সূর্য নির্মাণ :ফিশন নয় ফিউশন

সরাসরি আলো, জীবাশ্ম জ্বালানি অথবা বাতাস যার কথাই বলি না কেন, সূর্যই আমাদের সমস্ত শক্তির মূল উত্স। সূর্য যে প্রক্রিয়ায় শক্তি উত্পন্ন করে তা হল ফিউশন। পারমাণবিক শক্তি থেকে ফিশন এবং ফিউশন এই দুই উপায়েই বিদ্যুত্ উত্পাদন করা যায়। ফিউশন প্রক্রিয়ায় নিরাপদ এবং পরিবেশবান্ধব জ্বালানি দিয়ে সারা বিশ্বের বিদ্যুত্ ও অন্যান্য শক্তির যোগান দেয়ার সক্ষমতা অর্জন স্বপ্নের মত ব্যাপার। নিউক্লিয়ার রিয়েক্টরে ফিশনের মাধ্যমে পৃথিবীর অনেক দেশে বহু বছর ধরে বিদ্যুত্ উত্পাদন চলছে। এমনকি আমাদের দেশেও প্রস্তুতি চলছে। সঙ্গত কারণেই ফিশন রিয়েক্টরে বিদ্যুত্ উত্পাদন মানব জাতীর জন্য এক ভয়াবহ অভিশাপে পরিনত হয়েছে। কারণ এতে জ্বালানি হিসেবে ব্যবহার করা হয় ভয়ঙ্কর তেজস্ক্রিয় ইউরেনিয়াম এবং প্লুটোনিয়াম। যাতে চেরনোবিল, ফুকুশিমার মত দুর্ঘটনা ঘটে, অত্যন্ত বিপজ্জনক তেজস্ক্রিয় বর্জ্য তৈরি করে, ক্রিটিকাল বা মেল্টডাউন বা বিস্ফোরণের মত ভয়ঙ্কর পরিস্থিতি তৈরি হয়। ফলশ্রুতিতে বিদ্যুত্ উত্পাদনের এমন প্রক্রিয়া খুঁজে বের করতে হয়েছে যার জ্বালানি প্রকৃতিতে সহজলভ্য, নিরাপদ, সাশ্রয়ী এবং উল্লেখিত বিপদগুলো নেই।
ইংরেজি ফিউজ (Fuse) শব্দের অর্থ দুটি ভিন্ন ভিন্ন জিনিস একত্রিত হয়ে একটি জিনিসে পরিনত হওয়া। ফিউজ থেকে এসেছে ফিউশন (Fusion)। ফিউশন প্রযুক্তি সর্বপ্রথম হাইড্রোজেন বোমা তৈরিতে ব্যবহার করা হয়েছিল। কিন্তু মানব কল্যাণে পারমাণবিক শক্তির শান্তিপূর্ণ ব্যবহারে এর সম্ভাবনা অসীম। কারণ ফিউশন প্রক্রিয়ায় ভয়াবহ দুর্ঘটনা, তেজস্ক্রিয় বর্জ্য এবং ক্রিটিক্যাল বা মেল্টডাউনের মত ঘটনা ঘটার সুযোগ নেই। বড়জোর ফিউশন বন্ধ হয়ে যাবে। ফলে এটি নিরাপদ। তাছাড়া এর জ্বালানি খুবই সহজলভ্য। সাধারণত ফিউশন রিয়েক্টরে জ্বালানি হিসেবে হাইড্রোজেনের দুটি আইসোটোপ ব্যবহার করা হয়। ডিউটেরিয়াম এবং ট্রিটিয়াম। আইসোটোপ হল একই পদার্থের ভিন্নরূপ যাদের প্রোটনের সংখ্যা সমান কিন্তু নিউক্লিয়াসে নিউট্রনের সংখ্যা ভিন্ন, যার কারণে এদের পারমালবিক ভর আলাদা, যদিও উভয়ের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য একই। হাইড্রোজেনের ক্ষেত্রে এর নিউক্লিয়াসে শুধুমাত্র একটি প্রোটন আছে আর ডিউটেরিয়ামে একটি প্রোটন+একটি নিউট ন, ট্রিটিয়ামে একটি প্রোটন+দুটি নিউট্রন। ডিউটেরিয়াম খুব সহজেই সমুদ্রের পানি থেকে আহরণ করা