চীনের যুগান্তকারী সুপার স্টিল: ফিউশন চুল্লির পরবর্তী প্রজন্মকে শক্তি জোগানো উপাদান

চীনের সুপার স্টিল: পারমাণবিক ফিউশনে এক ধাপ অগ্রগতি

নক্ষত্রের শক্তিকে কাজে লাগানোর প্রচেষ্টায় পারমাণবিক ফিউশনকে পরিচ্ছন্ন ও অফুরন্ত শক্তির পবিত্র গ্রেইল হিসেবে বিবেচনা করা হয়। তবে পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের সংযোজনের পদার্থবিজ্ঞান যতটা দুরূহ, তার মতোই বড় আরেকটি চ্যালেঞ্জ দীর্ঘদিন আড়ালে রয়ে গেছে: ফিউশন চুল্লির ভেতরের চরম পরিবেশ সহ্য করার মতো যথেষ্ট শক্তিশালী উপাদান খুঁজে পাওয়া। ২০২৩ সালে চীনা বিজ্ঞানীরা CHSN01—চায়না হাই-স্ট্রেংথ লো-টেম্পারেচার স্টিল নং ১—উন্নয়ন ও ব্যবহারের ঘোষণা দিয়ে এক যুগান্তকারী অগ্রগতির কথা জানান। বিশেষভাবে তৈরি এই সংকর ধাতু এখন বিশ্বের প্রথম ফিউশনভিত্তিক পারমাণবিক বিদ্যুৎ উৎপাদন চুল্লির কেন্দ্রে রয়েছে। এই অর্জন উপাদানবিজ্ঞানে এক গুরুত্বপূর্ণ মুহূর্তের সূচনা করেছে এবং ব্যবহারিক ফিউশন শক্তির লক্ষ্যে বৈশ্বিক প্রতিযোগিতাকে ত্বরান্বিত করতে পারে।

ফিউশন চুল্লিতে সুপার স্টিল কেন দরকার

ফিউশন চুল্লি এমন পরিবেশে কাজ করে, যা আধুনিক প্রকৌশলের সক্ষমতার সীমা পরীক্ষা করে। এর কেন্দ্রে থাকে শক্তিশালী অতিপরিবাহী চুম্বক, যেগুলো ২০ টেসলা পর্যন্ত চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে—পৃথিবীর চৌম্বক ক্ষেত্রের চেয়ে প্রায় ৪ লাখ গুণ শক্তিশালী। এই চুম্বকগুলোকে পরম শূন্যের কাছাকাছি তাপমাত্রায় (মাইনাস ২৬৯ ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত) কাজ করতে হয়, একই সঙ্গে সূর্যের কেন্দ্রের চেয়েও উত্তপ্ত প্লাজমাকে আবদ্ধ রাখতে হয়। এই চুম্বকগুলোকে ঘিরে থাকা কাঠামোগত উপাদানগুলোকে একই সঙ্গে তীব্র শীত, বিপুল চৌম্বকীয় চাপ এবং বারবার যান্ত্রিক ভার সহ্য করতে হয়।

প্রচলিত উপাদানগুলো, এমনকি চরম পরিবেশের জন্য তৈরি উপাদানও, এত কম তাপমাত্রায় প্রায়ই ভঙ্গুর হয়ে যায় বা শক্তি হারায়। কয়েক দশক ধরে ফ্রান্সের আন্তর্জাতিক তাপপরমাণবিক পরীক্ষামূলক চুল্লির (আইটিইআর) মতো ফিউশন প্রকল্পে মানদণ্ড হিসেবে ব্যবহৃত হয়েছে 316LN স্টেইনলেস স্টিল—ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় উচ্চ শক্তি ও নমনীয়তার জন্য তৈরি একটি উপাদান। কিন্তু ফিউশন নিয়ে উচ্চাকাঙ্ক্ষা বাড়ার সঙ্গে সঙ্গে উপাদানের ওপর চাহিদাও বেড়েছে। ভবিষ্যতের চুল্লিগুলোতে নিরাপত্তা ও দক্ষতা নিশ্চিত করতে আরও শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র এবং আরও মজবুত উপাদানের প্রয়োজন হবে।

