න්‍යෂ්ටික විලයන බලශක්තිය - Nuclear Fusion, අනෙකුත් සියලුම බලශක්ති ප්‍රභවයන්ට වඩා එතාම ඉහලය.

න්‍යෂ්ටික විලයනය (Nuclear fusion)

න්‍යෂ්ටික විලයනය යනු සැහැල්ලු පරමාණුක න්‍යෂ්ටීන් දෙකක් එකතු වෙමින් නොහොත් විලයනය වෙමින්, මුල් න්‍යෂ්ටීන් සියල්ලටම වඩා ඉහළ ස්කන්ධ ක්‍රමාංකයක් ඇති න්‍යෂ්ටියක් සෑදීමේ ක්‍රියාවලිය න්‍යෂ්ටික විලයනය (Nuclear fusion) ලෙස හැඳින්වේ. මෙම ක්‍රියාවලියේදී දැවැන්ත ශක්ති ප්‍රමාණයක් නිකුත්වීම සිදුවේ.

ලොව වඩාත් විශාලතම තාප න්‍යෂ්ටික විලයන බලශක්ති ව්‍යාපෘතිය ITER බලශක්ති ව්‍යාපෘතියි. අද, ලෝක ජනගහනයෙන් 50% කට වඩා නියෝජනය කරන සහයොගීතා රටවල් හතක් එයට සහභාගී වේ: යුරෝපා සංගමය (තනි සහභාගිවන්නෙකු ලෙස ක්‍රියා කරයි), රුසියාව, ඇමරිකා එක්සත් ජනපදය, චීනය, ඉන්දියාව, ජපානය, සහ කොරියාව මේ අතර වේ.

ජාත්‍යන්තර පර්යේෂණාත්මක තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාකාරකය.
ITER — International Thermonuclear Experimental Reactor

තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක් යනු සූර්යයාට වඩා උෂ්ණත්වය 150 ගුණයකින් වැඩි ප්ලාස්මාව (plasma) චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් (Stellarator) ආධාරයෙන් ස්පර්ශ නොවන පරිදි ආවරණයක් තුල (Thermonuclear Reactor) රඳවා තබා ගන්නා අතර මීටර තුනක් දුරින් නිරපේක්ෂ උෂ්ණත්වයක් වන කෙල්වින් ශුන්‍ය වන අතර, යෝධ දඟර වලින් සමන්විත සිසිලන පරිපථයක් ආධාරයෙන් එය පාලනය කරනු ලබන අතර, අදික ශීත මතුපිටක් නිර්මාණය කර ඇත්තේ ආරක්ෂාව සඳහාය. එනම් යම් අවස්ථාවකදී චුම්බක ක්ෂේත්‍රයේ දුර්වල තාවයක් නිසා ප්ලාස්මය ප්‍රතික්‍රියාකාරකය ඇතුලත පෘෂ්ඨය සමග ස්පර්ශ වුවහොත් ස්පර්ශ වන සියල්ල ද්‍රව තත්වයට පත්වීමයි (150 million ∘C). එනම්, අපට මන්දාකිනියේ උණුසුම්ම සහ ශීතලම ස්ථාන නිරපේක්ෂ ශුන්ය (Absolute zero) 0 K (Kelvin 0 = −273.15 ∘C), එක් ආවරණයක් තුල දක්නට ලැබීමයි. ප්‍රතික්‍රියාකාරකය තුළ හයිඩ්‍රජන් සමස්ථානික දෙකක් හීලියම් බවට “විලයනය” කර අතිවිශාල ශක්තියක් (fusion power) සහිත නියුට්‍රෝනයක් නිකුත් කරන අතර එය 14.1MeV (mega electron volts) ඇස්තමේන්තු කර ඇත. මූලික වශයෙන්, එය පෘථිවියේ සූර්යයා ගොඩනැගීමක් හා සමාන වේ. මෙහිදී උත්පාදනය කලහැකි බලශක්තිය මෙගා වොට්ට් 500ක් ( 500 MWatts ) පමන වේ. මෙම තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාකාරකය රුසියානු විද්‍යාඥයින් විසින් Tokamak ලෙස නම්කරන ලදී. Tokamak - රුසියානු භාෂාවෙන් ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками එනම් "චුම්බක දඟර සහිත ටොරොඩියල් කුටීරය" යන අරුතය ලබාදේ.

tokamak එකක විලයන ශක්ති ප්‍රමාණය එහි හරය (Core) තුළ සිදුවන විලයන ප්‍රතික්‍රියා ගණනට අනුලෝමව සමානුපතික වේ. එනම් ප්‍රතික්‍රියා ගණන ඉහල යනවිට ශක්ති ප්‍රමාණය ද ඉහල අගයක් ගනී. එමෙන්ම, තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාකාරකය විශාල වන තරමට ප්ලාස්මා පරිමාව විශාල වන බැවින් විලයන ප්‍රතික්‍රියා ගණන ද ඉහල අගයක් වන බව විද්‍යාඥයන් පවසති.

චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් ආධාරයෙන් ප්ලාස්මාව රඳවාගෙන සිටින Tokamak විලයන බලය පිළිබඳ ලෝක වාර්තාව යුරෝපීය tokamak JET(බ්‍රිතාන්‍යයේ පිහිටා ඇත) විසින් තබා ඇත. එය, 1997 දී සම්පූර්ණ ආදාන (Input) 24 MW තාපන බලයෙන් විලයන බලය (fusion power) 16 MW නිෂ්පාදනය කළේය. එහෙත් මෙහිදී ශක්ති ප්‍රතිලාභය 0.67ක් (Q Factor=0.67) වූ අතර ප්‍රධාන කාර්යභාරය වූයේ චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් ආධාරයෙන් ප්ලාස්මාව රඳවාගෙන සිටීම ගැන වැඩිදුර පර්යේෂණක් සිදුකිරීමයි. අති නවීන ITER සැලසුම් කර ඇත්තේ එහි ප්ලාස්මාවේ බලය, දස ගුණයක ප්‍රතිලාභයක් (Q=10) එනම්, මෙගා වොට්ට් 50 MW ආදාන (input) තාප බලයෙන් මෙගා වොට්ට් 500 MW (fusion power) විලයන බලයක් ලබාගැනීම සඳහා ය.

ප්ලාස්මාව (plasma)යනු කුමක්ද?

ප්ලාස්මාව - ඝන, ද්‍රව හෝ වායූන්ගෙන් වෙනස් වූ අද්විතීය ගුණ ඇති ධන ආරෝපිත අංශු සහ නිදහස් චලිත ඉලෙක්ට්‍රෝන වලින් සාදන ලද ඉතාම උණුසුම්, ආරෝපිත සහ වායුවකට සමාන පදාර්ථයේ අයනීකෘත තත්වයකි. එය, අප ආශ්වාස කරන වාතයට වඩා මිලියන ගුණයකින් අඩු ඝනත්වයකින් යුත් ඉතා සියුම් පරිසරයකි. ෆියුෂන් (fusion) ප්ලාස්මාව සැහැල්ලු මූලද්‍රව්‍ය (පරමාණු) විලයනය කර ශක්තිය ලබා ගත හැකි කදිම පරිසරයක් නිර්මාණය කරයි.

මෙම තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාව සිදුකරනු ලබන්නේ සූර්යයා හා තාරකා තුල සිදුවන ප්‍රතික්‍රියා උදාහරණයට ගැනීමෙනි.

එනම් සූර්යයා තුල සිදුවන්නේ කුමක්ද?

අපට ආලෝකය ලෙස පෙනෙන්නේ සහ උණුසුම ලෙස දැනෙන්නේ අපගේ සූර්යයාගේ හරය (Core) තුළ ඇති විලයන (Fusion) ප්‍රතික්‍රියාවක ප්‍රතිඵලයකි. එනම් අධික වේගයකින් යුත් හයිඩ්‍රජන් න්‍යෂ්ටීන් ගැටීම නිසා බරින් වැඩි හීලියම් පරමාණු බවට විලයන (Fusion) වන ක්‍රියාවලියේදී දැවැන්ත ශක්ති ප්‍රමාණයක් මුදා හැරීමයි. එය වසර බිලියන ගණනක් පුරා සූර්යයා ඇතුළු විශ්වයේ තාරකාවල මෙම විලයන (Fusion) ප්‍රතික්‍රියාව සිදුවේ. විශ්වයේ ක්‍රියාත්මක වන ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය, මුල් විශ්වයේ හයිඩ්‍රජන් වලාවන් දැවැන්ත තාරකා වස්තූන් බවට පත් කිරීමට හේතු වී තිබේ. අපගේ සූර්යයා ඇතුළු තාරකාවල අධික ඝනත්වය සහ උෂ්ණත්වය තුළ මෙම විලයනය ආරම්භවී අඛන්ඩව සිදු වේ. සෑම තත්පරයකටම අපේ සූර්යයා හයිඩ්‍රජන් ටොන් මිලියන 600ක් පමන ප්‍රමාණයක් හීලියම් බවට පත් කරමින් අතිවිශාල ශක්ති ප්‍රමාණයක් නිකුත් කරයි. සූර්යයාගේ ගුරුත්වාකර්ෂණ බලයේ ආධාරයෙන් ප්ලාස්මාව ඉවතට නොයා රඳවාගනී. නමුත් පෘථිවිය මත විලයනය සාර්ථක කර ගැනීම සඳහා වෙනස් ක්‍රමවේදයක් අවශ්‍ය වේ.

විසිවන ශතවර්ෂයේ විලයන විද්‍යාව (fusion science) රසායනාගාර සැකසුමෙහි වඩාත් කාර්යක්ෂම විලයන ප්‍රතික්‍රියාව ලෙස හඳුනාගෙන ඇත්තේ හයිඩ්‍රජන් (H) සමස්ථානික ඩියුටීරියම් (D) සහ ට්‍රිටියම් (T) අතර ප්‍රතික්‍රියාවයි. ඩියුටීරියම් (D) -ට්‍රිටියම් (T) විලයන ප්‍රතික්‍රියාව "අඩුම" උෂ්ණත්වවලදී ඉහළම ශක්ති ප්‍රතිලාභය නිපදවයි. කෙසේ වෙතත් එයට සෙල්සියස් අංශක 150,000,000 ∘C ක උෂ්ණත්වයක් අවශ්‍යවන අතර සූර්යයා තුළ සිදුවන හයිඩ්‍රජන් ප්‍රතික්‍රියාවට වඩා දස ගුණයකින් වැඩිය.