যায় এবং ব্যাটারি তৈরিতে ব্যবহূত লিথিয়াম ভেঙ্গে ট্রিটিয়াম প্রস্তুত করা হয়। আর একবার ফিউশন রিয়েক্টর চালু হয়ে গেলে সেখানে তার প্রয়োজনীয় ট্রিটিয়াম অটোমেটিক তৈরি হতে থাকে। কারণ ফিউশন রিয়েক্টরে বর্জ্য হিসেবে নিউট্রন তৈরি হয়। ফিউশন থেকে বিদ্যুত্ উত্পাদনের সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য দিক হল এর ব্যবহূত জ্বালানির পরিমাণ। যেখানে কয়লা বিদ্যুত্ কেন্দ্রে ১০০০ মেগাওয়াট বিদ্যুত্ উত্পাদন করতে দিনে প্রায় ১০ হাজার টন কয়লা লাগে সেখানে ১ কেজি ডিউ-টেরিয়াম/ট্রিটিয়াম হলেই ফিউশন বিদ্যুত্ কেন্দ্রে সমান পরিমাণ বিদ্যুত্ উত্পাদন করা যায়।
নিউক্লিয়ার ফিশন প্ল্যান্টে যেরকম একটি পরমাণুকে ভেঙ্গে দুটি ভিন্ন ভিন্ন পরমাণুতে পরিনত করা হয় সেরকম ফিউশন রিয়েক্টরে ভিন্ন দুটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসকে একত্রিত করে একটি ভারী পদার্থে পরিনত করা হয়। গতানুগতিক পারমাণবিক বিদ্যুত্ কেন্দ্রে ফিশন প্রক্রিয়ায় একটি ইউরেনিয়াম-২৩৫ পরমাণুকে একটি নিউট্রন আঘাত করে ইউরেনিয়াম-২৩৬ তৈরি করে, সেটা ভেঙ্গে বেরিয়াম, ক্রিপটন তৈরি হয় আর প্রচণ্ড শক্তি নির্গত করে তিনটি মুক্ত নিউট্রন বের হয়। এই শক্তি দিয়েই বিদ্যুত্ উত্পাদনের কাজে লাগে। মুক্ত নিউট্রনগুলো প্রত্যেকেই আরও ইউরেনিয়াম-২৩৫ পরমাণুকে আঘাত করে এবং এই প্রক্রিয়া চলতে থাকে। এজন্য একে চেইন রিয়েকশন বলা হয়। ফিউশন রিয়েক্টরে হাইড্রোজেনের আইসোটোপ ডিউটেরিয়াম আর ট্রিটিয়াম নিউক্লিয়াসকে প্রচণ্ড শক্তিতে (১০০,০০০,০০০০ সেলসিয়াস তাপ ও চাপ)পরস্পরের ২.৫ ফেমটোমিটার ( ২.৫/১,০০০,০০০,০০০,০০০,০০০ মিটার) কাছে নিয়ে আসা হয়, ওই অবস্থায় হাইড্রোজেনের এই দুই আইসোটোপ একত্রিত হয়ে হিলিয়াম তৈরি করে এবং আইনস্টাইনের E = mc2 ফর্মুলা অনুযায়ী প্রচণ্ড শক্তি নির্গত করে একটি মুক্ত নিউট্রন বের হয়। যা দিয়ে বিদ্যুত্ উত্পাদন করা যায়। পরীক্ষামূলক বেশ কয়েকটি সাফল্য পাওয়া গেলেও এই ধরনের বিদ্যুত্ কেন্দ্র পেতে আমাদের আরো কিছু প্রযুক্তিগত বাধা পেরোতে হবে যা কয়েক দশক সময় নিয়ে নিতে পারে। এর কারণ এখন পর্যন্ত রিয়েক্টরে ফিউশন প্রক্রিয়াটি দীর্ঘ সময় চালিয়ে নেয়া সম্ভব হচ্ছে না। নিরাপত্তার বিচারে এটিই এর সবচেয়ে ভাল দিক কারণ ফিশন রিয়েক্টরের মত ফিউশন রিয়েক্টরে কখনও ক্রিটিক্যাল বা মেল্টডাউন বা বিস্ফোরণের মত ঘটনা ঘটবে না। সমস্যা