அணுச்சேர்க்கை (Fusion) மூலம் ஆற்றலுருவாக்கம்

ஒரு விளக்கம்

சிவதாசன்

சமீபத்தில் ஒரு செய்தி வந்தது – அணுக்கருச் சேர்க்கை மூலம் (nuclear fusion) சக்தியை (energy) உருவாக்குவதில் விஞ்ஞானிகள் வெற்றிபெற்றுள்ளனர் என்பதே அச் செய்தி. பிரபஞ்சத்தின் உருவாக்கம் முதல் நடைமுறையிலிருந்துவரும் இச்சக்தி உருவாக்க முறையை இதுவரை மனிதனால் பயன்படுத்த முடியாமல் இருந்து வருகிறது. இப்போது அது கைகூடி வந்திருக்கிறது என்கிறார்கள் விஞ்ஞானிகள். இதன் பின்னணி பற்றிச் சிலர் தமது உயர்தரக் கல்வியின்போது கற்றிருப்பார்கள். சிலருக்கு அந்த வாய்ப்பு கிடைத்திருக்காது. இதுபற்றி ஆர்வமுள்ளவர்களுக்காக இக் கட்டுரை.

மின்னுற்பத்தி

நாம் தற்போது அனுபவித்துவரும் லெளகீக வாழ்வின் முக்கிய அம்சங்களில் ஒன்று மின்சாரம். அது இல்லாதபோது நாம் படும் அசெளகரியங்கள் சொல்லி மாளாது. இம் மின்சாரம் எப்படி உருவாகியது அல்லது உருவாகிறது என்பது பற்றி ஒரு முன் விளக்கம்.

நமது வீடுகளுக்கு வரும் மின்னிணைப்பில் கிடைக்கும் மின்சாரம் எங்கோ தொலைவில் இருக்கும் மின்பிறப்பாக்கிகளில் (generators) இருந்து புறப்படுகிறது. தற்போது சில வீடுகள் சூரிய ஒளித்தகடுகள் மூலம் மின்சாரத்தைப் பிறப்பிக்கின்றன. அது பற்றிப் பிறகு பார்க்கலாம். வழமையான மின்பிறப்பாக்கிகள் மின்காந்தச் சுழலிகளைச் (dynamo) சுற்றுவதன் மூலம் மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்கின்றன. நமது ஊரில் சைக்கிள்களில் பொருத்தப்பட்டுள்ள டைனமோ செயற்பவுவதைப் போன்றதே இதுவும். ஆனால் இது மிகவும் பிரமாண்டமானது. இதைச் சுழல வைக்க பல வழிவகைகள் பாவிக்கப்படுகின்றன. இவற்றில் பிரதானமானவை நீர், நீராவி அமுக்கம், காற்று, அலை போன்றவை. கனடாவில் நயாகரா நீர்வீழ்ச்சியிலும், இலங்கையில் லக்சபான நீர்வீழ்ச்சியிலும் பொருத்தப்பட்டுள்ள பாரிய சுழலிகளை நீர்வீழ்ச்சி சுழற்றுவதால் மின்சாரம் பெறப்படுகிறது. இந்த மின்காந்தசு சுழலியைக் கண்டுபிடித்தவர் நிக்கோலா ரெஸ்லா. அவர் உருவாக்கிய மின்சுழலிதான் இன்றுவரை நயாகரா நீர்வீழ்ச்சியில் இயங்கிவருகிறது. இவற்றின் இறக்கைகளில் வீழும் நீர் இயந்திரங்களைச் சுழற்றுவதால் மின்சாரம் பெறப்படுகிறது. நீர்வீழ்ச்சி இல்லாத இடங்களில் நிலக்கரியை எரித்து நீராவியை உருவாக்கி அதை அமுக்கக் குழாய்களினூடு செலுத்துவதன் மூலம சுழலிகளை இயக்குகிறார்கள். சில மின்சார உற்பத்தி நிலையங்களில் இயற்கை வாயுவினால் நீராவியை உற்பத்தி செய்து சுழலிகளை இயக்குகிறார்கள். சில நாடுகளில் காற்றாடிகள் மூலம் சுழலிகளை இயக்குகிறார்கள். எப்படியோ சுழலிகள் இயக்கப்படுவதன் மூலமே பெரும்பாலான மின்சாரத் தேவைகள் நிறைவேற்றப்படுகின்றன. சூரிய ஒளிமூலம் பெறப்படும் மின்சாரம் எமது தேவைக்குப் போதுமானதாக இதுவரை இருக்கவில்லை.