CHSN01 তৈরির এক দশকব্যাপী যাত্রা

CHSN01-এর গল্প বৈজ্ঞানিক অধ্যবসায় ও উদ্ভাবনের। চীনা গবেষকেরা এক দশকেরও বেশি আগে এই উদ্যোগ শুরু করেন। তাঁরা বুঝতে পেরেছিলেন, পরবর্তী প্রজন্মের ফিউশন চুল্লির জন্য বিদ্যমান উপাদানগুলো যথেষ্ট হবে না। ২০১১ সালে চাইনিজ অ্যাকাডেমি অব সায়েন্সেসের একটি দল ফিউশন চুল্লির চুম্বকের জন্য প্রথম কার্যকর উপাদান তৈরি করে, তবে ভবিষ্যতের চুল্লিগুলোর জন্য প্রয়োজনীয় কর্মক্ষমতা তখনো অর্জিত হয়নি।

টেকনিক্যাল ইনস্টিটিউট অব ফিজিকস অ্যান্ড কেমিস্ট্রির শীর্ষস্থানীয় গবেষক লি লাইফেং ছিলেন তাঁদের একজন, যিনি বর্তমান উপাদানগুলোর সীমাবদ্ধতা বুঝতে পেরেছিলেন। তিনি উল্লেখ করেন, আইটিইআরের চুম্বকগুলো ১১.৮ টেসলা চৌম্বক ক্ষেত্রের জন্য তৈরি হলেও ভবিষ্যতের চুল্লিগুলোকে আরও শক্তিশালী ক্ষেত্র সামলাতে হবে। তা ছাড়া, আইটিইআর নিজেই একটি গবেষণা কেন্দ্র; বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য এটি তৈরি করা হয়নি। অন্যদিকে, চীনের লক্ষ্য ছিল একটি কার্যকর ফিউশন বিদ্যুৎকেন্দ্র নির্মাণ।

২০১৭ সালের মধ্যে চীনা বিজ্ঞানীরা স্টিলের উপাদান-সংগঠনে পরিবর্তন এনে অগ্রগতি করেন—শক্তি ও দৃঢ়তা বাড়াতে ভ্যানাডিয়াম যোগ করেন এবং কার্বন ও নাইট্রোজেনের মাত্রা সমন্বয় করেন। তবু ফিউশন-গ্রেড কর্মক্ষমতার জন্য প্রয়োজনীয় কঠোর মানদণ্ড উপাদানটি পূরণ করতে পারেনি। অনেক আন্তর্জাতিক বিশেষজ্ঞ সন্দিহান ছিলেন। তাঁদের ধারণা ছিল, 316LN-এর চেয়ে ভালো উপাদান তৈরি করা প্রায় অসম্ভব। এক বিদেশি বিজ্ঞানীর ভাষায়,

এই পরিস্থিতিতে 316LN-এর চেয়ে ভালো কিছু তৈরি করা একেবারেই অসম্ভব।

২০২০ সালে এই অচলাবস্থা কাটে, যখন ক্রায়োজেনিক পদার্থবিজ্ঞানের শীর্ষস্থানীয় বিশেষজ্ঞ এবং চীনের সর্বোচ্চ বিজ্ঞান পুরস্কার বিজয়ী, প্রখ্যাত পদার্থবিজ্ঞানী ঝাও ঝংশিয়ান প্রকল্পে যোগ দেন। তাঁর দক্ষতা ও নেতৃত্ব একটি গুরুত্বপূর্ণ সময়ে প্রকল্পের গতি বদলে দেয় এবং দলকে শেষ বাধাগুলো পেরিয়ে এগিয়ে যেতে সহায়তা করে।

নতুন মানদণ্ড নির্ধারণ

২০২১ সালে চীন ফিউশন চুল্লির উপাদানের জন্য কঠোর নতুন মানদণ্ড নির্ধারণ করে: ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় ১,৫০০ এমপিএ (মেগাপাসকেল) ফলন-শক্তি এবং ২৫ শতাংশের বেশি প্রসারণক্ষমতা। এই চাহিদা বিদ্যমান উপাদানগুলোর সক্ষমতার অনেক ঊর্ধ্বে ছিল। ফিউশন বিশেষজ্ঞ লি জিয়াংগাং উন্নত স্টিল তৈরির গুরুত্ব তুলে ধরে বলেন, ফিউশন শক্তির ভবিষ্যতের জন্য এটি অপরিহার্য।