হলেই ফিউশন বিক্রিয়া বন্ধ হয়ে যাবে। সমস্যাটা হল ভিন্ন দুটি পরমাণুর ধনাত্মক আধানযুক্ত নিউক্লিয়াস পরস্পরের কাছাকাছি আসলে একে অপরকে প্রচণ্ড শক্তিতে বিকর্ষণ করে এবং তাদের মধ্যের দূরত্ব যত কমতে থাকে বিকর্ষণ শক্তিও তত বাড়তে থাকে। ফলে এই দুটিকে একত্রিত করে নতুন পদার্থ সৃষ্টি করতে গেলে সেই বিকর্ষণের দেয়াল ভেঙ্গে যেতে হয়। এখন এদেরকে একীভূত করে নতুন পদার্থ সৃষ্টি করতে চাইলে নিউক্লিয়াস দুটিকে তাদের কমপক্ষে ২.৫ ফেমটোমিটার কাছাকাছি আসতে হয়, যে দূরত্বের মধ্যে তাদের মধ্যেকার বিকর্ষণ শক্তি কাজ করে না। সূর্য কিংবা অন্যান্য তারায় শক্তি উত্পাদনের ক্ষেত্রে কয়েকটি বৈশিষ্ট্য এই সমস্যার সমাধান করে। প্রথমত সূর্যের অমিত তাপ ও চাপ। আমরা জানি, সূর্য পৃথিবীর চেয়ে ১৩ লক্ষ গুণ বড় এবং কেন্দ্রের তাপমাত্রা ১ কোটি ৫০ লক্ষ ডিগ্রী সেলসিয়াস। ফলে এর ভেতরে থাকা কণাগুলোর উপর তার মধ্যাকর্ষণ শক্তির পরিমাণ এক কথায় অসীম এবং এই ভয়ঙ্কর তাপের কারণে নিউক্লিয়াসগুলো প্রচণ্ড গতশক্তিতে ছোটাছুটি করতে থাকে ফলে প্রতিনিয়ত নিউক্লিয়াসগুলোর একে অন্যের সাথে সংঘর্ষ হতে থাকে। এভাবেই তারা পরস্পরের খুব কাছাকাছি চলে আসে। দ্বিতীয়ত কোয়ান্টাম কণাগুলো সামনে বাধা পেলে তা ডিঙ্গিয়ে বা সুড়ঙ্গ করে বেরিয়ে যেতে পারে যা সাধারণ বলবিদ্যায় সম্ভব না। একে বলে কোয়ান্টাম টানেলিং। যেমন আমরা যদি বাড়তি কোন শক্তি প্রয়োগ না করে দুই পাশে ঢালু এরকম পথ দিয়ে একটি বলকে ছেড়ে দেই তাহলে সেটা তার স্থিতি শক্তি অনুযায়ী ঠিক যে উচ্চতা থেকে ছাড়া হয়েছে সর্বোচ্চ সেই পরিমাণ ঢালু পথ বেয়ে উঠতে সক্ষম কিন্তু অতিক্রম করতে সক্ষম না।
কিন্তু কোয়ান্টাম মেকানিক্সে সম্ভব। ফলে ফিউশন রিয়েক্টরে চাপ, তাপ এবং কোয়ান্টাম টানেলিং এর বাস্তব রূপ দিয়ে তবেই ফিউশন প্রক্রিয়া চালু রাখতে হয়। বিদ্যুত্ উত্পাদনে সক্ষম কার্যকর ফিউশন রিয়েক্টর তৈরি করতে গিয়ে গবেষকরা রিয়েক্টরের ভেতর ১০০ মিলিয়ন ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপ উত্পাদন করতে সক্ষম হয়েছে। আবার NIF এ ১৯২ টি লেজারের মাধ্যমে প্রচণ্ড চাপ সৃষ্টি করেও ফিউশন ঘটিয়েছেন। কিন্তু সমস্যা হল যে জ্বালানি ব্যবহার করা হবে তা অন্য কোন কিছুর সংস্পর্শে আসতে পারবে না।