ඩියුටීරියම් (D) සහ ට්‍රිටියම් (T) අතර තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාවේ (Thermonuclear fusion) මූලික මූලධර්මය.

මෙම Tokamak ඉන්ධන ලෙස භාවිතා කරන්නේ හයිඩ්රජන් සමස්ථානික දෙකකි එනම් ඩියුටීරියම් (D) සහ ට්‍රිටියම් (T) යන සමස්ථානිකයි. සාමාන්‍ය හයිඩ්‍රජන් න්‍යෂ්ටිය එක ප්‍රෝටෝනයකින් සමන්විතයි, නමුත් ඩියුටීරියම් න්‍යෂ්ටියේ ප්‍රෝටෝනයක් (1p) සහ එක් නියුට්‍රෝනයක් (1n) අඩංගු වන අතර ට්‍රිටියම් න්‍යෂ්ටියේ ප්‍රෝටෝනයක් (1p) සහ නියුට්‍රෝන (2n) දෙකක් අඩංගු වේ. මෙම ඩියුටීරියම් සහ ට්‍රිටියම් වල ප්‍රතික්‍රියාවේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස පරමානුක අංශු පහකින් (3n+2p) යුත් සංකීර්ණ න්‍යෂ්ටියක් ඇතිවන අතර එය ඉතාමත් අදික උෂ්ණත්ව යටතේ එය ඉතා අස්තායී නිසා හීලියම් (නිශ්ක්‍රීය වයුවක්) සහ එක් නිදහස් නියුට්‍රෝනයක් වලට බෙදී යයි. මෙම ක්‍රියාවේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස අධික තාපයකින් යුත් ප්ලාස්මයක් (10 million ∘C) හටගනී, නමුත් එහි උෂ්ණත්වය දසගුණයක් පමන ක්‍රියාව ආරම්භ කිරීමට දුන් තාපයට වඩා ඉහලය. එම නිසා මෙම තාප ශක්තිය ප්‍රයෝජනයට ගත හැකිය. හීලියම් යනු හානියක් නොවන නිෂ්ක්‍රීය වායුවකි. නිදහස් නියුට්‍රෝනයකට කෙටි ආයු කාලයක් ඇති අතර එය භයානක තත්වයක් ඇති නොකරයි.

ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන හීලියම් පරමාණුවේ ස්කන්ධය ආරම්භක පරමාණුවල නියම එකතුව නොවේ, කෙසේ වෙතත් - යම් ස්කන්ධයක් නැති වී විශාල ශක්තියක් ලබා ගෙන ඇත.

E=mc²

අයින්ස්ටයින්ගේ මෙම සුප්‍රසිද්ධ සූත්‍රයට අනුව: නැතිවූ ස්කන්ධයේ (m) කුඩා කොටස ආලෝකයේ වේගයේ (c²) වර්ගයෙන් ගුණ කළ විට, ඉතා විශාල සංඛ්යාව (E) ඇත, එය විලයන (fusion) ප්‍රතික්‍රියාව මගින් නිර්මාණය කරන ලද ශක්ති ප්‍රමාණයයි.

මෙම තාප ශක්තිය ප්‍රයෝජනයට ගත හැකි එක් විකල්පයක් වන්නේ ජලය රත් කිරීම මගින් ජල වාශ්ප නිපදවා, ටර්බයිනයක් ආධාරයෙන් විද්යුත් ජන්නයන්ත්රයක් කරකැවීමට සලස්වා මෙම ශක්තිය විදුලිබලය (විදුලිබලය උත්පාදනය) බවට පරිවර්තනය කිරීමයි. ප්‍රතික්‍රියාවේ ආරම්භය සඳහා ඩියුටීරියම් සහ ට්‍රිටියම් ඒකාබද්ධ කිරීමට, ඒවා එකිනෙකා දෙසට වේගවත් කළ යුතු අතර විශාල පරිමාවකින් යුත් මෙම වායු දෙකක මිශ්රණය රත් කිරීමෙන් සිදු කළ හැකිය. නමුත් මෙම ප්‍රතික්‍රියාව ITER පරිමාණයෙන් ක්‍රියාත්මක කිරීම සඳහා (කලින් ගනණය කරනලද අනුපාතයකට අනුව), මූලික ගණනය කිරීම් වලට අනුව, මිශ්‍රණය 150 million ∘C දක්වා රත් කිරීම අවශ්‍ය වේ. ITER යන්ත්‍රය තුළට මෙගාවොට් 10 MW බැගින් තාපය ලබා දෙන අයන සයික්ලොට්‍රෝන තාපන ඇන්ටෙනා පද්ධති දෙකක් මගින් අදියර කිහිපයකදී එය සිදුකරනුලබයි. එය මයික්‍රෝ වේව් (Microwave Oven) අවන් හි සිදුවන සිද්ධාන්තයට සමාන දෙයක් සිදුවේ. මයික්‍රෝ වේව් හි සිදුවන්නේ ආහාරවල ඇති ජල අණු කම්පනය වී එමඟින් ඝර්ෂණය ඇති කර තාපය ජනනය කිරීමයි. මෙහිදී සිදුවන්නේද එවැනි සිද්ධාන්තයකි. එනම් ඩ්යුටීරියම් සහ ට්‍රිටියම් පරමාණු වල වේගය වැඩි කිරීම මගින් අධිවේගයෙන් එකිනෙකා ගැටීමට සැලැස්වීමයි. එය සූර්යයා තුළ සිදුවන හයිඩ්‍රජන් ප්‍රතික්‍රියාවට වඩා දස ගුණයකින් උෂ්ණත්වය වැඩිය. මෙහිදී විශාල තාප ශක්තියක් වැයකිරීමට සිදුවන අතර එය කලින් සඳහන් කල පරිදි, ලැබෙන තාපයෙන් 10% (1/10) කි.

