হাতের মুঠোয় সূর্য!

সায়েন্স ফিকশন বই, মুভি বা ভিডিও গেমের কল্যাণে ভবিষ্যতের মানব সভ্যতা কেমন হতে পারে সে বিষয়ে ধারণা পাওয়া যায়। ভবিষ্যতের সেই সভ্যতায় হয়তো দেখা মিলতে পারে এমন অনেক কিছুর, যা আমাদের সবচেয়ে উচ্চাভিলাষী কল্পনাকেও হার মানাবে। আবার, এমন অনেক প্রযুক্তির সফল প্রয়োগের দেখা মিলতে পারে যেগুলো নিয়ে গবেষণা চলছে এখন থেকেই। অদূর ভবিষ্যতে বিদ্যুৎ উৎপাদনের প্রচলিত জীবাশ্ম জ্বালানিগুলো—যেমন, তেল, গাস, কয়লা ইত্যাদি—একে একে শেষ হয়ে যাবে। কেবল টিকে থাকবে নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসগুলো—যেমন, সূর্যের আলো, পানির স্রোত, বাতাস ইত্যাদি। প্রচলিত পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রগুলোর ইউরেনিয়াম জ্বালানিও ক্রমান্বয়ে ফুরিয়ে যেতে থাকবে। তাই ভবিষ্যতের উন্নত মানব সভ্যতায় অবধারিতভাবেই শক্তি উৎপাদনের মূল উৎস হিসেবে বিবেচনা করা হয় ফিউশন রিঅ্যাকটরকে। এর মাধ্যমেই কেবল সম্পূর্ণ পরিবেশ বান্ধব শক্তি পাওয়া সম্ভব। এটা যেমন পরিবেশের জন্য ক্ষতিকর গ্যাস নিসরণ করবে না, তেমনি উৎপাদন করবে না কোনো তেজস্ক্রিয় বর্জ্য। এর মাধ্যমে পাওয়া যাবে ফিশনভিত্তিক রিঅ্যাক্টরের তুলনায় কয়েক গুণ বেশি শক্তি।

আসলেই কি বাস্তবে এমন প্রযুক্তির অস্তিত্ব থাকা সম্ভব? নাকি নিছক কল্পনা হিসেবেই থেকে যাবে? সত্যিই যদি সম্ভব হয়, তাহলে সেই ‘হলি গ্রেইল’ থেকে কতটা দূরে রয়েছি আমরা?

২.

হরেক রকম নিউক্লিয়ার বিক্রিয়ার মধ্যে বিশেষ স্থান দখল করে আছে দুই ধরনের বিক্রিয়া। ফিশন এবং ফিউশন। প্রথমটিতে ভারী পরমাণুর নিউক্লিয়াসের ভাঙ্গনের মাধ্যমে পাওয়া যায় বিপুল পরিমাণ শক্তি। পরেরটিতে প্রাপ্ত শক্তির উৎস দুইটি ছোট নিউক্লিয়াসের সংযোজন।

প্রকৃতিতে পাওয়া সবচেয়ে হালকা মৌলের নাম হাইড্রোজেন। এর তিনটি আইসোটোপ রয়েছে। প্রোটিয়াম, ডিউটেরিয়াম এবং ট্রিটিয়াম। প্রথমটির নিউক্লিয়াসে থাকে শুধু একটি প্রোটন। পরেরটিতে প্রোটনের সঙ্গে একটি নিউট্রনও থাকে। আর ট্রিটিয়ামের নিউক্লিয়াসে থাকে একটি প্রোটন ও দুইটি নিউট্রন। যদি দুইটি প্রোটিয়াম নিউক্লিয়াসকে খুব কাছাকাছি আনা যায়, তাহলে এরা প্রথমে পরস্পর যুক্ত হয়ে তৈরি করে অস্থায়ী হিলিয়াম-২ আইসোটোপ। যা দ্রুত ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে পরিণত হয় ডিউটেরিয়ামে। অর্থাৎ, দুইটি প্রোটিয়ামের নিউক্লিয়াসে থাকা মোট দুটি প্রোটন থেকে শেষ পর্যন্ত পাওয়া যায় ডিউটেরিয়াম নিউক্লিয়াসের একটি প্রোটন ও একটি নিউট্রন। (তার মানে, ফিউশন শেষে একটি প্রোটন রূপান্তরিত হয় নিউট্রনে। যে প্রক্রিয়ায় এই অদ্ভুদ ব্যাপারটি হয় তার নাম বিটা ক্ষয় প্রক্রিয়া। এর পেছনে দায়ী দুর্বল নিউক্লিয়ার বল)। একটি প্রোটিয়াম নিউক্লিয়াসের ভর ১.০০৭৮২৫ এএমইউ। তাহলে, দুইটি প্রোটিয়ামের মাধ্যমে পাওয়া ডিউটেরিয়ামের ভর হওয়ার কথা ২.০১৫৬৫ এএমইউ। কিন্তু বাস্তবে দেখা যায় যে, একটি ডিউটেরিয়াম নিউক্লিয়াসের ভর ২.০১৪ এএমইউ। অর্থাৎ, কিছু ভর হারিয়ে যায়। কোথায় হারিয়ে যায় এই ভরটুকু?