அணு உலைகள் மூலம் மின்னுற்பத்தி

மேலே குறிப்பிட்டபடி நீராவியை உற்பத்தியாக்குவதற்குத் தேவையான வெப்பத்தை எப்படிப் பெறுவது என்பதே எமது முக்கிய நோக்கம். நிலக்கரி மற்றும் இயற்கை வாயு மூலம் வெப்பம் உருவாக்கப்படும் உலைகளில் இருந்து உப பொருட்களாக வெளியேறும் காபனீரொக்சைட் உள்ளிட்ட பல வாயுக்கள் வளியை மாசுசையதாக்குவது மட்டுமல்லாது பூமியின் காலநிலை மாற்றத்துக்கும் காரணமாக அமைகின்றன என்ற காரணத்தால் அதற்கு மாற்றீடாக அணு உலைகள் மூலம வெப்பத்தைப் பெற விஞ்ஞானிகள் வழியொன்றைக் கண்டுபிடித்தனர். பல அபிவிருத்தியடைந்த நாடுகளில் அணு உலைகளே பெரும்பாலான மின்சாரத்தைப் பிறப்பிக்கின்றன. தமிழ்நாட்டில் கூடங்குளத்திலுள்ள அணு உலை போதுமான அளவு மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்கிறது. இம்முறை மூலம் இலகுவாக வெப்பத்தை உருவாக்க முடியுமானாலும் இதன் அணுக்கழிவுகள் மிக நீண்ட காலத்துக்குகு கதிர்வீச்சை எறிந்துகொண்டிருப்பதால் மனிதருக்கும் இதர உயிரினங்களுக்கும் ஆபத்தைத் தருகின்றன. அதே வேளை அணு உலைகளில் விபத்து ஏற்படும்போது அதிலிருந்து தப்பிக்கும் கதிர்வீச்சும் உயிராபத்தை ஏற்படுத்துகிறது. யப்பானிலும், யூக்கிரெய்னிலும் இப்படியான விபத்துக்கள் நடைபெற்றுள்ளன.

தற்போது பாவனையில் இருக்கும் அணு உலைகள் ‘அணுக்கருப்பிளவு’ (Fission) என்னும் செயன்முறையின் மூலம் அணுவைப் பிளந்து ஆற்றலை (சக்தியை) வெளிப்படுத்துகின்றன. இது ஒரு சங்கிலித் தாக்கமாக தொடர்ந்து நடைபெறுவதால் அணுப்பிளவு இலகுவாக நடைபெற முடிகிறது. தேவைக்குமதிகமாக இது நடைபெற்றால் (runaway) மிக மோசமான விளைவுகள் ஏற்படுகின்றன. எனவே இதைக் கட்டுப்பாட்டிற்குள் வைத்திருப்பது மிக மிக முக்கியம்.

அணுக்கருப்பிளவின் மூலம் கிடைக்கும் ஆற்றலை ‘சுத்தமான ஆற்றல்’ (clean energy) எனக் கூறுகிறார்கள். காரணம் இச்செயன்முறையின்போது வாயுக்கள் எதுவும் வெளியாவதில்லை. ஆனால் இதன் மூலப்பொருட்களான யூரேனியன் மற்றும் புளூட்டோனியம் போன்ற தாதுக்களின் கழிவுகள் (spent fuel) மிக நீண்ட காலத்துக்கு கதிர்வீச்சை வெளியேற்றிக்கொண்டிருக்கின்றன. எனவே இக் கழிவுகளைப் பொதி செய்து கடலினடியிலும், விண்வெளியிலும், பாதுகாப்பு கிடங்குகளிலும் புதைத்து விடுகிறார்கள். இருப்பினும் இவற்றினால் சூழலுக்கு ஏற்படும் பாதிப்புகள் முற்றிலும் கண்டறியப்படவில்லை. எனவே இதற்கு மாற்றீடாக தற்போது விஞ்ஞானிகள் ‘கண்டுபிடித்திருக்கும்’ செயன்முறை அணுக்கருச் சேர்க்கை (nuclear fusion).

அணுக்கருச் சேர்க்கை (Nuclear Fusion)

அணுக்கருச் சேர்க்கை மூலம் ஆற்றலை உருவாக்குவது என்பது புதிய விடயமல்ல. சூரியன் போன்ற கிரகங்களில் பல பில்லியன் வருடங்களாக இது நடைபெற்று வருகிறது. ஆனால் அதைப் பூமிக்குக் கொண்டுவருவதில் விஞ்ஞானிகள் சிரமப்பட்டுக்கொண்டிருந்தார்கள். தற்போது அதைச் சாத்தியமாக்குவதில் வெற்றிகண்டுள்ளதாக அமெரிக்க விஞ்ஞானிகள் அறிவித்திருக்கிறார்கள்.

