சி. ஜெயபாரதன் B.E.(Hons) P.Eng (Nuclear) கனடா
பிண்டமும் சக்தியும் ஒன்றே
என்று கூறினார்,
ஆக்கமேதை ஐன்ஸ்டைன் !
சக்தி அழியாதது !
பிண்டம் நிலையானது !
சக்தி நிலை மாறுவது !
பிண்டமும் சக்திபோல் உருமாறும் !
இயல்பாகவே
தேய்ந்து மெலியும் ரேடியம்
ஈயமாய் மாறும் !
யுரேனியம் சுயப்பிளவில்
ஈராகப் பிரிந்து
வெப்பசக்தி உண்டாகும் !
பேரளவு உஷ்ணத்தில்
பரிதிக்கனல் பந்துபோல்
எளிய அணுக்களின் உட்கருக்கள்
இணைந்து
கதிரியக்கம் இல்லாமல்
பிணைவு சக்தி
வெளியேறும் !
விஞ்ஞானப் பொறியியல் தொழிற்துறைகள் மட்டுமே, உலக நாடுகளில் செல்வம் செழித்து முன்னேற ஆக்க வினைகள் புரிந்துள்ளன ! அவ்விதமே விஞ்ஞானம், பொறிநுணுக்கத் தொழில்களை விருத்தி செய்து, இந்தியாவும் செல்வீக நாடாக முன்னேற வேண்டும் !
பாரதத்தின் முதல் பிரதம மந்திரி, பண்டிட் ஜவஹர்லால் நேரு. (194 
பிண்டம், சக்திக்கு [Matter, Energy] உள்ள நெருங்கிய உறவை விளக்கும் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைனின் ஒப்பியல் நியதியே [Theory of Relativity] இதுவரைப் படைத்த சமன்பாடுகளில் மகத்தானதோர் இணைப்பாகக் கருதப்படுகிறது.
பிரிட்டிஷ் மேதை, பெர்ட்டிரண்டு ரஸ்ஸல் [ஏப்ரல் 19, 1955]
அணுவைப் பிளந்து சக்தியை வெளியாக்குவதுடன், கடல் அலைகளின் மட்ட ஏற்ற இறக்கத்தில் உண்டாகும் சக்தியைக் கையாண்டு, பரிதிக் கதிரொளி வெப்பத்தையும் கைப்பற்றி ஒருநாள் மின்சக்தி ஆக்குவோம்.
ஆக்கமேதை தாமஸ் ஆல்வா எடிஸன் (ஆகஸ்டு 22, 1921)
முன்னுரை: பரிதியில் எழும் அணுப் பிணைவு சக்தி (Nuclear Fusion Energy) பல்லாண்டுகளுக்கு முன்பே, மாந்தர் கனவில் தோன்றிச் சித்தாந்த நிலை கடந்து, கணித முறையில் வரை வடிவம் பெற்று, பூமியிலே அமைக்கப்பட்டுத் தவழும் பருவத்தைத் தாண்டி, இப்போது நடக்கத் துவங்கி யுள்ளது! கட்டுப்படுத்த முடியாத பேரழிவுச் சக்தி உடைய வெப்ப அணுக்கரு ஆயுதங்கள் பலவற்றைச் சோதித்த பொறியியல் உலக விஞ்ஞானப் பொறியியல் நிபுணர்கள், பிணைவு சக்தியைக் கட்டுப்படுத்திக் கதிரிக்கம் இல்லாது பேரளவு மின்சாரம் உற்பத்தி செய்ய ஆராய்ந்து வருகிறார்கள்.
முப்பது ஆண்டுகளில் [1975-2005] உலக விஞ்ஞானப் பொறியியல் வல்லுநர்கள் டோகாமாக் அணுப்பிணைவு உலையில் [Tokamac Fusion Reactor] 10 watt வெப்பசக்தி ஆக்கத்தில் ஆரம்பித்து, 16 மில்லியன் watt [16 MW] வெப்ப சக்தியை உண்டாக்கிப் பிணைவு சக்திப் படைப்பில் மகத்தான சாதனையை நிலைநாட்டி யுள்ளார்கள்! அந்த வெற்றிகரமான சாதனை வெப்ப அணுக்கரு மின்சக்தி வணிகத்துறை நிலையங்கள் பெருக உலக வாயிலைத் திறந்து விட்டிருக்கிறது! பிணைவு சக்தி ஆராய்ச்சி தற்போது அடிப்படை ஆய்வு நிலையைத் [Research Stage] தாண்டி, ‘முன்னோடி மாடல் சோதனை ‘ [Prototype Model Testing] நிலைக்கு உயர்ந்து முன்னேறியுள்ளது !
சூரியன் ஓர் அணுப் பிணைவுத் தீப்பந்து!
