नाभिकीय संलयन: परिभाषा

नाभिकीय संलयन (न्यूक्लियर फ़्यूज़न)

ड्यूटेरियम और ट्रिटियम जैसे हल्के नाभिकों का जुड़कर भारी नाभिक बनाना, जिससे ऊर्जा निकलती है; सूर्य इसी से चमकता है और यह बिजली बनाने का एक प्रायोगिक रास्ता है।

सबसे आसानी से हासिल होने वाली संलयन अभिक्रिया ड्यूटेरियम-ट्रिटियम (D-T) है:

D + T → He-4 (3.5 MeV) + n (14.1 MeV); 17.6 MeV per reaction

इसके लिए प्लाज़्मा का तापमान करीब 100–150 million °C चाहिए। इग्निशन के लिए Lawson ट्रिपल प्रोडक्ट (घनत्व × तापमान × कन्फ़ाइनमेंट समय) करीब 3 × 10²¹ keV·s/m³ से ज़्यादा होना चाहिए। इसके दो मुख्य तरीके हैं:

चुंबकीय कन्फ़ाइनमेंट: टोकामक (ITER, JET, JT-60SA, SPARC) और स्टेलरेटर (Wendelstein 7-X)।
इनर्शियल कन्फ़ाइनमेंट: लेज़र ईंधन की गोलियों को दबाते हैं। अमेरिका की National Ignition Facility ने दिसंबर 2022 में 1 से ज़्यादा टारगेट गेन हासिल किया (2.05 MJ लेज़र ऊर्जा से 3.15 MJ) और बाद में 5 MJ भी पार किया, हालाँकि वॉल-प्लग पर लेज़र की ऊर्जा करीब 300 MJ होती है।

मुख्य पैमाने हैं Q_plasma (संलयन पावर बनाम हीटिंग पावर) और Q_engineering (शुद्ध बिजली)। फ्रांस में ITER का लक्ष्य 500 MW संलयन पावर के साथ Q = 10 है; इसकी संशोधित योजना में D-T संचालन 2030 के दशक के आखिर तक खिसक गया है। Commonwealth Fusion Systems, Helion और TAE जैसी निजी कंपनियाँ 2030 के दशक में पायलट प्लांट का लक्ष्य रख रही हैं।

बड़ी चुनौतियाँ अभी बाकी हैं: लिथियम ब्लैंकेट से ट्रिटियम बनाना (ट्रिटियम दुर्लभ है, दुनिया भर में करीब 20 kg), 14 MeV न्यूट्रॉनों की मार झेल सकने वाली सामग्री, और किफ़ायती पावर घनता। संलयन से लंबे समय तक रहने वाला उच्च-स्तरीय कचरा नहीं बनता, लेकिन सक्रिय हुई संरचनाओं का प्रबंधन करना पड़ता है। विखंडन के उलट इसमें बेकाबू होने वाली कोई चेन रिएक्शन नहीं होती।

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