ஐதரசன் (Hydrogen) என்ற வாயு பற்றிக் கேள்விப்பட்டிருப்பீர்கள். இந்த ஐதரசன் இல்லாவிட்டால் நீரில்லை. ஐதரசனில் மூன்று வகைகள் உள்ளன. மூன்று வெவ்வேறு அணு எடைகளைக் கொண்ட இவற்றை ஐசோடோப்புகள் என அழைப்பார்கள். சாதாரண ஐதரசனின் கருவினுள் ஒரு புரோட்டோனும் அதைச் சுற்றி வெளியே ஒரு எலெக்ட்றோனும் இருக்கும். மற்ற இரு ஐசோடோப்புகளிலும் கருவினுள் புரோட்டோனுடன் கூடவே ஒன்று அல்லது இரண்டு நியூட்ட்றோன்கள் இருக்கும். இதனால் இந்த இரு ஐதரசன் ஐசோடோப்களும் அணுவெடையில் வேறுபடும். ஒரு புரோட்டோனும் ஒரு நியூட்றோனும் உள்ள (அணு எடை 2) ஐசோட்டோப்பை டூற்றெறியம் (Deuterium) எனவும் ஒரு புரோட்டோனும் இரண்டு நியூட்றோனும் உள்ள (அணுவெடை 3) ஐசோடோப்பை றிற்றியம் (Tritium) எனவும் கூறுவார்கள். இந்த டூற்றெறியம், றிற்றியம் ஆகிய அணுக்களின் கருக்களை ஒன்றுடன் ஒன்று பிணைக்கும் முறையை அணுச்சேர்க்கை (fusion) என்கிறார்கள். எப்படி அணுப்பிளவின் மூலம் நாம் போதுமான ஆற்றலைப் பெற்றுவந்தோமோ அதைவிடப் பன்மடங்கு ஆற்றலை அணுச்சேர்க்கை மூலம் பெறலாம் என்பது விஞ்ஞானிகளின் தீர்ப்பு. சூரியனும் இதே முறையைப் பாவித்துத்தான் பல மில்லியன்கள் வருடங்களாக எமக்கு ஆற்றலை வழங்கிக்கொண்டிருக்கிறது. எனவே இவ்விடயத்தில் விஞ்ஞானிகளை நாம் நம்பலாம்.

பூமியில் இதை எப்படிச் சாத்தியமாக்கலாம்?

அணுக்கருச் சேர்க்கை மூலம் ஆற்றலை உருவாக்கும் பரிசோதனைகள் 1930 களில் ஆரம்பிக்கப்பட்டன. ஐம்பதுக்கு மேற்பட்ட நாடுகளில் இதுபற்றிய ஆராய்ச்சிகள் நடைபெற்று வந்தாலும் பிரான்ஸ் நாட்டில் ITER tokamak என்னும் நிறுவனமும் அமெரிக்காவில் Nationala Ignition Facilty என்ற நிறுவனமும் இத்தொழில்நுட்பத்தில் முன்னோடிகளாக இருக்கின்றன. பாரிய அணுக்கருச் சேர்கை உலைகளை (fusion reactor) உருவாக்கி இந்நிறுவனங்கள் பரிசோதனைகளைச் செய்து வருகின்றன. ஆனாலும் அமெரிக்காவிலுள்ள NIF மட்டுமே இச்செயன்முறையைத் தாம் சாத்தியமாக்க முடியும் என இவ்வருடம் அறிவித்திருக்கிறது. இதுவே கடந்த சில நாட்களில் வெளியான பரபரப்பான செய்தி.

