ফিউশন শক্তি: একটি পরিচ্ছন্ন শক্তি উৎপাদন বিপ্লব

পরিচ্ছন্ন, টেকসই এবং অফুরন্ত শক্তির সন্ধান মানবজাতির অন্যতম বড় চ্যালেঞ্জ। জীবাশ্ম জ্বালানি, যদিও বর্তমানে প্রভাবশালী, জলবায়ু পরিবর্তনে উল্লেখযোগ্যভাবে অবদান রাখে। সৌর এবং বায়ুর মতো নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসগুলো আশাব্যঞ্জক বিকল্প প্রস্তাব করে, কিন্তু তাদের সবিরাম প্রকৃতি এবং জমির প্রয়োজনীয়তা সীমাবদ্ধতা তৈরি করে। ফিউশন শক্তি, যে প্রক্রিয়াটি সূর্য এবং নক্ষত্রকে শক্তি জোগায়, তা একটি গেম-চেঞ্জার হওয়ার সম্ভাবনা রাখে, যা কার্যত সীমাহীন এবং পরিচ্ছন্ন শক্তির উৎস সরবরাহ করে। এই নিবন্ধটি ফিউশনের পেছনের বিজ্ঞান, এটি ব্যবহারের দিকে অগ্রগতি, এবং যে চ্যালেঞ্জগুলো এখনও অতিক্রম করতে হবে তা অন্বেষণ করে।

ফিউশন শক্তি কী?

ফিউশন হলো এমন একটি প্রক্রিয়া যেখানে দুটি হালকা পারমাণবিক নিউক্লিয়াস একত্রিত হয়ে একটি ভারী নিউক্লিয়াস গঠন করে এবং এই প্রক্রিয়ায় প্রচুর পরিমাণে শক্তি নির্গত হয়। এই একই প্রক্রিয়া সূর্য এবং অন্যান্য নক্ষত্রকে শক্তি জোগায়। পৃথিবীতে শক্তি উৎপাদনের জন্য সবচেয়ে সম্ভাবনাময় ফিউশন বিক্রিয়ায় হাইড্রোজেনের আইসোটোপ, ডিউটেরিয়াম (D) এবং ট্রিটিয়াম (T) জড়িত। এই আইসোটোপগুলো তুলনামূলকভাবে প্রচুর; ডিউটেরিয়াম সমুদ্রের জল থেকে নিষ্কাশন করা যায়, এবং ট্রিটিয়াম লিথিয়াম থেকে তৈরি করা যেতে পারে।

ডি-টি ফিউশন বিক্রিয়ায় হিলিয়াম এবং একটি নিউট্রন তৈরি হয়, সাথে প্রচুর পরিমাণে শক্তি নির্গত হয়। এই শক্তি তখন জল গরম করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, যা টারবাইন চালানোর জন্য বাষ্প তৈরি করে এবং বিদ্যুৎ উৎপাদন করে, যা প্রচলিত বিদ্যুৎ কেন্দ্রের মতোই, কিন্তু ক্ষতিকারক গ্রিনহাউস গ্যাস নির্গমন ছাড়াই।

ফিউশন কেন আকর্ষণীয়

অন্যান্য শক্তির উৎসের তুলনায় ফিউশন বেশ কিছু গুরুত্বপূর্ণ সুবিধা প্রদান করে:

• প্রচুর জ্বালানি: ডিউটেরিয়াম সমুদ্রের জলে সহজলভ্য, এবং ট্রিটিয়াম লিথিয়াম থেকে তৈরি করা যেতে পারে, যা তুলনামূলকভাবে প্রচুর। এটি কার্যত একটি সীমাহীন জ্বালানি সরবরাহ নিশ্চিত করে।
• পরিচ্ছন্ন শক্তি: ফিউশন বিক্রিয়া গ্রিনহাউস গ্যাস তৈরি করে না, যা এটিকে একটি কার্বন-মুক্ত শক্তির উৎস করে তোলে এবং জলবায়ু পরিবর্তন প্রশমনে উল্লেখযোগ্যভাবে অবদান রাখে।
• নিরাপদ: ফিউশন চুল্লিগুলো সহজাতভাবেই নিরাপদ। কোনো ব্যাঘাত ঘটলে ফিউশন বিক্রিয়া সঙ্গে সঙ্গে বন্ধ হয়ে যায়। নিউক্লিয়ার ফিশন চুল্লির মতো অনিয়ন্ত্রিত বিক্রিয়ার কোনো ঝুঁকি নেই।
• ন্যূনতম বর্জ্য: ফিউশন খুব কম তেজস্ক্রিয় বর্জ্য উৎপাদন করে, এবং যে বর্জ্য উৎপন্ন হয় তার অর্ধ-জীবন নিউক্লিয়ার ফিশন থেকে উৎপন্ন বর্জ্যের তুলনায় তুলনামূলকভাবে কম।
• বেস লোড পাওয়ার: সৌর এবং বায়ুর মতো নয়, ফিউশন বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলো ক্রমাগত চলতে পারে, যা একটি নির্ভরযোগ্য বেস লোড পাওয়ার সরবরাহ করে।