ITER තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාකාරකයේ (TOKAMAK) ව්‍යුහය:

1. මෙය ලොව විශාලතම තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාකාරකයයි.

එහි ප්‍රතික්‍රියාකාරක Toroidal කුටීරයේ අරය (Radius) 6.5m වන අතර එහි විශ්කම්භය 13m කි. කුටීරය තුල රඳවා ගතහැකි ප්ලස්මා ප්‍රමාණය ඝන මීටර 840 (840 m³)කි. එමෙන්ම, බර ටොන් 23000tක් වන අතර කුටීරයේ බිත්තියට උෂ්ණත්වය සෙල්සියස් අංශක මිලියන 150කට (150 million ∘C) වඩා දරාගත හෙකි වේ. උපරිම විලයන බලය (fusion power), මෙගා වොට්ට් (500 MW) කි.

2. ප්ලාස්මාව රඳවා තබා ගන්නා චුම්බක පද්ධතිය (Stellarator - Magnets)

Torodial සහ Polodial දඟර

මෙම දඟර නයෝබියම්-ටින් (niobium-tin (Nb3Sn)) හෝ නයෝබියම්-ටයිටේනියම් (niobium-titanium (Nb-Ti)) කම්බි වලින් ඔතා ඇති අතර කම්බි වල මුලු දිග කිලෝමීටර 100 000 km පමණ වේ. එමගින් උත්පාදනය වන චුම්බක ශක්තිය ගිගා ජූල්ස් 51(GJ)කි. මෙම දඟර උෂ්ණත්වය කෙල්වින් 4(K)දී එනම් සෙල්සියස් අංශක සෘණ -269 ∘C දී සුපිරි සන්නායක බවට පත්වේ. සුපිරි සන්නායක දඟරවලට සාම්ප්‍රදායික ඒවාට වඩා ඉහළ ධාරාවක් ගෙන යාමට සහ ශක්තිමත් චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් නිපදවීමට හැකි වේ. ඒවා ද අඩු බලයක් පරිභෝජනය කරන අතර, ක්‍රියා කිරීම ලාභදායී වේ. ITER හි දැවැන්ත චුම්බක පද්ධති සඳහා සුපිරි සන්නායක චුම්බක තාක්‍ෂණය එකම විකල්පයයි.

 

මෙහිදී චුම්බක පද්ධති දෙකක් මගින්, Torodial සහ Polodial චුම්බක ක්ෂේත්‍රයන් දෙකක් නිර්මාණය කර, එමගින් ප්ලාස්මාව රික්තක කුටීරය තුල, අංශු සර්පිලාකාර පථයක ගමන් කිරීමට සැලස්වීමෙන් ප්ලාස්මාව කුටීරයේ බිත්තිය මත ස්පර්ශ නොවී තබා ගැනීමට හැකිවේ.

මධ්‍යම සොලෙනොයිඩ් මොඩියුල (solenoid 6 modules)

මධ්‍යම සොලෙනොයිඩ් මොඩියුල යනු ITER හි චුම්බක පද්ධතියේ "කොඳු නාරටිය" වන අතර, දඟර සමග ධාරාව ඇතිවිට, චුම්බක ක්ෂේත්‍රය සාදා, ITER ප්ලාස්මාව වෙත බලගතු චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් ප්‍රේරණය කරයි.

උස මීටර් දහතුනක් (13m) වන අතර, පළල මීටර් හතරක් (4m) සහ බර ටොන් දහසක්(1000 tonnes), වන එය යන්ත්‍රයේ විශාලතම සහ බරින් අදික කොටස් වලින් එකකි. TOKAMAK ක්‍රියාත්මක වන විට ප්ලාස්මාව කුටීරයේ අවකාශයේ රඳවාගෙන එය කුටීරය තුල ධාවනය කරවයි.

රික්තක බහලුමය (Vacuum Vessel)

පිටත විෂ්කම්භය මීටර 19.4 metresක් සහ උස මීටර 11.4 metres වන මෙය Tokamakහි ද්විත්ව බිත්ති සහිත අවකාශයක් ඇති, වානේ බහාලුමක් වේ. මෙම බහලුමය තුල ප්ලස්මා කුටීරය පිහිටයි. එනම් ප්ලාස්මා කුටීරය රික්තක කුටීරයක් වේ. රික්තක බහලුමය, Tokamakහි පළමු ආරක්ෂිත බාධකයක් ලෙස ක්‍රියා කරන සංවෘත මුද්‍රා තබන ලද කුටීරයකි. රික්තක කුටීරය ප්ලාස්මා කුටීරය සඳහා රික්තක පරිසරයක් සපයයි. එය ප්ලාස්මාවේ ස්ථායීතාවය වැඩි කිරීමට ආධාර වනවා මෙන්ම, විකිරණශීලීතාව සඳහා මූලික සීමා බාධකයක් ලෙස ද ක්‍රියා කරයි. රික්තක කුටීරයේ, ද්විත්ව වානේ බිත්ති හරහා සංසරණය වන සිසිලන ජලය, Tokamak ක්‍රියාත්මක වන විට ජනනය වන තාපය ඉවත් කරයි. ඉතා වෙදගත් කරුනක් වනුයේ, දුරස්ථ පාලක මැදිරියේ සිට Tokamak හැසිරවීමේ මෙහෙයුම්, දෝෂ හඳුනාගැනීම, උණුසුම පාලනය, ඉන්ධන පාලනය සහ රික්ත පද්ධති පාලනය, මෙය හරහා සිදුවේ.

4. බ්ලැන්කට් (The blanket)

විලයන ප්‍රතික්‍රියාවේදී නිපදවන අධි ශක්ති නියුට්‍රෝන වලින් වානේ රික්තක බහාලුමය (Vacuum Vessel) සහ බාහිර යන්ත්‍ර, බ්ලැන්කට් එක මගින් ආරක්ෂා කරයි. රික්තක බහාලුමයේ අභ්‍යන්තර බිත්ති සම්පූර්ණයෙන්ම ආවරණය කරන බ්ලැන්කට් මොඩියුල 440 කින් ආවරණය වන අතර, විලයන ප්‍රතික්‍රියා මගින් නිපදවන තාපය හා අධි ශක්ති නියුට්‍රෝන වලින් වානේ ව්‍යුහය සහ සුපිරි සන්නායක ටොරොයිඩ් චුම්බක ක්ෂේත්‍ර ආරක්ෂා කරයි. බ්ලැන්කට් එක තුළ නියුට්‍රෝන මන්දගාමී වන විට, ඒවායේ චාලක ශක්තිය තාප ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වී ජල සිසිලනකාරකය මගින් තාපය ඉවතට ගෙනයනු ලැබේ. විලයන බලාගාරයකදී මෙම ශක්තිය විදුලි බල නිෂ්පාදනය සඳහා යොදා ගැනේ. Tokamak බ්ලැන්කට් එක මගින් 600 m² ක පෘෂ්ඨයක් ආවරණය වන Tokamakහි වඩාත්ම තීරණාත්මක සහ තාක්ෂණික වශයෙන් අභියෝගාත්මක කොටස් වලින් එකකි. මෙය divertor සමඟ එය සෘජුවම උණුසුම් ප්ලාස්මාවට මුහුණ දෙයි. ප්ලාස්මා ක්‍රියාකාරීත්වයේදී බලාපොරොත්තු වන අධික තාප තැන්පත් වීම හේතුවෙන්, ITER සක්‍රීයව ශීතකරණ ලද බ්ලැන්කට් ස්ථරයක් සමඟ ක්‍රියාත්මක වන පළමු විලයන උපාංගය (TOKAMAK)වේ. මෙය තුලට සිසිලන ජලය මෙගාපැස්කල් 4 MPa පීඩනයකින් සහ 70 °C උෂ්ණත්වයකින් යුත් ජල ප්රවාහයක් ඇතුල් කිරීම මගින් - මෙගාවොට් 736 MW දක්වා වූ උපරිම තාප බලය ඉවත් කිරීමට සැලසුම් කර ඇත.

ITER මෙහෙයුමේ පසුකාලීන අවස්ථා වලදී, ට්‍රිටියම් නැවත නිපදවීමේ සංකල්පය සඳහා ද්‍රව්‍ය පරීක්ෂා කිරීමට සමහර බ්ලැන්කට් මොඩියුල විශේෂිත මොඩියුල සමඟ ප්‍රතිස්ථාපනය කරනු ඇත. විශාල බලයක් නිපදවන අනාගත විලයන බලාගාර තම ට්‍රිටියම් ස්වයංනිශ්පාදනය සඳහා අවශ්‍ය වනු ඇත. ITER විසින් ට්‍රිටියම් ස්වයං පැවැත්ම පිළිබඳ මෙම අත්‍යවශ්‍ය සංකල්පය පරීක්ෂා කරනු ඇත.

5. ඩිවර්ටරය (Divertor)

රික්තක ප්ලාස්මා කුටීරයේ පතුලේ ස්ථානගත කර ඇති අතර, ඩිවර්ටරය ප්‍රතික්‍රියාකාරකයෙන් අපද්‍රව්‍ය (දැවි හීලියම්) පිටවීම පාලනය කර, ප්ලාස්මා දූෂණය අවම කරයි, එමෙන්ම අතිරික්ත තාපය (හීලියම් පිටකිරීම, දැවි හීලියම්) හා නියුට්‍රෝන මගින් අවට බිත්ති ආරක්ෂා කිරීමට ද දායක වේ. එමෙන්ම මෙය TOKAMAK යන්ත්‍රයේ ඉහළම තාපයට ඔරොත්තු දෙන අතර, නිරන්තරයෙන් මුහුණදෙන කොටසයි. මෙය සියලුම ලෝහවල ඉහළම ද්‍රවාංකය වන සෙල්සියස් අංශක 3400 °C සහිත ටංස්ටන් ලෝහයෙන් තනා ඇත.