பிரச்சினைகள்

டிற்றியம், றிற்றியம் ஆகிய ஐசோடோப்புகளை ஒன்று சேர்க்கும்போது பாரிய ஆற்றல் (energy) வெளிப்படுத்தப்படுகிறது உண்மை. இதுவே சூரியனிலும் நடைபெறுகிறது. ஆனால் இதற்கான சூழலை சூரியன் இயற்கையாகவே கொண்டிருப்பது போல் பூமியில் உருவாக்குவது அவ்வளவு எளிதில்லை. அணுவென்னும்போது அதற்கு ஒரு கருவும் (neuclei) அதைச் சுற்றி எலெக்ட்றோன்களும் இருக்கும். சாதாரண் ஐதரசன் அணுவின் கருவில் ஒரு புரோட்டோனும் வெளியே சுற்றொழுக்கில் ஒரு எலெக்ட்றோனும் இருக்கும் என மேலே கூறியிருந்தேன். ஐதரசன் ஐசோடோப்களின் கருக்களில் மேலதிகமாக ஒன்று அல்லது இரண்டு நியூட்டோன்கள் இருக்கும். இவ்விரண்டு ஐசோட்டோப்புகளின் கருக்களை மோதவைத்து ஒரு கருவாக உருவாக்குவதே அணுச்சேர்க்கை எனப்படுவது. இந்நடைமுறையின்போது விளைபொருட்களாக போதுமான ஆற்றலும், ஹீலியம் அணுவும் மிதமிஞ்சிய நியூட்றோனும் வெளியிடப்படும். சூரியனில் இது சங்கிலித் தொடர்ச்சியாக நடைபெற்று வருகிறது.

ஏற்கெனவே கூரியபடி, இவ்விரண்டு அணுக்களையும் மோதவைப்பதில் இரண்டு பிரச்சினைகள் உள்ளன. ஒன்று – இரண்டு அணுக்களும் ஒன்றையொன்று எதிர்ப்பவை. அவற்றுக்கிடையேயான எதிர்ப்பு விசையை மீறி அவற்றை இழுத்துவர வேண்டும். அதையும் மீறி இரண்டையும் பாரிய விசையுடன் மோதவிடவும் வேண்டும். இரண்டு இம்மோதல் நடைபெறும் குறுகிய இடத்தில் மோதல் நடைபெற்று முடியும்வரை சாதகமான சூழலைத் தக்கவைக்க வேண்டும். சூரியனில் இயற்கையாக இருக்கும் ஈர்ப்புவிசை இநிகழ்வுக்கு உகந்த சூழலைத் தருகிறது. பூமியில் அதை நாம் செயற்கையாக உருவாக்க வேண்டும்.

அணுக்களுக்குமிடையேயான ஈர்ப்பு விசையை விட அவற்றுக்கிடையேயான தள்ளு விசை பன்மடங்கு அதிகமாக இருப்பதுவே இவற்றை இணைப்பதில் இருக்கும் சிரமம். இதற்கு சூரியனில் நடைபெறுவதுபோல் பூமியிலும் ஒரு நடைமுறையை விஞ்ஞானிகள் உருவாக்கினார்கள். அதாவது இந்த எதிர்ப்பு விசைக்குக் காரணமான எல்க்ட்றோன்களை அப்புறப்படுத்துவது. ஒரு பூரணமான அணுவைக் கடும் வெப்பநிலைக்கு உள்ளாக்கினார்ல் அணுவின் கருவும், எலெக்ட்றோன்களும் பிரிக்கப்பட்டு ஒரு குழம்பு நிலைக்கு (plasma) உள்ளாக்கப்படுகின்றன. இந்நிலையில் கருக்களிடையேயான ஈர்ப்பு விசையை விட எதிர்ப்பு விசை கணிசமாகக் குறைக்கப்படுகிறது. இதனால் கரு இணைவு சாத்தியமாகிறது. இதிலுள்ள பிரச்சினை என்னவென்றால் சூரியனில் இதற்கான வெப்பநிலை 10 மில்லியன் பாகை செல்சியஸ் என்றால் பூமியில் அது 100 மில்லியன் செல்சியஸ் ஆக இருக்கவேண்டும்.

அதைக்கூட ஒருவகையில் விஞ்ஞானிகள் சாத்தியமாக்கிவிட்டார்கள். துணிக்கைகளை வேகப்படுத்துதல் (particle acceleration) என்னும் செயன்முறையால் இதைச் சாத்தியமாக்கினார்கள். இவ்விடயத்தில் பிரென்ச் விஞ்ஞானிகள் மின்காந்த முறையையும், அமெரிக்க விஞ்ஞானிகள் லேசர் முறையையும் பின்பற்றுகிறார்கள். அதற்கு அடுத்த பிரச்சினை இரு அணுக்களையும் ஒன்றிணைப்பதற்கு மட்டுப்படுத்தப்பட்ட இடம் (confined environment) தேவைப்பட்டது. இரு கருக்களும் பிணைக்கப்படும்வரை அவற்றுக்கிடையேயான இடத்தில் அமுக்கம் குறைவாக இருக்க வேண்டும். தாக்கம் நிகழும்வரை இச்சூழல் நீடிக்க வேண்டும். இப்பரிசோதனைகள் கடந்த 90 வருடங்களாக நடைபெற்ரு வந்தாலும் இதன் பெறுபேறாக அவர்களால் பெற்ற வெப்பத்தை / ஆற்றலை உருவாக்க அதையும்விட அதிகமான ஆற்றலைச் செலவழிக்க வேண்டி ஏற்பட்டது. தற்போது வந்த செய்திகளின்படி செலவழித்த ஆற்றலைவிட அதிகமான ஆற்றலை அவர்கள் பெற்றிருப்பதாகக் கூறப்படுகிறது.