ফিউশনের বিজ্ঞান: সীমাবদ্ধকরণ এবং উত্তাপ

পৃথিবীতে ফিউশন অর্জন করা একটি বিশাল বৈজ্ঞানিক এবং প্রকৌশলগত চ্যালেঞ্জ। মূল সমস্যা হলো ফিউশন ঘটার জন্য প্রয়োজনীয় চরম পরিস্থিতি তৈরি করা এবং তা বজায় রাখা। এই শর্তগুলোর মধ্যে রয়েছে:

• অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রা: ধনাত্মক চার্জযুক্ত নিউক্লিয়াসের মধ্যেকার স্থিরবৈদ্যুতিক বিকর্ষণকে অতিক্রম করতে এবং তাদের ফিউজ হতে দেওয়ার জন্য জ্বালানিকে লক্ষ লক্ষ ডিগ্রি সেলসিয়াস (১৫০ মিলিয়ন ডিগ্রি ফারেনহাইটের বেশি) তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করতে হবে।
• উচ্চ ঘনত্ব: জ্বালানিকে যথেষ্ট ঘন হতে হবে যাতে পর্যাপ্ত ফিউশন বিক্রিয়া ঘটে।
• যথেষ্ট সীমাবদ্ধকরণের সময়: গরম, ঘন প্লাজমাকে যথেষ্ট দীর্ঘ সময় ধরে সীমাবদ্ধ রাখতে হবে যাতে ফিউশন বিক্রিয়াগুলো প্লাজমাকে উত্তপ্ত ও সীমাবদ্ধ করতে যে শক্তি লাগে তার চেয়ে বেশি শক্তি নির্গত করতে পারে (নেট শক্তি লাভ)।

প্লাজমাকে সীমাবদ্ধ এবং উত্তপ্ত করার জন্য দুটি প্রধান পদ্ধতি অনুসরণ করা হচ্ছে:

চৌম্বকীয় সীমাবদ্ধকরণ

চৌম্বকীয় সীমাবদ্ধকরণ গরম, বৈদ্যুতিকভাবে চার্জযুক্ত প্লাজমাকে সীমাবদ্ধ করতে শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করে। সবচেয়ে সাধারণ চৌম্বকীয় সীমাবদ্ধকরণ যন্ত্র হলো টোকামাক, একটি ডোনাট-আকৃতির যন্ত্র যা প্লাজমা কণাগুলোকে চৌম্বক ক্ষেত্রের রেখা বরাবর সর্পিলভাবে ঘুরতে বাধ্য করার জন্য চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করে, যা চুল্লির দেয়ালে স্পর্শ করা থেকে তাদের বিরত রাখে।

আরেকটি চৌম্বকীয় সীমাবদ্ধকরণ পদ্ধতি হলো স্টেলারেটর, যা প্লাজমাকে সীমাবদ্ধ করতে একটি আরও জটিল, পেঁচানো চৌম্বক ক্ষেত্রের কনফিগারেশন ব্যবহার করে। স্টেলারেটরগুলো টোকামাকের চেয়ে সহজাতভাবে বেশি স্থিতিশীল তবে তৈরি করাও বেশি কঠিন।

জড় সীমাবদ্ধকরণ

জড় সীমাবদ্ধকরণ একটি ছোট জ্বালানির পেলেটকে অত্যন্ত উচ্চ ঘনত্ব এবং তাপমাত্রায় সংকুচিত ও উত্তপ্ত করতে শক্তিশালী লেজার বা কণার রশ্মি ব্যবহার করে। দ্রুত উত্তাপ এবং সংকোচনের ফলে জ্বালানিটি বিস্ফোরিত হয়ে ফিউজ হয়ে যায়। জড় সীমাবদ্ধকরণের সবচেয়ে বড় উদাহরণ হলো মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল ইগনিশন ফ্যাসিলিটি (NIF)।

বৈশ্বিক ফিউশন শক্তি প্রকল্প

বিশ্বজুড়ে ফিউশন গবেষণায় উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি হচ্ছে। এখানে কয়েকটি প্রধান প্রকল্প তুলে ধরা হলো:

আইটিইআর (আন্তর্জাতিক থার্মোনিউক্লিয়ার এক্সপেরিমেন্টাল রিঅ্যাক্টর)

ফ্রান্সে নির্মাণাধীন আইটিইআর (ITER) একটি বহুজাতিক সহযোগিতা যেখানে চীন, ইউরোপীয় ইউনিয়ন, ভারত, জাপান, কোরিয়া, রাশিয়া এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র জড়িত। এটি ফিউশন শক্তির বৈজ্ঞানিক এবং প্রযুক্তিগত সম্ভাব্যতা প্রদর্শনের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। আইটিইআর একটি টোকামাক যন্ত্র এবং এটি ৫০ মেগাওয়াট ইনপুট হিটিং পাওয়ার থেকে ৫০০ মেগাওয়াট ফিউশন পাওয়ার উৎপাদন করবে বলে আশা করা হচ্ছে, যা দশগুণ শক্তি লাভ (Q=10) প্রদর্শন করবে। আইটিইআর বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ডিজাইন করা হয়নি, তবে এটি একটি ফিউশন পাওয়ার প্ল্যান্ট তৈরির দিকে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ।

উদাহরণ: আইটিইআর-এর ভ্যাকুয়াম ভেসেল এখন পর্যন্ত গৃহীত সবচেয়ে বড় এবং সবচেয়ে জটিল ইঞ্জিনিয়ারিং কীর্তিগুলোর মধ্যে একটি, যার সমাবেশের জন্য নির্ভুল উৎপাদন এবং আন্তর্জাতিক সহযোগিতা প্রয়োজন।

জেট (জয়েন্ট ইউরোপিয়ান টোরাস)

যুক্তরাজ্যে অবস্থিত জেট (JET) হলো বিশ্বের বৃহত্তম কর্মক্ষম টোকামাক। এটি ফিউশন গবেষণায় উল্লেখযোগ্য মাইলফলক অর্জন করেছে, যার মধ্যে ১৯৯১ সালে ডিউটেরিয়াম-ট্রিটিয়াম জ্বালানি মিশ্রণ ব্যবহার করে ফিউশন শক্তির প্রথম প্রদর্শন অন্তর্ভুক্ত। জেট আইটিইআর-এ ব্যবহৃত হবে এমন প্রযুক্তিগুলোর জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ পরীক্ষামূলক ক্ষেত্র হিসেবে কাজ করেছে।

উদাহরণ: ২০২১ সালে, জেট রেকর্ড-ব্রেকিং ৫৯ মেগাজুল টেকসই ফিউশন শক্তি অর্জন করে, যা ফিউশন শক্তির সম্ভাবনা প্রদর্শন করে।

ন্যাশনাল ইগনিশন ফ্যাসিলিটি (এনআইএফ)

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে অবস্থিত এনআইএফ (NIF) হলো বিশ্বের বৃহত্তম এবং সবচেয়ে শক্তিশালী লেজার সিস্টেম। এটি জ্বালানির পেলেটগুলোকে ফিউশন অবস্থায় সংকুচিত এবং উত্তপ্ত করতে জড় সীমাবদ্ধকরণ ব্যবহার করে। ২০২২ সালের ডিসেম্বরে, এনআইএফ নেট শক্তি লাভ (বৈজ্ঞানিক ব্রেকইভেন) প্রদর্শন করে একটি ঐতিহাসিক মাইলফলক অর্জন করে, যেখানে ফিউশন বিক্রিয়া দ্বারা উৎপাদিত শক্তি লেজার দ্বারা জ্বালানির পেলেটে সরবরাহ করা শক্তিকে ছাড়িয়ে যায়।

উদাহরণ: ইগনিশন অর্জনে এনআইএফ-এর সাফল্য জড় সীমাবদ্ধকরণ পদ্ধতির বৈধতা দিয়েছে এবং ফিউশন শক্তি গবেষণার জন্য নতুন পথ উন্মুক্ত করেছে।

ভেন্ডেলস্টাইন ৭-এক্স

জার্মানিতে অবস্থিত ভেন্ডেলস্টাইন ৭-এক্স (Wendelstein 7-X) একটি অত্যাধুনিক স্টেলারেটর যন্ত্র। এটি ফিউশন চুল্লি হিসেবে স্টেলারেটর ব্যবহারের সম্ভাব্যতা প্রদর্শনের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। ভেন্ডেলস্টাইন ৭-এক্স প্লাজমা সীমাবদ্ধকরণ এবং উত্তাপনে চিত্তাকর্ষক ফলাফল অর্জন করেছে।