হারিয়ে যাওয়া ভরের অংশবিশেষের খোঁজ মেলে পজিট্রন (ইলেকট্রনের প্রতিকণা) এবং নিউট্রিনোর মাঝে। ধনাত্মক বিটা ক্ষয় প্রক্রিয়ার মাধ্যমে প্রোটন নিউট্রনে পরিণত হওয়ার সময়ে উৎপন্ন হয় এরা। এতে করে সমগ্র বিক্রিয়ার চার্জ সংরক্ষিত থাকে। এদের উপস্থিতির পরেও খুব সামান্য পরিমাণ ভরের কোন হিসাব পাওয়া যায় না। আসলে এই পরিমাণ ভরই পরিণত হয় শক্তিতে। প্রতি নিউক্লিয়ন বিচারে যার মান ফিশন বিক্রিয়ার মাধ্যমে প্রাপ্ত শক্তির চেয়েও অনেক বেশি। এক কথায় বলতে গেলে ফিশন বিক্রিয়ার মতন ফিউশনের শক্তির উৎসও হারিয়ে যাওয়া ভর।

৩.

সূর্যসহ সকল নক্ষত্রে ফিউশনের মূল জ্বালানি হিসেবে কাজ করে হাইড্রোজেন। এরা সেখানে প্লাজমা অবস্থায় থাকে। প্লাজমা অবস্থা হল পদার্থের চতুর্থ অবস্থা। নক্ষত্রের কোরের প্রচণ্ড চাপ এবং তাপের প্রভাবে প্লাজমাগুলোতে ফিউশন সংঘটিত হয়। পৃথিবীর ফিউশন রিঅ্যাক্টরেও জ্বালানিকে পরিণত করা হয় প্লাজমা অবস্থায়। প্লাজমাকে উত্তপ্ত করে ফিউশন ঘটানোর জন্য বিজ্ঞানীরা বেশ কয়েকটি উপায় নিয়ে কাজ করছেন। এর মধ্যে সবচেয়ে সম্ভাবনাময় দুইটি পদ্ধতির নাম হলো ম্যাগনেটিক কনফাইনমেন্ট এবং ইনারশিয়াল কনফাইনমেন্ট।

ম্যাগনেটিক কনফাইনমেন্ট পদ্ধতিতে প্রায় স্বাভাবিক চাপে প্রচণ্ড শক্তিশালী চৌম্বকক্ষেত্র ব্যবহার করা হয়। এর মাধ্যমে একটি চেম্বারের ভিতরে যতটা সম্ভব কাছাকাছি নিয়ে আসা হয় প্লাজমাকে। এদের প্রায় ১৫০ মিলিয়ন ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রা পর্যন্ত উত্তপ্ত করা হয়। এই সময়ে নিউক্লিয়নগুলো প্রচণ্ড গতিতে গতিশীল থাকে। ফলে সেগুলো কুলম্বের বিকর্ষণ বল অতিক্রম করে ফিউশনে লিপ্ত হয় এবং বিপুল পরিমাণ শক্তি অবমুক্ত করে। যদি এই সময়ে যথেষ্ট পরিমাণ ফিউশন বিক্রিয়া ঘটে, তাহলে সেগুলো থেকে পাওয়া শক্তিই যোগান দেয় পরবর্তী ফিউশন সংঘটনের রসদ। অর্থাৎ, বাইরে থেকে শক্তি প্রয়োগ করে প্লাজমাকে উত্তপ্ত করার প্রয়োজন পড়বে না। এই ঘটনার নাম ইগনিশন। একে অনেকটা ফিশন বিক্রিয়ার চেইন রিঅ্যাকশনের সাথে তুলনা করা যেতে পারে।

