परमाणु ऊर्जा: विस्फोट करने वाले तारे पृथ्वी पर परमाणु संलयन को अनलॉक करने की कुंजी रख सकते हैं

उत्तर कोरिया द्वारा परमाणु हथियार बनाने और देश के खतरनाक नेता के खिलाफ राष्ट्रपति डोनाल्ड ट्रम्प की धमकी के दावों के बाद हाल के महीनों में वैश्विक परमाणु खतरा बढ़ गया है। बढ़ते तनाव ने कयामत की घड़ी को आधी रात के करीब ले जाने का कारण बना दिया।

हालांकि, दुनिया को नष्ट करने और हमारे अस्तित्व को खतरे में डालने की क्षमता के बावजूद, परमाणु ऊर्जा में ग्रह की दबाव वाली बिजली की जरूरतों को हल करने की क्षमता भी है।

हाल के वर्षों में, प्रौद्योगिकी में प्रगति और सुपरकंडक्टर्स जैसी चीजों के बारे में हमारी समझ के कारण, निजी कंपनियां अनुसंधान बैंडवागन में कूद रही हैं। Google ने हाल ही में परमाणु संलयन विशेषज्ञों के साथ मिलकर जटिल ऊर्जा समस्याओं को हल करने के लिए एक एल्गोरिथ्म विकसित किया है, और MIT ने हाल ही में कहा है कि परमाणु संलयन केवल 15 वर्षों में ग्रिड पर हो सकता है।

हाल ही में, वैज्ञानिकों का मानना ​​​​है कि उन्होंने विस्फोट करने वाले सितारों को देखकर परमाणु संलयन के रहस्यों में से एक को खोल दिया होगा। टीम, सेमिशिगन विश्वविद्यालय के सेंटर फॉर लेजर एक्सपेरिमेंटल एस्ट्रोफिजिकल रिसर्च ग्रुप ने देखा कि सुपरनोवा के दौरान सामग्री के मिश्रण के तरीके में गर्मी कैसे भूमिका निभाती है - जब कोई तारा अपने जीवन के अंत तक पहुंचता है और फट जाता है। ये विस्फोट बड़ी मात्रा में ऊर्जा भेजते हैं, कुछ मामलों में हमारे अपने सूर्य से अधिक अपने पूरे जीवनकाल के दौरान बाहर निकल जाएगा।

अंतरिक्ष में इस तरह की संलयन प्रतिक्रियाओं में गर्मी की भूमिका को काफी हद तक नजरअंदाज कर दिया गया है और वैज्ञानिक परमाणु ऊर्जा सफलताओं को चलाने में मदद करने के लिए पृथ्वी पर ऐसी प्रतिक्रियाओं की नकल करने का प्रयास कर रहे हैं। प्रयोगशाला स्थितियों में लोहे, कार्बन हीलियम और हाइड्रोजन सहित विभिन्न तत्वों के साथ विभिन्न प्लाज़्मा को मिलाकर, शोधकर्ता यह स्थापित करने में सक्षम हैं कि ऊर्जा में प्रवाह गर्मी के बढ़ने और गिरने का कारण बनता है, जिसका इस बात पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है कि तत्व कैसे मिश्रित होते हैं। प्लाज्मा पिछले प्रयोगों में इस तरह से इस पर विचार नहीं किया गया है, और अंत में पृथ्वी पर परमाणु संलयन को और अधिक टिकाऊ बनाने की कुंजी हो सकती है। शोध में प्रकाशित हुआ है प्रकृति संचार।

परमाणु ऊर्जा क्या है?

