চীনের CHSN01 সুপার স্টিল: পরবর্তী প্রজন্মের পারমাণবিক ফিউশন রিঅ্যাক্টরের শক্তি জোগানো যুগান্তকারী উদ্ভাবন

চীনের সুপার স্টিলের যুগান্তকারী উদ্ভাবন: পারমাণবিক ফিউশনের নতুন যুগ

আন্তর্জাতিক বিশেষজ্ঞরা একসময় যাকে "একেবারেই অসম্ভব" বলে মনে করেছিলেন, সেই কাজই করে দেখিয়েছেন চীনা বিজ্ঞানীরা। তাঁরা তৈরি করেছেন বৈপ্লবিক এক ইস্পাত সংকর ধাতু—CHSN01—যা পারমাণবিক ফিউশন প্রযুক্তিতে সম্ভাবনার সংজ্ঞা বদলে দিচ্ছে। ফিউশন রিঅ্যাক্টরের ভেতরে প্রবল চৌম্বকীয় বল এবং পরম শূন্যের কাছাকাছি তাপমাত্রা সহ্য করার উপযোগী করে তৈরি এই সুপার স্টিল ইতিমধ্যেই চীনের বার্নিং প্লাজমা এক্সপেরিমেন্ট সুপারকন্ডাক্টিং টোকামাকে (BEST) ব্যবহার করা হচ্ছে। রিঅ্যাক্টরটি শুধু গবেষণার জন্য নয়, বাণিজ্যিক বিদ্যুৎ উৎপাদনের লক্ষ্যেও তৈরি। এই উদ্ভাবনের প্রভাব ফিউশনের গণ্ডি ছাড়িয়ে চিকিৎসা-চিত্রায়ন, পরিবহন, এমনকি মহাকাশ অনুসন্ধানেও অগ্রগতির সম্ভাবনা তৈরি করছে।

ফিউশন রিঅ্যাক্টরে সুপার স্টিল কেন প্রয়োজন

সূর্যের শক্তির উৎস পারমাণবিক ফিউশন কার্যত অফুরন্ত পরিচ্ছন্ন শক্তির সম্ভাবনা জাগায়। ফিউশন রিঅ্যাক্টরে ১০ কোটি ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রায় হাইড্রোজেনের আইসোটোপগুলোর সংযোজন ঘটিয়ে পৃথিবীতে এই প্রক্রিয়ার অনুকরণ করার লক্ষ্য নেওয়া হয়। তবে এমন বিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণে রাখতে শক্তিশালী সুপারকন্ডাক্টিং চুম্বক দরকার। এগুলোকে মাইনাস ২৬৯°C তাপমাত্রায় (পরম শূন্যের সামান্য ওপরে) কাজ করতে হয় এবং ২০ টেসলা পর্যন্ত চৌম্বক ক্ষেত্র সহ্য করতে হয়—যা ফ্রান্সে বিশ্বের বৃহত্তম ফিউশন পরীক্ষণযন্ত্র ITER-এ ব্যবহৃত চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তির প্রায় দ্বিগুণ।

চ্যালেঞ্জটি বিশাল: এত কম তাপমাত্রায় বেশির ভাগ ধাতু ভঙ্গুর হয়ে যায় এবং নমনীয়তা হারায়, আর প্রবল চৌম্বকীয় বল সেগুলোকে ছিন্নভিন্ন করার ঝুঁকি তৈরি করে। ২০১১ সালে ITER-ও বড় ধরনের বিপর্যয়ের মুখে পড়ে, যখন পরীক্ষার সময় এর ক্রায়োজেনিক ইস্পাত ভঙ্গুর হয়ে যায়। এতে দুই চরম পরিস্থিতিই সহ্য করতে পারে, এমন উপাদান খুঁজে পাওয়ার বৈশ্বিক লড়াই স্পষ্ট হয়ে ওঠে।

বিদ্যমান উপাদানের সীমাবদ্ধতা

দশকের পর দশক ধরে ফিউশন প্রকল্পগুলো 316LN ও JK2LB-এর মতো বিশেষায়িত স্টেইনলেস স্টিলের ওপর নির্ভর করেছে। ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় এগুলো ভালো কাজ করলেও ০.৯–১.১ গিগাপাস্কাল (GPa) ফলন-শক্তি এবং প্রায় ১১.৮ টেসলা চৌম্বক ক্ষেত্রের পর সীমায় পৌঁছে যায়। এসব সীমাবদ্ধতার কারণে রিঅ্যাক্টরের নকশা বড় ও ব্যয়বহুল হয়, ফলে ফিউশন বিদ্যুতের ব্যবহারিকতা ও সম্প্রসারণের সুযোগ কমে যায়।

