Inertial fusion power plant
انیرٹیل فیوژن انرجی صنعتی پیمانے پر انیرٹیل کنفینمنٹ فیوژن انجام دینے پر مبنی نیوکلیئر فیوژن پاور پلانٹ کی تعمیر کے لیے ایک مجوزہ نقطہ نظر ہے۔ فیوژن پاور کے لیے یہ نقطہ نظر اب بھی تحقیقی مرحلے میں ہے۔ آئی سی ایف پہلی بار 1960 میں لیزر کی ترقی کے فورا بعد تیار ہوا، لیکن یہ اپنے ابتدائی سالوں کے دوران ایک درجہ بند امریکی تحقیقی پروگرام تھا۔ 1972 میں، جان نکولس نے ایک مقالہ لکھا جس میں پیش گوئی کی گئی تھی کہ کسی ہدف کو کمپریس کرنے سے ایسے حالات پیدا ہو سکتے ہیں جہاں فیوژن رد عمل کو ایک ساتھ جکڑا جاتا ہے، یہ عمل فیوژن اگنیشن یا جلتے ہوئے پلازما کے نام سے جانا جاتا ہے۔ 8 اگست 2021 کو لیورمور نیشنل لیبارٹری میں این آئی ایف اس کا مظاہرہ کرنے والی دنیا کی پہلی آئی سی ایف سہولت بن گئی (پلاٹ دیکھیں)۔ اس پیش رفت نے امریکی محکمہ توانائی کو 2022 میں اپنے پہلے سال میں 30 لاکھ ڈالر کے بجٹ کے ساتھ ایک انیرٹیل فیوژن انرجی پروگرام بنانے پر مجبور کیا۔ آئی ایف ای پاور پلانٹ کا ڈیزائن اس قسم کا فیوژن ری ایکٹر دو حصوں پر مشتمل ہوگا: اہداف جو چھوٹے کیپسول (<7 ملی میٹر قطر) ہو سکتے ہیں جن میں فیوژن ایندھن ہوتا ہے۔ اگرچہ کئی قسم کے اہداف کا تجربہ کیا گیا ہے جن میں: سلنڈر، نینو ٹیوبز سے لیپت خول، ٹھوس بلاکس، ہولرام، فیوژن ایندھن سے بھرے شیشے کے خول، کریوجینک طور پر منجمد اہداف، پلاسٹک کے خول، جھاگ کے خول اور مکڑی کے ریشم پر معطل مواد شامل ہیں۔ وہ ڈرائیور جو ہدف کو نچوڑنے والی شاک ویو کو کمپریس کرنے اور بنانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ یہ کمپریشن لہر مواد کو درجہ حرارت اور دباؤ کی طرف دھکیل دیتی ہے جہاں فیوژن ہوتا ہے۔ جن ڈرائیوروں کی کھوج کی گئی ہے ان میں سالڈ اسٹیٹ لیزرز، ایکسائمر لیزرز، تیز رفتار والی ٹھوس اشیاء، ایکس رے، آئنوں کی بیم (ہیوی آئن فیوژن (ایچ آئی ایف)) اور الیکٹرانوں کی بیم شامل ہیں۔ آئی سی ایف میں خالص توانائی اگنیشن کے نام سے جانے والے عمل میں ایک ساتھ زنجیر میں فیوژن رد عمل حاصل کرنے سے آتی ہے۔ وہاں پہنچنے کے لیے ہمیں کافی دیر تک مواد کو گرم اور گھنے حالات میں نچوڑنا پڑتا ہے۔ لیکن ایک اہم مسئلہ یہ ہے کہ پلازما کے گرم ہونے کے بعد اسے کمپریس کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ اس کے بعد مقصد یہ ہے کہ مواد کو اس وقت تک گرم ہونے سے بچایا جائے جب تک کہ اسے دبایا نہ جائے۔ ادب میں، اسے کمپریشن کے لیے کم اڈیبیٹک نقطہ نظر کے طور پر جانا جاتا ہے۔ ان مراحل کا خاکہ ذیل میں دیا گیا ہے: پلازما کو بہت ٹھنڈا رکھتے ہوئے، اسے ایک ساتھ نچوڑ لیں۔ پلازما کو نچوڑنے کے بعد ہی گرم کریں ؛ مثالی طور پر "ہاٹ اسپاٹ" کے اندر۔ فیوژن ہوتا ہے، اور اس کے نتیجے میں پیدا ہونے والی مصنوعات اپنی توانائی جمع کر کے مزید فیوژن بناتی ہیں۔ کمپریشن کے کئی طریقے ایسا کرنے کی کوشش کرتے ہیں جن میں سنٹرل ہاٹ اسپاٹ اگنیشن، فاسٹ اگنیشن، شاک اگنیشن اور میگنیٹو-انیرٹیل-فیوژن شامل ہیں۔ آئی سی ایف تحقیقی ادارے یہ پروگرام اصل میں جوہری ہتھیاروں کو تیار کرنے کے ایک طریقے کے طور پر قائم کیا گیا تھا، کیونکہ آئی سی ایف فشن فیوژن بم کے کمپریشن فزکس کی نقل کرتا ہے۔ یہ سہولیات دنیا بھر میں تعمیر کی گئی ہیں، ذیل میں کچھ مثالیں دی گئی ہیں۔ فرانس میں لیزر میگاجول 2002 میں تیار کیا گیا تھا اور 2014 میں اپ گریڈ کیا گیا تھا۔ اومیگا لیزر پہلی بار 1992 میں یونیورسٹی آف روچیسٹر میں بنایا گیا تھا۔ اومیگا-ای پی پہلی بار 2008 میں یونیورسٹی آف روچیسٹر میں دوسرے زیادہ طاقتور لیزر بیم کے طور پر بنایا گیا تھا۔ گیکو لیزر پہلی بار 1983 میں جاپان کی اوساکا یونیورسٹی میں بنایا گیا تھا لیکن اس کے بعد اسے تقریبا ایک درجن بار اپ گریڈ کیا گیا ہے۔ این آئی ایف پہلی بار 2009 میں لیورمور نیشنل لیبارٹری میں کام کر رہا تھا۔ نائک لیزر کو نیول ریسرچ لیبارٹری میں ایکسائمر (گیس پر مبنی) لیزرز کا مطالعہ کرنے کے لیے بنایا گیا تھا۔ الیکٹرا لیزر کو نیول ریسرچ لیبارٹری میں ایکسائمر (گیس پر مبنی) لیزرز کا مطالعہ کرنے کے لیے بنایا گیا تھا۔ چیک جمہوریہ میں پی اے ایل ایس لیزر کی سہولت آئی سی ایف لیزر امپلوژن کی تحقیق کے لیے قائم کی گئی تھی۔ مشین 3 کو فرسٹ لائٹ فیوژن نے ہدف پر شاک ویو بنانے کے لیے مواد کے بلاکس کو تیز کرنے کے لیے تیار کیا تھا۔ ماضی میں متعدد آئی سی ایف سہولیات بھی تعمیر کی گئی ہیں، ان کی جانچ کی گئی ہے اور انہیں ختم کیا گیا ہے۔ مثال کے طور پر، سینڈیا نیشنل لیبارٹری نے 1970 کی دہائی اور 1980 کی دہائی کے وسط میں آئن بیم اور الیکٹران بیم سے چلنے والے آئی سی ایف تحقیقی پروگرام کی ایک سیریز (<10 مشینیں) کا تعاقب کیا۔ متبادل طور پر، لاس الاموس نے 1980 کی دہائی کے آخر میں اورورا نامی ایک بڑی، ایکسائمر لیزر سہولت بنائی۔ لیورمور نیشنل لیبارٹری نے نووا، سائکلوپس، 4-پی آئی، شیوا اور دیگر آلات سمیت لیزر سہولیات کا ایک سلسلہ بنایا۔ این آئی ایف کے کھلنے اور اگنیشن کے حصول کی دوڑ کے ایک حصے کے طور پر، لیورمور نیشنل لیبارٹری نے لیزر انٹریئل فیوژن انرجی پروگرام کے ارد گرد تحقیق کے ایک ادارے کو مالی اعانت فراہم کی۔ اس پروگرام کے تحت ایک ری ایکٹر ڈیزائن تیار کیا گیا، لاگت، ری ایکٹر چیمبرز اور توانائی پر قبضہ کرنے کے پروگراموں کی کھوج کی گئی۔ آئی ایف ای ریسرچ پروگرامز آئی ایف ای کی ترقی ریاستہائے متحدہ کے اندر لہروں میں آئی ہے۔ ذیل میں کچھ سرکاری پروگرام ہیں جنہیں اس ٹیکنالوجی کو آگے بڑھانے کے لیے برسوں سے مالی اعانت فراہم کی گئی ہے: ایچ اے پی ایل اعلی اوسط لیزر پروگرام کا انتظام 1999 سے 2008 تک نیول ریسرچ لیبارٹری کے ذریعے کیا گیا تھا۔ اس پروگرام نے پورے امریکہ میں ٹارگٹ، لیزر اور ڈرائیور ٹیموں کو گرانٹ فراہم کی اور ممبر تنظیموں کے درمیان 19 میٹنگوں کا اہتمام کیا۔ لیزر انیرٹیل فیوژن انرجی پروگرام کا انتظام لیورمور نیشنل لیبارٹری نے 2008 سے 2016 تک کیا تھا۔ اس پروگرام کو قومی اگنیشن سہولت کے ارد گرد ایک آئی ایف ای فیوژن پاور پلانٹ تیار کرنے کے لیے مالی اعانت فراہم کی گئی تھی۔ ایس ڈی آئی اسٹریٹجک ڈیفنس انیشی ایٹو (ایس ڈی آئی) نے نادانستہ طور پر آج دیکھی جانے والی بہت سی آئی ایف ای لیزر ٹیکنالوجیز کی حمایت کی۔ ڈرائیور ڈویلپمنٹ یہ ابھی تک واضح نہیں ہے کہ کون سا ڈرائیور آئی ایف ای پاور پلانٹ کے لیے بہترین کام کرے گا، مختلف ڈرائیوروں کے حامی اپنے پسندیدہ نقطہ نظر پر زور دے رہے ہیں۔ لیزر اب تک سب سے زیادہ تحقیق شدہ ثابت ہوئے ہیں۔ ذیل میں لیزر ڈرائیوروں کا خلاصہ ہے جن کا مطالعہ کیا گیا ہے۔ لیزر سسٹم کو نافذ کرنے کا چیلنج نہ صرف بیم سے آتا ہے، بلکہ آپٹکس، آئینے، یمپلیفائرز اور گریٹنگز سے بھی آتا ہے جو اس نظام کو قائم کرنے کے لیے بھی درکار ہوتے ہیں۔ متعلقہ ڈرائیور ٹیکنالوجیز استعمال ہونے والے ڈرائیور پر منحصر ہے کہ کلیدی متعلقہ ٹیکنالوجیز ہیں جن کو پختہ کرنے کی ضرورت ہے۔ ذیل میں ان میں سے کچھ ہیں: شیشہ جو لیزر انرجی (جولز) کو سنبھال سکتا ہے جو شیشے کے کراس سیکشن (میٹر 2) سے گزرتا ہے اور پگھلتا یا خراب نہیں ہوتا ہے۔ اس کے بعد شیشے کو پاور پلانٹ کے اندر آئینے، لینس، گریٹنگ یا کھڑکیاں بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ یمپلیفائرز جو لیزر بیم کی طاقت کو بڑھانے کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ کمپریسرز جو لیزر بیم یا آئن بیم کو خلا اور وقت میں کمپریس کر سکتے ہیں تاکہ مجموعی ہدف کی طاقت کو بڑھایا جا سکے۔ پلسڈ پاور سسٹم جو لیزر، آئن بیم یا ٹھوس آبجیکٹ ڈرائیور کو درکار میگا جول فراہم کر سکتے ہیں۔ پلسڈ پاور (مارکس جنریٹر) کے ورک ہارس کی آئی سی ایف پلانٹ کے لیے حدود ہیں اور تحقیق لکیری ٹرانسفارمر ڈرائیور میں ایک متبادل پاور سورس کے طور پر گئی ہے۔ لیزر ڈایڈس کا استعمال لیزر بیم کو شروع کرنے کے لیے برقی توانائی کو ہلکی توانائی میں منتقل کرنے کے پہلے قدم کے طور پر کیا جاتا ہے۔ اس طرح کے نظام مہنگے ہو سکتے ہیں اور ایکسائمر لیزرز کے لیے ان کی ضرورت نہیں ہے۔ فیز پلیٹ اسموتھنگ سالڈ اسٹیٹ لیزر سسٹمز میں لیزر بیم کو ہموار کرنے کی ایک تکنیک ہے۔ ہدف کی ترقی بہت سے قسم کے اہداف ہیں جو آئی سی ایف کی تحقیق کے لیے تیار کیے گئے ہیں-لیکن ایک پاور پلانٹ کو ہزاروں کی ضرورت ہوگی اگر لاکھوں نہیں تو لاکھوں ایک جیسے اہداف کو بار بار فائر کیا جائے۔ یہ انتہائی چیلنجنگ ہوگا۔ فی الحال، محکمہ توانائی قومی لیبارٹریوں کے لیے آئی سی ایف اہداف تیار کرنے کے لیے جنرل ایٹمکس کے ساتھ معاہدہ کرتا ہے۔ یہ اہداف جزوی طور پر جی اے میں بنائے جاتے ہیں اور پھر ایک شاٹ ڈے کے لیے ملک بھر میں آئی سی ایف کی سہولت کے لیے بھیجے جاتے ہیں۔ لیبارٹریز شاٹ کے لیے اہداف کی تیاری کے آخری مراحل کو مکمل کرنے کے لیے ہارڈ ویئر اور عملے کو سائٹ پر برقرار رکھتی ہیں۔ ٹارگٹ کی مثال شیشے کے شیل کے اہداف ڈنٹھل پر شیشے کے دائرے تھے اور ڈی ٹی گیس سے بھرے ہوئے تھے۔ یہ ابتدائی اہداف میں سے کچھ تھے۔ اوورکوٹیڈ اہداف میں خول کے ہدف پر کیمیائی مواد کو بڑھانا شامل ہے۔ یہ پلاسٹک یا سونے یا چاندی کی تہوں کے ہدایت شدہ کیمیائی بخارات کے جمع ہونے کا استعمال کرتے ہوئے کیا جا سکتا ہے۔ ہولرام کے اہداف ڈی ٹی فیوژن ایندھن کے چھرے ہوتے ہیں جو سونے کے ورق کی نلیوں سے گھرا ہوا ہوتا ہے۔ لیزر ورق پر حملہ کرتا ہے اور ایکس رے بناتا ہے جو اہداف کو کمپریس کرتا ہے ؛ جوہری ہتھیاروں کی تقلید کرتا ہے۔ سلک ماونٹڈ ٹارگیٹس کو مکڑی کے ریشم کے تاروں پر نصب کیا گیا ہے۔ یہ مواد فی کراس سیکشن میں سب سے مضبوط مواد ہے اور کریوجینک درجہ حرارت تک اچھی خصوصیات کو برقرار رکھتا ہے۔ کریوجینک اہداف وہ ہیں جنہیں ہائیڈروجن گیس کو مائع میں گاڑھا کرنے کے لیے ~ 34 کیلون سے نیچے یا کسی ٹھوس میں گاڑھا کرنے کے لیے ~ 14 کیلون سے نیچے رکھنا ضروری ہے۔ جھاگ سے گیلا ہوا ہدف مختلف قسم کے کاربن ہائیڈروجن جھاگوں کا استعمال کرتے ہوئے بنایا جاتا ہے اور مائع ڈی ٹی مواد سے بھرا ہوتا ہے جسے ~ 34 کیلون سے نیچے ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ برف کے اہداف مختلف قسم کے کاربن ہائیڈروجن جھاگوں کا استعمال کرتے ہوئے بنائے جاتے ہیں اور مائع ڈی ٹی مواد سے بھرے ہوتے ہیں جنہیں ~ 14 کیلون سے نیچے ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ کریوجینک اہداف ٹریٹیم اور ڈیوٹیریم کو پہلے سے تیار کیپسول میں لانے کے کئی طریقے ہیں۔ ہائی پریشر شیلز کو 1 سے 100 اے ٹی ایم گیس پریشر والے چیمبر میں ڈال کر اور گیس کو شیل میں پھیلا کر کام کرتا ہے۔ کریوجینک جھاگ کے خول کا کام مائع ڈی ٹی سیال کو جھاگ میں ڈال کر کام کر سکتا ہے۔ اس میں نازک خول کو نقصان پہنچائے بغیر درجہ حرارت اور دباؤ میں نیچے لانا شامل ہے۔ یہ ایک مرحلہ وار عمل ہے جس میں گھنٹوں سے لے کر دنوں تک کا وقت لگ سکتا ہے اور اس کے لیے متعدد کنٹینمنٹ چیمبرز اور مختلف قسم کے پمپوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ کریوجینک درجہ حرارت پر، ڈی ٹی گیس ایک سیال بن جاتی ہے جسے جھاگ کے خول میں خراب کیا جا سکتا ہے۔ ایک بار بھرنے کے بعد، آپریٹرز آہستہ آہستہ درجہ حرارت کو مزید کم کر کے آئس کرسٹل بناتے ہیں۔ برف ہدف کے خط استوا کے ارد گرد تشکیل شروع کر سکتی ہے اور پھر ایک مکمل کرسٹل میں بڑھ سکتی ہے۔ برف جھاگ کے خول کی ساخت کے ساتھ جڑی ہوئی ہے۔ انجینئروں کو اس تشکیل کے عمل کے دوران آئس کریکنگ کے مسائل کا سامنا کرنا پڑا ہے-یہ سب شاٹ کی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔ اس سب کی نگرانی شیڈو گرام، 360 ایکس رے تشخیصی، بصری معائنہ، اور دیگر ٹولز کا استعمال کرتے ہوئے کی جاتی ہے۔ تمام معلومات سافٹ ویئر کے ذریعے چلائی جاتی ہیں جو بھرنے کے دوران ہدف کی مکمل تصویر حاصل کرتی ہے۔ کرائیوجینک اہداف کو منتقل کرنا ایک آئی سی ایف کو کرائیوجینک درجہ حرارت پر منجمد رکھنا جب کہ اسے شاٹ کے لیے چیمبر تک پہنچانا مشکل ہے۔ مثال کے طور پر، لیزر اینرجیٹکس کی لیبارٹری میں منجمد ہدف کو اپنی مرضی کے مطابق تیار کردہ، موبائل کریوجینک کارٹ کے اندر رکھا جاتا ہے جسے ٹارگٹ چیمبر کے نیچے پوزیشن میں منتقل کیا جا سکتا ہے۔ کارٹ میں مواد کو ٹھنڈا رکھنے کے لیے کولینٹ سسٹم اور ویکیوم پمپ ہوتا ہے۔ یہ کارٹ منجمد ہدف کو "ٹھنڈی انگلی" کے آخر میں رکھتی ہے جسے پھر لفٹ پر اٹھایا جاتا ہے اور چیمبر کے وسط میں رکھا جاتا ہے۔ جب دھات کا کفن ہٹا دیا جاتا ہے، تو کریوجینک ہدف کمرے کے درجہ حرارت کے سامنے آ جاتا ہے اور فوری طور پر گیس میں تبدیل ہونا شروع ہو جاتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ لیزر دالوں کو ہدف کی نمائش کے ساتھ براہ راست ہم آہنگ ہونا چاہیے اور ہدف کو پگھلنے سے بچانے کے لیے سب کچھ تیزی سے ہونا چاہیے۔ نیوکلیئر فیوژن پاور انیرٹیل الیکٹروسٹیٹک کنفائنمنٹ انیرٹیل کنفائنمنٹ فیوژن لیزر انیرٹیل کنفائنمنٹ میگاجول لیزر نیشنل اگنیشن فیسیلٹی زیڈ پنچ انیرٹیل کنفائنمنٹ زیڈ پلسڈ پاور فیسیلٹی پروجیکٹ پی اے سی ای آر پلازما فزکس کے مضامین کی فہرست نوٹ اور حوالہ جات مزید پڑھنا (یونیورسٹی بورڈو I، نومبر 2005) ہیوی آئن فیوژن انرجی (ورچوئل نیشنل لیبارٹری فار ہیوی آئن فیوژن) (نومبر 2003) (فیوژن انرجی سائنسز ایڈوائزری کمیٹی، مارچ 2004) (جون 2005) مائع سے محفوظ آئی ایف ای چیمبرز آئی ای ای ای-یو ایس اے پوزیشن کو درپیش نیوٹرونکس اور ایکٹیویشن کے مسائل پر خیالات: فیوژن انرجی ریسرچ اینڈ فیوژن انرجی پوزیشن