ಅಣು ಕೂಡಿಕೆಯಿಂದ ಮಿಂಚು

– ರಗುನಂದನ್.
ನಮ್ಮ ಮನೆಗಳನ್ನು ಬೆಳಗುವ ವಿದ್ಯುತ್/ಮಿನ್ಕೆ(electricity) ಎಲ್ಲಿಂದ ಬರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೇಗೆ ಹುಟ್ಟುತ್ತದೆ ಎಂಬ ಕುತೂಹಲ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಎಲ್ಲರಿಗೂ ಇರುತ್ತದೆ. ರಾಯಚೂರು, ಶರಾವತಿ, ಕಯ್ಗಾ ಮತ್ತು ಶಿವನಸಮುದ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಪವರ್ ಪ್ಲಾಂಟ್‌ಗಳಿವೆ(ಶಕ್ತಿ ಸ್ತಾವರಗಳು) ಎಂದು ಕಂಡು ಕೇಳಿರುತ್ತೇವೆ. ಪವರ್ ಪ್ಲಾಂಟ್‍ಗಳಲ್ಲಿ ಅರಿಮೆ ಮತ್ತು ಚಳಕಗಳೆರಡೂ ಬಳಸಿ ಮಿಂಚನ್ನು (electric current) ಹುಟ್ಟಿಸಿ ಮನೆಮನೆಗಳಿಗೆ, ಊರುಗಳಿಗೆ ತಲುಪಿಸುತ್ತಾರೆ. 1902ರಲ್ಲಿ ಏಶಿಯಾದಲ್ಲಿಯೇ ಮೊದಲ ಸರತಿ ಶಿವನಸಮುದ್ರದ ಅಬ್ಬಿಗಳಿಂದ(waterfalls) ಮಿಂಚನ್ನು ತಯಾರಿಸಿ ಬೆಂಗಳೂರಿಗೆ ತಲುಪಿಸಲಾಗಿತ್ತು.

ರಾಯಚೂರಿನಲ್ಲಿ ಇದ್ದಿಲಿನಿಂದ ಮಿಂಚನ್ನು ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ ಇದ್ದಿಲನ್ನು ಚೆನ್ನಾಗಿ ಕಾಯಿಸಿ ಅದರ ಕಾವಿನಿಂದ ನೀರನ್ನು ದೊಡ್ಡ ಹಂಡೆಗಳಲ್ಲಿ(boiler) ಕುದಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ನೀರು ಕುದ್ದ ಬಳಿಕ ಅದರಿಂದ ಬರುವ ಆವಿಯ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿ ತಿರುಗಾಲಿಗಳ(turbine) ಮೂಲಕ ಹರಿದುಹೋಗಲು ಬಿಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಒತ್ತಡದ ಆವಿಯಲ್ಲಿ ಅಡಗಿರುವ ಹುರುಪು ಆ ತಿರುಗಾಲಿಗಳನ್ನು ಕಡುಹೆಚ್ಚು ಬಿರುಸಿನಲ್ಲಿ ತಿರುಗಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ತಿರುಗಾಲಿಗಳು ಬಳಿಕ ಮಿಂಚುಟ್ಟುಕಗಳನ್ನು(electric generators) ತಿರುಗಿಸುತ್ತವೆ. ಅಲ್ಲಿಂದ ತಂತಿಗಳ ಮೂಲಕ ಮನೆಮನೆಗಳಿಗೆ ಮಿಂಚನ್ನು ತಲುಪಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಶರಾವತಿಯಲ್ಲಿ ನೀರಿನ ದೆಸೆಯಿಂದ ಮಿಂಚನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ ಹೊಳೆಯಿಂದ ಬರುವ ನೀರನ್ನು ಅಣೆಕಟ್ಟುಗಳ ನೆರವಿನಿಂದ ತಡೆದುಹಿಡಿಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಣೆಕಟ್ಟುಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು ಎತ್ತರದ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ನೀರನ್ನು ಹಿಡಿದಿಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕೆಳಗಿನ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ನೀರು ತಿರುಗಾಲಿಗಳನ್ನು ಅಳವಡಿಸಿರುತ್ತಾರೆ. ಅಣೆಕಟ್ಟುಗಳ ಬಾಗಿಲು ತೆರೆದಾಗ ದುಮ್ಮಿಕ್ಕಿ ಬಿರುಸಿನಿಂದ ಬರುವ ನೀರನ್ನು ತಿರುಗಾಲಿಗಳ ಸುತ್ತಕ್ಕೆ(periphery) ತಾಕುವಂತೆ ಹರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ತಿರುಗಾಲಿಗಳು ಕಡುಹೆಚ್ಚು ಬಿರುಸಿನಲ್ಲಿ ತಿರುಗಲು ಮೊದಲಾಗುತ್ತವೆ. ಈ ತಿರುಗಾಲಿಗಳನ್ನು ಮಿಂಚುಟ್ಟುಕಗಳಿಗೆ ತಳುಕಿಸಿದಾಗ ಅವು ಕೂಡ ತಿರುಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಮಿಂಚು ತಯಾರಾಗುತ್ತದೆ. ಅದನ್ನು ತಂತಿಗಳ ಮೂಲಕ ಮನೆಗಳಿಗೆ ತಲುಪಿಸುತ್ತಾರೆ.