ඩිවර්ටරයහි කොටස් 54න් සෑම කොටසකටම මල නොබැඳෙන වානේ ආධාරක ව්‍යුහයක් සහ ප්ලාස්මා මුහුණත කොටස් තුනක් අඩංගුවේ. ටංස්ටන් කොටස් ITER යන්ත්‍රයේ අවශ්‍යය තාප තත්ත්‍වයට ඔරොත්තු දෙන බව පෙන්නුම් කිරීම සඳහා, ප්ලාස්මා-මුහුණත කොටස් පූර්ණ-පරිමාණ මූලාකෘති කොටස් ITER සඳහා විශේෂෙයන් ගොඩනගා ඇති රුසියානු අධි තාප ප්‍රවාහ පරීක්ෂණාගරයක, පරීක්ෂණ වලට භාජනය කර, ඩිවර්ටරය සෑදීම සඳහා යොදා ගන්න ලදී.

6. සුපිරි ශීතකරණය ( Cryostat)

මල නොබැඳෙන වානේ වලින් මෙම සුපිරි ශීතකරණය (මීටර් 29m x 29m)තනා ඇත්තේ, Tokamak රික්තක කුටීරය (Vacuum Vessel) සහ සුපිරි සන්නායක චුම්බක (Magnets) වටා ඇති අතර අතිශය සිසිල්, රික්තක පරිසරයක් සහතික කරයි. මෙතෙක් ඉදිකර ඇති විශාලතම මල නොබැඳෙන වානේ අධි-රික්තක පීඩන කුටීරය ඝන මීටර 16,000 m³ වන අතර එය කොටස් වශයෙන් තනනු ලබන්නේ ඉන්දියාව විසිනි.

අයන සයික්ලොට්‍රෝන තාපන ඇන්ටෙනා පද්ධති දෙකෙන් එකක්. (ion cyclotron antenna = Heaters)

ITER යන්ත්‍රය තුළට මෙගාවොට් 10 MW බැගින් තාපය ලබා දෙන අයන සයික්ලොට්‍රෝන තාපන ඇන්ටෙනා පද්ධති දෙකෙන් එකක්. මෙය මගින් මයික්‍රෝවේව් අවන් (Microwave Oven) හි සිදුවන සිද්ධාන්තයට සමාන දෙයක් සිදුවේ.

 

ට්‍රිටියම් න්‍යෂ්ටික ඉන්ධන චක්‍රය

හයිඩ්‍රජන් විකිරණශීලී සමස්ථානිකයක් වන ට්‍රිටියම්, ඩියුටීරියම්-ට්‍රිටියම් (D-T) විලයන ප්‍රතික්‍රියාකාරක සඳහා ප්‍රධාන ඉන්ධනයකි. කෙසේ වෙතත්, ට්‍රිටියම් ස්වභාවිකව බහුල නොවන අතර කෘතිමව නිපදවිය යුතුය. මීට අමතරව, ට්‍රිටියම් වලට සාපේක්ෂව කෙටි අර්ධ ආයු කාලයක් (අවුරුදු 12 කි) ඇත. ප්‍රායෝගික D-T ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක විලයන ප්‍රතික්‍රියා පවත්වා ගැනීම සඳහා කාර්යක්ෂම ට්‍රිටියම් අභිජනන සහ නිස්සාරණ ක්‍රම දියුණු කිරීම අත්‍යවශ්‍ය වේ.

ITER මෙහෙයුමේ පසු අවධීන් සඳහා වූ එක් මෙහෙයුමක් වන්නේ Tokamak රික්තකය තුළ ලිතියම් (ලිතියම් සමස්ථානික Li-6) වලින් ට්‍රිටියම් නිෂ්පාදනය කිරීමේ හැකියාව ප්‍රවර්ධනය කිරීමයි. අනාගත බලාගාරවල අවශ්‍යතා සපුරාලීමට ලෝකයේ ට්‍රිටියම් සැපයුම ප්‍රමාණවත් නොවේ. Tokamak තුල ට්‍රිටියම් නිෂ්පාදනය කිරීමේ බ්ලැන්කට් සහ ඉන්ධන චක්‍ර පරීක්ෂා කිරීම සඳහා තවමත් පරීක්ෂණ පවත්වයි, නමුත් මහා පරිමාණ ට්‍රිටියම් නිෂ්පාදනය සහ ප්‍රතිචක්‍රීකරණය ඵලදායී ලෙස කිරීමට වැඩිදුර පර්යේෂණ අවශ්‍ය වේ.

ශක්තිය ග්‍රහණය කර ගැනීම.

