நீல வண்ண லேசர்களை பயன்படுத்தி, அணுக்கரு இணைவு மூலம், மாசுபடுத்தாத ஆற்றல் உற்பத்தி என்ற லட்சியத்தோடு களமிறங்கியுள்ளார் ஒரு இயற்பியல் நாயகன். இந்த தேடல் மனித குலத்திற்கான மகத்தான தேடல். இந்த மின்திட்டம் சாத்தியமானால், வற்றாத ஜீவநதி போல மின்சாரத்தை உலகிற்கே விநியோகிக்கும் புதிய முறை உலகை ஆளும்.
வற்றாத ஜீவநதி போல உலகிற்கே மின்சாரத்தை விநியோகிக்கும் அறிவியல் மாயாஜாலம் மனிதகுலத்திற்கு கைவரப் பெறுமா?

சிவப்பு, பச்சை, நீலம்...
ஸ்மார்ட்போன் முதல் பெரிய தொலைக்காட்சி வரையிலான நவீன எல்இடி டிஜிட்டல் திரை, சிவப்பு, பச்சை மற்றும் நீல நிற பிக்சல்களைப் பயன்படுத்தி லட்சக்கணக்கான வண்ணங்களை உருவாக்குகின்றன. சிவப்பு, பச்சை, நீலம் ஆகிய மூன்று முதன்மை நிறங்களில் நீல நிற பிக்சல் இல்லை எனில், எல்இடி டிஜிட்டல் திரைகளில் ஹை-ரெசல்யூசன் கலர் சினிமா, வீடியோ சாத்தியமில்லை. ஆனால் 1990களுக்கு முன்பு, சிவப்பு மற்றும் பச்சை நிற எல்.இ.டி. விளக்குகள் மட்டுமே இருந்தன. எல்லா வண்ணங்களிலும் எல்இடி விளக்குகளை தயாரிக்கவும் முக்கியமாக வெண்ணிற எல்இடி விளக்கு தயாரிக்கவும் நீல நிற எல்.இ.டி விளக்குகள் அவசியமாக இருந்தன. ஆனால், இது 30 ஆண்டுகளாக எத்தனையோ ஆராய்ச்சியாளர்கள் முயன்றும் சாத்தியமாகவில்லை. அதை சாத்தியமாக்கிய மூன்று பேர் இசாமு அகாசாகி, ஹிரோஷி அமனோ மற்றும் சுஜி நகமுரா.

நீல எல்இடி கண்டுபிடிக்காமல் இருந்தால்... நோபல் பரிசு
எல்இடி விளக்குகள் பழைய குண்டு பல்புகளோடு ஒப்பிடும்போது 90 சதவீதம் மின்சாரத்தை சேமிக்கின்றன, டியூப் லைட்டுகளோடு ஒப்பிடும்போது 50 முதல் 60 சதவீதம் மின்சாரத்தை சேமிக்கின்றன. நீல எல்இடி கண்டுபிடிக்காமல் போயிருந்தால் வெளிச்சம் தரும் வெண்ணிற எல்இடி விளக்குகள் சாத்தியமில்லை. எனவே, இந்தக் கண்டுபிடிப்பு மனித குலத்திற்கு மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது என்பதால், நீல ஒளி உமிழும் டையோடுகள் அதாவது நீல LEDகள் கண்டுபிடிப்பிற்காக இசாமு அகாசாகி (Isamu Akasaki), ஹிரோஷி அமனோ (Hiroshi Amano) மற்றும் சுஜி நகமுரா (Shuji Nakamura) ஆகியோருக்கு 2014 ஆம் ஆண்டுக்கான இயற்பியல் நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது.

புதிய வகை மின் உற்பத்தி
இந்த மூவரில், சுஜி நகமுரா, நீல எல்.இ.டி-யின் உருவாக்கத்தை தொடர்ந்து, 1996ல் நீல லேசர்களை (blue semiconductor laser) உருவாக்கி பெரும் சாதனை படைத்தார். தற்போது nuclear fusion lasers எனப்படும் அடுத்த புரட்சிகரமான கண்டுபிடிப்பில் ஈடுபட்டுள்ளார். நீல லேசர்களை பயன்படுத்தி அணுக்கரு இணைவு மூலம் மாசுபடுத்தாத ஆற்றல் உற்பத்தி என்ற லட்சியத்தோடு புதிய வகை மின்னுற்பத்தி திட்டத்துடன் அவர் களமிறங்கியுள்ளார்.