சூரியன் பிணைவுச் சக்தியை [Fusion Energy] உற்பத்தி செய்யும், பிரம்மாண்டமான ஓர் அணுக்கருப் பிழம்பு உலை [Plasma Reactor]! அண்ட வெளியில் ஆயிரம் ஆயிரம் சூரியன்கள், சுய ஒளி விண்மீன்கள் அணுப் பிணைவுச் சக்தியைத் தான், பிரபஞ்சம் தோன்றியது முதல் வாரி இறைத்து வருகின்றன! 4000 மில்லியன் ஆண்டுகளாக, சூரியன் வினாடிக்கு 40 கோடி பில்லியன் MW வெப்ப சக்தியைத் தொடர்ந்து வெளியாக்கிக் கொண்டிருக்கிறது! தீக்கோளத்தின் நடுப் பகுதி உஷ்ணம் 20 மில்லியன் டிகிரி K! சூரியவாயு அழுத்தம், பூவாயு [Earth 's Atmosphere] அழுத்ததை விட 400 மில்லியன் மடங்கு மிகையானது! சூரிய கோள அமைப்பு, வெங்காயத் தோல்கள் போல் அடுக்கடுக்காக இருக்கிறது. வாயுக்களின் அடர்த்தி [Density] ஈயத்தைப் போல் 12 மடங்கு. சூரியன் பேரளவு உஷ்ணத்தில், தன் ஈர்ப்புப் [Gravitation] பேரழுத்தத்தில், வினாடிக்கு 4 மில்லியன் டன் வாயு அணுக்கருத் துகள்களைப் பிணைத்து, அளக்க முடியாத பிணைவு சக்தியை உண்டாக்குகிறது. ஒரு தம்ளர் நீரில் உள்ள ஹைடிஜன் வாயுவைப் பிரித்துப் பிணைக்க முடிந்தால், அதிலிருந்து வெளியாகும் சக்தி 600 ஆயிரம் லிட்டர் பெட்ரோல் எரிந்து தரும் சக்திக்குச் சமமாகும்! ஆனால் பூமியில் பிணைவுச் சக்தியைத் தூண்டி வெளிப்படுத்த, உலைகளில் சூரியவாயு போல் பேரழுத்தமும், பெருமளவு உஷ்ணமும், விஞ்ஞானிகளால் உண்டாக்க முடியுமா ?
1952 நவம்பர் முதல் தேதியில் அமெரிக்காவும், 1953 ஆகஸ்டு 20 இல் ரஷ்யாவும் வெப்ப அணுக்கரு ஆயுதமான [Thermo-Nuclear Weapon] ஹைடிரஜன் குண்டைத் [H-Bomb] தயாரித்து முதன் முதல் ஒரு குட்டிச் சூரியனை உண்டாக்கி வெடிக்க வைத்து வெற்றி பெற்றன. ஆனால் அணுப்பிணைவுப் பிழம்பை ஓர் உலை அரணுக்குள் அடக்கி நீடிக்கச் செய்ய எந்த நாட்டு விஞ்ஞானியாலும் இதுவரை முடியவில்லை! அப்பெரும் முயற்சிதான் அகில உலகில் இருபதாம் நூற்றாண்டு விஞ்ஞானிகளுக்கு மிகச் சிக்கலான பொறிநுணக்கப் பிரச்சனையாகவும் திறமைக்குச் சவாலாகவும் ஆகியிருக்கிறது!
மின்சக்திப் பற்றாக் குறை உலக நாடுகளில் மெதுவாகத் தலை தூக்கி யிருக்கிறது! செல்வம் கொழித்த மேலை நாடுகளிலும் பற்றாக் குறையால் பல தொழிற்சாலைகள் பாதிக்கப் பட்டு வருகின்றன! சமீபத்தில் அமெரிக்காவில் மின்சக்திப் பற்றாக் குறை கலிஃபோர்னியாவில் தலை விரித்தாடி வர்த்தகங்களும், வாணிபத் தொழில்களும் கதவுகளை மூடி, பலர் வேலைகள் இழந்ததை யாவரும் அறிவர்! சென்ற நூற்றாண்டில் திரீமைல் தீவு, செர்நோபிள் அணுசக்தி நிலையங் களில் பெரும் விபத்து நேர்ந்து, கதிரியக்கத்தால் தீங்குகள் விளைந்து, புது அணுசக்தி நிலையங்கள் அமெரிக்காவில் கட்டப் படாமல் நிறுத்தப்பட்டன.
ஆயினும் உலகில் பெருமளவு மின்சக்தியை இன்னும் பழைய அணுமின் நிலையங்கள்தான் பரிமாறிக் கொண்டிருக்கின்றன. எதிர் காலத்தில் மின்சக்திப் பற்றாக் குறை வினாவுக்கு முடிவான விடை, பெருமளவில் மின்திறம் வெளியாக்கும் பிணைவுச் சக்தி ஒன்றே ஒன்றுதான்! ஆனால் அந்த நிலையத்தை வர்த்தக முறையில் உருவாக்கி இயக்குவதுதான் உலக எஞ்சினியர்களுக்கு மாபெரும் போராட்டமாகவும், திறமையைச் சோதிப்பதாகவும் இருந்து வருகிறது!
பிளவு சக்தி, பிணைவு சக்தியை ஈன்று அணுயுகம் பிறந்தது!
அகில விஞ்ஞான மேதை, ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைன் 1905 ஆம் ஆண்டிலேயே, பிண்டத்தைச் [Matter] சக்தியாக மாற்றலாம் என்று முதன் முதல் கணித மூலமாகவே ஒரு மாபெரும் மெய்ப்பாட்டைக் கணித்துக் காட்டினார்! அதுதான் ஐன்ஸ்டைன் ‘பளு சக்தி சமன்பாட்டு ‘ [Mass Energy Equation] நியதி. 40 ஆண்டுகள் கழித்து அமெரிக்காவில் நியூ மெக்ஸிகோ, லாஸ் அலமாஸில் அணுகுண்டு விஞ்ஞானிகள் அதைச் செயற்கை முறையில் செய்து காட்டி நிரூபித்தார்கள்! ஆனால் அண்ட வெளியில், ஆதவனும், எண்ணற்ற சுய ஒளி நட்சத்திரங்களும் அந்த நியதியைக் கோடான கோடி ஆண்டுகளாய் மெய்ப்பித்து வருகின்றன!
