১৫ কোটি ডিগ্রি সেলসিয়াস চরম তাপমাত্রায় পদার্থ কঠিন, তরল বা গ্যাসীয় অবস্থায় থাকতে পারে না; তা রূপান্তরিত হয় বিদ্যুৎ পরিবাহী উত্তাল প্লাজমায়। কোনো ধাতব পাত্র এই প্লাজমাকে স্পর্শ করতে পারে না। সোভিয়েত বিজ্ঞানী ইগর ট্যাম এবং আন্দ্রেই সাখারভ এই সমস্যা সমাধানে উদ্ভাবন করেন টোকামাক (Tokamak): এক সুবিশাল ডোনাট আকৃতির চৌম্বকীয় খাঁচা যা ম্যাগনেটো-হাইড্রোডাইনামিক্স (MHD)-এর নিয়মে কোটি ডিগ্রির প্লাজমাকে শূন্যে ভাসিয়ে রাখে।

১. প্লাজমা ভারসাম্য ও গ্র্যাড-শাফরানভ সমীকরণ

আদর্শ প্লাজমায় প্লাজমার ভেতরের তাপীয় গ্যাসীয় চাপ এবং বাইরের চৌম্বকীয় লরেন্টজ বল পরস্পরের সাথে নিখুঁত ভারসাম্য বজায় রাখে:

[
mathbf{J} imes mathbf{B} =
abla p
]

ডোনাট বা টোরাস জ্যামিতিতে ম্যাক্সওয়েলের সূত্রের সাথে এই ভারসাম্যের সমন্বয় ঘটিয়ে পাওয়া যায় বিখ্যাত গ্র্যাড-শাফরানভ সমীকরণ (Grad-Shafranov Equation):

[
R rac{partial}{partial R}left( rac{1}{R} rac{partial psi}{partial R}
ight) + rac{partial^2 psi}{partial Z^2} = -mu_0 R^2 rac{dp}{dpsi} – I rac{dI}{dpsi}
]

এই সমীকরণের সমাধানই নির্ধারণ করে একটি টোকামাকের ভেতরে চৌম্বকীয় ফ্লাক্স স্তরগুলো কীভাবে বিন্যস্ত থাকবে যাতে প্লাজমা কেন্দ্র থেকে বাইরের দিকে ছিটকে না যায়।

২. পেঁচানো চৌম্বক ক্ষেত্র ও সেফটি ফ্যাক্টর q

কেবলমাত্র বৃত্তাকার টরয়ডাল চৌম্বক ক্ষেত্র ((B_phi)) দিয়ে প্লাজমাকে আটকে রাখা অসম্ভব, কারণ চৌম্বক ক্ষেত্রের নতিমাত্রার কারণে ধনাত্মক আয়ন উপরে এবং ইলেকট্রন নিচে চলে গিয়ে এক প্রচণ্ড বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ((mathbf{E})) তৈরি করে যা প্লাজমাকে চোখের পলকে দেয়ালের সাথে আছড়ে ফেলে।

এই সমস্যা সমাধানে টোকামাকের ভেতর ট্রান্সফরমার কয়েল দিয়ে লক্ষ লক্ষ অ্যাম্পিয়ার প্লাজমা কারেন্ট ((I_p)) চালানো হয়। এই কারেন্ট একটি উলম্ব পোলয়ডাল চৌম্বক ক্ষেত্র ((B_ heta)) তৈরি করে। উভয় ক্ষেত্রের মিলনে তৈরি হয় পেঁচানো বা হেলিক্যাল চৌম্বক বলরেখা। এই বলরেখার পাক সংখ্যা নির্দেশিত হয় সেফটি ফ্যাক্টর (q) দ্বারা:

[
q approx rac{r B_phi}{R_0 B_ heta}
]

মারাত্মক প্লাজমা বিস্ফোরণ বা কিন্ক (Kink) অস্থিতিশীলতা এড়াতে প্লাজমার কিনারায় সেফটি ফ্যাক্টরের মান সর্বদা ২-এর বেশি ((q > ২.০)) রাখতে হয় (বাণিজ্যিক চুল্লিতে (q ge ৩.০))।

৩. টোকামাকের তিনটি অলঙ্ঘনীয় প্রাকৃতিক সীমা

  1. ট্রয়ন বিটা লিমিট ((beta_N)): চৌম্বকীয় চাপের তুলনায় প্লাজমার তাপীয় চাপের সর্বোচ্চ অনুপাত। এই সীমা অতিক্রম করলে প্লাজমার বুদবুদ চৌম্বক বলরেখাকে ছিঁড়ে ফেলে।
  2. গ্রিনওয়াল্ড ঘনত্ব সীমা ((n_G)): প্লাজমার সর্বোচ্চ ইলেকট্রন ঘনত্ব প্লাজমা কারেন্টের সমানুপাতিক ((n_e le rac{I_p}{pi a^2}))। ঘনত্ব বেশি হলে বিকিরণজনিত কারণে প্লাজমা নিভে যায়।
  3. কারেন্ট লিমিট: খুব বেশি বিদ্যুৎ প্রবাহিত করলে (q < ২) হয়ে যায় এবং কয়েক মিলিসেকেন্ডের মধ্যে প্লাজমার সমস্ত তাপীয় শক্তি দেয়ালের ওপর আছড়ে পড়ে চুল্লি নষ্ট হতে পারে।
শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

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