আরও ছোট, দক্ষ ও বাণিজ্যিকভাবে কার্যকর রিঅ্যাক্টর তৈরির সংকল্প নিয়ে চীনা পরিকল্পনাবিদেরা বুঝতে পারেন, ফাটল না ধরেই অনেক বেশি চাপ সহ্য করতে পারে এমন উপাদান প্রয়োজন। এই উপলব্ধি থেকেই উপাদানবিজ্ঞানে ১২ বছরের এক দ্রুত কর্মযজ্ঞ শুরু হয়, যার পরিণতি CHSN01-এর উদ্ভাবন।

CHSN01 উদ্ভাবনের নেপথ্যে: বিজ্ঞান ও প্রকৌশল

CHSN01, অর্থাৎ চায়না হাই-স্ট্রেংথ লো-টেম্পারেচার স্টিল নম্বর ১, সূক্ষ্ম প্রকৌশল ও উপাদানবিজ্ঞানের ফসল। এর উন্নয়ন শুরু হয় নাইট্রোজেন-শক্তিবর্ধিত অস্টেনিটিক ইস্পাত Nitronic-50-কে ভিত্তি হিসেবে নিয়ে। এরপর প্রকৌশলীরা কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ পরিবর্তন আনেন:

• অতি কম কার্বনের পরিমাণ: ৪ K (মাইনাস ২৬৯°C) তাপমাত্রায় বছরের পর বছর ব্যবহারের সময় ভঙ্গুর কার্বাইড তৈরি ঠেকাতে কার্বনের পরিমাণ ০.০১ শতাংশের নিচে নামানো হয়।
• নাইট্রোজেন ও নিকেলের পরিমাণ বৃদ্ধি: নাইট্রোজেনের পরিমাণ প্রায় ০.৩০ শতাংশে বাড়ানো হয় এবং নিকেল সামান্য বৃদ্ধি করা হয়, যাতে ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রাতেও ইস্পাতটি শক্ত ও নমনীয় থাকে।
• ভ্যানাডিয়াম যোগ: অতি সামান্য ভ্যানাডিয়াম যোগ করা হয়। এতে ভ্যানাডিয়াম-নাইট্রাইড কণা তৈরি হয়, যা স্থানচ্যুতিগুলোকে আটকে রেখে দৃঢ়তা বাড়ায়, তবে দৃঢ়তা-সহনশীলতা কমায় না।
• অশুদ্ধির ওপর কঠোর নিয়ন্ত্রণ: অক্সিজেন, ফসফরাস ও সালফারের পরিমাণ ০.০২ শতাংশের নিচে রাখা হয়, ফলে ফাটল শুরু করতে পারে এমন অন্তর্ভুক্তি দূর হয়।

সূক্ষ্ম হলেও গুরুত্বপূর্ণ এই পরিবর্তনগুলোর ফলে এমন এক ইস্পাত তৈরি হয়েছে, যা ৪.২ K তাপমাত্রায় প্রায় ১.৫ GPa ফলন-চাপ সহ্য করতে পারে এবং ভেঙে যাওয়ার আগে ৩০ শতাংশের বেশি প্রসারিত হয়। ITER-এ ব্যবহৃত 316LN আবরণের তুলনায় এটি প্রায় ৪০ শতাংশ বেশি শক্তিশালী, অথচ ফাটল প্রতিরোধেও সমান কার্যকর।