இரண்டாம் உலக மகா யுத்தத்தின் போது, 1945 இல் முதல் அணுகுண்டு வெடித்து அணுயுகம் பிறந்தது! லாஸ் அலமாஸில் விஞ்ஞானிகள் பிளவு அணுகுண்டை [Fission Bomb] ஆக்கும் முன்பே, ஹைடிரஜன் குண்டு தயாரிக்கும் முறையையும் உருவாக்கிப் பின்னால் தேவைப்படலாம் என்று ஒதுக்கி வைத்தார்கள். 1952 நவம்பர் முதல் தேதியில் அமெரிக்கா தன் முதல் ஹைடிரஜன் குண்டை வெடித்து, அணுப் பிணைவு சக்திக்கு விதை ஊன்றியது! பிளவுச் சக்தியில் வெடிப்பது, அணுகுண்டு! பிணைவுச் சக்தியில் வெடிப்பது, ஹைடிரஜன் குண்டு! அணுகுண்டு ஆக்கிய பிதா, அமெரிக்க பெளதிக விஞ்ஞானி, ராபர்ட் ஓப்பன்ஹைமர் [Robert Openheimer]. ஹைடிரஜன் குண்டு தயாரித்த பிதா, ஹங்கேரியன் பெளதிக விஞ்ஞானி, எட்வெர்டு டெல்லர் [Edward Teller]. எட்வெர்டு டெல்லர்தான் பிணைவுச் சக்தியை மின்சக்தி ஆக்கத்திற்குப் பயன்படுத்த அடிகோலிய பெளதிக விஞ்ஞானி. அணுப்பிளவு சக்தி, அணுப்பிணைவு சக்தி இரண்டுமே யுத்த ‘அழிவியல் விஞ்ஞானம் ‘ [Science of Destruction] ஈன்றெடுத்த அழிவுச் சக்தி! அழிவுச் சக்தியை ஆக்க சக்தியாக மாற்ற முற்படுவதும் விஞ்ஞானிகள்தான்!
யுரேனியம் [Uranium235], புளுட்டோனியம் [Plutonium239] போன்ற கனமான உலோகங்களின் அணுக்கருவை நியூட்ரான் கணைகள் தாக்கிப் பிளக்கும் போது எழுவது, ‘பிளவு சக்தி ‘. ஹைடிரஜன், டியூட்டிரியம், டிரிடியம், லிதியம் போன்ற எளிய மூலகங்களின் [Light Elements] அணுக்கருவை உஷ்ணத்தில் பிழம்பாக்கிப் பிணைத்தால், வெளிவருவது, ‘பிணைவு சக்தி ‘. பிளவு சக்தியும், பிணைவு சக்தியும் அணுக்கருவைப் [Nucleons] பிளப்பதாலும், இணைப்பதாலும் முறையே வெளியாகின்றன. பிளவு அணுக்கரு இயக்கத்தில் [Nuclear Reactions] கனப் பிண்டம் [Matter] உடைக்கப் பட்டு, முடிவில் சிறிய அணுக்கருப் பண்டங்கள் [Fission Products] விளைகின்றன. பிணைவு அணுக்கரு இயக்கத்தில் எளிய பிண்டங்கள் இணைந்து முடிவில் பெரிய அணுக்கருப் பண்டம் உருவாகிறது. இரண்டு அணுக்கரு இயக்கச் சமன்பாடுகளிலும் இறுதி மொத்தத்தில் ‘பளுஇழப்பு ‘ [Mass Defect] நேர்ந்து, அதற்குச் சமமான சக்தி வெளியாகிறது. இதுதான் ‘இணைப்புச் சக்தி ‘ [Binding Energy] என்று அணுக்கரு பெளதிகத்தில் கூறப் படுகிறது. சில சமயம் சக்தியுடன், நியூட்ரான், புரோட்டான் போன்ற பரமாணுக்களும் [Sub-atomic Particles] தோன்றுகின்றன.
பிண்டத்தைச் சக்தியாக மாற்றலாம்! எதிர்மறையில், சக்தியைப் பிண்டமாக மாற்றலாம்! இப்புதிய விஞ்ஞானத் தத்துவத்தை 1905 ஆம் ஆண்டில் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைன் தனது உலகப் புகழ் பெற்ற ‘பளு சக்தி சமன்பாட்டில் ‘ [Mass Enery Equation] கணித்துக் காட்டினார். பளுஇழப்பு நிறையை ஒளி வேகத்தோடு இரண்டு முறை அடுத்து அடுத்துப் பெருக்கினால் சக்தியின் அளவைக் கணக்கிட்டு விடலாம். இந்தச் சமன்பாட்டின்படி ஒரு பவுண்டு யுரேனியம்235 அணுக்கரு பிளவு பட்டால், சுமார் 11,000 மெகாவாட் வெப்ப சக்தி ஒரு மணி நேரம் வெளியாகும்!
