डोंगगुआन केंद्र की शक्ति मूल डिजाइन से दोगुनी
गुआंगदोंग प्रांत के डोंगगुआन स्थित चाइना स्पैलेशन न्यूट्रॉन सोर्स ने 200 किलोवाट बीम शक्ति पर शोधकर्ताओं को सेवाएं देना शुरू कर दिया है। यह उसके मूल डिजाइन में निर्धारित स्तर से दोगुनी है। चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के इंस्टीट्यूट ऑफ हाई एनर्जी फिजिक्स ने 24 अक्टूबर को घोषणा की कि करीब एक महीने तक त्वरक का समायोजन करने के बाद केंद्र ने 20 अक्टूबर को यह उपलब्धि हासिल की।
विषय-सूची
- डोंगगुआन केंद्र की शक्ति मूल डिजाइन से दोगुनी
- प्रोटॉन बीम कैसे बनता है शोध का साधन
- शोधकर्ताओं को क्या लाभ मिल सकता है
- ग्रीष्मकालीन विराम में निर्माण का काम
- अधिक घनी बीम पर नियंत्रण
- नया लक्ष्य और सर्विस किए गए उपकरण
- 500 kW की योजना से क्षमता कैसे बढ़ेगी
- उन्नयन की प्रमुख तारीखें
- त्वरक से आगे भी बढ़ रही मांग
- मुख्य बातें
इस उपलब्धि से उस केंद्र की क्षमता तुरंत बढ़ गई है, जिसके 11 न्यूट्रॉन उपकरण उपयोगकर्ताओं के लिए खुले हैं। यह निर्माण के दूसरे चरण, जिसे CSNS-II के नाम से जाना जाता है, के लिए जरूरी उपकरणों और संचालन विधियों की भी परीक्षा है। इस चरण का लक्ष्य बीम शक्ति को 500 kW तक बढ़ाना है।
संस्थान ने कहा कि शक्ति बढ़ाने के साथ-साथ त्वरक विशेषज्ञों ने बीम का क्षय कम किया। अधिक कणों को उनके निर्धारित पथ पर बनाए रखना अहम है, क्योंकि बीम से बाहर निकलने वाले कण आसपास के उपकरणों में ऊर्जा जमा कर सकते हैं और भरोसेमंद संचालन को जटिल बना सकते हैं।
हाल का काम त्वरक तक सीमित नहीं है। T8 नाम का एक नया लक्ष्य 25 सितंबर को लगाया और परखा गया। इसे 200 kW पर संचालन के लिए शीतलन व्यवस्था के साथ डिजाइन किया गया है। रखरखाव दलों ने उन उपकरणों की सर्विसिंग भी की जिनका इस्तेमाल शोधकर्ता सामग्रियों की जांच के लिए करते हैं।
बैटरियों, मिश्रधातुओं, जैविक सामग्रियों और अन्य नमूनों का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों के लिए इसका व्यावहारिक महत्व उन न्यूट्रॉनों में है जो उनके प्रयोगों तक पहुंचते हैं। अधिक शक्तिशाली स्रोत से उपयोगी माप तेजी से जुटाए जा सकते हैं और ऐसे अध्ययन किए जा सकते हैं जिनमें छोटे नमूनों या अधिक बारीक विवरणों की जरूरत होती है। केंद्र अब अपनी मूल शक्ति से दोगुने स्तर पर पहुंच गया है, जबकि दूसरे चरण के पूरे लक्ष्य तक पहुंचने के लिए त्वरक का निर्माण आगे भी जारी रखना होगा।
प्रोटॉन बीम कैसे बनता है शोध का साधन
CSNS प्रोटॉनों को तेज करके और उन्हें एक लक्ष्य पर निर्देशित करके न्यूट्रॉन पैदा करता है। टक्कर से स्पैलेशन नामक प्रक्रिया के जरिए न्यूट्रॉन निकलते हैं। उपकरण इन न्यूट्रॉनों को नमूनों तक पहुंचाते हैं और उनके बिखराव को मापते हैं।