जबकि परमाणु ऊर्जा में मनुष्यों को लगभग असीमित ऊर्जा प्रदान करने की क्षमता है, परमाणु ऊर्जा के पीछे के भौतिकी में कल्पना के कुछ सबसे छोटे कणों के बीच बातचीत शामिल है। ब्रह्मांड में प्रत्येक परमाणु के केंद्र में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का एक छोटा संग्रह होता है जिसे नाभिक कहा जाता है। नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या निर्धारित करती है कि परमाणु कौन सा तत्व है, और नाभिक उस परमाणु के द्रव्यमान का अधिकांश भाग बनाता है।

नाभिक के अंदर, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन भौतिकी में चार मूलभूत बलों में से एक से बंधे होते हैं जिन्हें मजबूत बल कहा जाता है। जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, मजबूत बल चारों में सबसे मजबूत है, लेकिन यह केवल छोटी दूरी में ही काम करता है - जैसे कि एक नाभिक के अंदर। अन्य हैंगुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय और कमजोर। यह वीडियो अंतरों का वर्णन करता है, और वे हमें कैसे प्रभावित करते हैं:

परमाणु मुख्यतः रिक्त स्थान होते हैं। यदि एक परमाणु एक फुटबॉल स्टेडियम के आकार का होता, तो नाभिक मोटे तौर पर इसके बीच में एक मक्खी के आकार का होता। परमाणु का दूसरा भाग एक परमाणु के नाभिक की परिक्रमा करने वाले मेघ इलेक्ट्रॉन होते हैं, लेकिन प्रबल बल इलेक्ट्रॉनों पर लागू नहीं होता है। इसके बजाय वे विद्युत चुम्बकीय बलों से बंधे होते हैं, क्योंकि उनके पास ऋणात्मक आवेश होता है जबकि नाभिक धनात्मक रूप से आवेशित होता है।

सामान्यतया, परमाणु भौतिकी में नाभिक का निर्माण या टूटना शामिल होता है। दोनों ऐसी प्रक्रियाएं हैं जिनके माध्यम से थोड़ा सा द्रव्यमान खो जाता है, और ये भारी मात्रा में ऊर्जा छोड़ते हैं।

परमाणु ऊर्जा इतनी महत्वपूर्ण क्यों है?

1950 के दशक से, भौतिक विज्ञानी उस प्रक्रिया की नकल करने का प्रयास कर रहे हैं जो हाइड्रोजन परमाणुओं के हीलियम में संलयन को नियंत्रित करके सूर्य को शक्ति प्रदान करती है। इस शक्ति का उपयोग करने की कुंजी प्लाज़्मा नामक हाइड्रोजन गैस की अल्ट्रा-हॉट गेंदों को तब तक सीमित रखना है जब तक कि संलयन प्रतिक्रियाओं से निकलने वाली ऊर्जा की मात्रा उससे अधिक के बराबर न हो जाए। इस बिंदु को ऊर्जा विशेषज्ञ ब्रेकईवन कहते हैं और, यदि यह हो सकता है हासिल किया जा सकता है, यह एक तकनीकी सफलता का प्रतिनिधित्व करेगा और शून्य-कार्बन ऊर्जा का असीमित और प्रचुर स्रोत प्रदान कर सकता है।

आप शायद आइंस्टीन के सबसे प्रसिद्ध समीकरण E=mc^2 के बारे में जानते होंगे। यह बताता है कि जब द्रव्यमान का एक छोटा सा हिस्सा खो जाता है तो ऊर्जा की मात्रा उस द्रव्यमान के बराबर होती है जिसे प्रकाश वर्ग की गति से गुणा किया जाता है। प्रकाश की गति एक बहुत बड़ी संख्या है।

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किसी भी तत्व का सबसे छोटा नाभिक केवल एक प्रोटॉन से बना होता है, जो हाइड्रोजन परमाणुओं में पाया जाता है। हाइड्रोजन, हीलियम के साथ, लिथियम और बेरिलियम ब्रह्मांड में सबसे हल्के तत्व हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें बनाने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता नहीं है। ये प्रकाश तत्व ब्रह्मांड की शुरुआत में बने थे, जब यह लगभग तीन मिनट पुराना था और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ बांधने के लिए पर्याप्त ठंडा था। यह एक कारण है कि हाइड्रोजन प्लाज़्मा को पृथ्वी पर परमाणु ऊर्जा निकालने का सबसे अच्छा स्रोत माना जाता है।

इन पहले चार तत्वों के बाद ब्रह्मांड एक दीवार से टकराया। आवर्त सारणी में अगले 88 तत्वों के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता थी, ताकि प्रोटॉन एक दूसरे को उनके सकारात्मक आरोपों से दूर कर सकें, और इसके लिए परमाणु संलयन को खेलना होगा।

तो परमाणु संलयन क्या है?