Einstein ’s Mass Energy Equation
அணுமின் உலை இயக்க அரங்குகளில் சூழ்மண்டலப் பாதுகாப்பு
1973 முதல் 2003 வரை சுமார் 30 ஆண்டுகள் உலகில் நானூறுக்கும் மேற்பட்ட அணுமின் நிலையங்கள் இயங்கி 78.7 மில்லியன் டன் ஸல்·பர் டையாக்ஸைடு வெளிவீச்சையும், 39.7 மில்லியன் டன் நைட்டிரஸ் ஆக்ஸைடு வெளியேற்றத்தையும் தவிர்த்துள்ளன! பாரதம் எரிவாயுவைப் பயன்படுத்தி 1000 MWe வெப்ப மின்சக்தி நிலையம் ஒன்றைக் கட்டினால், அது நாளொன்றுக்கு 5.5 டன் ஸல்·பர் டையாக்ஸைடு வாயு : 21 டன் நைட்டிரஜன் ஆக்ஸைடு வாயு : 1.6 டன். கார்பன் டையாக்ஸைடு வாயு போன்ற துர்வாயுக்களைச் சூழ்மண்டலத்தில் பரப்பும் ! ஆனால் அணுமின் உலையில் ஒரு டன் அணுக்கரு யுரேனிய எரு உண்டாக்கும் வெப்பசக்தி, (2-3) மில்லியன் டன் இயல்வள எருக்கள் [நிலக்கரி, எரிவாயு அல்லது எரி ஆயில்] தரும் வெப்பசக்திக்குச் சமம். 1000 MWe ஆற்றல் அளிக்கும் அணு உலை, ஸல்·பர் டையாக்ஸைடு, நைட்டிரஜன் ஆக்ஸைடு, கார்பன் டையாக்ஸைடு போன்ற எந்தவிதப் பசுமை அழிப்பு வாயுக்களை வெளியேற்றுவ தில்லை [No Greenhouse Gas Emission]!
ஓர் ஆண்டுக்கு 30 டன் உயர்நிலைக் கதிரியக்கக் கழிவு (தீய்ந்த எருக்கழிவு) [Spent Fuel: High Level Radioactive Wastes], 800 டன் தணிந்த & இடைநிலை கதிர்வீச்சுக் கழிவுகள் [Low & Intermediate Radiation Wastes] சேருகின்றன. 800 டன் தணிந்த இடைநிலைக் கழிவுகள் அழுத்தப்பட்டு வடிவம் 20 கியூபிக் மீடராகச் சுருக்கப்படுகிறது. ஓர் அணுமின் நிலையம் சாதாரணமாக ஆண்டுக்கு 20 மெட்டிரிக் டன் கதிரியக்கத் தீய்ந்த எருக்கழிவை [Radioactive Spent Fuel Wastes] உண்டாக்கும். உலக அணு உலைகள் அனைத்தும் ஆண்டுக்கு 2000 மெட்டிரிக் டன் எருக்கழிவை விளைவித்து வருகின்றன. கடந்த 40 ஆண்டுகளாக அகில அணு உலைகள் இதுவரைச் சுமார் 40,000 மெட்டிரிக் டன் எருக்கழிவை உண்டாக்கிப் பாதுகாப்பாகப் புதைத்து வைத்துள்ளன. அவை யாவும் தணிந்த கதிர்வீச்சு நிலைக்குத் தேய்ந்து குறைய 100 முதல் 500 ஆண்டுகள் வரை ஆகலாம்!
இருபதாம் நூற்றாண்டின் முடிவில் பிணைவு சக்தி ஆய்வில் முன்னேற்றம்!
முப்பது ஆண்டுகளில் [1975-2005] உலக விஞ்ஞானப் பொறியியல் வல்லுநர்கள் டோகாமாக் அணுப்பிணைவு உலையில் [Tokamac Fusion Reactor] 10 watt வெப்பசக்தி ஆக்கத்தில் ஆரம்பித்து, 16 மில்லியன் watt [16 MW] வெப்ப சக்தியை உண்டாக்கிப் பிணைவு சக்திப் படைப்பில் மகத்தான சாதனையை நிலை நாட்டி யுள்ளார்கள்! அந்த வெற்றிகரமான சாதனை வெப்ப அணுக்கரு மின்சக்தி வணிகத்துறை நிலையங்கள் பெருக உலக வாயிலைத் திறந்து விட்டிருக்கிறது! பிணைவு சக்தி ஆராய்ச்சி தற்போது அடிப்படை ஆய்வு நிலையைத் [Research Stage] தாண்டி, ‘முன்னோடி மாடல் சோதனை ‘ [Prototype Model Testing] நிலைக்கு உயர்ந்துள்ளது! கடந்த எட்டாண்டுகளாக பிணைவு சக்தி ஆய்வுகளின் சிறப்பான வெற்றியால், பொறியியல் துறை வளர்ச்சி பெற ‘உறுதிச் சான்றிதழ் ‘ [Certified for Engineering Development] அளிக்கப் பட்டுள்ளது! 2001 நவம்பர் 5 ஆம் தேதி அமெரிக்கா, கனடா, ரஷ்யா, ஐரோப்பிய நாடுகள், ஜப்பான் ஆகிய விஞ்ஞான முற்போக்கு நாடுகள் கனடா, டொரான்டோ [Toronto] நகரில் கூடி 5 பில்லியன் டாலர் செலவில் உருவாகப் போகும் மாபெரும் ‘அகில நாட்டு வெப்ப அணுக்கரு ஆய்வு உலை ‘ [International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER] ஒன்றைப் பற்றி முடிவு செய்தன!