वैज्ञानिक बिखरे हुए न्यूट्रॉनों की दिशा, ऊर्जा और संवेग में बदलावों की जांच करके पता लगाते हैं कि परमाणु किस तरह व्यवस्थित हैं और कैसे गति करते हैं। सरल शब्दों में, ये कण उन संरचनाओं की जांच के लिए प्रोब की तरह काम करते हैं जिन्हें सामान्य माइक्रोस्कोप से नहीं देखा जा सकता।
बीम शक्ति से आशय हर सेकंड प्रोटॉन बीम द्वारा पहुंचाई जाने वाली ऊर्जा से है। इसे बढ़ाने से स्रोत अधिक न्यूट्रॉन पैदा कर सकता है और शोधकर्ताओं को अधिक जानकारी जुटाने का अवसर मिलता है। किसी एक प्रयोग को होने वाला लाभ उसके उपकरण, नमूने और मापन विधि पर भी निर्भर करता है।
शोधकर्ताओं को क्या लाभ मिल सकता है
इंस्टीट्यूट ऑफ हाई एनर्जी फिजिक्स के उपनिदेशक और उन्नयन परियोजना के महानिदेशक वांग शेंग ने मार्च 2024 में दूसरे चरण का निर्माण शुरू होने पर अपेक्षित वैज्ञानिक लाभों का जिक्र किया था।
"दूसरा चरण पूरा होने के बाद स्रोत एक ही समय में अधिक न्यूट्रॉन पैदा कर सकेगा। इससे प्रयोगों का समय घट सकता है और उनका रिजॉल्यूशन बेहतर हो सकता है, जिससे छोटे नमूनों का मापन और तेज गतिशील प्रक्रियाओं का अध्ययन संभव होगा," वांग ने कहा।
मापन में कम समय लगने से उपकरणों का समय अधिक परियोजनाओं के लिए उपलब्ध हो सकता है। बेहतर रिजॉल्यूशन से शोधकर्ता उन बारीकियों को अलग-अलग पहचान सकते हैं जो अन्यथा एक-दूसरे में घुल-मिल जातीं। वहीं, तेज मापन से किसी सामग्री के भीतर हो रहे बदलावों पर नजर रखने में मदद मिलती है।
यह केंद्र पहले से ही लिथियम-आयन बैटरियों, सौर सेल, एयरोस्पेस के पुर्जों, चुंबकीय सामग्रियों, अतिचालकों, पतली फिल्मों और मजबूत मिश्रधातुओं पर शोध में मदद करता है। CSNS में उपयोगकर्ता प्रयोगों और अनुप्रयोगों की देखरेख करने वाले झांग जुनरोंग ने दूसरे चरण के शुभारंभ पर इसके कार्यक्षेत्र का ब्योरा देते हुए इन क्षेत्रों का उल्लेख किया था।
ये विषय त्वरक को व्यावहारिक समस्याओं से जोड़ते हैं। बैटरियों पर अध्ययन इस्तेमाल के दौरान सामग्रियों में होने वाले बदलावों की जांच कर सकते हैं, जबकि मिश्रधातुओं और एयरोस्पेस पुर्जों पर शोध उनकी आंतरिक संरचनाओं और प्रदर्शन के बीच संबंध समझने में मदद कर सकता है। इस उन्नयन का उद्देश्य जीवन विज्ञान, दवा विकास और उत्प्रेरक डिजाइन में काम का दायरा बढ़ाना भी है।
ग्रीष्मकालीन विराम में निर्माण का काम
CSNS-II की टीम निर्धारित शोध में रुकावटों को सीमित रखते हुए उपकरण लगाने के लिए हर साल गर्मियों के संचालन-विराम का इस्तेमाल करती है। इससे काम का एक चुनौतीपूर्ण क्रम बनता है: निर्माण, उपकरणों की जांच और त्वरक का समायोजन, मौजूदा वैज्ञानिक केंद्र के संचालन के बीच पूरा करना होता है।