हमारे आस-पास की लगभग हर चीज एक तारे के अंदर बनी है। तारे हाइड्रोजन से शुरू होते हैं, जिसे वे एक साथ निचोड़कर हीलियम बनाते हैं। यह प्रक्रिया जारी रहती है, ऊर्जा जारी करती है और तारे को गर्म करती है।

ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करते हुए यह प्रतिक्रिया है कि वैज्ञानिकों और टीमों को पसंद हैटीएई टेक्नोलॉजीजपरमाणु संलयन शक्ति हासिल करने की नकल करने की कोशिश कर रहे हैं। जब ड्यूटेरियम और ट्रिटियम नाभिक - जो हाइड्रोजन में पाए जा सकते हैं - फ्यूज करते हैं, तो वे एक हीलियम नाभिक, एक न्यूट्रॉन और बहुत सारी ऊर्जा बनाते हैं।

निनटेंडो एसडी कार्ड से फिल्में चला सकते हैं

चूंकि परमाणु संलयन के लिए प्रतिक्रियाओं को शुरू करने के लिए भारी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इस प्रक्रिया को पृथ्वी पर कॉपी करना मुश्किल साबित हुआ है। फ्यूजन रिएक्टर में परमाणुओं को संयोजित करने के लिए लगभग 150 मिलियन डिग्री का अत्यधिक दबाव और तापमान लगता है।

जब हमारे सूर्य के क्रोड के आकार का कोई तारा हाइड्रोजन (उसके ईंधन स्रोत) से समाप्त हो जाता है तो वह मरने लगता है। मरने वाला तारा एक लाल विशालकाय में फैलता है और हीलियम परमाणुओं को फ्यूज करके कार्बन परमाणुओं का उत्पादन शुरू करता है। परमाणु जलने की एक और श्रृंखला में बड़े तारे ऑक्सीजन से लेकर लोहे तक भारी तत्व बना सकते हैं। लोहे से भारी कुछ भी सुपरनोवा में बनाया जाता है, एक विशाल तारे के जीवन के अंत में विशाल विस्फोट।

नाभिकीय संलयन का नाभिकीय विखंडन से क्या संबंध है?

परमाणु शक्ति, जैसा कि हम इसे पृथ्वी पर जानते हैं, एक अलग परमाणु प्रतिक्रिया का उपयोग करती है, जिसे विखंडन कहा जाता है।

जब तत्वों का विस्तार शुरू होता है, जैसे यूरेनियम या प्लूटोनियम, नाभिक के अंदर अधिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ पैक किया जाता है, तो उन्हें न्यूट्रॉन से मारकर छोटे तत्वों में वापस तोड़ना संभव है। इसके परिणामस्वरूप द्रव्यमान में परिवर्तन होता है, जिससे भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है।

समस्या प्रतिक्रियाओं के तथाकथित बाद के उत्पादों में निहित है। ये पदार्थ अत्यधिक रेडियोधर्मी हैं, जो उन्हें अविश्वसनीय रूप से खतरनाक बनाते हैं और यह परमाणु ऊर्जा के लिए सबसे महत्वपूर्ण नकारात्मक पहलू है।

रेडियोधर्मी कचरे को अविश्वसनीय रूप से सावधानी से संभाला जाना चाहिए और वर्तमान में इससे छुटकारा पाने का सबसे अच्छा तरीका इसे गहरे भूमिगत दफन करना है। लेकिन यह परमाणु रिएक्टरों को खतरनाक स्थान बनाता है, और जिन आपदाओं में रेडियोधर्मी कचरा लीक हुआ है, उनके गंभीर परिणाम हुए हैं, जैसे कि 1986 में चेरनोबिल में आपदा और फुकुशिमा।

कौन सी कंपनियां न्यूक्लियर फ्यूजन पर काम कर रही हैं?