பிரம்மாண்டமான 1000 MW ஆற்றல் கொண்ட அப்பிணைவு அணு உலைக்குத் தேவையான 100 Kg டிரிடியம் [Tritium] எரிவாயுவில், கனடா தனது அழுத்தக் கனநீர் அணு உலைகளில் [Pressurised Heavy Water Reactors] சேமித்துள்ள 55 Kg டிரிடியத்தை அளிக்க முன்வந்துள்ளது! அவ்வணு உலைக்கு இடமளிக்கக் கனடா, ஜப்பான் மற்றும் ஐரோப்பிய நாடுகளும் தயாராக உள்ளன! கனடாவின் பிளவு அணு உலைகளில் உள்ள மிகையான அளவு கனநீரில் இருக்கும் டியூடிரியம், டிரிடியம் [Deuterium, Tritium], பிணைவு அணு உலைகளுக்கு எருவாகப் பயன்படுவதால், ITER நிறுவகமாகக் கனடா தேர்ந்தெடுக்கப்பட காரண முள்ளது! மேலும் புதிய பிணைவு உலையில் உண்டாகும் மின்சக்தி ஆற்றல் 200 MW முதல் 1000 MW வரை இறங்கி ஏறப் போவதால், உறுதியாக இணைந்த வினியோகக் கம்பிகள் [Supply Grid Lines] தேவைப் படுகின்றன! அந்த வசதியும் கனடாவில் அமைந்துள்ளதால், அங்கே அகில உலக எதிர்கால முன்னோடிப் பிணைவு உலை நிறுவகமாக வாய்ப்புள்ளது!
அணுப்பிணைவுச் சக்தி நிலையத்தின் நிறைபாடுகள்!
பிணைவு சக்தி பிளவு சக்தியை [Fission Energy] விட பல முறைகளில் மேன்மை உடையது. அணுப்பிணைவு சக்தியில், அணுப் பிளவு சக்திபோல் உயிரிஇனங்களைத் தாக்கி வதைக்கும் பயங்கரக் கதிரியக்கம் [Radioactivity] இல்லை! பிணைவுச் சக்தியில் கதிர்வீசும் கழிவுகள் இல்லை! அதில் எழும் கதிரியக்கம் மிகச் சிறிதளவே! அமெரிக்காவின் திரீமைல் தீவு, ரஷ்யாவின் செர்நோபிள் அணுப்பிளவு சக்தி நிலையங்களில் ஏற்பட்ட பயங்கர வெடி விபத்தின் போது, உலையின் எரிக்கோல்கள் உருகிப் பெரும் சிக்கலை உண்டாக்கியது! பிணைவு உலைகளில் வெடிப்பு விபத்துகள் ஏற்படா! இயக்கத்தின் போது எரிக்கோல் உருகிப் போகும் அபாயம் எதுவும் இல்லை! அணுப் பிணைவு நிலையங்களிலிருந்து தினம் வெளியேறும் கழிவு வாயுக்கள் மனிதர் மற்றும் இதர உயிரினங்களுக்குத் தீங்கு தருவன அல்ல! அவைச் சூழ்வெளியைச் [Environment] சுத்தமாக வைத்திருக்க உதவி புரிபவை! பிணைவு இயக்கத்தில் ரசாயனத் தீயின் கடும் விளைவுகள் உண்டாவ தில்லை! மேலும் பிணைவு உலைகளில் பயன்படும் எரி ஆவிகள் டியூட்டிரியம், டிரிடியம் இரண்டும் உலகெங்கும் நீரில் அளவற்ற கன அளவு கிடைக்கின்றன. எதிர் கால மின்சக்தி உற்பத்திக்குப் பல நூற்றாண்டுகளுக்கு வேண்டிய, வெப்ப அணுக்கரு எருக்களுக்குப் பஞ்சமே இருக்காது!
மாபெரும் ஆற்றல் கொண்ட அணுப்பிணைவு நிலையத்துக்குத் தேவையானது சிறிதளவு எருதான்! உதாரணமாக 1000 MWe நிலையத்தின் ஓராண்டுக்கு வேண்டிய எரு 0.6 மெட்ரிக் டன் [1320 பவுண்டு] டிரிடியம்! அது அணுப்பிளவு நிலையமானால், 30 டன் யுரேனியம் டையாக்கஸைடு [UO2] தேவைப்படும்! அது வெப்ப மின்சக்தி நிலையமானால், 2.1 மில்லியன் டன் நிலக்கரி வேண்டியதிருக்கும்! இவற்றை ஒப்பு நோக்கினால், ஒரு டன் டியூடிரியம், அணுப்பிணைவு நிலயத்தில் 29 பில்லியன் டன் நிலக்கரி வெளியாக்கும் வெப்ப சக்தியைத் தருகிறது!