ক্লান্তি-প্রতিরোধ ও স্থায়িত্ব

ফিউশন রিঅ্যাক্টর স্থির যন্ত্র নয়; চালু থাকার মেয়াদে এগুলোর চুম্বক হাজার হাজার বার চালু ও বন্ধ হয়। ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় CHSN01-এর ক্লান্তি-প্রতিরোধ কঠোরভাবে পরীক্ষা করা হয়েছে। ফলাফলে দেখা গেছে, প্রাথমিক ত্রুটি থাকলেও এটি নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করতে পারে, যা অ-বিধ্বংসী পরীক্ষার জন্য পরিদর্শকদের স্পষ্ট মানদণ্ড দেয়। সসীম উপাদান মডেল এবং প্যারিস সূত্রভিত্তিক ক্লান্তিজনিত ফাটল বৃদ্ধির বিশ্লেষণে দেখা গেছে, CHSN01-এর আবরণে ৬ বর্গমিলিমিটার পর্যন্ত ত্রুটি থাকলেও—যা আধুনিক পরিদর্শন কৌশলে শনাক্ত করার সীমার চেয়ে অনেক বেশি—এগুলো ৬০ হাজার প্লাজমা পালস পর্যন্ত টিকে থাকতে পারে। এটিই BEST রিঅ্যাক্টরের প্রত্যাশিত আয়ুষ্কাল।

এই স্থায়িত্বের ফলে নির্মাতাদের আর কন্ডাক্টর অতিরিক্ত মসৃণ করতে বা প্রয়োজনের চেয়ে বড় আকারে তৈরি করতে হয় না। এতে ওজন, ব্যয় ও সংযোজনের সময় কমে। একই সঙ্গে আরও শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করা সম্ভব হয়, যা আরও কমপ্যাক্ট ও দক্ষ রিঅ্যাক্টর নকশার পথ খুলে দেয়।

সংশয় থেকে সাফল্য: CHSN01-এর নেপথ্যের মানবিক গল্প

CHSN01 তৈরির পথ বাধা ও সংশয়ে পূর্ণ ছিল। চীনা গবেষকেরা আন্তর্জাতিক সম্মেলনে প্রথম দিকের ফলাফল উপস্থাপন করলে অনেক বিদেশি বিশেষজ্ঞ নতুন সংকর ধাতুর প্রয়োজনীয়তা নিয়ে সন্দেহ প্রকাশ করেন। তাঁদের ধারণা ছিল, বিদ্যমান 316LN ইস্পাতই সম্ভাব্য সীমায় পৌঁছে গেছে। ২০২০ সাল পর্যন্ত অগ্রগতি ছিল ধীর। সে বছর চীনের খ্যাতনামা ক্রায়োজেনিক পদার্থবিদ এবং দেশটির সর্বোচ্চ বিজ্ঞান পুরস্কারজয়ী ঝাও ঝংশিয়ান প্রকল্পে যোগ দেন। তাঁর নেতৃত্ব ও দূরদৃষ্টি দলের কাজের ধরন বদলে দিতে সাহায্য করে, যার ফলে সংকর ধাতুর গঠন এবং এর জন্য প্রয়োজনীয় মানদণ্ড—দুই ক্ষেত্রেই অগ্রগতি আসে।

২০২১ সালের মধ্যে চীন নিজস্ব উচ্চাভিলাষী মানদণ্ড নির্ধারণ করে: ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় ১,৫০০ MPa ফলন-শক্তি এবং ২৫ শতাংশের বেশি প্রসারণ। দুই বছর পর CHSN01 এই মানদণ্ড পূরণ করেছে বলে নিশ্চিত করা হয়। পরীক্ষায় দেখা যায়, এটি কোনো ক্ষতি ছাড়াই ২০ টেসলা চৌম্বক ক্ষেত্র এবং ১,৩০০ MPa চাপ সহ্য করতে পারে। ২০২৩ সালের মে মাসের মধ্যে শুধু BEST রিঅ্যাক্টরের কন্ডাক্টর আবরণেই ৫০০ টনের বেশি CHSN01 স্থাপন করা হয়েছিল।

বিশেষজ্ঞদের মতামত

চীনা বিজ্ঞান একাডেমির গবেষক লি লাইফেং এই সাফল্যের গুরুত্ব তুলে ধরে বলেন:

চীনের কমপ্যাক্ট ফিউশন শক্তির পরীক্ষামূলক যন্ত্রগুলোর সাফল্যের জন্য পরবর্তী প্রজন্মের ক্রায়োজেনিক ইস্পাত তৈরি করা অপরিহার্য। CHSN01 শুধু পরীক্ষাগারের কৌতূহল জাগানো কোনো উপাদান নয়—এটি শিল্পে ব্যবহারের জন্য প্রস্তুত।

ফিউশন বিশেষজ্ঞ লি জিয়াংগাংও একই মত প্রকাশ করে উন্নত ইস্পাত তৈরিকে ফিউশন বিদ্যুতের ভবিষ্যতের জন্য "অপরিহার্য" বলে অভিহিত করেন।