साथ से

निजी फर्म कॉमनवेल्थ फ्यूजन सिस्टम्स के साथ काम करते हुए, MIT के शोधकर्ताओं ने हाल ही में उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स का उपयोग करके फ्यूजन प्रयोगों और बिजली संयंत्रों की एक नई पीढ़ी तैयार की। हालांकि अभी तक इसका एहसास नहीं हुआ है, साझेदारी का लक्ष्य SPARC नामक एक कॉम्पैक्ट डिवाइस का निर्माण करना है।

एक बार सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोमैग्नेट्स के लिए स्पार्क विकसित किए गए हैं, अगले तीन वर्षों के भीतर होने की उम्मीद है, SPARC उनका उपयोग १०० मिलियन वाट, या १०० मेगावाट (मेगावाट), संलयन शक्ति उत्पन्न करने के लिए करेगा। हालांकि यह उस गर्मी को बिजली में नहीं बदलेगा, यह उतनी ही बिजली का उत्पादन करेगा जितना एक छोटे शहर द्वारा किया जाता है - दो बार से अधिक जो प्लाज्मा को गर्म करने के लिए उपयोग किया जाता है, अंततः पहली बार संलयन से सकारात्मक शुद्ध ऊर्जा पैदा करता है। सफल होने पर, यह एक फ्यूजन पावर प्लांट का पूर्ण पैमाने पर प्रोटोटाइप बनाने में मदद कर सकता है और दुनिया को केवल 15 वर्षों में परमाणु संलयन की राह पर ले जा सकता है।

गूगल

यह शोध Google द्वारा किए जा रहे कार्यों से आगे बढ़ता है औरटीएई टेक्नोलॉजीज, जो खुद को दुनिया की सबसे बड़ी निजी फ्यूजन कंपनी और अपनी विशाल आयनित प्लाज्मा मशीन C2-U कहती है। Google ने प्लाज्मा भौतिकी में प्रयोगों को गति देने के लिए डिज़ाइन किया गया एक एल्गोरिदम बनाया और सीएफएस के समान ट्राई अल्फा एनर्जी का अंतिम उद्देश्य, पहला फ़्यूज़न-आधारित वाणिज्यिक बिजली संयंत्र बनाना है। यह जितनी तेजी से प्रयोग पूरा कर सकता है, उतनी ही तेजी से और सस्ता यह इस लक्ष्य को प्राप्त कर सकता है और दुनिया को अधिक टिकाऊ, स्वच्छ ऊर्जा स्रोत की ओर ले जा सकता है।

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ब्रिटेन परमाणु ऊर्जा प्राधिकरण के सीईओ प्रोफेसर इयान चैपमैन, परमाणु संलयन में निजी क्षेत्र के अनुसंधान में वृद्धि दांव पर भारी पुरस्कार को दर्शाती है - बिजली पैदा करने का एक प्रचुर, पर्यावरणीय रूप से जिम्मेदार और सुरक्षित नया तरीका। कहा हुआ .

इस तरह के प्रयोगों को करने के लिए, प्लाज्मा - गैस के अल्ट्रा हॉट बॉल्स - को लंबे समय तक सीमित रखने की आवश्यकता होती है।टीएई टेक्नोलॉजीजनामक विधि का उपयोग करके इन प्लाज़्मा को सीमित करता है फ़ील्ड-उलट कॉन्फ़िगरेशन जो अन्य तरीकों के विपरीत ऊर्जा बढ़ने के साथ अधिक स्थिर होने की भविष्यवाणी की जाती है, जहां प्लाज़्मा को गर्म करने पर नियंत्रित करना कठिन हो जाता है।

टीएई टेक्नोलॉजीज'C-2U इन प्रयोगों को इस सीमा तक धकेलता है कि इतने कम समय में प्लाज्मा को इतनी कम जगह में उत्पन्न करने और सीमित करने के लिए कितनी विद्युत शक्ति लागू की जा सकती है। इसकी सेटिंग्स को अनुकूलित करना (मशीन में 1,000 से अधिक बटन हैं) और प्लाज्मा के व्यवहार को प्रबंधित करना एक जटिल समस्या है और यहीं पर Google का ऑप्टोमेट्रिस्ट एल्गोरिथम आता है।