හීලියම් හි න්‍යෂ්ටිය tokamak තුළ චුම්බක ක්ෂේත්‍ර වලට යටත් වන විද්යුත් ආරෝපණයක් දරයි, එමනිසා හීලියම් ප්ලාස්මාව අඛණ්ඩව උනුසුම් කිරීමට ද දායක වන අතර එය ප්ලාස්මාව තුළ සීමා කරයි. කෙසේ වෙතත්, නිපදවන ශක්තියෙන් ආසන්න වශයෙන් 80% ක් ප්ලාස්මාවෙන් ඉවතට ගෙන යනු ලබන්නේ විද්‍යුත් ආරෝපණයක් නොමැති නියුට්‍රෝනය මගිනි. නියුට්‍රෝන tokamak හි අවට බිත්ති මගින් අවශෝෂණය කර ගන්නා අතර එහිදී ඒවායේ චාලක ශක්තිය තාපය බවට පරිවර්තනය කරනු ලැබේ. ITER හි, මෙම තාපය tokamak බිත්තිවල සංසරණය වන සිසිලන ජලය මගින් ග්‍රහණය කර, මෙම තාපය වාෂ්ප නිපදවීමට සහ - ටර්බයින සහ ප්‍රත්‍යාවර්තක (විදුලිය ජනකය) මගින් - විදුලිය නිපදවීමට භාවිතා කර, අවසානයේ වාෂ්ප සිසිලන කුළුණු වෙත යවනු ලැබේ. මෙවැනි බලාගාර වලින් උත්පාදනය කල ශක්තිය අප දන්නා අනෙකුත් සියලුම බලශක්ති ප්‍රභවයන්ට වඩා එතාම ඉහලය. උදාහරණයක් ලෙස, ගල් අඟුරු, තෙල් හෝ ගෑස් දහනය වැනි රසායනික ප්‍රතික්‍රියාවකට වඩා මිලියන හතර ගුණයකින් වැඩි ශක්තියක් සහ න්‍යෂ්ටික විඛණ්ඩනයට වඩා හතර ගුණයකින් වැඩි ශක්තියක් ලබාගත හැකියි.

විදුලිය උත්පාදනය සඳහා කාර්යක්ෂමව තාපය ඉවත් කිරීම

විලයනය ඉහළම ශක්ති ප්‍රතිලාභයකින් යුත් ශක්තියක් නිපදවන අතර, ටොකාමාක් (tokamak)හි විලයන ප්‍රතික්‍රියාකාරකවල භෞතික ව්‍යුහය සංවුර්ත රික්තකයක් වන අතර, විලයන ප්‍රතික්‍රියාවෙන් නිපදවන තාපය කාර්යක්ෂමව ඉවත් කිරීමට සාම්ප්‍රදායික තාප ඉවත් කිරීමේ සැලසුම් ප්‍රමාණවත් නොවේ. එයට හේතුව, ෆොසිල ඉන්ධන හෝ න්‍යෂ්ටික විඛණ්ඩන බලාගාරවල භාවිතා වන සාම්ප්‍රදායික තාප ඉවත් කිරීමේ සැලසුම් තාප උත්පාදන ක්‍රියාවලියට සෘජුවම සම්බන්ධ වන අතර, විලයන ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක එවැනි ක්‍රම භවිතා කලහොත්, ප්ලාස්මාවට බාධා කර විලයන ප්‍රතික්‍රියාව නතර කරයි. ITER හි සැලසුම තාපය ඉවත් කිරීම සකසා ඇති, නමුත් ප්‍රායෝගික විදුලි උත්පාදනය සඳහා කාර්යක්ෂමතාව ඉහළ නැංවීම සඳහා තවත් පර්යේෂණ සහ සංවර්ධනය සිදුකරයි.

මෙම තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාකාරකය ITER, පිරිවැය ඇමරිකානු ඩොලර් බිලියන 45-65 කින් සමන්විත ලොව වඩාත් විශාලතම බලශක්ති ව්‍යාපෘතිය වීමට හේතුව:

• තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාව සඳහා ඉන්ධන අසීමිත ලෙස සංචිත පවතින අතර වසර මිලියන ගණනක් පවතිනු ඇත. එනම් ඩියුටීරියම් සාගරයේ පවතින අතර න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක් ආධාරයෙන්, ට්‍රිටියම් ලිතියම් වලින් අසීමිත ප්‍රමාණවලින් නිපදවිය හැකිය.
• කිසියම් හේතුවක් නිසා, තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාව පාලනය කළ නොහැකි උවහොත් පිපිරීමක් සිදු නොවේ. තාප න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාකාරකය ස්වයංක්‍රීයව නවතින අතර ප්‍රතික්‍රියාව නිවීයාම සිදුවේ. කිසියම් හේතුවක් නිසා, එසේ නොවුනද එය එතරම් හානිදායක නොවේ. විකිරණශීලී අපද්‍රවය ඇත්තේ ඉතාම සුළු ප්‍රමාණයක් නිසා එය එතරම් හානිදායක නොවේ.
• ඉතාමත් පරිසර හිතකාමී වන අතර විමෝචනයක් නොමැත. අවසන් පතිඵලය ලෙස හීලියම් සහ නියුට්‍රෝන ලැබෙන අතර හීලියම්, ප්‍රතික්‍රීයක පරමාණු වලට වඩා බරින් වැඩිනිසා එය ප්ලස්මයේ පහල ස්ථරයක් ලෙස පවතී. එමෙන්ම එය, ප්ලාස්මාව තවත් උණුසුම් කිරීමට ආධාර වේ. ඉතාමත් ඉහළ චාලක ශක්තියක් සහිත නියුට්රෝන නිසා Toroidal කුටීරය තුල ගැමා විකිරණශීලී (Gamma Rays) වන නමුත්, සාමාන්‍ය න්‍යෂ්ටික විඛණ්ඩන ප්‍රතික්‍රියාවේ (Nuclear fission power plants) මෙන්, විකිරණශීලී න්‍යෂ්ටික අපද්‍රව්‍ය නිපදවන්නේ නැත.