CHSN01 কীভাবে ফিউশন রিঅ্যাক্টরের নকশা বদলে দিচ্ছে

ফিউশন রিঅ্যাক্টরের নকশায় CHSN01-এর প্রভাব সুদূরপ্রসারী। এর উন্নত শক্তি ও দৃঢ়তা ব্যবহারের ফলে পাওয়া যায়:

• আরও শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র: সর্বোচ্চ ২০ টেসলা পর্যন্ত চৌম্বক ক্ষেত্র সম্ভব হয়, যা প্লাজমা ধারণের চাপ বাড়ায় এবং আরও কমপ্যাক্ট, মডিউলার রিঅ্যাক্টর তৈরির সুযোগ দেয়।
• দীর্ঘতর কার্যকাল: ক্লান্তি-প্রতিরোধের কারণে ইস্পাতটি কয়েক দশক ধরে ফিউশন চুম্বকের বারবার চালু-বন্ধ হওয়া সহ্য করতে পারে।
• ওজন ও ব্যয় হ্রাস: শক্তিশালী আবরণে কম উপাদান লাগে, ফলে নির্মাণ সহজ হয় এবং খরচ কমে।
• উন্নত নিরাপত্তা ও নির্ভরযোগ্যতা: বড় আকারের প্রাথমিক ত্রুটিও বিপর্যয়কর ব্যর্থতার ঝুঁকি ছাড়াই সহ্য করার ক্ষমতা উৎপাদন ও পরিদর্শন সহজ করে।

এই অগ্রগতির ফলে ভবিষ্যতের ফিউশন রিঅ্যাক্টর আরও ছোট, সস্তা ও দক্ষ হতে পারে—ফিউশন বিদ্যুৎকে বাস্তবসম্মত করে তোলার জন্য যা গুরুত্বপূর্ণ।

BEST বনাম ITER: নতুন মানদণ্ড

ফ্রান্সের ITER বিশ্বের বৃহত্তম ফিউশন পরীক্ষণযন্ত্র হলেও এটি কেবল গবেষণার জন্য তৈরি এবং বিদ্যুৎ উৎপাদন করবে না। অন্যদিকে, চীনের BEST রিঅ্যাক্টর বাণিজ্যিক বিদ্যুৎ উৎপাদনের কথা মাথায় রেখে তৈরি। ফলে এতে ব্যবহৃত উপাদানের ওপর আরও বেশি চাহিদা তৈরি হয়, কারণ সেগুলোকে দীর্ঘস্থায়ী হতে হবে এবং আরও কঠিন পরিস্থিতিতে কাজ করতে হবে। এসব শর্ত পূরণে CHSN01-এর সাফল্য বিশ্বজুড়ে ফিউশন উপাদানের জন্য নতুন মানদণ্ড স্থাপন করেছে।

ফিউশনের বাইরেও: বৃহত্তর ব্যবহার ও বৈশ্বিক প্রভাব

CHSN01-এর গুরুত্ব ফিউশন রিঅ্যাক্টরের বাইরেও বিস্তৃত। ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় এর শক্তি, নমনীয়তা ও ক্লান্তি-প্রতিরোধের অনন্য সমন্বয় একে বিভিন্ন উচ্চপ্রযুক্তির প্রয়োগে আকর্ষণীয় করে তুলেছে:

• এমআরআই যন্ত্র: আরও শক্তিশালী ও নির্ভরযোগ্য সুপারকন্ডাক্টিং আবরণ চুম্বকের আকার ও রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন কমাতে পারে।
• কণা ত্বরক: চরম পরিবেশে স্থায়িত্ব ও কার্যক্ষমতা বাড়ায়।
• ম্যাগলেভ ট্রেন: উচ্চগতির পরিবহনে নিরাপত্তা ও দক্ষতা উন্নত করে।
• কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের শীতলীকরণ: পরম শূন্যের কাছাকাছি তাপমাত্রায় কাজ করা ডাইলিউশন রেফ্রিজারেটরের জন্য আরও টেকসই উপাদান।
• গভীর মহাকাশ অনুসন্ধান: মহাকাশের সবচেয়ে কঠিন পরিবেশেও টিকে থাকতে পারে এমন যন্ত্রাংশ।

