প্লাজমা পদার্থবিজ্ঞান ও মহাজাগতিক তড়িৎ-গতিবিদ্যা (পর্ব ১৮): চৌম্বকীয় ফিউশন শক্তি: টোকামাক, স্টেলারোটর ও আধুনিক ডাইভার্টার পদার্থবিজ্ঞান

পৃথিবীর বুকে কৃত্রিম সূর্য তৈরি করে অফুরন্ত পরিষ্কার শক্তি উৎপাদন মানব ইতিহাসের অন্যতম শ্রেষ্ঠ বৈজ্ঞানিক চ্যালেঞ্জ। ডিউটেরিয়াম ও ট্রিটিয়ামের ফিউশন বিক্রিয়া (( ext{D} + ext{T} o alpha + n)) থেকে লাভজনক শক্তি পেতে হলে প্লাজমাকে কোটি কোটি ডিগ্রি তাপমাত্রা এবং সুনির্দিষ্ট চাপে ধরে রাখতে হয়। এই পর্বে আমরা লসন ট্রিপল প্রোডাক্ট প্রতিপাদন করব, উচ্চ-কনফাইনমেন্ট মোড (H-mode) ব্যাখ্যা করব এবং পালসড টোকামাক ও সার্বক্ষণিক স্টেলারোটরের মধ্যে তুলনামূলক বিশ্লেষণ উপস্থাপন করব।

১. লসন ট্রিপল প্রোডাক্ট ও ইগনিশন শর্ত (Lawson Criterion)

কোনো বহিঃস্থ তাপ ছাড়াই ফিউশন প্লাজমা নিজের উৎপাদিত আলফা কণার শক্তিতে জ্বলতে থাকার শর্ত হলো ইগনিশন। ব্রেমেস্ট্রালাং বিকিরণ ও পরিবহন ক্ষতি হিসাব করে পাওয়া যায় বিখ্যাত লসন ট্রিপল প্রোডাক্ট:

[
n , T , au_E ge 3 imes 10^{21} , ext{keV} cdot ext{s} cdot ext{m}^{-3}
]

এখানে (n) হলো প্লাজমার ঘনত্ব, (T) হলো তাপমাত্রা ((sim ১০-২০ ext{ keV})) এবং ( au_E) হলো শক্তি কনফাইনমেন্টের সময়কাল।

২. এইচ-মোড পেডেস্টাল ও ইএলএম (Edge-Localized Modes)

১৯৮২ সালে আবিষ্কৃত এইচ-মোড (H-mode)-এ প্লাজমার কিনারায় তীব্র (mathbf{E} imes mathbf{B}) শিয়ার ফ্লো তৈরি হয়ে সমস্ত টার্বুলেন্স শান্ত হয়ে যায় এবং একটি খাঁড়া পরিবহন প্রাচীর বা পেডেস্টাল তৈরি হয়। এটি প্লাজমার শক্তি ধরে রাখার ক্ষমতা দ্বিগুণ করে। তবে এই পেডেস্টালের অতিরিক্ত চাপে প্লাজমা মাঝে মাঝে বিস্ফোরিত হয়ে ইএলএম (ELMs) নির্গমন করে, যা নিয়ন্ত্রণের জন্য রেজোন্যান্ট চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয়।

৩. ডাইভার্টার ও তাপ নিষ্কাশন প্রযুক্তি (Divertor Physics)

প্লাজমার জ্বলন্ত ছাই এবং বিপুল অতিরিক্ত তাপকে চুল্লির মূল চেম্বার থেকে নিরাপদভাবে বের করে আনতে ডাইভার্টার (Divertor) ব্যবহৃত হয়। আইটারের মতো আধুনিক চুল্লিতে তাপের তীব্রতা কমাতে নিওন বা আর্গন গ্যাস স্প্রে করে বিকিরণের মাধ্যমে তাপ ছড়িয়ে দেওয়া হয় (Detached Divertor State), যেন দেয়ালের ক্ষতি না হয়।

৪. টোকামাক বনাম ৩ডি স্টেলারোটর (Stellarators)

টোকামাকের অভ্যন্তরীণ বিদ্যুৎ প্রবাহ বিপজ্জনক কিঙ্ক মোড ও হঠাৎ প্লাজমা বন্ধ হয়ে যাওয়ার (disruption) ঝুঁকি বাড়ায়। এর বিপরীতে আধুনিক স্টেলারোটর (যেমন জার্মানির Wendelstein 7-X) জটিল ত্রিমাত্রিক পেঁচানো সুপারকন্ডাক্টিং কয়েল ব্যবহার করে প্লাজমার ভেতর কোনো কারেন্ট ছাড়াই সম্পূর্ণ স্থির ও সার্বক্ষণিক ফিউশন নিশ্চিত করে।

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।