பிணைவு சக்தியின் தீப்பிழம்பு மின்கொடைத் துகள்களின் [Plasma charged Particles] வேகங்களைத் தணித்து, நேரடியாக அவற்றை மிகையான மின்சக்தி அழுத்தமாக [High Voltage Electricity] மாற்றிவிடலாம்! அம்முறையில் நீராவி உண்டாக்க கொதிகலம் [Steam Boiler], வெப்பசக்தியை யந்திர சக்தி, மின்சக்தி யாக மாற்ற டர்பைன், தணிகலம், மின்சார ஜனனி [Turbine, Condenser & Generator], மிகை வெப்ப மூட்டிகள் [Super Heaters], அனுப்புநீர் வெப்ப மூட்டிகள் [Feed Water Heaters] போன்ற பொது வெப்பச் சாதனங்கள் வேண்டியதில்லை! வெப்பத்திலிருந்து நேரடி மின்சக்தி! நிலக்கரி, ஆயில், அணுப்பிளவு நிலையங்களில் அடையும் வெப்பத் திறனுக்கும் [Thermal Efficiency 30%-45%] மிக மேலாக நேரடி மின்சக்தி உற்பத்தியில் பிணைவு நிலையங்களில் பெறலாம்!
அணுப்பிணைவு சக்திக்கு வேண்டிய எளிய எருப் பண்டங்கள்
அமெரிக்கா, ரஷ்யா, ஐரோப்பியக் குழுவினர் தமது ‘டோகாமாக் ‘ வெப்ப அணுக்கரு ஆய்வு உலையில் [Tokamac, Thermo Nuclerar Fusion Test Reactor] 100-200 மில்லியன் டிகிரி உஷ்ணத்தை உண்டாக்கி எருவாக ஹைடிரஜனின் இரண்டு ஏகமூலகங்களான டியூடிரியம், டிரிடியம் [Hydrogen Isotopes: Deuterium,Tritium] ஆகிய இரண்டையும் பயன்படுத்தி வருகின்றன.
1[டியூடிரியம்]2 + 1[டிரிடியம்]3 –>2[ஹீலியம்]4 + 0[நியூட்ரான்]1 + 17.6 MeV (சக்தி)
பிணைவு சக்தி உற்பத்திக்குத் தேவையான எருக்கள் மூன்று: 1. டியூடிரியம், 2. டிரிடியம், 3. லிதியம் [Lithium]. ஆறு, ஏரி, கடலிலும் கொட்டிக் கிடக்கும் நீரில் 7000 இல் ஒரு பங்கானது டியூடிரியம். 500 லிட்டர் நீரில் 15 கிராம் டியூடிரியம் கிடைக்கிறது! டிரிடியம் இயற்கையில் கிடைப்பதில்லை. கனநீர் மிதவாக்கியாகப் பயன்படும் வெப்ப அணு உலைகளில் உபரியாக விளைகிறது. மேலும் செயற்கையில் லிதியம் உலோகத்தை நியூட்ரான் கணைகளால் தாக்கினால், டிரிடியத்தை உண்டாக்கலாம். அணுப்பிணைவு உலையின் உள்ளே சுற்றுச் சுவரில் லிதிய உலோகம் அமைக்கப் பட்டுள்ளதால், இயக்கத்தின் போது எழும் அதிவேக நியூட்ரான்கள் லிதியத்தைத் தாக்கித் தொடர்ந்து டிரிடியம் யந்திரத்தி னுள்ளே விளைகிறது.
3[லிதியம்]6 + 0[வேக நியூட்ரான்]1 –>1[டிரிடியம்]3 +2[ஹீலியம்]4
3[லிதியம்]7 + 0[வேக நியூட்ரான்]1 –>1[டிரிடியம்]3 +2[ஹீலியம்]4 +0[மெது நியூட்ரான்]1
இயற்கை லிதியத்தில் இரண்டு ஏகமூலங்கள் [92.5% லிதியம்7, 7.5% லிதியம்6] உள்ளன. எல்லா உலோகத்திலும் மிகவும் நலிந்த [Lightest Metal] லிதியம் 30 கிராம், நியூட்ரான் தாக்குதலில் 15 கிராம் டிரிடியம் எருவை உண்டாக்குகிறது.
டோகாமாக் அணு உலையில் பிணைவு சக்தி உற்பத்தி
அணுப்பிளவில் யுரேனியம்235, புளுடோனியம்239 போன்ற கனப் பிண்டங்கள் நியூட்ரான்களால் இரு சிறு கூறாகளாகப் பிளக்கப் பட்டு வெப்ப சக்தி எழுகிறது! அணுப்பிணைவில் ஹைடிரஜன், லிதியம் போன்ற எளிய பிண்டங்கள் பேரளவு அழுத்தம், மிகையான உஷ்ணம் கொண்ட சூழ்நிலையில் இணைந்து பெரிய மூலகமாக மாறி வெப்ப சக்தி உண்டாகிறது! இரண்டு வித அணுசக்திகளும் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைன் ‘பளு சக்தி சமன்பாடுக்கு ‘ [Mass Energy Equation] உடன்படுகின்றன! பிளவு, பிணைவு ஆகிய இரண்டு அணுக்கரு இயக்கத்தின் முடிவில் விளையும் பளு இழப்பே [Mass Defect] சக்தியாக மாறுகிறது!
