75 سالوں سے، یہ زمین پر شمسی جیسے فیوژن کو دوبارہ پیدا کرنے کا خواب رہا ہے۔ دنیا بھر کے سائنسدانوں اور انجینئروں کی ٹیموں نے مختلف فیوژن طریقوں پر دسیوں ارب ڈالر خرچ کیے ہیں، لیکن "نیٹ توانائی کے حصول" کے سنگ میل تک پہنچنے کے لیے طویل جدوجہد کی ہے۔
ایک سال پہلے تک، تاہم، یہ سب بدل گیا.
5 دسمبر 2022 کو لارنس لیورمور نیشنل لیبارٹری (LLNL) میں نیشنل اگنیشن فیسیلٹی (NIF) میں، دنیا کے سب سے بڑے اور سب سے زیادہ توانائی والے لیزر نے 192 لیزر بیم فائر کیے اور انہیں کالی مرچ کے سائز کے ہدف کی طرف اشارہ کیا، جس سے ایک چھوٹا سا "سورج" پیدا ہوا۔ " زمین پر. ہدف پر 2.05 میگاجولز لیزر انرجی فائر کرنے کے بعد، تجربے نے 3.15 میگاجولز انرجی آؤٹ پٹ پیدا کرکے فیوژن فیول کو بھڑکانے سے زیادہ فیوژن انرجی پیدا کی - جو دہائیوں میں ایک اہم سائنسی پیش رفت ہے۔
لیزر توانائی کی حد کو دوبارہ توڑنا
خوشی کی بات یہ ہے کہ ریاستہائے متحدہ میں لارنس لیورمور نیشنل لیبارٹری (LLNL) میں نیشنل اگنیشن فیسیلٹی (NIF) نے حال ہی میں لیزر توانائی کے لیے ایک اور نیا ریکارڈ قائم کیا - اگنیشن ہدف پر پہلی بار 2.2 میگاجولز (MJ) کا اخراج۔
30 اکتوبر کو کیے گئے نئے رپورٹ کردہ تجربے نے 3.4 MJ فیوژن توانائی پیدا کی، اگنیشن حاصل کی، اور NIF میں اب تک کی دوسری سب سے زیادہ نیوٹران پیداوار پیدا کی۔
نیشنل اگنیشن فیسیلٹی (این آئی ایف) کے ڈائریکٹر گورڈن برنٹن نے کہا، "لیزر توانائی کی یہ ریکارڈ سطح ایک ناقابل یقین کامیابی ہے جس کو حاصل کرنے میں برسوں کی محنت لگی۔ اور یہ NIF میں فیوژن اگنیشن کے ہمارے چوتھے کامیاب مظاہرے کی نشاندہی کرتا ہے۔ یہ کام لیبارٹری کے مشن کے لیے بنیادی ہے، نئی صلاحیتوں کے ساتھ جو نیشنل نیوکلیئر سیکیورٹی ایڈمنسٹریشن کے ذخیرے کی ذمہ داری کے پروگرام کی مدد کر سکتی ہے اور امید ہے کہ ہمیں فیوژن انرجی کے مستقبل کے قریب لے آئے گی۔"
5 دسمبر 2022 کو، LLNL نے پہلی بار فیوژن اگنیشن حاصل کیا۔ دوسری بار 30 جولائی 2023 کو ہوا، جب NIF لیزر نے ایک کنٹرولڈ فیوژن تجربے میں ہدف تک 2.05 میگاجولز توانائی فراہم کی، جس سے فیوژن انرجی آؤٹ پٹ 3.88 میگاجولز پیدا ہوا، جو آج تک حاصل ہونے والا سب سے زیادہ توانائی حاصل ہے۔ NIF لیزر نے 8 اکتوبر 2023 کو فیوژن اگنیشن حاصل کیا، جس میں 1.9 MJ کی لیزر توانائی اور 2.4 MJ کی فیوژن انرجی آؤٹ پٹ تھی۔
جوہری فیوژن میں اہم پیشرفت
NIF اور Photon Science Laser Science and Systems Engineering Organisation کے جوائنٹ پروجیکٹ ڈائریکٹر Jean-Michel Di Nicola نے کہا، "ہم کارکردگی میں تیزی سے ترقی کے منحنی خطوط پر ہیں،" لیزر توانائی میں اضافہ ہمیں ایندھن جیسے مسائل کو حل کرنے کے لیے مزید سہولت فراہم کرتا ہے۔ کیپسول کے نقائص یا ایندھن کے ہاٹ اسپاٹ کی مطابقت۔ اعلی لیزر توانائیاں زیادہ مستحکم امپلوزیشن حاصل کرنے میں مدد کرتی ہیں، جس کے نتیجے میں توانائی کی اعلی پیداوار ہوتی ہے۔"
لیزر کی اتنی توانائی فراہم کرنے کی صلاحیت کے بارے میں کوئی شک نہیں ہے۔ اور چیلنج NIF کے قیمتی آپٹکس کو ملبے کے نقصان سے بچانا ہے، NIF کے آپریشنز مینیجر برونو وان ونٹرگھم کہتے ہیں: "لیزر خود لیزر میں بنیادی تبدیلیاں کیے بغیر زیادہ توانائیاں پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ ہم یہ سب کچھ زیادہ سے زیادہ نقصان پر قابو پانے کے لیے کرتے ہیں۔ سب کے بعد، اگر مناسب تحفظ کے بغیر بہت زیادہ توانائی ہے، تو آپ کے آپٹکس بٹس میں اڑا سکتے ہیں."