একই বছর লি লাইফেং একটি জাতীয় গবেষণা জোট গঠনের নেতৃত্ব দেন। নতুন দেশীয় ক্রায়োজেনিক স্টিল তৈরির লক্ষ্যে এতে গবেষণা প্রতিষ্ঠান, কোম্পানি ও ওয়েল্ডিং বিশেষজ্ঞদের একত্র করা হয়। এর ফল ছিল CHSN01—এমন এক উপাদান, যা শিগগিরই সবচেয়ে কঠিন পরিবেশেও নিজের কার্যকারিতা প্রমাণ করে।

CHSN01 কেন অনন্য?

CHSN01 আরেকটি সাধারণ স্টেইনলেস স্টিল নয়। এটি ফিউশন চুল্লির বিশেষ ধরনের চাপ সহ্য করার জন্য তৈরি উচ্চ-শক্তির নিম্ন-তাপমাত্রার সংকর ধাতু। পরিবর্তিত N50 স্টেইনলেস স্টিলের ভিত্তিতে তৈরি CHSN01-এ কার্বনের পরিমাণ অত্যন্ত কম, নিকেলের পরিমাণ বেশি এবং অক্সিজেনের পরিমাণ কম। এই পরিবর্তনগুলো ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় উপাদানটিকে অসাধারণ যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য দিয়েছে।

যান্ত্রিক পরীক্ষায় দেখা গেছে, ৪.২ কেলভিন তাপমাত্রায় (পরম শূন্যের সামান্য ওপরে) CHSN01-এর ফলন-শক্তি ১,৫০০ এমপিএর বেশি হতে পারে; একই সঙ্গে এটি উচ্চ নমনীয়তা ও ক্লান্তি-প্রতিরোধ ক্ষমতা বজায় রাখে। অর্থাৎ, স্টিলটি ফাটল না ধরে বা অখণ্ডতা না হারিয়ে চাপের ৬০ হাজার পর্যন্ত পুনরাবৃত্ত চক্র সহ্য করতে পারে। স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি ও এনার্জি-ডিসপারসিভ স্পেকট্রোস্কোপি পরীক্ষায় উপাদানগুলোর সমসত্ত্ব বণ্টন নিশ্চিত হয়েছে, যা পুরো উপাদানজুড়ে একই রকম কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করে।

ক্লান্তি-প্রতিরোধ ও নিরাপত্তা

ফিউশন চুল্লির উপাদানগুলোর ক্ষেত্রে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ চ্যালেঞ্জগুলোর একটি হলো ক্লান্তি-প্রতিরোধ ক্ষমতা। প্লাজমাকে উত্তপ্ত করা সেন্ট্রাল সোলেনয়েড (CS) চুম্বকটি পরিবর্তী বিদ্যুতে কাজ করে এবং বারবার চাপের চক্রের মুখে পড়ে। স্টিলে কোনো ত্রুটি থাকলে তা সময়ের সঙ্গে বড় হতে পারে এবং শেষ পর্যন্ত বিপর্যয়কর ব্যর্থতার কারণ হতে পারে।

এই সমস্যা মোকাবিলায় গবেষকেরা CHSN01-এর জ্যাকেটে সর্বোচ্চ কত বড় ত্রুটি গ্রহণযোগ্য, তা নির্ধারণে উন্নত মডেলিং ও পরীক্ষামূলক পরীক্ষা ব্যবহার করেন। ফলাফলে দেখা যায়, শুরুতে ছোটখাটো ত্রুটি থাকলেও উপাদানটি ফিউশন চুল্লির পরিচালনাগত চাহিদা নিরাপদে সহ্য করতে পারে। ফিউশন বিদ্যুৎকেন্দ্রের দীর্ঘমেয়াদি নিরাপত্তা ও দক্ষতার জন্য এই নির্ভরযোগ্যতা অত্যন্ত জরুরি।