செயற்கை சூரியன்...
சூரியன் என்பது பல நூறு கோடிக்கணக்கான ஆண்டுகளுக்கு வற்றாத ஒரு அணு உலை. ஆனால், அது அணுக்கரு இணைவு அணு உலை. ஆனால், பூமியில் மனிதர்கள் கட்டும் அணு உலைகளில் அணுக்கருக்களை பிளந்து உருவாகும் ஆற்றல் மூலம் மின்சாரம் தயாரிக்கப்படுகிறது. இந்த அணுக்கரு பிளவு உலை பல வழிகளிலும் மனித குலத்திற்கே உலை வைக்கக் கூடியது. இதற்கு மாறாக, அணுக்கரு இணைவு மூலம் ஆற்றலை உருவாக்குவது மாசுபடுத்தாத ஆற்றலை உருவாக்கும் பாதுகாப்பான வழிமுறை ஆகும். சூரியனைப் பொறுத்தவரை ஹைட்ரஜன் அணுக்களை இணைத்து ஹீலியமாக மாற்றுவதன் மூலம் இந்த ஆற்றல் கிடைக்கிறது. இந்த ஆற்றல் மூலத்தை அணுக்கரு இணைவு வினை என்று சொல்கிறோம். இப்படிப்பட்ட அணுக்கரு இணைவு வினை மூலம் ஆற்றலை உற்பத்தி செய்யும் முயற்சியைத்தான் செயற்கைச் சூரியன் என்று குறிப்பிடுகிறோம்.

15 கோடி டிகிரி செல்சியஸ்...
எழுபது ஆண்டுகளுக்கும் மேலாக, உலகளாவிய அணுக்கரு இணைவு ஆராய்ச்சியில் முதன்மையாக Magnetic Confinement Fusion (MCF) என்ற அணுகுமுறை இருந்து வருகிறது. சக்திவாய்ந்த காந்தப்புலங்களைப் பயன்படுத்தி, 10 கோடி முதல் 15 கோடி டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பத்தில், அதாவது சூரியனின் நடுப்பகுதி வெப்பநிலையை விட 10 மடங்கு அதிக வெப்பத்தில் ஹைட்ரஜன் அணுக்களை, புரோட்டான், எலெக்ட்ரான், நியூட்ரான்களின் சூப் போன்ற பிளாஸ்மா நிலைக்கு கம்ப்ரஸ் செய்வதே, Magnetic Confinement Fusion எனப்படுகிறது.

அணுக்கரு இணைவு ஆதாயம்
1950களில் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அணுக்கரு இணைவு வினை ஆராய்ச்சிகள் தொடங்கிய காலத்தில் இருந்தே ஒரு தீர்க்க முடியாத சிக்கல் இருந்து வருகிறது. ஹைட்ரஜன் அணுக்களை உயர் வெப்ப நிலையில் பிளாஸ்மா நிலைக்கு கம்ப்ரஸ் செய்ய தேவைப்படும் ஆற்றலைவிட குறைவான ஆற்றலே, அணுக்கரு இணைவு மூலம் கிடைக்கிறது. 100 ரூபாய் செலவு செய்து தயாரிக்கும் பொருளின் மதிப்பு நூறு ரூபாய்க்கும் குறைவாகவே இருக்கும் என்றால் அப்படி ஒரு பொருளை தயாரிக்க யார் முன்வருவார்? ஆனால், டிசம்பர் 2022ல், அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் (US Department of Energy - DOE) கீழ் இயங்கும், கலிபோர்னியாவில் உள்ள லாரன்ஸ் லிவர்மோர் ஆய்வகத்தின் National Ignition Facility-ல் ஒரு திருப்புமுனை எட்டப்பட்டது. லேசர் மூலம் தூண்டப்பட்ட அணுக்கரு இணைவு வினை, அதைத் தூண்டுவதற்குத் தேவைப்படும் ஆற்றலை விட அதிக ஆற்றலை உருவாக்கியது. இதன் மூலம், வரலாற்றிலேயே முதல்முறையாக "அணுக்கரு இணைவு ஆதாயம்" (fusion gain) என்ற மாபெரும் அறிவியல் திருப்புமுனை எட்டப்பட்டது. அதாவது நூறு ரூபாய் செலவிட்டு தயாரிக்கும் பொருளின் மதிப்பு நூறு ரூபாய்க்கும் அதிகமாக இருந்தது.

