نیشنل اگنیشن سہولت کا لیزر فیوژن سنگ میل بحث کو ہوا دیتا ہے۔

گزشتہ سال 8 اگست کو امریکہ میں لارنس لیورمور نیشنل لیبارٹری کے ماہرین طبیعیات نے ریکارڈ توڑ تجربہ کرنے کے لیے دنیا کی سب سے بڑی لیزر کا استعمال کیا۔ 192 بلین ڈالر کے 3.5 بیموں کا استعمال قومی اگنیشن کی سہولت (این آئی ایف) کالی مرچ کے سائز کے کیپسول کو پھٹنے کے لیے جس میں ڈیوٹیریم اور ٹریٹیم شامل تھے، انہوں نے دو ہائیڈروجن آاسوٹوپس کو فیوز کیا، جس سے ایک سیکنڈ کے ایک حصے کے لیے خود کو برقرار رکھنے والا فیوژن ردعمل پیدا ہوا۔ لیزر کو طاقت دینے کے لیے استعمال ہونے والی توانائی کا 70 فیصد سے زیادہ استعمال کرنے کے عمل کے ساتھ، تلاش نے تجویز کیا کہ دیو ہیکل لیزرز ابھی تک محفوظ، صاف اور بنیادی طور پر لامحدود توانائی کے ایک نئے ذریعہ کو فعال کر سکتے ہیں۔

اس نتیجے نے لیورمور لیب کے محققین کو ایک جشن کے موڈ میں ڈال دیا، جس نے اہم پیشرفت کے لیے ایک دہائی سے زیادہ جدوجہد کی۔ لیکن ابتدائی جوش جلد ہی ختم ہو گیا جب کامیابی کو دوبارہ پیش کرنے کی کئی بعد کی کوششیں ناکام ہو گئیں - ریکارڈ توڑنے والی پیداوار کے صرف نصف کو جمع کرنا۔ لیورمور انتظامیہ نے صرف مٹھی بھر دوبارہ تجربات کرنے کا فیصلہ کیا ہے، لیب نے بریک ایون کی جستجو کو روک دیا اور اس کے بجائے یہ جاننے کی کوشش کی کہ آؤٹ پٹ میں تبدیلی کی وجہ کیا ہے۔

NIF کے ناقدین کے لیے، کورس کی تازہ ترین تصحیح کوئی تعجب کی بات نہیں تھی، جو بظاہر ایک بار پھر اس سہولت کے غیر موزوں ہونے کی وضاحت کرتی ہے جو کہ مضبوط فیوژن توانائی کی پیداوار کے لیے ٹیسٹ بیڈ کے طور پر ہے۔ لیکن بہت سے سائنس دان پرجوش ہیں اور NIF کے محققین خود ہی لڑ رہے ہیں، حال ہی میں اپنے ریکارڈ توڑ شاٹ سے نتیجہ شائع کیا ہے۔ جسمانی جائزہ لینے کے خطوط (129 075001). وہ اس بات پر اصرار کرتے ہیں کہ آخر کار انہوں نے "اگنیشن" حاصل کر لیا ہے، اس مقام تک پہنچ گئے ہیں جہاں فیوژن ری ایکشنز سے گرم ہونا ٹھنڈک سے زیادہ ہو جاتا ہے، ایک مثبت فیڈ بیک لوپ بناتا ہے جو پلازما کے درجہ حرارت کو تیزی سے بڑھاتا ہے۔

عمر ہریکین، لیورمور کے فیوژن پروگرام کے چیف سائنسدان، برقرار رکھتے ہیں کہ اگنیشن کی یہ فزکس پر مبنی تعریف - سادہ "انرجی بریک ایون" کی وضاحت کے بجائے - وہی ہے جو واقعی اہمیت رکھتی ہے۔ بریک ایون کی حتمی کامیابی کو "اگلے تعلقات عامہ کی تقریب" کے طور پر بیان کرتے ہوئے، اس کے باوجود وہ کہتے ہیں کہ یہ ایک اہم سنگ میل ہے جسے وہ اور ان کے ساتھی حاصل کرنا چاہتے ہیں۔ درحقیقت، لیورمور لیب سے باہر کے طبیعیات دانوں کو یقین ہے کہ بہت زیادہ زیر بحث ہدف کو نشانہ بنایا جائے گا۔ اسٹیون گلاب برطانیہ کے امپیریل کالج میں یقین ہے کہ "ہر امکان موجود ہے" بریک ایون حاصل کیا جائے گا۔

