા પ્લાઝ્મા વડે સંલયન શક્ય બનતું નથી. માટે પ્લાઝ્માને પાત્રની દીવાલથી દૂર રાખવો જરૂરી છે. પ્લાઝમાનું ઊંચું તાપમાન જળવાઈ રહે તો જ સંલયન થાય છે અને ઊર્જા ઉત્પન્ન કરી શકાય છે.

પ્રાયોગિક સંલયન-રિએક્ટરની એ પ્રમાણે રચના કરવામાં આવે છે, જેથી અતિ ગરમ પ્લાઝ્મા મેળવી શકાય. તે માટે વળ ચઢાવેલી ચુંબકીય શીશી(magnetic bottles)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. શીશીની દીવાલને ચુંબક વડે આવરી લેવામાં આવે છે. ચુંબકમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવાથી પાત્રની દીવાલની અંદર ચુંબકીય ક્ષેત્ર પેદા થાય છે. આવું ચુંબકીય ક્ષેત્ર પ્લાઝ્માને દીવાલથી દૂર રાખે છે. આ યુક્તિને ચુંબકીય કેદ (magnetic confinement) કહે છે. આ બધું કરવા છતાં આજ સુધી જે સંલયન પ્રક્રિયાઓ વિકસાવવામાં આવી છે તેમાં ઓછી ઊર્જા પેદા થાય છે અને તેના પ્રમાણમાં વધુ ખર્ચાતી હોય છે. આ સમસ્યાના નિરાકરણ માટેના પ્રયત્નો ચાલુ છે.

આશા પ્ર. પટેલ