ಕಯ್ಗಾದಲ್ಲಿ ರುವ ಅಣುಶಕ್ತಿ ಸ್ತಾವರದ ಬಗ್ಗೆ ಸುದ್ದಿಹಾಳೆಗಳಲ್ಲಿ ಓದಿರುತ್ತೇವೆ. ಅಣುಶಕ್ತಿ ಕುರಿತಾಗಿ ಜಗತ್ತಿನಲ್ಲಿ ಚರ‍್ಚೆಗಳು ಮಾತುಕತೆಗಳು ನಡೆಯುತ್ತಲೇ ಇರುತ್ತವೆ. ಅಣುಗಳ ಮೂಲಕ ಹೇಗೆ ಮಿನ್ಕೆಯನ್ನು(electric energy) ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನೋಡೋಣ.

ಅಣುಶಕ್ತಿ ತಯಾರಿಸುವಲ್ಲಿ ಎರಡು ಬಗೆಯಿದೆ:

1. ಅಣು ಒಡೆತ (nuclear fission)
2. ಅಣು ಕೂಡಿಕೆ (nuclear fusion)

ಈಗ ಜಗತ್ತಿನಲ್ಲಿರುವ ಎಲ್ಲಾ ಅಣುಶಕ್ತಿ ತಯಾರಿಕೆಯು ಅಣು ಒಡೆತದ ಮೂಲಕವೇ ಆಗುತ್ತಿದೆ. ಅಣು ಒಡೆತದ ಹೊಲಬಿನಲ್ಲಿ(process) ಹೆಚ್ಚು ತೂಕವಿರುವ ಬೇರಡಕವಾದ (ಬೇರು+ಅಡಕ – element) ಯುರೇನಿಯಮ್ ಅನ್ನು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಮೂಲಕ ಸಿಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆಗ ಅದು ಎರಡು ಕಡಿಮೆ ತೂಕವಿರುವ ಬೇರಡಕಗಳಾಗಿ ಮಾರ‍್ಪಾಟಾಗುತ್ತದೆ. ಅದರ ಜೊತೆ ಇನ್ನೊ ಹೆಚ್ಚು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು, ಗಾಮಾ ಕದಿರುಗಳನ್ನು(gamma rays) ಹುಟ್ಟಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಮಿಕ್ಕಿರುವ ತೂಕ ಹುರುಪಾಗಿ(mass to energy) ಮಾರ‍್ಪಾಟಾಗುತ್ತದೆ. ಅಣು ಒಡೆತದಿಂದ ಬರುವ ಹುರುಪು ಸಿಕ್ಕಾಪಟ್ಟೆ ಕಾವನ್ನು(heat energy) ಹೊರಸೂಸುತ್ತದೆ. ಈ ಕಾವನ್ನು ನೀರನ್ನು ಕುದಿಸಲಿಕ್ಕೆ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ನೀರು ಕುದ್ದ ಬಳಿಕ ಬರುವ ಆವಿಯನ್ನು(steam) ಮುಂಚೆ ತಿಳಿಸಿದಂತೆ ಮಿನ್ಕೆಯನ್ನು ತಯಾರಿಸುವುದಕ್ಕೆ ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. ತೋರಿಯಮ್ ಮತ್ತು ಪ್ಲುಟೋನಿಯಮನ್ನು ಕೂಡ ಅಣುಶಕ್ತಿ ಹುಟ್ಟಿಸುವುದಕ್ಕೆ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಈಗ ಮೂರು ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಬಗೆಗಳಲ್ಲಿ ಮಿಂಚನ್ನು ತಯಾರಿಸುವದನ್ನು ಮೇಲೆ ಕಂಡಿದ್ದೇವೆ. ಈ ಮೂರು ಬಗೆಗಳಿಗೆ ಅದರದೇ ಕೊರತೆಗಳಿವೆ.
1. ಮೊದಲಿಗೆ ರಾಯಚೂರಿನಲ್ಲಿ ಇದ್ದಿಲಿನ ಮೂಲಕ ತಯಾರಾಗುವ ಮಿನ್ಕೆಯು ಯಾವಾಗಲೂ ಇದ್ದಿಲಿನ ಪೂರಯ್ಕೆಯನ್ನು ನೆಚ್ಚಿರುತ್ತದೆ. ಹಾಗಾಗಿ ಇದ್ದಿಲು ಇಲ್ಲ ಅಂದರೆ ಮಿಂಚನ್ನು ತಯಾರಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಮತ್ತೆ ಇದ್ದಿಲು ನೆಲದಲ್ಲಿ ಸಿಗುವ ಪಳೆಯುಳಿಕೆಯ ಉರವಲಾದ್ದರಿಂದ(fossil fuel) ಹೆಚ್ಚು ದಿನಗಳ ಕಾಲ ಅದನ್ನು ನೆಚ್ಚಿ ಕೂರಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಅದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಇದ್ದಿಲಿನಿಂದ ಬರುವ ಕಸ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲ ಪರಿಸರವನ್ನು ಹಾಳುಗೆಡುವುದರಿಂದ ಈ ಬಗೆಯ ತಯಾರಿಕೆ ಅಂತಹ ಹಸನಾದದುದಲ್ಲ(clean energy) ಎಂಬುದು ಸಾಮಾನ್ಯ ಅನಿಸಿಕೆ.

2. ಶರಾವತಿ, ಶಿವನಸಮುದ್ರದಲ್ಲಿ ತಯಾರಾಗುವ ಮಿನ್ಕೆಯು ಯಾವಾಗಲು ಹರಿಯುವ ಹೊಳೆಯನ್ನು ನೆಚ್ಚಿರುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ ಒಳ್ಳೆ ಮಳೆ ಆದರೆ ಅಣೆಕಟ್ಟುಗಳಿಗೆ ನೀರು ತುಂಬುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲವಾದರೆ ತಿರುಗಾಲಿಗಳಿಗೆ ನೀರು ಒದಗಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ.