Google के वरिष्ठ स्टाफ़ सॉफ़्टवेयर इंजीनियर Ted Baltz के रूप में बताते हैं , C-2U मशीन हर आठ मिनट में एक प्लाज्मा शॉट चलाती है और प्रत्येक रन में C-2U के वैक्यूम के अंदर प्लाज्मा के दो कताई बूँदें बनाना शामिल है। प्लाज्मा की एक बड़ी, गर्म, घूमती हुई गेंद बनाने के लिए इन बूँदों को एक साथ 600,000 मील प्रति घंटे से अधिक की गति से तोड़ा जाता है।

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प्लाज्मा की गेंद को फिर से घूमने के लिए तटस्थ हाइड्रोजन परमाणुओं से बने कण बीम के साथ लगातार हिट किया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र कताई गेंद को 10 मिलीसेकंड तक पकड़ कर रखते हैं। गूगल का कलन विधि मानव भौतिकविदों को समाधान के साथ प्रस्तुत करने के लिए सभी मापदंडों को सेटिंग्स की संख्या से लेकर वैक्यूम की गुणवत्ता और इलेक्ट्रॉनों की स्थिरता तक ले जाता है।

परमाणु बम कैसे काम करते हैं?

अमेरिका परमाणु हथियार विकसित करने वाला पहला देश था, उसके बाद 1949 में रूस था। 2016 तक, यह अनुमान लगाया गया है कि अमेरिका के पास लगभग 7,000 परमाणु हथियार हैं, जिनमें सेवानिवृत्त, संग्रहीत और तैनात हथियार शामिल हैं। कहा जाता है कि रूस के पास लगभग 7,300 हथियार हैं, फ्रांस के पास लगभग 300 और ब्रिटेन के पास 215 हैं। उत्तर कोरिया, जिसे आधुनिक समय के सबसे महत्वपूर्ण परमाणु खतरों में से एक के रूप में देखा जाता है, के पास अज्ञात संख्या में उपकरण हैं, हालांकि अनुमान के अनुसार यह संख्या लगभग 10 है। .

सभी परमाणु हथियार अपने विनाशकारी विस्फोटों को उत्पन्न करने के लिए विखंडन का उपयोग करते हैं। WWII के दौरान हिरोशिमा पर गिराए गए लिटिल बॉय सहित शुरुआती हथियारों ने विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को किकस्टार्ट करने के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण द्रव्यमान बनायाउसी सामग्री से बने लक्ष्य पर एक खोखला यूरेनियम-235 सिलेंडर दागा।

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यह तकनीक हाल के वर्षों में उन्नत हुई है और आधुनिक हथियारों में, महत्वपूर्ण द्रव्यमान सामग्री के घनत्व पर निर्भर करता है। ये हथियार यूरेनियम -235 या प्लूटोनियम -239 धातु के तथाकथित गड्ढे के आसपास रासायनिक विस्फोटक विस्फोट करते हैं। ये समस्थानिक विखंडन से गुजरने में सक्षम सबसे आम तत्व हैं। यूरेनियम और प्लूटोनियम दोनों ही खनिज निक्षेपों में स्वाभाविक रूप से पाए जाते हैं, यद्यपि कम मात्रा में (यूरेनियम के मामले में 1% से कम और प्लूटोनियम के लिए भी कम) जिसका अर्थ है कि उन्हें निर्मित करने की आवश्यकता है। यह एक महंगी और समय लेने वाली प्रक्रिया है और अधिक स्वतंत्र रूप से परमाणु बम बनाने में मुख्य बाधा है।

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लोल में एफपीएस और पिंग कैसे दिखाएं

आधुनिक परमाणु विस्फोटों में, विस्फोट अंदर की ओर उड़ता है, जिससे गड्ढे में परमाणु आपस में जुड़ जाते हैं। एक बार महत्वपूर्ण द्रव्यमान प्राप्त हो जाने के बाद, न्यूट्रॉन का उपयोग एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया बनाने के लिए किया जाता है, जो बदले में, परमाणु विस्फोट करता है। थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन हथियार विखंडन विस्फोट से ऊर्जा का उपयोग हाइड्रोजन समस्थानिकों को एक साथ एक आग का गोला बनाने के लिए करते हैं जो तापमान को सूर्य के समान गर्म करता है।