விளையும் சக்தி = [பளு இழப்பு] X [ஒளிவேகம்] X [ஒளிவேகம்]
யுரேனியம்235 மூலக அணுப்பிளவில் 200 MeV சக்தி ஒவ்வொரு தரமும் விளைகிறது! அதே போல் ஹைடிஜரன், ஹீலிய அணுப்பிணைவில் ஒவ்வொரு முறையும் 17.6 MeV சக்தி உண்டாகிறது! ஒவ்வொரு ‘கருத்துகள் ‘ [Nucleaon] அளிக்கும் சக்தியைத் தனியாகக் கணக்கிட்டால், அணுப்பிளவில் 200 MeV/235=0.85 MeV சக்தியும், அணுப்பிணைவில் 17.6 MeV/5=3.5 MeV சுமார் 4 மடங்கு சக்தி கிடைக்கும்.
திடவம், திரவம், வாயு, பிழம்பு [Solid, Liquid, Gas, Plasma] என்னும் நான்கு விதத் தோற்றங்களில் நிலை மாறும் பிண்டத்தின் [Four States of Matter], பிழம்பு நிலையே, பிணைவுச் சக்தி ஆக்குவதற்கு ஏதுவானது. திடப் பிண்டம் ஒன்றை வெப்பத்தில் சூடேற்றும் போது, உருகும் நிலை எய்தவுடன் அது திரவ நிலை அடைகிறது. தொடர்ந்து வெப்பத்தைச் செலுத்தினால், வாயு வாகி இறுதியில் தீப்பிழம்பாகி அதன் வாயுத் துகள்கள் மின்கொடை பெற்று [Electrically Charged Ions] மின்மயமாகின்றன!
1997 ஆம் ஆண்டில் முதன் முதலாக இங்கிலாந்து ஆக்ஸ்ஃபோர்டில் உள்ள, உலகிலே மிகப் பெரிய JET [Joint European Torus] டோகாமாக் யந்திரத்தில் டியூட்டிரியம், டிரிடியம் வாயுக்களைப் பயன்படுத்தி 200 மில்லியன் டிகிரி உஷ்ணத்தில் பிழம்பை சில வினாடிகளுக்கு நீடிக்க வைத்து 10 MW பிணைவுச் சக்தியை உண்டாக்கினார்கள்! உச்ச அளவு 16 MW வரை ஏறியது! இதுவரைச் சாதித்த மிகையான அளவு சக்தி இதுதான்! ஆனால் சில வினாடிகள் நீடித்த அப்பிணைவு சக்தியை மேற்கொண்டு அதிகமாக்கவோ, அல்லது நீடிக்கச் செய்யவோ அதன் வடிவம் போதாது! அணுப்பிணைவு இயக்கம் தொடரக் குறைந்தது பிழம்பு நீடிப்பு 1000 வினாடிகளுக்கு நிகழ்த்த வேண்டும்! அதற்கு அதை விடப் பிரம்மாண்டமான டோகாமாக் அணு உலை ஒன்று நிறுவப் பட வேண்டும்!
2001 ஆம் ஆண்டில் அமெரிக்கா, ஐரோப்பா, ரஷ்யா, கனடா, ஜப்பான் ஆகிய உலக நாடுகள் இகூடி 1000 மெகாவாட் ITER [International Thermonuclear Experimental Reactor] என்னும் மாபெரும் அகில டோகாமாக் யந்திரத்தை நிறுவி ஆராய்ச்சி செய்யத் திட்டங்கள் தயாராகி வருகின்றன. அதைக் கட்டி முடிக்க 6.6 பில்லியன் டாலர் தொகை ஒதுக்கப் பட்டுள்ளது. அந்த ஆய்வு நிலையம் 2005 ஆம் ஆண்டில் இயங்க ஏற்பாடுகள் நடைபெற்று வருகின்றன. கனடாவின் கான்டு அழுத்தக் கனநீர் அணுமின் நிலையங்களில் [CANDU Pressurised Heavy Water Reactors] பல ஆண்டுகளாக உபரிப் பண்டமாய்ச் சேமிக்கப் பட்ட டிரிடியத்தையும் [Tritium], நீரில் கிடைக்கும் டியூடிரியம் [Deuterium] ஆகிய இரண்டையும் புதிய டோகாமாக் பிணைவு உலையில் பயன்படுத்துவதாக உள்ளது.
அணுப்பிணைவுச் சக்தி நிலையத்தில் ஏற்படும் சிக்கல்கள்!
ஆராய்ச்சி அணுப்பிணைவு உலைகளுக்கு இதுவரை உலக நாடுகள் 2 பில்லியன் டாலர்கள் செலவழித் துள்ளன! கால தாமதம் ஆவதால், இஇன்னும் 50 பில்லியன் டாலர் தொகை செலவாகலாம் என்று ஊகிக்கப்படுகிறது. மேலும் மிகச் சக்தி வாய்ந்த மின்காந்தத் தளம், அணுப்பிணைவு நிலையத்தில் இஇயங்குவதால், அதை ஆட்சி செய்யும் மனிதருக்கு அதனால் விளையும் தீங்குகள் என்ன என்பது யாருக்கும் தெரியாது! அடுத்து உலையில் பயன்படும் லிதியம் [Lithium] திரவத்துடன் ரசாயன இஇயக்க உக்கிரம் உடையது! அதன் விளைவுகளையும் அறிய வேண்டும். அனல் பிழம்புக்கு பிணைவு அணு உலை வளையத்தில்
நீடிக்கப்பட வேண்டிய அதி உன்னத சூன்ய நிலை நுணுக்கம் [High Vacuum Technique], மாசு மறுவற்ற தூசிகள் அற்ற எருக்களை ஊட்டும் ஏற்பாடுகள் ஆகியவற்றைத் தொடர்ந்து பராமரிப்பதில் சிரமங்களும் பிரச்சனைகளும் நேர வாய்ப்புள்ளன!