ریکارڈ فائدہ

فیوژن کو استعمال کرنے کی کوشش میں روشنی کے مرکزے کے پلازما کو اس مقام تک گرم کرنا شامل ہے جہاں وہ مرکزے اپنے باہمی رجعت پر قابو پاتے ہیں اور ایک بھاری عنصر کی تشکیل کے لیے یکجا ہو جاتے ہیں۔ اس عمل سے نئے ذرات پیدا ہوتے ہیں - ڈیوٹیریم اور ٹریٹیم، ہیلیئم نیوکلی (الفا پارٹیکلز) اور نیوٹران کی صورت میں - نیز بڑی مقدار میں توانائی۔ اگر پلازما کو مناسب حد تک بہت زیادہ درجہ حرارت اور دباؤ پر کافی دیر تک رکھا جا سکتا ہے، تو الفا کے ذرات کو اپنے طور پر رد عمل کو برقرار رکھنے کے لیے کافی حرارت فراہم کرنی چاہیے جبکہ نیوٹران کو ممکنہ طور پر بھاپ کے ٹربائن کو طاقت دینے کے لیے روکا جا سکتا ہے۔

فیوژن ٹوکامکس کافی لمبے عرصے تک پلازما کو محدود کرنے کے لیے مقناطیسی فیلڈ کا استعمال کرتے ہیں۔ NIF، ایک "Inertial-confinement" ڈیوائس کے طور پر، اس کے دوبارہ پھیلنے سے پہلے انتہائی کمپریسڈ فیوژن ایندھن کی ایک چھوٹی سی مقدار کے اندر ایک لمحہ بہ لمحہ کے لیے پیدا ہونے والے انتہائی حالات کا فائدہ اٹھاتا ہے۔ ایندھن کو 2 ملی میٹر قطر کے کروی کیپسول کے اندر رکھا جاتا ہے، جو تقریباً 1 سینٹی میٹر لمبے بیلناکار دھات "ہاہلراوم" کے مرکز میں واقع ہوتا ہے اور اس وقت پھٹ جاتا ہے جب NIF کی درست سمت میں لیزر شعاعیں ہولرام کے اندر سے ٹکراتی ہیں اور سیلاب پیدا کرتی ہیں۔ ایکس رے

ٹوکامکس کے برعکس، این آئی ایف کو بنیادی طور پر توانائی کا مظاہرہ کرنے کے لیے ڈیزائن نہیں کیا گیا تھا بلکہ اس کے بجائے جوہری ہتھیاروں کے دھماکوں کی نقالی کے لیے استعمال ہونے والے کمپیوٹر پروگراموں کی جانچ پڑتال کے طور پر کام کیا گیا تھا - اس لیے کہ امریکہ نے 1992 میں براہ راست ٹیسٹنگ بند کر دی تھی۔ تاہم، 2009 میں سوئچ آن کرنے کے بعد اسے جلد ہی واضح ہو گیا کہ اس کے اپنے کاموں کی رہنمائی کے لیے استعمال کیے جانے والے پروگراموں نے اس میں شامل مشکلات کو کم نہیں کیا تھا، خاص طور پر جب پلازما کے عدم استحکام سے نمٹنا اور مناسب طور پر ہم آہنگی پیدا کرنا۔ NIF کے 2012 تک اگنیشن حاصل کرنے کے اپنے ابتدائی ہدف سے محروم ہونے کے بعد، یو ایس نیشنل نیوکلیئر سیکورٹی ایڈمنسٹریشن، جو لیب کی نگرانی کرتی ہے، نے اس مقصد کو ایک طرف رکھ دیا تاکہ انپلوژن ڈائنامکس کو بہتر طور پر سمجھنے کے وقت طلب کام پر توجہ مرکوز کی جا سکے۔

2021 کے اوائل میں، تجرباتی تبدیلیوں کی ایک سیریز کے بعد، سمندری طوفان اور ساتھیوں نے آخر کار یہ ظاہر کیا کہ وہ لیزر کا استعمال کر کے وہ چیز بنا سکتے ہیں جسے جلتے ہوئے پلازما کے نام سے جانا جاتا ہے - جس میں الفا ذرات کی حرارت بیرونی توانائی کی فراہمی سے زیادہ ہوتی ہے۔ اس کے بعد انہوں نے مزید تبدیلیوں کا ایک سلسلہ بنایا، جس میں ہولرام کے لیزر کے داخلی سوراخوں کو سکڑنا اور لیزر کی چوٹی کی طاقت کو کم کرنا شامل ہے۔ اس کا اثر کچھ ایکس رے توانائی کو بعد میں شاٹ میں منتقل کرنا تھا، جس نے جوہری ایندھن میں منتقل ہونے والی طاقت کو بڑھایا - اس کو اتنا اونچا دھکیل دیا کہ تابکاری اور ترسیلی نقصانات کو آگے بڑھایا جا سکے۔