ম্যাগনেটিক কনফাইনমেন্ট পদ্ধতির ফিউশন রিঅ্যাক্টরে প্রয়োজনীয় চৌম্বকক্ষেত্র তৈরিতে ব্যবহার করা হয় অতিপরিবাহীভিত্তিক বিদ্যুৎচুম্বক। তরল হিলিয়াম ব্যবহার করে ঠান্ডা রাখা হয় এগুলোকে। সেই হিলিয়ামের তাপমাত্রা পরমশূন্য তাপমাত্রার খুব কাছাকাছি। অর্থাৎ, ফিউশন রিঅ্যাক্টরকে এমনভাবে ডিজাইন করা হয়, যেন এর চেম্বারের ভেতরে থাকে মিলিয়ন ডিগ্রি তাপমাত্রায় উত্তপ্ত প্লাজমা। আর এর ঠিক বাইরেই থাকে প্রায় পরমশূন্য তাপমাত্রার তরল হিলিয়াম। এতো স্বল্প দূরত্বে এত বিশাল তাপমাত্রার পার্থক্য মহাবিশ্বের আর অন্য কোথাও পাওয়া যায় না। যে চেম্বারের ভেতরে প্লাজমাগুলোকে রাখা হবে, সেটির আকৃতি যদি ডোনাটের মতো হয়, তাহলে সেই ফিউশন রিঅ্যাক্টরকে বলা হয় টোকাম্যাক। ১৯৫১ সালে সোভিয়েত পদার্থবিদ আন্দ্রেই সেকারভ এবং ইগর ট্যাম সর্বপ্রথম এই ধরনের রিঅ্যাক্টরের নকশা করেন। এদের নিয়েই বর্তমানে বিজ্ঞানীরা সমচেয়ে বেশি আশাবাদী।

ইনারশিয়াল কনফাইনমেন্টভিত্তিক ফিউশন রিঅ্যাক্টরে ফিউশন ঘটানোর জন্য ব্যবহার করা হয় অতি শক্তিশালী লেজার রশ্মি। পেলেট আকৃতির জ্বালানির উপরে খুব সূক্ষ্মভাবে ফোকাস করে এগুলো প্রয়োগ করা হয়। পেলেটগুলোর ব্যাস মাত্র কয়েক মিলিমিটার। লেজারের প্রভাবে পেলেটের বাইরের স্তর উত্তপ্ত হয়ে বিস্ফোরিত হয়। ফলে পেলেটের ভেতরের দিকে প্রচণ্ড চাপ ক্রিয়া করে এবং এর ভেতরের স্তর সংকুচিত হয়। এভাবে জ্বালানি প্রায় এক হাজার গুণ পর্যন্ত সংকুচিত হয়ে ফিউশনের অনুকূল পরিবেশ তৈরি হয়। ফিউশন সংঘটিত হলে সেখান থেকে অবমুক্ত শক্তি চারপাশের পেলেটে সঞ্চারিত হয়ে সেগুলোতেও ফিউশনের অনুকূল পরিবেশ তৈরি করে। অর্থাৎ, ইগনিশন অর্জিত হয়। যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল ইগনিশন ফ্যাসিলিটি ছাড়াও বেশ কয়েকটি জায়গায় বিজ্ঞানীরা এই পদ্ধতি নিয়ে বিস্তারিত গবেষণা চালিয়ে যাচ্ছেন।

ওপরে বর্ণনা করা দুইটি পদ্ধতি ছাড়াও আরো কিছু বিকল্প নিয়ে বিজ্ঞানীরা ভাবছেন। যেমন, হাইব্রিড ফিউশন প্রযুক্তি। এই ধরনের রিঅ্যাক্টরে একসাথে ফিশন এবং ফিউশন ঘটানো হয়। সময়ই বলে দেবে এই ধরনের প্রযুক্তির যথার্থতা।

৪.