চীনে CHSN01 উৎপাদনের সক্ষমতা উচ্চমানের আমদানি করা ইস্পাতের ওপর নির্ভরতাও কমায়, যা উন্নত প্রযুক্তির খাতে দেশটিকে কৌশলগত সুবিধা দেয়।

বৈশ্বিক প্রতিক্রিয়া ও ফিউশন উপাদান তৈরির প্রতিযোগিতা

CHSN01 উন্মোচনের পর বিশ্বজুড়ে প্রতিক্রিয়া তৈরি হয়েছে। ফিউশন বিজ্ঞানীরা নিজেদের উপাদান কৌশল নতুন করে পর্যালোচনা করছেন, আর কেউ কেউ ধাতুবিদ্যা ও উপাদানবিজ্ঞানে নতুন করে বিনিয়োগের আহ্বান জানিয়েছেন। এক ফিউশন প্রকৌশলীর ভাষায়:

রেকর্ড গড়া প্লাজমা পরীক্ষা বা অভিনব রিঅ্যাক্টরের ধারণা প্রায়ই ফিউশনের শিরোনাম হয়। কিন্তু ইতিহাস দেখিয়েছে, বড় জ্বালানি প্রযুক্তির সাফল্য-ব্যর্থতা নির্ভর করে উপাদানবিজ্ঞানের ওপর। দৃঢ়তা অক্ষুণ্ন রেখে ক্রায়োজেনিক স্টেইনলেস স্টিলকে ১.৫ GPa শ্রেণিতে উন্নীত করে চীনা গবেষকেরা উচ্চ-চৌম্বক ক্ষেত্রের চুম্বকের জন্য প্রয়োজনীয় যান্ত্রিক ভিত্তি তৈরি করেছেন।

BEST রিঅ্যাক্টরে ২০২৭ সালে প্রথম প্লাজমা তৈরির লক্ষ্য এবং ৪০–২০০ MW বিদ্যুৎ উৎপাদনের লক্ষ্যমাত্রা রয়েছে। বিশ্ব এ প্রকল্পের দিকে নিবিড়ভাবে নজর রাখবে। এটি সফল হলে CHSN01 ফিউশন রিঅ্যাক্টর নির্মাণে নতুন বৈশ্বিক মানদণ্ড হয়ে উঠতে পারে—এবং হয়তো শীতলতা ও চাপ—দুই চ্যালেঞ্জের মুখে থাকা অন্যান্য শিল্পেরও কাজে আসতে পারে।

সংক্ষেপে

• চীনের CHSN01 সুপার স্টিল এমন এক উদ্ভাবনী সংকর ধাতু, যা পারমাণবিক ফিউশন রিঅ্যাক্টরের ভেতরের তীব্র শীতলতা ও চৌম্বকীয় বল সহ্য করার জন্য তৈরি।
• ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় CHSN01 আরও শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র (২০ টেসলা পর্যন্ত), বেশি দৃঢ়তা (১,৫০০ MPa ফলন-শক্তি) এবং উন্নত ক্লান্তি-প্রতিরোধ সম্ভব করে।
• বাণিজ্যিক বিদ্যুৎ উৎপাদনের লক্ষ্য নিয়ে তৈরি চীনের BEST ফিউশন রিঅ্যাক্টরে ইতিমধ্যেই এই সংকর ধাতু ব্যবহার করা হচ্ছে। রিঅ্যাক্টরটি ২০২৭ সালের মধ্যে সম্পন্ন হওয়ার কথা।
• আন্তর্জাতিক সংশয় কাটিয়ে CHSN01-এর উন্নয়ন হয়েছে এবং এটি বিশ্বজুড়ে ফিউশন উপাদানের জন্য নতুন মানদণ্ড স্থাপন করেছে।
• ফিউশনের বাইরেও এমআরআই যন্ত্র, কণা ত্বরক, ম্যাগলেভ ট্রেন ও মহাকাশ অনুসন্ধানে CHSN01 ব্যবহারের সম্ভাবনা রয়েছে।
• এই উদ্ভাবন উপাদানবিজ্ঞানে বৈশ্বিক প্রতিযোগিতা উসকে দিয়েছে, যার প্রভাব পরিচ্ছন্ন জ্বালানি ও উন্নত প্রযুক্তির ভবিষ্যতের ওপর পড়তে পারে।