3. ಕಯ್ಗಾದಲ್ಲಿ ತಯಾರುಗುವ ಮಿನ್ಕೆ ಅಣು ಒಡೆತದ ಮೂಲಕ ತಯಾರಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚು ಅಣುತೂಕವುಳ್ಳ ಯುರೇನಿಯಮ್, ಪ್ಲುಟೋನಿಯಮ್ ಇಲ್ಲವೇ ತೋರಿಯಮನ್ನು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಮೂಲಕ ಸಿಡಿಸಿ ಎರಡು ಕಡಿಮೆ ಅಣುತೂಕವುಳ್ಳ ಬೇರಡಕಗಳಾಗಿ ಮಾರ‍್ಪಾಟಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಹೊಲಬಿನಲ್ಲಿ ಆಲ್ಪಾ, ಗಾಮಾ ಕದಿರುಗಳು ಕೂಡ ಹುಟ್ಟಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಹೊಸದಾಗಿ ಹುಟ್ಟಿದ ಎರಡು ಬೇರಡಕಗಳೂ ರೇಡಿಯೋಆಕ್ಟಿವ್ ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ ಅವು ಕೂಡ ಕದಿರುಗಳನ್ನು ಹೊರಸೂಸುತ್ತಿರುತ್ತವೆ. ಮಿಕ್ಕುಳಿದ ಯುರೇನಿಯಮ್, ಪ್ಲುಟೋನಿಯಮ್ ಗಳೂ ಕೂಡ ಹಾನಿಕಾರಕವೇ. ಒಟ್ಟಾರೆ ಇವೆಲ್ಲವನ್ನು ಅಣುಕಸ(nuclear waste) ಎಂದು ಗುರುತಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇವು ಮಾನವನ ಹದುಳಕ್ಕೆ(human health) ಕುತ್ತನ್ನು(hazardous) ಉಂಟುಮಾಡುವಂತಹ ವಸ್ತುಗಳು.

ಅಣುಕಸವನ್ನು ಹೇಗೆ ಅಡಗಿಸಬೇಕು ಎಂಬುದು ಸಾಕಶ್ಟು ಚರ‍್ಚೆಗೆ ಒಳಗಾಗಿರುವ ವಿಶಯವಾಗಿದೆ. ಈ ಮೇಲಿನ ಮೂರು ಕಾರಣಗಳಿಂದಾಗಿ ಈಗ ಸದ್ಯದಲ್ಲಿ ಅಣು ಕೂಡಿಕೆಯ(Nuclear Fusion) ಮೂಲಕ ಮಿನ್ಕೆಯನ್ನು ತಯಾರಿಸುವುದು ಹೆಚ್ಚೆಚ್ಚು ಗಮನ ಸೆಳೆಯುತ್ತಿದೆ.

ಅಣು ಕೂಡಿಕೆಯ ಮೂಲಕ ಹೇಗೆ ಮಿಂಚನ್ನು ತಯಾರಿಸಬಹುದು?

ಅಣು ಒಡೆತದ ಹೊಲಬಿನಲ್ಲಿ(process) ಒಂದು ಹೆಚ್ಚು ತೂಕವುಳ್ಳ ಅಣುವನ್ನು ಎರಡು ಕಡಿಮೆ ತೂಕವುಳ್ಳ ಅಣುಗಳಾಗಿ ಒಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಅಣು ಕೂಡಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಎರಡು ಚಿಕ್ಕ ಅಣುಗಳು ಕೂಡುತ್ತವೆ. ಹೊಸದಾಗಿ ರೂಪಗೊಂಡ ಅಣುವಿಗೂ ಮೊದಲು ಕೂಡಿಕೆಯಾದ ಎರಡು ಚಿಕ್ಕ ಅಣುಗಳಿಗೂ ಇರುವ ತೂಕದ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು(mass deficit) ಹುರುಪಾಗಿ ಮಾರ‍್ಪಾಡಾಗುತ್ತದೆ.