বর্তমানে ফিউশন রিঅ্যাক্টরের জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত জ্বালানি হিসেবে বিবেচনা করা হচ্ছে হাইড্রোজেনের দুইটি পরিচিত আইসোটোপকে—ডিউটেরিয়াম এবং ট্রিটিয়াম। এদের মধ্যে প্রতিটি ফিউশনে অবমুক্ত শক্তির মান প্রায় ১৭.৬ মেগাইলেকট্রন ভোল্ট। এটা দুইটি ট্রিটিয়ামের ফিউশনে প্রাপ্ত শক্তির প্রায় দ্বিগুণ। ফিউশন রিঅ্যাক্টরের জ্বালানি হিসেবে বেশি ভরের নিউক্লিয়াস ব্যবহার করা হয় না। কারণ ভর বৃদ্ধির সঙ্গে সঙ্গে মুক্ত হওয়া শক্তির পরিমাণ ক্রমান্বয়ে কমতে থাকে। আমরা জানি, ইউরেনিয়াম-২৩৫-এর ফিশনে প্রাপ্ত শক্তির মান প্রায় ২০০ মেগা ইলেকট্রন ভোল্ট। তাই আপাতদৃষ্টিতে মনে হতে পারে, ফিশনের মাধ্যমে বেশি শক্তি পাওয়া যায়। আসলে তা নয়। যদি প্রতি নিউক্লিয়ন সংখ্যার উপর ভিত্তি করে তুলনা করি, তাহলে দেখা যাবে যে, ডিউটেরিয়াম ও ট্রিটিয়ামের ফিউশনের মাধ্যমে পাওয়া শক্তি ইউরেনিয়াম ফিশনে পাওয়া শক্তির তুলনায় প্রায় চার গুণেরও বেশি।

ডিউটেরিয়াম প্রকৃতিতে বেশ সহজলভ্য। প্রাকৃতিকভাবে সমুদ্রের পানিতে পাওয়া যায়। অন্যদিকে, ট্রিটিয়াম বেশ দুর্লভ। এরা তেজস্ক্রিয় এবং অর্ধায়ুর মান ১২ বছর। কসমিক রশ্মির মাধ্যমে উৎপন্ন হয় এরা। তবে বিকল্প উপায়ে ফিশন ভিত্তিক পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রগুলোর কোরে লিথিয়াম ব্যবহার করে তৈরি করা যায় এগুলো। তবে ফিউশন রিঅ্যাক্টরে ট্রিটিয়ামের ভালো বিকল্প হতে পারে হিলিয়াম-৩ আইসোটোপ। পৃথিবীতে এদের পরিমাণও নগণ্য। কিন্তু চাঁদে বিপুল পরিমাণ হিলিয়াম-৩-এর অস্তিত্ব রয়েছে। মিলিয়ন বিলিয়ন বছর চলা সৌর বাতাসের কারণে সেখানে ধীরে ধীরে জমা হয়েছে—এগুলো সংগ্রহ করতে পারলে হাজার হাজার বছরের জন্য ফিউশন রিঅ্যাক্টরগুলোর জন্য জ্বালানির কোনো অভাব হবে না।

৫.