اگست 2021 میں NIF محققین نے اپنا تاریخی نشان "N210808" شاٹ ریکارڈ کیا۔ اس معاملے میں ایندھن کے مرکز میں ہاٹ اسپاٹ کا درجہ حرارت تقریباً 125 ملین کیلون تھا اور توانائی کی پیداوار 1.37 MJ تھی – جو کہ سال کے شروع میں حاصل کیے گئے ان کے پچھلے بہترین نتائج سے کچھ آٹھ گنا زیادہ ہے۔ اس نئی پیداوار کا مطلب 0.72 کا "ٹارگٹ گین" ہے - جب لیزر کے 1.97 MJ آؤٹ پٹ کے مقابلے میں - اور 5.8 کا "کیپسول گین" جب کیپسول کے ذریعے جذب ہونے والی توانائی پر غور کیا جائے۔ 

زیادہ اہم بات یہ ہے کہ جہاں تک سمندری طوفان کا تعلق ہے، اس تجربے نے اسے بھی مطمئن کیا جسے اگنیشن کے لیے لاسن معیار کے نام سے جانا جاتا ہے۔ سب سے پہلے انجینئر اور ماہر طبیعیات جان لاسن نے 1955 میں وضع کیا تھا، یہ ان حالات کا تعین کرتا ہے جن میں فیوژن خود حرارتی ترسیل اور تابکاری کے ذریعے ضائع ہونے والی توانائی سے زیادہ ہو جائے گی۔ سمندری طوفان کا کہنا ہے کہ NIF کے نتائج نے جڑواں قید فیوژن کے معیار کے نو مختلف فارمولیشنز کو پورا کیا، اس طرح "بغیر ابہام" کے اگنیشن کا مظاہرہ کیا۔

تین شاٹس اور آپ آؤٹ ہو گئے۔

ریکارڈ توڑ شاٹ کے بعد، Hurricane اور NIF میں ان کے کچھ ساتھی سائنسدان اپنی کامیابی کو دہرانے کے خواہشمند تھے۔ لیکن لیب کی انتظامیہ اتنی پرجوش نہیں تھی۔ کے مطابق مارک ہرمن، پھر لیورمور کے ڈپٹی ڈائریکٹر برائے بنیادی ہتھیاروں کی طبیعیات، اگلے اقدامات کا جائزہ لینے کے لیے N210808 کے تناظر میں کئی ورکنگ گروپس قائم کیے گئے۔ ان کا کہنا ہے کہ تقریباً 10 ماہرین پر مشتمل ایک انتظامی ٹیم نے ان نتائج کو اکٹھا کیا اور ایک منصوبہ تیار کیا، جو اس نے ستمبر میں پیش کیا۔

ہرمن کا کہنا ہے کہ اس منصوبے میں تین حصے تھے – N210808 کو دوبارہ پیش کرنے کی کوشش۔ تجرباتی حالات کا تجزیہ کرنا جنہوں نے ریکارڈ توڑ شاٹ کو قابل بنایا؛ اور "مضبوط میگاجول پیداوار" حاصل کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔ فیوژن پروگرام پر کام کرنے والے تقریباً 100 سائنسدانوں کے درمیان پہلے نکتے کی بحث میں ہرمن نے "رائے کی ایک بڑی قسم" کے طور پر بیان کیا ہے۔ آخر میں، "محدود وسائل"، اور N210808 پر مشتمل بیچ میں محدود تعداد میں اہداف کو دیکھتے ہوئے، وہ کہتے ہیں کہ انتظامی ٹیم صرف تین اضافی شاٹس پر طے ہوئی۔

سمندری طوفان کی یادیں قدرے مختلف ہیں، یہ کہتے ہوئے کہ چار دہرائے گئے تھے۔ ان کا کہنا ہے کہ یہ تجربات تقریباً تین ماہ کے عرصے میں کیے گئے تھے اور انھوں نے ایسی پیداوار حاصل کی تھی جو اگست میں پہنچنے والے پانچویں حصے سے لے کر تقریباً نصف تک تھی۔ لیکن وہ برقرار رکھتا ہے کہ یہ شاٹس اب بھی "بہت اچھے تجربات" تھے، انہوں نے مزید کہا کہ انہوں نے لاسن کے معیار کے کچھ فارمولیشنز کو بھی مطمئن کیا۔ کارکردگی میں فرق، وہ کہتے ہیں، "اتنا بائنری نہیں ہے جتنا لوگ پیش کر رہے ہیں"۔

پلازما کوٹنگ کا عمل ایک نسخہ ہے، لہذا بالکل اسی طرح جیسے روٹی پکانا ہر بار بالکل یکساں نہیں نکلتا