উদাহরণ: ভেন্ডেলস্টাইন ৭-এক্স-এর জটিল চৌম্বক ক্ষেত্র কনফিগারেশন দীর্ঘমেয়াদী প্লাজমা সীমাবদ্ধকরণের অনুমতি দেয়, যা একটি ফিউশন পাওয়ার প্ল্যান্টের জন্য একটি মূল প্রয়োজনীয়তা।

বেসরকারি ফিউশন কোম্পানি

সরকার-অর্থায়িত গবেষণার পাশাপাশি, ক্রমবর্ধমান সংখ্যক বেসরকারি কোম্পানি ফিউশন শক্তি নিয়ে কাজ করছে। এই কোম্পানিগুলো উদ্ভাবনী ফিউশন চুল্লির ডিজাইন তৈরি করছে এবং উল্লেখযোগ্য বিনিয়োগ আকর্ষণ করছে। কিছু উল্লেখযোগ্য বেসরকারি ফিউশন কোম্পানির মধ্যে রয়েছে:

• কমনওয়েলথ ফিউশন সিস্টেমস (সিএফএস): সিএফএস উচ্চ-তাপমাত্রা সুপারকন্ডাক্টিং চুম্বক ব্যবহার করে একটি কমপ্যাক্ট টোকামাক চুল্লি তৈরি করছে।
• জেনারেল ফিউশন: জেনারেল ফিউশন একটি ম্যাগনেটাইজড টার্গেট ফিউশন পদ্ধতি অনুসরণ করছে।
• হেলিয়ন এনার্জি: হেলিয়ন এনার্জি একটি পালসড ফিউশন চুল্লি তৈরি করছে।
• টোকামাক এনার্জি: টোকামাক এনার্জি একটি গোলাকার টোকামাক চুল্লি তৈরি করছে।

উদাহরণ: কমনওয়েলথ ফিউশন সিস্টেমস ২০৩০-এর দশকের প্রথম দিকে একটি বাণিজ্যিকভাবে কার্যকর ফিউশন পাওয়ার প্ল্যান্ট তৈরির লক্ষ্য নিয়েছে, যা বেসরকারি খাতে অগ্রগতির ক্রমবর্ধমান গতি প্রদর্শন করে।

চ্যালেঞ্জ এবং প্রতিবন্ধকতা

উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি সত্ত্বেও, ফিউশন শক্তি বাণিজ্যিক বাস্তবতায় পরিণত হওয়ার আগে বেশ কয়েকটি চ্যালেঞ্জ রয়ে গেছে:

• টেকসই ইগনিশন অর্জন: টেকসই ইগনিশন অর্জন করা, যেখানে ফিউশন বিক্রিয়া স্ব-sustaining হয়, একটি বড় চ্যালেঞ্জ। আইটিইআর টেকসই ইগনিশন প্রদর্শনের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে, তবে ফিউশন চুল্লির দক্ষতা এবং নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করার জন্য আরও গবেষণা প্রয়োজন।
• উপাদান বিজ্ঞান: একটি ফিউশন চুল্লির অভ্যন্তরের চরম পরিস্থিতি, যার মধ্যে রয়েছে উচ্চ তাপমাত্রা, তীব্র নিউট্রন প্রবাহ এবং শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র, চুল্লি তৈরিতে ব্যবহৃত উপকরণগুলোর উপর 엄청 চাপ সৃষ্টি করে। এই পরিস্থিতি সহ্য করতে পারে এমন উপকরণ তৈরি করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
• ট্রিটিয়াম প্রজনন: ট্রিটিয়াম হাইড্রোজেনের একটি তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ এবং এটি প্রাকৃতিকভাবে প্রচুর পরিমাণে পাওয়া যায় না। ফিউশন চুল্লিগুলোকে লিথিয়াম ব্যবহার করে তাদের নিজস্ব ট্রিটিয়াম তৈরি করতে হবে। দক্ষ এবং নির্ভরযোগ্য ট্রিটিয়াম প্রজনন ব্যবস্থা তৈরি করা অপরিহার্য।
• খরচ: ফিউশন চুল্লিগুলো জটিল এবং নির্মাণে ব্যয়বহুল। অন্যান্য শক্তির উৎসের সাথে প্রতিযোগিতামূলক করার জন্য ফিউশন শক্তির খরচ কমানো প্রয়োজন।
• নিয়ন্ত্রণ: ফিউশন শক্তির নিরাপদ এবং দায়িত্বশীল স্থাপনা নিশ্চিত করার জন্য একটি স্পষ্ট নিয়ন্ত্রক কাঠামো তৈরি করা গুরুত্বপূর্ণ। এই কাঠামোকে লাইসেন্সিং, বর্জ্য নিষ্পত্তি এবং পরিবেশগত প্রভাবের মতো বিষয়গুলো সমাধান করতে হবে।