பயன்கள்

இம்முயற்சிகள் எவ்வளவு தூரம் உலகிற்குப் பயனளிக்கும் என நீங்கள் கேட்கலாம். இதுவரை இவ்வாராய்ச்சியில் ஈடுபட்டுவரும் விஞ்ஞானிகளின் கருத்துப்படி ஒரு கிலோ கிராம் மூலப்பொருலின் மூலம், தற்போதுள்ள அணுப்பிளவு தொழில்நுட்பத்தின் மூலம் உருவாக்குவதை விட நான்கு மடங்கு ஆற்றலை அணுச்சேர்க்கை முறையினால் உருவாக்க முடியும் எனக் கூறப்படுகிறது. அபிவிருத்தியடைந்த நாடுகளில் ஒரு சராசரி மனிதன் தனது 60 ஆண்டுகள் தேவைக்குப் பாவிக்கும் ஆற்றலின் அளவு 1 ரெறாஜூல் (terajoule). சில கிராம்கள் மூலப்பொருட்களுடன் அணுச்சேர்க்கை முறை மூலம் இவ்வாற்றலை உருவாக்கிவிட முடியுமென்கிறார்கள் விஞ்ஞானிகள். அது மட்டுமல்ல இதன் மூலம் உருவாகும் அணுக்கழிவு மிகச் சொற்ப காலத்திற்கு மட்டுமே கதிரியக்கத்தை வெளிப்படுத்துகிறது. மாறாக அணுப்பிளவு முறையினால் உருவாகும் அணுக்கழிவு பல ஆயிரம் ஆண்டுகளுக்கு நிலைக்கிறது.

மூலப் பொருட்கள்

தற்போது நடைமுறையிலிருக்கும் அணுப்பிளவு உலைகளில் பாவிக்கப்படும் மூலப்பொருள் யூரேனியம் மற்ரும் புளூட்டோனியம் போன்ற தாதுப்பொருட்கள். இவை மலைப்பாறைகள் போன்றவற்றிலிருந்து இலகுவாகக் கிடைக்குமெனினும் யூரேனியத்தைப் பொறுத்தவரை அதை U235 என்ற ஐசோடோப்பாக மாற்றும்போதுதான் அது அணு உலையில் எரிபொருளாகப் பாவிக்கப்பட முடியும். இது மிகவும் செலவு கூடிய ஒரு நடைமுறை. ஆனால் அணுச்சேர்க்கைக்குத் தேவையான டூற்றேறியத்தை கடல் நீரிலிருந்து இலகுவாகப் பிரித்தெடுக்க முடியும். மிகத்தாராளமாகக் கிடைக்கும் லித்தியம் உலோகத்தை அணுச்சேர்க்கை மூலம் ட்றைற்றியமாக மார்றிக்கொள்ளலாம். இம்மூல வளங்கள் பல மில்லியன் வருடங்களுக்குப் போதுமான அளவு பூமியில் கிடைக்கின்றன. அணுப்பிளவுச் செயன்முறையின்போது விபத்துக்கள் ஏற்பட்டால் அது மொத்த மனித குலத்தையும் அழித்துவிடும். ஆனால் அணுச்சேர்க்கை செயன்முறையில் விபத்துக்கள் ஏற்படுவதற்கான சாத்தியங்கள் மிகவும் குறைவு. இச்செயற்பாட்டின் விளைபொருளாக காபன் வாயுக்களோ, கந்தக வாயுக்களோ வெளிவருவதுமில்லை. எனவே ஒப்பீட்டளவில் அணுச்சேர்க்கை மூலம் ஆற்றலை உருவாக்கும் செயன்முறை சூழலுக்கும் மனித குலத்துக்கும் நட்பானதாக இருக்குமென விஞ்ஞானிகள் கூறுகிறார்கள்.

Source:IAEA