জ্বালানিকে রিয়েক্টরের সংস্পর্শে না রাখাটা পুরো ফিউশন প্রযুক্তিকে প্রায় অসম্ভব করে তুলেছিল। শেষ পর্যন্ত পার্টিকেলের বৈদ্যুতিক চার্জ ব্যবহার করে সে সমস্যার আপাতসমাধান করা সম্ভব হয়েছে। আমরা জানি, চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা বৈদ্যুতিক চার্জ পার্টিকেলকে নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব। এক্ষেত্রে এক ধরনের বোতল আকৃতির চুম্বক ব্যবহার করা হয়েছে যেখানে প্রচণ্ড শক্তিশালী চুম্বকক্ষেত্র তার ভেতরে থাকা জ্বালানিগুলোকে উল্টা দিকে ক্রমাগত ধাক্কা দিতে থাকে এবং চার্জ পার্টিকেলগুলো জেনারেটরের দেয়ালে লাগতে পারে না। এ ধরনের চুম্বকক্ষেত্র তৈরি করার জন্য অনেক বছর থেকেই কয়েক ধরনের প্রযুক্তি ব্যবহার করা হচ্ছে। তবে এদের মধ্যে টোকামাক বেশ কার্যকর। রাশান দুই বিজ্ঞানির তৈরি TOKAMAK বলতে বুঝায় ‘Toroidal Chamber with Magnetic Coils’. যেখানে ফুয়েল একটি রিঙ ডোনাট আকৃতির প্রকোষ্ঠের মধ্যে রেখে ফিউশন ঘটানো হয়। আধুনিক একটি টোকামাককে মাঝখান বরাবর কেটে নিলে ইংরেজি Dএর মত দেখায়। আশ্চর্যজনক হলেও সত্যি যে কার্যকর ফিউশন জেনারেটর তৈরি করতে গিয়ে টোকামাকে অসীম তাপমাত্রা তৈরি করাটাই প্রধান সমস্যা ছিল না। রেডিও ওয়েভের প্রচণ্ড বিস্ফোরণের মধ্যে উচ্চ গতির নিউট্রাল পার্টিক্যালের একটি স্রোত প্রবাহিত করে দিলে তা ফুয়েলের সাথে সংঘর্ষ ঘটিয়ে উচ্চ তাপ ও গতিশক্তি তৈরি করে। এখানে প্রধান সমস্যা হল প্লাজমার অস্থিতিশীলতা।
প্লাজমা হল বস্তুর কঠিন, তরল এবং বায়বীয় অবস্থার মতই আরেকটি অবস্থা। যখন কোন তরল পদার্থকে তাপ দেয়া হয় তা গ্যাসে পরিনত হয়। গ্যাসকে তাপ দিলে তা প্লাজমায় পরিনত হয়। গ্যাসে যেমন অনু পরমাণু থাকে তেমনি প্লাজমাতে থাকে বৈদ্যুতিক আধানযুক্ত কণা যাকে আয়ন বলা হয়। পরমাণু ইলেকট্রন হারালে বা তাতে বাড়তি ইলেকট্রন যুক্ত হলে আয়নে পরিনত হয়। টোকামাক ফিউশন রিয়াক্টরে ডিউটেরিয়াম এবং ট্রিটিয়ামের ধনাত্মক আধানযুক্ত নিউক্লিয়াসগুলো প্লাজমার আকার ধারণ করার পর চরম অস্থির আচরণ করে। প্রচণ্ড গতিতে পাক খেতে খেতে এমন কাঁপুনি দেয় যেন সেগুলি জীবন্ত এবং বেশিক্ষণ বেঁচে থাকতে চাচ্ছে না। ফলে প্লাজমার ভেতর দিয়ে প্রবাহিত বৈদ্যুতিক কারেন্ট বাধাগ্রস্ত হয় এবং তা ধাতব কন্টেইনারের গায়ে লেগে যায় এবং পুরো প্রক্রিয়াটিই বন্ধ হয়ে যায়। শুধুমাত্র এই সমস্যাটি সমাধান করতে না পারায় ফিউশনের উন্নয়ন ব্যাপক ব্যহত হয়েছে। ফিউশন রিয়েক্টরে এযাবত্ কালে প্লাজমার সর্বাধিক স্থায়িত্ব ৬.