வெப்ப அணுக்கரு சக்தியே எதிர்கால மின்விளக்குகளுக்கு ஒளி ஊட்டும்
கடந்த 50 ஆண்டுகளாக அணுப்பிளவு உலைகளிலும், அணு ஆயுதப் பெருக்கங்களிலும் சேர்ந்த பல மடங்கு கதிரியக்கக் கழிவுகள் இன்னும் பாதுகாப்பான முறையில் புதைக்கப் படாமல் சூழ்மண்டலத்தை மாசு படுத்தித் தொடர்ந்து சேர்ந்து கொண்டே போகின்றன! இயற்கைத் தாது யுரேனியத்தின் பரிமாணம் உலகில் நாளொரு பொழுதும் குறைந்து கொண்டே போகிறது! எருப் பெருக்கும் எண்ணற்ற அணு உலைகள் [Breeder Reactors] யுரேனியம், தோரியம் ஆகிய செழிப்புத் தாதுக்களைப் [Fertile Materials] பயன்படுத்திச் சிறிய அளவு ஆற்றலில் [250 MWe] இயங்கி வந்தாலும், அணுப்பிளவு எரி பொருள் [புளுடோனியம்239, யுரேனியம்233] பெருமளவில் சேர்ந்து இன்னும் 50 ஆண்டுகளுக்கு ஈடு செய்ய முடியும் என்பதை உறுதியாகக் கூற முடியாது!
2001 ஜூலையில் ஐரோப்பியக் குழுவினர், ரஷ்யக் கூட்டரசுகள், கனடா, ஜப்பான் ஆகிய உலக நாடுகள் தமது டிசைனை ஒப்புக் கொண்டு 3.8 பில்லியன் ஈரோ [Euro] நாணயத்தில் ‘அகில நாட்டு வெப்ப அணுக்கரு ஆய்வு உலையைக் ‘ [International Themonuclear Experimental Reactor, ITER] கட்ட முடிவு செய்துள்ளன. அது அடுத்து ஆறு, ஏழு ஆண்டுகளில் இயங்க ஆரம்பித்து, வெற்றிகரமாய் மின்சக்தி பரிமாறி, 2030-2040 வருடங்களில் உலகெங்கும் பல புதிய வணிகத்துறை அணுப்பிணைவு மின்சக்தி நிலையங்கள் ஓடத் துவங்கி, நமது மின்விளக்குகளுக்கு ஒளி ஊட்டப் போவதை நாம் உறுதியாக நம்பலாம்!
(தொடரும்)
***********************
தகவல்:
1. http://www.npcil.nic.in/index.asp [Nuclear Power Corporation of India Ltd Website for Nuclear Power Updates]
2. http://pib.nic.in/release/release.asp?relid=20878 [President Dr. Abdul Kalam Speech on Kudungulam (Sep 22, 2006)]
3. http://www.stratmag.com/issue2Nov-15/page03.htm
[Russia Breaches Nuclear Blockade against India By: C. Raja Mohan (Nov 16, 2001)]
4. World Nuclear Association - WNA Radiological Protection Working Group - RPWG (Official List - July 20, 2006)
http://www.world-nuclear.org/sym/2006/st_pierre.htm
5. World Nuclear Association - WNA Waste Management and Decommissioning Working Group - WM&DWG
(Official List - July 25, 2006) http://www.world-nuclear.org/sym/2006/st_pierre.htm
6. http://www.candu.org/npcil.html [Indian Heavywater Nuclear Power Plants]
7. Safety of Nuclear Power Reactors, [www.uic.com.au/nip14.htm] (July 2007)
8. Nuclear Power Plants & Earthquakes [www.uic.com.au/nip20.htm] (Aug 2007)
9. http://www.thinnai.com/?module=displaystory&story_id=80708091&format=html Letter By R. Bala (August 9, 2007)
10. http://www.wano.org.uk/WANO_Documents/What_is_Wano.asp [World Association of Nuclear Operation Website]
11 IAEA Incident Reporting System Using Operational Experience to Improve Safety (IAEA Instruction)
12. http://www.thinnai.com/?module=displaystory&story_id=40409094&format=html (இருபத்தியொன்றாம் நூற்றாண்டில் அணுவிலிருந்து மின்சக்தி உற்பத்தி) [Nuclear Energy in the Twenty First Century]
13. http://www.thinnai.com/?module=displaystory&story_id=40311202&format=html (ஐம்பதாண்டுகளில் இந்திய அணுசக்தித் துறையின் மகத்தான விஞ்ஞானப் பொறியியற் சாதனைகள்) (1954-2004) )
14. http://www.thinnai.com/?module=displaystory&story_id=40303172&format=html (முப்பது ஆண்டுகளில் அணுப்பிணைவு சக்தி ஆக்கத்தில் வளர்ச்சி) [Nuclear Fusion Energy]
******************
S. Jayabarathan [
http://jayabarathan.wordpress.com/2007/09/29/nuclear-fusion-power/