গবেষণাগার থেকে চুল্লিতে: কাজে CHSN01

২০২৩ সালের আগস্টে নিশ্চিত করা হয়, ২০ টেসলা চৌম্বক ক্ষেত্র সামলানো এবং উচ্চ ক্লান্তি-প্রতিরোধ ক্ষমতা বজায় রেখে ১,৩০০ এমপিএ চাপ সহ্য করাসহ সব গুরুত্বপূর্ণ মানদণ্ড CHSN01 পূরণ করেছে। এরপরই চীনের BEST (ব্রেকথ্রু এক্সপেরিমেন্টাল সুপারকন্ডাক্টিং টোকামাক) ফিউশন চুল্লিতে এটি ব্যবহার শুরু হয়। চুল্লিটির সংযোজনকাজ শুরু হয় ২০২৩ সালের মে মাসে এবং ২০২৭ সালের মধ্যে শেষ হওয়ার কথা।

চুল্লির জন্য সংযোজিত ৬ হাজার টনেরও বেশি যন্ত্রাংশের মধ্যে ৫০০ টন কন্ডাক্টর জ্যাকেট দেশেই উৎপাদিত CHSN01 স্টিল দিয়ে তৈরি। এই জ্যাকেটগুলো চুল্লির শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরির অতিপরিবাহী তারগুলোকে ঘিরে রাখে, যা কাঠামোগত অখণ্ডতা ও পরিচালনাগত নিরাপত্তা নিশ্চিত করে।

আন্তর্জাতিক সহযোগিতা ও প্রতিযোগিতা

CHSN01 তৈরিতে চীনের অর্জন ফিউশন শক্তি উন্নয়নের বৃহত্তর আন্তর্জাতিক প্রচেষ্টার অংশ। ফ্রান্সের আইটিইআর এবং যুক্তরাষ্ট্রের SPARC-এর মতো প্রকল্পগুলোও উপাদানবিজ্ঞান ও প্রকৌশলের সীমা প্রসারিত করছে। তবে নিজস্ব সুপার স্টিল তৈরির চীনা সিদ্ধান্ত বিদেশি প্রযুক্তির ওপর নির্ভরতা কমানো এবং বৈশ্বিক ফিউশন প্রতিযোগিতায় নেতৃত্বের অবস্থান নেওয়ার কৌশলগত পদক্ষেপ।

Applied Sciences সাময়িকীতে প্রকাশিত পিয়ার-রিভিউড এক গবেষণা অনুযায়ী, CHSN01-এর জ্যাকেট আইটিইআরে ব্যবহৃত উপাদানের কর্মক্ষমতা শুধু পূরণই করে না, ছাড়িয়েও যায়। এতে আরও বড় ত্রুটি সহনীয় হয় এবং নিরাপত্তার ব্যবধান বাড়ে। ফলে কার্যকর ফিউশন বিদ্যুৎকেন্দ্র নির্মাণের পথে এগিয়ে যাওয়ার ক্ষেত্রে চীন উল্লেখযোগ্য সুবিধা পেয়েছে।

ফিউশনের বাইরেও: CHSN01-এর ভবিষ্যৎ

CHSN01 বিশেষভাবে ফিউশন চুল্লির জন্য তৈরি হলেও এর অনন্য বৈশিষ্ট্য একে আরও নানা ক্ষেত্রে আকর্ষণীয় করে তুলেছে। উচ্চ শক্তি, নিম্ন তাপমাত্রায় কার্যকারিতা এবং ক্লান্তি-প্রতিরোধ ক্ষমতার সমন্বয় মহাকাশ, ক্রায়োজেনিকস ও উন্নত উৎপাদনশিল্পের মতো ক্ষেত্রকে উপকৃত করতে পারে।

চীনা গবেষকেরা ইতিমধ্যে অন্যান্য উচ্চপ্রযুক্তির প্রকল্পে CHSN01 ব্যবহারের সম্ভাবনা খতিয়ে দেখতে শুরু করেছেন; আন্তর্জাতিক অংশীদারদের আগ্রহও বাড়ছে। বিশ্ব যখন আরও পরিচ্ছন্ন ও টেকসই শক্তির উৎসের দিকে এগোচ্ছে, তখন CHSN01-এর মতো উপাদান নতুন প্রযুক্তি বাস্তবায়নে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রাখবে।