ಈಗ ಹೈಡ್ರೋಜನನ್ನು ಎತ್ತುಗೆಯಾಗಿ ತೆಗೆದುಕೊಂಡು ಅಣು ಕೂಡಿಕೆಯ ಮೂಲಕ ಹೇಗೆ ಹುರುಪನ್ನು ಹುಟ್ಟಿಸಬಹುದು ಎಂದು ನೋಡೋಣ. ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಒಂದು ಪ್ರೋಟಾನ್ ಇರುವ ಅಣು. ಆದರೆ ಒಂದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಇರಬಲ್ಲವು. ಒಂದು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ಇದ್ದರೆ ಡ್ಯೂಟಿರಿಯಮ್ ಮತ್ತು ಎರಡು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿದ್ದರೆ ಟ್ರೈಶಿಯಮ್ ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ. ಇವರೆಡನ್ನು ಕೂಡಿದಾಗ ಏನಾಗುತ್ತದೆ ನೋಡೋಣ. ಕೆಳಗಿನ ತಿಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಕಾಣುವಂತೆ ಡ್ಯೂಟಿರಿಯಮ್ ಮತ್ತು ಟ್ರೈಶಿಯನ್ ಕೂಡಿದಾಗ ಹೊಸ ಅಣುವಾದ ಹೀಲಿಯಮ್ ರೂಪಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಇದರೊಟ್ಟಿಗೆ ಒಂದು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ಕೂಡ ಹೊರಬರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಕಡುಹೆಚ್ಚು ಹುರುಪು ಹುಟ್ಟುತ್ತದೆ.

ಈ ಕೂಡಿಕೆಯಿಂದ ಎಶ್ಟು ಹುರುಪು ಹುಟ್ಟುತ್ತದೆ ಎಂದು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಬಹುದು. ಮೇಲೆ ತೋರಿದ ಮಾರೆಸಕವನ್ನು ಸರಿದೂಗಿಸೋಣ(balancing the reaction).

2D1 + 3T1 -> 4He + 1n0

m_D = (2-0.000994) m_H

m_T = (3-0.006284)m_H

m_He = (4-0.027404)m_H

m_n = (1+0.001378)m_H

dm = 0.0187mH

m_H = 1.6727. 10^-27 kg

E = mc² = 0.0187m_Hc² = 2.8184. 10^-12 J

E = 2.8184. 10^-12 / 1.6022.10^-19 eV = 17.56MeV

ಒಂದು ಕೆಜಿ ಡ್ಯೂಟಿರಿಯಮ್ ಟ್ರೈಶಿಯಮ್ ಬೆರಕೆಗೆ ಒಟ್ಟು ಮಾರೆಸಕಗಳ ಎಣಿಕೆ(total number of reactions);

N = (0.5)/2.5 X 1.67 X 10^-27 = 1.2 X 1026

E = N 2.8184. 10^-12 J = 3.4 X 10¹⁴ J

24 ಗಂಟೆಗಳಲ್ಲಿ 4 GW ಹುರುಪು.

ಬರಿ ಒಂದು ಕೆಜಿ ಡ್ಯೂಟಿರಿಯಮ್-ಟ್ರೈಶಿಯಮ್ ಬೆರೆತದಿಂದ ಇಶ್ಟು ಪಾಟಿಯ ಹುರುಪನ್ನು ಹುಟ್ಟಿಸಬಹುದು. ಅದರ ಜೊತೆ ಅಣು ಕೂಡಿಕೆಯ ಹೊಲಬಿನಿಂದ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಪರಿಸರಕ್ಕೆ ಯಾವುದೇ ತೊಂದರೆಯಿಲ್ಲ(environmental friendly). ಬೂದಿ(ash), ಕರ‍್ಪು(carbon), ಹೊಗೆ(smoke), ಕೊಳಕು ನೀರು(polluted water) ಮತ್ತು ಕೆಟ್ಟಗಾಳಿ ಇಂತಹ ಯಾವುದೇ ಹಾನಿಯಿಲ್ಲ.

ಹಾಗಾದರೆ ಅಣು ಕೂಡಿಕೆಯನ್ನು ಯಾಕೆ ನಾವು ಯಾಕೆ ಬಳಸುತ್ತಿಲ್ಲ ಎಂಬುದನ್ನು ಮುಂದಿನ ಬರಹದಲ್ಲಿ ನೋಡೋಣ.

(ಚಿತ್ರ ಸೆಲೆ: wikipedia, kompulsa.com)