ফিউশন শক্তির ভবিষ্যৎ

ফিউশন শক্তি ভবিষ্যতের জন্য একটি পরিচ্ছন্ন, টেকসই এবং প্রচুর শক্তির উৎস হিসেবে 엄청 প্রতিশ্রুতি রাখে। যদিও উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জ রয়ে গেছে, ফিউশন গবেষণায় যে অগ্রগতি হচ্ছে তা উৎসাহব্যঞ্জক। ক্রমাগত বিনিয়োগ এবং উদ্ভাবনের মাধ্যমে, ফিউশন শক্তি আগামী দশকগুলোতে বাস্তবে পরিণত হতে পারে, যা জলবায়ু পরিবর্তন প্রশমন করার সাথে সাথে বিশ্বের ক্রমবর্ধমান শক্তির চাহিদা মেটাতে সাহায্য করবে।

নীতি এবং বিনিয়োগ

সরকারি নীতি এবং বিনিয়োগ ফিউশন শক্তির উন্নয়নকে ত্বরান্বিত করতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। সরকারগুলো মৌলিক বিজ্ঞান, প্রযুক্তি উন্নয়ন এবং আইটিইআর-এর মতো বড় আকারের প্রদর্শন প্রকল্পগুলোর জন্য অর্থায়নের মাধ্যমে ফিউশন গবেষণাকে সমর্থন করতে পারে। তারা কর ছাড়, ঋণ গ্যারান্টি এবং অন্যান্য ব্যবস্থার মাধ্যমে ফিউশন শক্তিতে ব্যক্তিগত বিনিয়োগকে উৎসাহিত করতে পারে।

উদাহরণ: ইউরোপীয় ইউনিয়নের হরাইজন ইউরোপ প্রোগ্রাম ফিউশন গবেষণা ও উন্নয়নের জন্য উল্লেখযোগ্য অর্থায়ন প্রদান করে।

আন্তর্জাতিক সহযোগিতা

ফিউশন শক্তি একটি বৈশ্বিক চ্যালেঞ্জ যার জন্য আন্তর্জাতিক সহযোগিতা প্রয়োজন। জ্ঞান, সম্পদ এবং দক্ষতা ভাগ করে নেওয়া ফিউশন শক্তির উন্নয়নকে ত্বরান্বিত করতে এবং খরচ কমাতে পারে। আইটিইআর ফিউশন গবেষণায় সফল আন্তর্জাতিক সহযোগিতার একটি প্রধান উদাহরণ।

জনসচেতনতা

ফিউশন শক্তির সম্ভাবনা সম্পর্কে জনসচেতনতা বৃদ্ধি করা এর উন্নয়নের জন্য সমর্থন তৈরি করতে গুরুত্বপূর্ণ। ফিউশন শক্তির বিজ্ঞান, সুবিধা এবং চ্যালেঞ্জ সম্পর্কে জনসাধারণকে শিক্ষিত করা এটি প্রয়োজনীয় মনোযোগ এবং সম্পদ পায় তা নিশ্চিত করতে সাহায্য করতে পারে।

উপসংহার

পরিচ্ছন্ন এবং টেকসই শক্তির বৈশ্বিক অনুসন্ধানে ফিউশন শক্তি একটি আশার আলোকবর্তিকা হিসেবে দাঁড়িয়ে আছে। যদিও বাণিজ্যিক ফিউশন শক্তির পথটি চ্যালেঞ্জে পূর্ণ, সম্ভাব্য পুরস্কারগুলো বিশাল। একটি সফল ফিউশন শক্তির ভবিষ্যৎ একটি কার্যত সীমাহীন, নিরাপদ এবং পরিবেশ বান্ধব শক্তির উৎস দ্বারা চালিত বিশ্বের প্রতিশ্রুতি দেয়। গবেষক এবং প্রকৌশলীরা যখন বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির সীমানা ঠেলে এগিয়ে যাচ্ছেন, এবং টেকসই বৈশ্বিক সহযোগিতা ও বিনিয়োগের মাধ্যমে, ফিউশন শক্তির প্রতিশ্রুতি বাস্তবতার আরও কাছাকাছি আসছে, যা আগামী প্রজন্মের জন্য একটি উজ্জ্বল এবং আরও টেকসই ভবিষ্যৎ প্রদান করছে।