বিশ্বের জ্বালানি খাতে প্রভাব

কার্যকর ফিউশন চুল্লিতে CHSN01-এর সফল ব্যবহার শুধু বৈজ্ঞানিক মাইলফলক নয়—এটি ইঙ্গিত দেয়, ব্যবহারিক ফিউশন শক্তি অনেক বিশেষজ্ঞের আগের ধারণার চেয়ে কাছাকাছি। ফিউশন প্রায় অফুরন্ত পরিচ্ছন্ন শক্তির জোগানের প্রতিশ্রুতি দেয়; এতে গ্রিনহাউস গ্যাস নিঃসরণ নেই এবং তেজস্ক্রিয় বর্জ্যও সামান্য। চীনের BEST চুল্লি লক্ষ্য পূরণ করতে পারলে বিশ্বজুড়ে বাণিজ্যিক ফিউশন বিদ্যুৎকেন্দ্র স্থাপনের পথ তৈরি হতে পারে।

এক আন্তর্জাতিক সংবাদমাধ্যমের ভাষায়,

এই উন্নত স্টিলের ব্যবহারকে ব্যবহারিক পারমাণবিক ফিউশন শক্তি অর্জনের বৈশ্বিক প্রতিযোগিতায় উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি হিসেবে দেখা হচ্ছে।

চ্যালেঞ্জ ও পরবর্তী পদক্ষেপ

উদ্দীপনা সত্ত্বেও বড় চ্যালেঞ্জ এখনো রয়ে গেছে। ফিউশন চুল্লি নির্মাণ ও পরিচালনা অত্যন্ত জটিল কাজ; এর জন্য উন্নত উপাদানের পাশাপাশি প্লাজমা পদার্থবিজ্ঞান, অতিপরিবাহী প্রযুক্তি এবং বৃহৎ পরিসরের প্রকৌশলে অগ্রগতি প্রয়োজন। BEST চুল্লির নির্মাণকাজ এখনো চলছে, আর ফিউশন শক্তি বাণিজ্যিকভাবে বাস্তবায়িত হতে পরীক্ষানিরীক্ষা ও পরিমার্জনে আরও কয়েক বছর লাগবে।

তা সত্ত্বেও, CHSN01-এর উন্নয়ন এক বড় অগ্রগতির প্রতিনিধিত্ব করে। এটি দেখায়, ধারাবাহিক বিনিয়োগ, সহযোগিতা ও বৈজ্ঞানিক উদ্ভাবনী ক্ষমতা থাকলে সবচেয়ে দুরূহ প্রযুক্তিগত বাধাও অতিক্রম করা সম্ভব।

সংক্ষেপে

• পারমাণবিক ফিউশন চুল্লির ভেতরের চরম পরিবেশের জন্য চীন CHSN01 নামে যুগান্তকারী সুপার স্টিল তৈরি করেছে।
• ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় CHSN01 অসাধারণ শক্তি, নমনীয়তা ও ক্লান্তি-প্রতিরোধ ক্ষমতা দেয় এবং 316LN স্টেইনলেস স্টিলের মতো আগের উপাদানগুলোর চেয়ে ভালো কর্মক্ষমতা দেখায়।
• উপাদানটি এখন চীনের BEST ফিউশন চুল্লিতে ব্যবহৃত হচ্ছে, যা ব্যবহারিক ফিউশন শক্তি অর্জনের বৈশ্বিক প্রতিযোগিতায় একটি গুরুত্বপূর্ণ মাইলফলক।
• CHSN01-এর অনন্য বৈশিষ্ট্য ফিউশনের বাইরেও কাজে লাগতে পারে, যেমন মহাকাশ ও ক্রায়োজেনিকস শিল্পে।
• চ্যালেঞ্জ থাকলেও, CHSN01-এর সফল ব্যবহার পরিচ্ছন্ন ও অফুরন্ত ফিউশন শক্তির স্বপ্নকে বাস্তবতার আরও এক ধাপ কাছে নিয়ে এসেছে।