எவ்வாறு தூண்டுகின்றன?
காந்தங்களைப் பயன்படுத்துவதற்குப் பதிலாக, லேசர்களை அதாவது செறிவான ஒளிக்கற்றைகளின் குவிக்கப்பட்ட ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி அணுக்கருக்களை ஒன்றாக இணையச் செய்வதே லேசர் -தூண்டல் வினை (laser-induced reaction) என்பதாகும். 2022ஆம் ஆண்டில் எட்டப்பட்ட திருப்புமுனை Inertial Confinement Fusion (ICF) நிலைமத் தடுப்பு அணுக்கரு இணைவு வினை என்று குறிப்பிடப்படுகிறது. சரி, லேசர்கள் ஒரு அணுக்கரு வினையை எவ்வாறு தூண்டுகின்றன?

தொடர் வினை...
ஒரு லேசர் கற்றையை செறிவுமிக்கதாக மாற்றும்போது அதற்கேற்ப பெரும் ஆற்றல் திணிந்திருக்கும். அந்த வகையில் ஒற்றை லேசர் துடிப்பு laser pulse பிரிக்கப்பட்டு, 192 தனித்தனி லேசர் கற்றைகளாகப் பெருக்கப்படுகிறது. இந்தக் கற்றைகள் ஒரே நேரத்தில் பாயும்போது, ​​அவை ஒரு நொடிக்கும் குறைவான நேரத்தில் வழங்கும் ஆற்றல், இந்தியாவின் ஒட்டுமொத்த மின்சாரக் கட்டமைப்பு எந்த ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்திலும் உற்பத்தி செய்யும் ஆற்றலைப் போல (500 gigawatts (GW) - 1 gigawatt is 1 billion watts, meaning 500 billion watts) இரு மடங்காகும். அணுக்கரு இணைவு வினையில் லேசர்கள் ஹைட்ரஜன் அணுக் கருக்களை இணைக்க வேண்டும். ஆனால், ஹைட்ரஜன் அணுக்களை லேசர்கள் நேரடியாகத் தூண்டுவதில்லை. மாறாக, அவை ஒரு தீவிரமான, பல - படிநிலைகளைக் கொண்ட தொடர் வினையைத் தூண்டுகின்றன.

400 கி.மீ.க்கும் அதிகமான...
லேசர் கற்றைகள் ஒரு சிறிய தங்க உருளைக்குள் (gold cylinder - the hohlraum) குவிக்கப்படுகின்றன. லேசர் ஒளி உட்புறம் தங்கச் சுவர்களில் படும்போது, ​​அது உடனடியாக அதிதீவிரமான எக்ஸ்-கதிர் வெடிப்பாக மாறுகிறது (super-intense blast of X-rays). எனவே, இதை எக்ஸ்-கதிர் உலை ( X-Ray Oven) என்று குறிப்பிடுகின்றனர். இந்த எக்ஸ்-கதிர்கள், டியூட்டீரியம் மற்றும் டிரிட்டியம் ஆகிய கன ஹைட்ரஜன் அணுக்களைக் கொண்ட மிளகுத்தூள் அளவுள்ள ஒரு வைரக் கூட்டைச் (peppercorn-sized diamond capsule) சூழ்ந்து விடும். அப்போது வெளிப்படும் அதீத ஆற்றல், வைரக் கூட்டின் வெளி ஓட்டை ஆவியாக்குகிறது. அந்த ஓடு வெளிப்புறமாக வெடிக்கும்போது, ​​அது உள்நோக்கிய எதிர்விசையை உருவாக்குகிறது. இந்த எதிர்விசை உள்ளே இருக்கும் ஹைட்ரஜன் அணுக்களை உள்நோக்கி அழுத்தும். அப்போது டியூட்டீரியம் மற்றும் டிரிட்டியம் என குறிப்பிடப்படும் கன ஹைட்ரஜன் அணுக்கள், நொடிக்கு 400 கிலோமீட்டருக்கும் அதிகமான வேகத்தில் அழுத்தப்படுகிறது.