ফিউশন প্রযুক্তির নানান চমকপ্রদ দিকের কথা বলে শেষ করা যাবে না। কিন্তু সমস্যা হলো, এই প্রযুক্তির অনেক কিছুই এখনো পরীক্ষামূলক পর্যায়ে রয়েছে। বাণিজ্যিকভাবে ব্যবহার করতে হলে এখনো অনেকটা পথ পাড়ি দিতে হবে। সবচেয়ে মজার ব্যাপার হলো, এখন পর্যন্ত আমরা ব্রেক ইভেন এনার্জিই (Q=1) অর্জন করতে পারিনি। অর্থাৎ, রিঅ্যাক্টরে ফিউশন ঘটাতে যে পরিমাণ শক্তির প্রয়োজন হয়, তার মান ফিউশনের মাধ্যমে প্রাপ্ত শক্তির চেয়ে ঢের বেশি। তাই এখন পর্যন্ত শক্তি পাওয়ার পরিবর্তে আমাদের উল্টো শক্তি জোগান দেয়া লাগছে। তবে বিজ্ঞানীরা নিরলসভাবে পরিশ্রম করে যাচ্ছেন এই অবস্থার উন্নয়নে।

ফ্রান্সের দক্ষিণে ৩৫টি দেশের সমন্বয়ে বিশ্বের সবচেয়ে বড় টোকাম্যাক ফিউশন রিঅ্যাক্টর নির্মাণের কাজ চলছে। এর নাম ইন্ট্যারন্যাশনাল থার্মোনিউক্লিয়ার এক্সপেরিমেন্টাল রিঅ্যাক্টর (আইটিইআর) । ১৯৮৫ সালে শুরু হয় এই বিশাল কর্মযজ্ঞ। চীন, ইউরোপীয় ইউনিয়ন, ভারত, জাপান, কোরিয়া, রাশিয়া এবং যুক্তরাষ্ট্রের মতো পরাশক্তি দেশগুলোর হাজার হাজার প্রকৌশলী এবং বিজ্ঞানীরা কাঁধে কাঁধ মিলিয়ে কাজ করে চলছেন প্রতিনিয়ত। প্রায় ৩৭ বছর ধরে চলা এই প্রজেক্টটির মূল উদ্দেশ্য ফিউশন প্রযুক্তির যৌক্তিকতা যাচাই করা। অর্থাৎ, আসলেই কি বাণিজ্যিকভাবে ফিউশন রিঅ্যাক্টর চালানো সম্ভব কিনা তা নিশ্চিত করা।

এখন পর্যন্ত পরীক্ষামূলক ফিউশন রিঅ্যাক্টরে ২৪ মেগাওয়াটের সমান পরিমাণ শক্তি সরবরাহ করে ১৬ মেগাওয়াট শক্তি পাওয়া সম্ভব হয়েছে। অর্থাৎ, ব্রেক ইভেন এনার্জি (Q) এর অর্জিত মান ০.৬৭। আইটিইআর এমনভাবে ডিজাইন করা হয়েছে যেন এর মান ১০-এর সমান হয়। অর্থাৎ, ৫০ মেগাওয়াট শক্তি সরবরাহ করে যেন ৫০০ মেগাওয়াটের সমান শক্তি পাওয়া যায়। পাশাপাশি জ্বালানীর জন্য প্রয়োজনীয় ট্রিটিয়াম তৈরি করা, ইগনিশন অর্জন করা এবং রিঅ্যাক্টরের নিরাপত্তা ব্যবস্থা নিয়েও বিশদভাবে গবেষণা করা হবে এখানে। ২০২৫ সালে এই পরীক্ষামূলক রিঅ্যাক্টরে প্রথম প্লাজমা তৈরির পরিকল্পনা রয়েছে। আর ২০৩৫ সালে পুরোদমে ডিউটেরিয়াম ট্রিটিয়াম জ্বালানি ব্যবহার করে শক্তি উৎপাদন শুরুর কথা। দেখা যাক, প্রকল্পটি সফলতার মুখ দেখে কিনা।

লেখক: সহকারি ব্যবস্থাপক, নিউক্লিয়ার পাওয়ার প্ল্যান্ট কোম্পানি বাংলাদেশ লিমিটেড

সূত্র:

১. নিউক্লিয়ার ফিউশন পাওয়ার, ওয়ার্ল্ড নিউক্লিয়ার অ্যাসোসিয়েশন, আগস্ট ২০২১

২. www.Iter.org

৩. স্টেজেস অফ লেজার ফিউশন, রিসার্চগেট

৪. ফিউশন ইন থার্টি ইয়ারস, সাবজেক্ট জিরো সায়েন্স, ২০২০