NIF دنیا میں واحد لیزر سسٹم کا انتظام کرتا ہے جو نقصان کی حد سے اوپر کام کرتا ہے، یہ ایک کارنامہ جزوی طور پر ممکن ہوا جسے آپٹیکل ری سائیکلنگ لوپ کہا جاتا ہے۔
مضبوط لیزرز، بہتر کارکردگی
تخفیف کے دو بڑے اقدامات، جو جون 2023 میں مکمل ہوئے، ہدف تک 2.2 MJ لیزر توانائی فراہم کرنے کے لیے اہم تھے - NIF کی دو تہائی بیم لائنوں پر فیوزڈ سلیکا ملبے کی شیلڈنگ کا استعمال اور 32 نچلے نصف کرہ بیم لائنوں پر دھاتی شیلڈنگ کی تنصیب۔ ، جس نے بیم لائن پر منحصر ہے، ملبے سے ہونے والے نقصان کی شرح کو 10-100 کے عنصر سے کم کر دیا ہے۔ یہ نچلی بیم لائن آپٹکس کشش ثقل کی وجہ سے ہدف والے چیمبر سے سب سے زیادہ ملبہ وصول کرتے ہیں۔
دیگر بہتریوں میں نئی اینٹی ریفلیکٹیو کوٹنگز، ویپر ہیکسامیتھلڈیازپین (HMDS) کا علاج، اور آپٹیکل ریکوری لوپ کی صلاحیت میں اضافہ شامل ہے۔ ایک نیا تخفیف کرنے والا ایجنٹ - ایک گرے ایج بلاکر - ایک ایسے مسئلے کو حل کرتا ہے جس کی سائنسدانوں نے ابھی تک شناخت نہیں کی تھی۔
ڈی نکولا کا کہنا ہے کہ "بیم کا ایک ذیلی سیٹ ہے جو دوسروں کی طرح کارکردگی کا مظاہرہ نہیں کرتا ہے،" اور ہم نے پایا کہ اگر ہم بیم لائن کے ایک کنارے پر سایہ ڈال کر لیزر توانائی کی کثافت کو یکسر کم کرتے ہیں، تو وہ بیم لائنز بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتی ہیں۔ ہمیں ابھی تک اس بات کا یقین نہیں ہے کہ مسئلہ کی اصل وجہ کیا ہے، لیکن ہم مستقبل میں اس کی سرگرمی سے تحقیقات کریں گے۔"
اس معمہ کو حل کرنا فطری طور پر دنیا کے سب سے زیادہ توانائی بخش لیزر سسٹم، NIF پر کام کرنے والے سائنسدانوں اور انجینئروں کے لیے آیا، اور OMST کے چیف نمائندے طیب سورت والا نے کہا، "ہم نے لیزر کے نقصان کی جانچ کی ہے اور اس کی نشاندہی کی ہے کہ تخفیف کے اقدامات کو ماڈل بنایا گیا اور جانچا گیا۔ جب ہم لیزر توانائی میں اضافہ کرتے ہیں، ہم بے مثال علاقے میں داخل ہوتے ہیں اور نقصان کے نئے میکانزم کو ظاہر کرتے ہیں۔"
نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف سائنس کے سائنسی کامیابیوں کے ناقابل یقین ریکارڈ کو برقرار رکھنے کے لیے اکیلے زیادہ توانائی کافی نہیں ہے۔ ڈی نکولا: "آپ کو اس بڑے ہتھوڑے کو کنٹرول اور مہارت کے ساتھ جھولنے کی ضرورت ہے۔ لیزر پلس ایک سیکنڈ کے صرف ایک اربویں حصے تک رہتی ہے، لہذا آپ کو اسے صحیح طریقے سے حاصل کرنے کے لئے بہت درست رہیں۔"
اس مقصد کے لیے، ٹیم نے حال ہی میں ہائی فیڈیلیٹی پلس شیپنگ (HiFiPS) سسٹم کی تعیناتی مکمل کی ہے، جو زیادہ درست اور درست نبض کی تشکیل کے قابل بناتا ہے۔ ہائی فائی پی ایس بنانے میں ایک پراجیکٹ سال ہے جو بہتر پاور بیلنس اور امپلوزیشن میں ہم آہنگی کنٹرول کو قابل بناتا ہے۔
ایک اور بہتری میں، ٹیم نے آلے کے آپٹیکل ریشوں کو بار بار نیوٹران کی نمائش کے لیے زیادہ لچکدار بنانے کے لیے ان کی تجدید کی۔ یہ ریشے ہدف تک منتقل ہونے والی لیزر دالوں کی درست پیمائش کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ تجدید کاری نے 10-100 کے عنصر سے سگنل کی طاقت میں اضافہ کیا، جس سے محققین لیزر کی کارکردگی کو "دیکھنا" جاری رکھ سکتے ہیں۔
مستقبل کے لیے کیا امیدیں ہیں؟
فی الحال، لیزر نے 2.2 میگاجولز لیزر توانائی فراہم کی ہے۔ ٹیم تحقیق کے مرحلے پر واپس چلی گئی اور پہلے تجربے کے بعد وہی عمل انجام دیا جس نے فیوژن اگنیشن پیدا کیا۔
ہم آپٹکس کو دیکھ رہے ہیں، نقصان کا اندازہ لگا رہے ہیں، اور یہ سمجھ رہے ہیں کہ ہم اس نئی صلاحیت کو کتنی بار استعمال کر سکتے ہیں،" سورت والا نے کہا۔ LLNL کے اندر کی ٹیم اور بہت سے بیرونی شراکت دار۔"