हाल के संचालन-विराम के दौरान कर्मचारियों ने रैखिक त्वरक के शुरुआती हिस्से में उपकरण, सभी सॉलिड-स्टेट मॉड्यूलेटर और रैपिड साइक्लिंग सिंक्रोट्रॉन में तीसरी मैग्नेटिक अलॉय कैविटी लगाई और उनकी जांच की। मॉड्यूलेटर नियंत्रित विद्युत पल्स देते हैं, जबकि कैविटी बीम को तेज करने के लिए जरूरी ऊर्जा पहुंचाने में मदद करती है।
रैखिक त्वरक कणों को सीधी राह से भेजता है, जिसके बाद वे सिंक्रोट्रॉन में प्रवेश करते हैं। वहां वे चक्कर लगाते हुए और ऊर्जा हासिल करते हैं। बीम को जरूरी स्थिति में लक्ष्य तक पहुंचाने के लिए दोनों हिस्सों के उपकरणों का साथ मिलकर काम करना जरूरी है।
संस्थान के अनुसार, CSNS-II के लिए नियोजित त्वरक उपकरणों में से अब केवल अतिचालक खंड लगाना बाकी है। यह शेष खंड रैखिक त्वरक की बीम ऊर्जा को 300 मिलियन इलेक्ट्रॉनवोल्ट, यानी 300 MeV तक बढ़ाने के लिए जरूरी काम का हिस्सा है।
अधिक घनी बीम पर नियंत्रण
अधिक शक्ति के कारण त्वरक का समायोजन कठिन हो गया। उपकरणों की सेटिंग में बदलावों का बीम के भीतर के बलों और आसपास की संरचनाओं के साथ परस्पर प्रभाव हुआ। इससे ऐसी स्थितियां बनीं जिनमें कणों के समूह अस्थिर हो सकते थे।
एक चुनौती स्पेस चार्ज थी, यानी समान आवेश वाले कणों के बीच विद्युत प्रतिकर्षण। दूसरी चुनौती बीम और त्वरक संरचनाओं के बीच परस्पर क्रिया से जुड़ी थी, जिसे बीम इम्पीडेंस प्रभाव कहा जाता है। ऐसे प्रभाव मिलकर बीम को अस्थिर कर सकते हैं और उसके पथ में खोने वाले कणों की संख्या बढ़ा सकते हैं।
त्वरक दल ने उन्नत रैखिक त्वरक के अहम हिस्सों में बदलाव किए। इनमें रेडियो फ्रीक्वेंसी क्वाड्रपोल (RFQ) और मीडियम एनर्जी बीम ट्रांसपोर्ट सेक्शन (MEBT) शामिल हैं। ये हिस्से बीम को उसके अगले चरण से पहले तैयार करते हैं, तेज करते हैं और दिशा देते हैं।
संस्थान ने कहा कि संचालन के तरीके में बड़े बदलावों से सामूहिक बीम अस्थिरता दूर हुई। उसने यह भी कहा कि बीम घनत्व सूचकांक तुलनीय अंतरराष्ट्रीय त्वरकों के लिए दर्ज उच्चतम स्तर से आगे निकल गया। घोषणा में इस सूचकांक का संख्यात्मक मान या बीम क्षय में आई कमी की मात्रा नहीं बताई गई।
क्षय में कमी की यह जानकारी शक्ति के लक्ष्य तक पहुंचने से आगे की एक अहम उपलब्धि है: टीम ने अधिक चुनौतीपूर्ण बीम को इस तरह चलाने का तरीका दिखाया है कि उसके अधिक कण नियंत्रण में रहें।
नया लक्ष्य और सर्विस किए गए उपकरण
T8 लक्ष्य उस जगह स्थित है जहां तेज किए गए प्रोटॉन टकराकर न्यूट्रॉन छोड़ते हैं। इसकी शीतलन व्यवस्था 200 kW पर संचालन के लिए बनाई गई है और नए तापमान निगरानी उपकरण लक्ष्य प्लेटों की स्थिति पर नजर रखते हैं।
बीम शक्ति बढ़ने के साथ ऊष्मा प्रबंधन अधिक चुनौतीपूर्ण हो जाता है। T8 से मिले माप CSNS-II के लिए जरूरी अधिक शक्तिशाली लक्ष्य के डिजाइन में काम आएंगे। इससे केंद्र के 500 kW की ओर बढ़ने से पहले इंजीनियरों को संचालन का अनुभव मिलेगा।