මෙම ITER ව්‍යාපෘතිය මූලික අඩිතාලම දැමූවේ 1985 දීය. එහි, මේ දකවා වර්ධනය කාලානුක්‍රමික අනුපිළිවෙල මෙසේ දැක්විය හැකිය :

• 1985 : මෙම ව්‍යාපෘතිය මුලින්ම සංකල්පනය කරන ලදී.
• 1988-1990: සංකල්පීය සැලසුම් ක්‍රියාකාරකම් සිදු විය.
• 1992-1998: ඉංජිනේරු නිර්මාණ කටයුතු සිදු විය.
• 2001: පළමු නිර්මාණය සම්පූර්ණ කරන ලදී.
• 2005: ව්‍යාපෘතිය ප්‍රංශයේ ස්ථානගත කිරීමට තීරණය කිරීමෙන් පසු, පළමු කණ්ඩායම් ප්‍රංශයට පැමිණීම.
• 2006: නියොජිතයන් විසින් ITER ගිවිසුමේ අත්සන් තබන ලදී
• 2007: ITER සංවිධානය නිල වශයෙන් පිහිටුවන ලදී.
• 2010: ITER බලාගාරය සහ සහායක ගොඩනැගිලි ඉදිකිරීම් ආරම්භ කරන ලදී.
• 2012: න්‍යෂ්ටික බලපත්‍ර ලබාගැනීම: ITER ප්‍රංශ නීතිය යටතේ මූලික න්‍යෂ්ටික ස්ථාපනයක් බවට පත් විය.
• 2020: යන්ත්‍ර සූත්‍ර එකම ගබඩාවකට ගෙන ඒම ආරම්භ විය.
• 2023: Tokamak ගොඩනැගිලි සිවිල් වැඩ නිම කිරීම.
• 2024: (ජුනි) ITER කවුන්සිලයට ඉදිරිපත් කරන ලද ITER මූලික යෝජනාව යාවත්කාලීන කරන ලදී
• 2034: ප්‍රතික්‍රියාව ආරම්භ කිරීමට නියමිතය.

ITER විලයන ප්‍රතික්‍රියාකාරකය දැනට 2034 දී ප්‍රතික්‍රියාව ආරම්භ කිරීමට සැලසුම් කර ඇත, එය මුල් සැලැස්මට වඩා දශකයකට පමණ පසුවය, එයට හේතුව:

• COVID-19 වසංගතය.
• Tokamak හි ගුණාත්මක ගැටළු.
• ඕනෑවට වඩා ශුභවාදී සැලසුම්.
• යුරෝ බිලියන 5ක (€5 billion) පිරිවැයක් ඇස්තමේන්තු කර ඇති අක්‍රිය කොටස් අලුත්වැඩියා කිරීමේ අවශ්‍යතාවය.
• සමහර රටවල අස්ථාවර දේශපාලන තත්ත්වය.

ITER ව්‍යාපෘතියේ සිවිල් ඉදිකිරීම් සම්පුර්ණ වී ඇත. එය ප්‍රංශයේ Saint Paul-lez-Durance හි ඉදිකර ඇති අතර යන්ත්‍ර එකලස් කිරීම සිදු වෙමින් පවතී, එමෙන්ම එක්සත් ජනපදයේ සිට මධ්‍යම සොලෙනොයිඩ් මොඩියුල හයෙන් හතරක් ලැබී ඇත.. ඉතිරි මොඩියුල දෙක 2024 දී ලැබීමට නියමිත වේ. අනෙකුත් අත්‍යවශ්‍ය දෘඩාංග පද්ධති සැකසීම සහ ස්ථාපනය සඳහා ප්‍රවාහනය කිරීම අඛන්ඩව සිදු වෙමින් පවතියි.

චීනයේ පර්යේෂණාත්මක උසස් සුපිරි සන්නායක ටොකාමැක් - EAST

චීනයේ පර්යේෂණාත්මක උසස් සුපිරි සන්නායක ටොකාමැක් (Experimental Advanced Superconducting Tokamak - EAST) "කෘතිම සූර්යයා" ලෙසද හැඳින්වෙන මෙම ටොකාමැක් (EAST) එක, 2025 ජනවාරි 20 වන දින නව ලෝක වාර්තාවක් පිහිටුවා ඇත. ප්ලාස්මාව තත්පර 1,066 ක (මිනිත්තු 17 තත්පර 46) කාලයක් පවත්වා ගැනීමෙන් මෙම ජයග්‍රහණය අත්කර ගත් අතර පිරිසිදු හා අසීමිත බලශක්ති ප්‍රභවයක් ලෙස විලයන බලය සංවර්ධනය කිරීමේ ගවේෂණයේ සැලකිය යුතු ඉදිරි පියවරක් සනිටුහන් කරයි.

මෙම සන්ධිස්ථානය 2023 දී EAST විසින් පිහිටුවන ලද තත්පර 403 ක පෙර වාර්තාව ඉක්මවා යයි. වාර්තා බිඳ දැමීමේ අත්හදා බැලීම චීන විද්‍යා ඇකඩමියේ කොටසක් වන හෙෆෙයි භෞතික විද්‍යා ආයතන (Hefei Institutes of Physical Science - HFIPS) හි ප්ලාස්මා භෞතික විද්‍යා ආයතනය ( Institute of Plasma Physics - ASIPP) විසින් පවත්වන ලදී.