عمر کا سمندری طوفان

اس کے بارے میں کہ پیداوار میں اس بڑے تغیر کی وجہ کیا ہے، ہرمن کا کہنا ہے کہ سب سے اہم مفروضہ ایندھن کے کیپسول میں باطل اور تقسیم ہے، جو صنعتی ہیرے سے بنے ہیں۔ وہ بتاتا ہے کہ ان خرابیوں کو امپلوشن کے عمل کے دوران بڑھایا جا سکتا ہے، جس کی وجہ سے ہیرا گرم جگہ میں داخل ہو جاتا ہے۔ یہ دیکھتے ہوئے کہ کاربن کا جوہری نمبر ڈیوٹیریم یا ٹریٹیم سے زیادہ ہے یہ بہت زیادہ مؤثر طریقے سے پھیل سکتا ہے، جو گرم جگہ کو ٹھنڈا کرتا ہے اور کارکردگی کو کم کرتا ہے۔ 

سمندری طوفان اس بات سے اتفاق کرتا ہے کہ شاٹ ٹو شاٹ کارکردگی کو مختلف کرنے میں ہیرا ممکنہ طور پر اہم کردار ادا کرتا ہے۔ اس بات کی طرف اشارہ کرتے ہوئے کہ NIF کے امپلوزیشن کی غیر خطوطی کو دیکھتے ہوئے آؤٹ پٹ میں بڑے تغیرات کی توقع کی جاتی ہے، وہ کہتے ہیں کہ اس میں شامل سائنس دان کیپسول بنانے کے دوران استعمال ہونے والے پلازما کوٹنگ کے عمل کو پوری طرح سے نہیں سمجھتے۔ "یہ ایک نسخہ ہے،" وہ کہتے ہیں، "لہذا بالکل اسی طرح جیسے روٹی پکانا ہر بار بالکل یکساں نہیں نکلتا۔"

فیوژن توانائی کا راستہ

ہریکین کا کہنا ہے کہ ٹیم اب کیپسول کے معیار کو بہتر بنانے کے علاوہ NIF کی پیداوار بڑھانے کے کئی طریقوں کی تحقیقات کر رہی ہے۔ ان میں کیپسول کی موٹائی کو تبدیل کرنا، ہولرام کے سائز یا جیومیٹری کو تبدیل کرنا، یا ہدف کے لیے درکار درستگی کو کم کرنے کے لیے ممکنہ طور پر لیزر پلس انرجی کو تقریباً 2.1 MJ تک بڑھانا شامل ہے۔ وہ کہتے ہیں کہ جب ہدف حاصل کرنے کی بات آتی ہے تو "کوئی جادوئی نمبر" نہیں ہوتا ہے لیکن انہوں نے مزید کہا کہ جتنا زیادہ فائدہ ہوگا پیرامیٹر کی جگہ اتنی ہی زیادہ ہوگی جسے ذخیرہ اندوزی کرتے وقت تلاش کیا جاسکتا ہے۔ وہ یہ بھی بتاتا ہے کہ 1 کے فائدے کا مطلب یہ نہیں ہے کہ سہولت خالص توانائی پیدا کر رہی ہے، یہ دیکھتے ہوئے کہ لیزر آنے والی برقی توانائی کا کتنا کم ہدف پر روشنی میں بدلتا ہے – NIF کے معاملے میں، 1% سے بھی کم۔

اگنیشن کی لمبی سڑک

روچیسٹر یونیورسٹی کے مائیکل کیمبل امریکہ کا خیال ہے کہ NIF کم از کم 1 کا فائدہ حاصل کر سکتا ہے "اگلے 2-5 سالوں میں"، ہولرام اور ہدف میں مناسب بہتری کے پیش نظر۔ لیکن اس کا استدلال ہے کہ 50-100 کے تجارتی لحاظ سے متعلقہ فوائد حاصل کرنے کے لیے ممکنہ طور پر NIF کی "بالواسطہ ڈرائیو" سے ایک سوئچ کی ضرورت ہوگی، جو ہدف کو کمپریس کرنے کے لیے ایکس رے تیار کرتی ہے، ممکنہ طور پر زیادہ موثر لیکن مشکل "ڈائریکٹ ڈرائیو" پر انحصار کرتی ہے۔ لیزر تابکاری خود.

کئی بلین ڈالرز کی ضرورت کے باوجود، کیمپبل پر امید ہے کہ ڈائریکٹ ڈرائیو کی ایک مناسب سہولت 2030 کی دہائی کے آخر تک اس طرح کے فوائد کا مظاہرہ کر سکتی ہے - خاص طور پر، وہ کہتے ہیں، اگر نجی شعبہ شامل ہو۔ لیکن انہوں نے خبردار کیا کہ کمرشل پاور پلانٹس شاید کم از کم صدی کے وسط تک کام کرنا شروع نہیں کریں گے۔ "فیوژن توانائی طویل مدتی کے لیے ہے،" وہ کہتے ہیں، "میرے خیال میں لوگوں کو چیلنجز کے بارے میں حقیقت پسندانہ ہونا چاہیے۔"