उपयोगकर्ताओं के लिए खुले सभी 11 उपकरणों का भी गर्मियों में रखरखाव किया गया। इसमें बिखराव कक्षों, चॉपर्स, डिटेक्टरों और नमूना परिवेश प्रणालियों पर काम शामिल था। ये सभी प्रयोग करने और मापने के तरीके को प्रभावित करते हैं।
चॉपर नियंत्रित करते हैं कि न्यूट्रॉन पल्स के कौन-से हिस्से किसी उपकरण से गुजरें। डिटेक्टर बिखरे हुए न्यूट्रॉन दर्ज करते हैं, जबकि नमूना परिवेश प्रणालियां वैज्ञानिकों को चुनी हुई स्थितियों, जैसे अलग-अलग तापमान, में सामग्रियों का अध्ययन करने देती हैं। इन प्रणालियों की सर्विसिंग से केंद्र का प्रयोग वाला हिस्सा अधिक शक्तिशाली स्रोत के इस्तेमाल के लिए तैयार होता है।
500 kW की योजना से क्षमता कैसे बढ़ेगी
इंस्टीट्यूट ऑफ हाई एनर्जी फिजिक्स ने अपने परियोजना शुभारंभ की घोषणा में CSNS-II का पैमाना बताया था। शुभारंभ बैठक 30 मार्च, 2024 को डोंगगुआन में हुई और निर्माण की घोषित अवधि पांच साल और नौ महीने थी।
आधिकारिक योजना बीम शक्ति को 100 kW से बढ़ाकर 500 kW करने और न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रोमीटर की संख्या 11 से बढ़ाकर 20 करने की है। इसमें दो अतिरिक्त प्रयोग टर्मिनल भी शामिल हैं, जिनमें से एक उच्च ऊर्जा वाले प्रोटॉनों के प्रयोगों के लिए है। निर्माण कार्यक्रम में उपयोगकर्ता प्रयोगशालाओं के साथ नए उपकरण और टर्मिनल भी शामिल हैं।
स्पेक्ट्रोमीटर की संख्या 11 से बढ़ाकर 20 करने की योजना में नौ उपकरण जुड़ेंगे, यानी करीब 82 प्रतिशत की वृद्धि। शक्ति का लक्ष्य मूल 100 kW डिजाइन से पांच गुना है। 200 kW पर केंद्र नियोजित अंतिम शक्ति के 40 प्रतिशत पर काम कर रहा है, हालांकि निर्माण की प्रगति सिर्फ इस एक माप पर निर्भर नहीं करती।
हाल के अपडेट में परियोजना को निर्माण के लगभग आधे रास्ते पर बताया गया है। सितंबर के अंत में भवन निर्माण पूरा हुआ और 15 अक्टूबर को 2 केल्विन पर करीब 1 kW शीतलन क्षमता वाला हीलियम रेफ्रिजरेटर लगाया गया। 2 केल्विन लगभग माइनस 271 डिग्री सेल्सियस होता है। यह तापमान अतिचालक त्वरक प्रणालियों में इस्तेमाल किया जाता है।
उन्नयन की प्रमुख तारीखें
CSNS अपने मूल निर्माण कार्यक्रम से आगे बढ़कर उपयोगकर्ता संचालन के साथ-साथ किए जा रहे विस्तार के चरण में पहुंच गया है। प्रमुख तारीखें बताती हैं कि हाल की उपलब्धि इस लंबे प्रयास में किस जगह आती है।
- 2011: मूल CSNS परियोजना का निर्माण 2.3 अरब युआन के निवेश से शुरू हुआ।
- अगस्त 2018: केंद्र ने सेवाएं देना शुरू किया।
- 30 मार्च, 2024: डोंगगुआन में CSNS-II की शुभारंभ बैठक हुई। निर्माण की घोषित अवधि पांच साल और नौ महीने थी।
- 25 सितंबर, हाल के उन्नयन कार्य के दौरान: T8 लक्ष्य लगाया और परखा गया।