ஒரு புதிய முயற்சி
இந்த அழுத்தத்தின் காரணமாக ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் ஈயத்தை (lead)விட 100 மடங்கு அடர்த்தியாகி , 100 மில்லியன் டிகிரி செல்சியஸுக்கும் அதிகமான வெப்பநிலையை அடைகின்றன. அணுக்கள் மிகவும் இறுக்கமாகப் பிணைக்கப்பட்டு, மிக வேகமாக நகர்வதால், அவை ஒன்றுடன் ஒன்று கடுமையாக மோதி இணைகின்றன. அடிப்படையில், லேசர்-தூண்டல் வினை என்பது ஒரு ஆய்வக அறைக்குள் (laboratory chamber) ஒரு சிறிய, கட்டுப்படுத்தப்பட்ட ஹைட்ரஜன் குண்டு வெடிப்பை (controlled hydrogen bomb explosion) உருவாக்குவதாகும். அணுக்கரு இணைவு வினை ஆராய்ச்சியில் திருப்புமுனை தந்த இந்த வெற்றிக்கும் நகமுராவுக்கும் தொடர்பில்லை. அந்த பரிசோதனையில் நகமுரா ஈடுபடவில்லை. ஆனால், அவர் ஏற்கனவே நீல எல்.இ.டி.களையும் (LEDs), அதைத் தொடர்ந்து நீல லேசர் டையோடுகளையும் (laser diodes) உருவாக்கிய முன்னோடி. அதை அடிப்படையாகக் கொண்டு, நிலைம அணுக்கரு இணைவுக்காக ஒரு புதிய உயர்-சக்தி லேசர் என்ற கருத்தாக்கத்தின் (laser concept for inertial fusion) அடிப்படையில் முன்னரே அவர் புதிய முயற்சியை தொடங்கியிருந்தார்.

நகமுராவின் இலக்கு...
இதற்காக, 2022ஆம் ஆண்டில் ப்ளூ லேசர் ஃபியூஷன் நிறுவனத்தை நகமுரா நிறுவினார். அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் (DOE) அணுக்கரு இணைவில் எட்டிய திருப்புமுனை அவருக்கு மேலும் ஊக்கமளித்தது. ஆய்வகத்தில் அறிவியல் ரீதியாக சாத்தியம் என நிரூபிக்கப்பட்ட ஒன்றை, செயல்படும் ஒரு மின் உற்பத்தி நிலையமாக மாற்றுவதில் நகமுரா உறுதியாக இருக்கிறார். கடந்த 4 ஆண்டுகளில் ப்ளூ லேசர் ஃபியூஷன் தொடர்ச்சியான திருப்புமுனைகளைக் கண்டுள்ளது என்றும் நகமுரா கூறியுள்ளார்.

high-pulse laser எனப்படும் உயர் துடிப்பு லேசரை அணுக்கரு இணைவுக்காக பயன்படுத்துவது, அதன் மூலம் திறன்வாய்ந்த, மாசுபடுத்தாத ஆற்றலை "முடிவற்று" வழங்கும் ஒரு மின் உற்பத்தி நிலையத்தை உருவாக்குவதுதான் நகமுராவின் இலக்கு. அணுக்கரு இணைவில் யுரேனியம் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை, மேலும் அணு எரிபொருள் அதிக வெப்பத்தில் உருகி உலை வெடித்துச் சிதைவதற்கான வாய்ப்பும் இல்லை.

லேசர் என்பது...
தொடர்ச்சியான அணுக்கரு இணைவு வினையைக் கட்டுப்படுத்துவதற்காக, நகமுராவும் அவரது குழுவினரும் optical enhancement cavity எனப்படும் அமைப்பை உருவாக்கியுள்ளனர். இது உயர்-துடிப்பு லேசர் ஆற்றலை optical chamberல் சேமித்து, பின்னர் லேசர் சக்தியை 1 லட்சம் மடங்கு வரை பெருக்கி, அணுக்கரு இணைவு வினையை தூண்டும்.

சாதாரண மக்களுக்குப் புரியும் வகையில் சொல்வதானால், "லேசர் என்பது கன ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் அடங்கிய ஒரு மிகச்சிறிய உருண்டையை உடைக்கும் சுத்தியல் ஆகும். இதன் விளைவு? உண்மையாகவே தூய்மையான, பாதுகாப்பான அணுக்கரு இணைவு ஆற்றல்."

வானமே எல்லை...
நகமுரா இலக்கை எட்டுவதற்கு இன்னும் வெகுதூரம் செல்ல வேண்டியிருக்கும். கலிபோர்னியாவின் சாண்டா பார்பரா அருகே, 2032ஆம் ஆண்டுக்குள் 10 லட்சம் வீடுகளுக்கு மின்சாரம் வழங்கும் அளவுக்குப் பெரியதான 1 ஜிகாவாட் முன்னோடி அணுக்கரு இணைவு மின் நிலையத்தை அமைக்கும் இலக்குடன் நகமுரா சிறகுகளை விரித்துள்ளார்.

இந்த இயற்பியல் நாயகனுக்கு வானமே எல்லை.

Related Link

இந்தியாவை விழுங்கும் சைபர் சூறாவளி, ஆன்-லைனில் தொடரும் டிஜிட்டல் வேட்டை