৩০ সেকেন্ড। এই মুহূর্তে পরীক্ষামূলক ভাবে ব্রিটেনের অক্সফোর্ডশায়ারে JET (Joint European Tours), MAST (Mega Amp Spherical Tokamak), আমেরিকার ক্যালিফোর্নিয়াতে NIF (National Ignition facility), নিউ মেক্সিকোতে SANDIA Z ~ Machine (Z - Pinch)‰ ফিউশন রিয়েক্টর চালু আছে, যাতে আরো অনেক ধরনের পরীক্ষা নিরীক্ষা চলছে। সম্ভবত সবচেয়ে ভাল খবর নিয়ে আসবে ফ্রান্সে নির্মাণাধীন ITER (Inteational Thermonuclear Experimental Reactor)। কারণ এটি পূর্বের সমস্ত পরীক্ষা নিরীক্ষার ফলাফলের উপর ভিত্তি করে একটি চূড়ান্ত ফিউশন জেনারেটর গ্রিডে সংযুক্ত করার লক্ষ্য নিয়ে স্থাপিত হচ্ছে। সাতটি দেশের মিলিত অর্থায়নে (১৬ বিলিয়ন ডলার) এটি নির্মিত হচ্ছে। ITER এর সাফল্যের উপর ভিত্তি করে আগামীতে ১০০০ মেগাওয়াটের বিদ্যুেকন্দ্র স্থাপন করা হবে।
প্রাথমিক অবস্থায় (যখন থেকে ফিউশনের পরীক্ষা নিরীক্ষা শুরু হয়েছিল) ধারণা করা হয়েছিল বছর দশেকের মধ্যে কার্যকর ফিউশন জেনারেটর তৈরি করা সম্ভব হবে যা ফিশনের ক্ষেত্রে ঠিক ছিল। কিন্তু সত্যিকার অর্থে ৫০ বছর পেরিয়ে গেছে একটি টোকামাক রিয়েক্টরও গ্রিডে যুক্ত হতে পারেনি। এখনও অনেক পথ বাকি। ফিউশন প্রক্রিয়ায় বিদ্যুত্ উত্পাদনের তাত্ত্বিক ধারণার কোন সংকট নেই। আমাদের সামনে শত সহস্র তারায় সে প্রক্রিয়ায় শক্তি উত্পন্ন হচ্ছে এবং বহুকাল ধরে মানুষ সেগুলোর কার্যকারিতা সম্পর্কে অবহিত। অল্প কিছু প্রযুক্তিগত এবং ব্যবহারিক বাধা দূর করা গেলেই আমরা নতুন পৃথিবী নির্মাণে এগিয়ে যেতে পারি। একটি ফিউশন বিদ্যুত্ কেন্দ্রের যে খরচ আসবে তা নির্দিষ্ট কোন দেশের পক্ষে সামাল দেয়া সম্ভব কি না সেটা এখন পর্যন্ত ভাবা হচ্ছে না, আপাত লক্ষ্য ফিউশন রিয়েক্টরে গ্রিডে সরবরাহ করার মত বিদ্যুত্ উত্পাদনে সফলতা। কারণ বর্তমান পারমাণবিক বিদ্যুত্ কেন্দ্র ও জীবাশ্ম জ্বালানির কারণে ইতোমধ্যে পরিবেশের অপরিসীম ক্ষয়ক্ষতি হয়ে গেছে। ফিউশন থেকে কার্যকরী ভাবে বিদ্যুত্ উত্পাদন করা গেলে তা পৃথিবীকে আমুল বদলে দিবে। নিরাপদ পরিবেশবান্ধব এবং সহজলভ্য উত্স থেকে বিদ্যুত্ উত্পাদন এই মুহূর্তে সারা পৃথিবীর জন্য সবচেয়ে জরুরী, যা যুদ্ধ-মহামারীর কারণ হবে না, পরিবেশ দূষণ-খাদ্যাভাব তৈরি করবে না, বৈশ্বিক উষ্ণতা বাড়াবে না আবার দুর্ঘটনা কিংবা ক্ষতিকর তেজস্ক্রিয় বর্জ্যও তৈরি করবে না।
লেখক :তড়িত্ প্রকৌশলী এবং বিজ্ঞান প্রাবন্ধিক, ইমেইলঃ mahbub.sumon¦mail.com