- सितंबर के अंत में: दूसरे चरण के लिए भवन निर्माण पूरा हुआ।
- 15 अक्टूबर: 2 केल्विन पर संचालन के लिए हीलियम रेफ्रिजरेटर लगाया गया।
- 20 अक्टूबर: करीब एक महीने तक बीम का समायोजन करने के बाद केंद्र ने 200 kW का लक्ष्य हासिल किया।
- 24 अक्टूबर: इंस्टीट्यूट ऑफ हाई एनर्जी फिजिक्स ने अधिक शक्ति पर उपयोगकर्ता संचालन की घोषणा की।
संस्थान के मुताबिक, त्वरक का अगला कदम रैखिक त्वरक की बीम ऊर्जा को 300 MeV तक बढ़ाना है। हाल में कमीशनिंग से मिला अनुभव इस काम और उसके बाद शक्ति बढ़ाने में मार्गदर्शन देगा।
त्वरक से आगे भी बढ़ रही मांग
संस्थान की 2024 की शुभारंभ घोषणा के अनुसार, CSNS के 2018 में चालू होने के बाद से 6,000 से अधिक उपयोगकर्ताओं ने पंजीकरण कराया था और 1,500 से अधिक प्रयोग परियोजनाएं पूरी की गई थीं। ये आंकड़े शुभारंभ घोषणा के समय केंद्र की स्थिति बताते हैं।
संस्थान के अनुसार, हांगकांग, मकाओ, ताइवान और विदेश के उपयोगकर्ताओं से जुड़ी 100 से अधिक परियोजनाएं पूरी हो चुकी थीं। उपयोगकर्ता समुदाय ऊर्जा, भौतिकी, सामग्री और इंजीनियरिंग क्षेत्रों तक फैला है। इससे उपकरणों तक पहुंच और प्रयोग की परिस्थितियों में अधिक विकल्पों, दोनों की मांग पैदा होती है।
शुभारंभ के अवसर पर उपयोगकर्ता प्रयोगों और अनुप्रयोगों के जिम्मेदार अधिकारी झांग जुनरोंग ने विस्तार की जरूरत का जिक्र किया।
"उपयोगकर्ताओं की बढ़ती मांग पूरी करने के लिए CSNS के उन्नयन की तत्काल जरूरत है," झांग ने कहा।
दूसरा चरण इस मांग को दो परस्पर जुड़े तरीकों से पूरा करता है। अधिक शक्तिशाली बीम से कुछ माप तेजी से किए जा सकते हैं, जबकि अतिरिक्त उपकरण शोधकर्ताओं को प्रयोग करने के लिए अधिक जगह और तरीके देते हैं। उपयोगकर्ताओं के लिए नतीजा इन दोनों के साथ काम करने पर निर्भर करेगा: अधिक शक्तिशाली स्रोत और उसके न्यूट्रॉनों से परिणाम हासिल करने के लिए पर्याप्त प्रयोग क्षमता।
मुख्य बातें
- CSNS ने 20 अक्टूबर को 200 kW का स्तर हासिल किया और अपनी मूल डिजाइन शक्ति से दोगुने पर उपयोगकर्ता संचालन शुरू किया।
- संस्थान का कहना है कि उपकरणों के समायोजन और संचालन के तरीके में बदलाव के बाद शक्ति बढ़ने के साथ बीम क्षय कम हुआ।
- नया T8 लक्ष्य और उपयोगकर्ता के लिए खुले सभी 11 उपकरणों का रखरखाव अधिक शक्ति पर संचालन में मदद करेगा।
- CSNS-II का लक्ष्य 500 kW और न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रोमीटर की संख्या 11 से बढ़ाकर 20 करना है। इसके साथ अतिरिक्त प्रयोग टर्मिनल भी बनाए जाएंगे।
- अतिचालक त्वरक खंड लगाना अभी बाकी है। अगले कदमों में रैखिक त्वरक की ऊर्जा को 300 MeV तक बढ़ाना शामिल है।
- इस विस्तार का उद्देश्य तेज मापन, छोटे नमूनों और अधिक व्यापक शोध को सहारा देना है।
