अणूऊर्जेपासून विजेची निर्मिती - भाग १

एकोणीसाव्या शतकाच्या अखेरीस विजेचे उत्पादन आणि पुरवठा करण्याचा उद्योग व्यावसायिक तत्वावर सुरू झाला होता. त्यात मुख्यतः जलविद्युत (हैड्रो) आणि औष्णिक (थर्मल) वीजकेंद्रे होती. ज्या ठिकाणी नदीला धरण बांधून तिचे पाणी साठवून ठेवणे शक्य असेल अशा जागी धरण बांधतात, त्याच्या जलाशयातल्या पाण्याचा प्रवाह वळवून तो टर्बाइन नावाच्या यंत्रांमधून नेला जातो आणि त्या प्रवाहामुळे त्या यंत्रांच्या गोल फिरत असलेल्या चक्राच्या दांड्याला जोडलेल्या जनरेटरमध्ये विजेची निर्मिती होते. भूगर्भातील कोळसा किंवा तेल, वायू वगैरे इंधने औष्णिक केंद्रांमध्ये जाळून त्या ऊष्णतेच्या उपयोगातून पाण्याची वाफ केली जाते आणि त्या वाफेच्या सहाय्याने वेगळ्या प्रकारच्या टर्बाईन यंत्रांची चक्रे फिरवली जातात. शून्यातून ऊर्जा निर्माण करणे ही गोष्ट वैज्ञानिक दृष्ट्या केवळ अशक्य असल्यामुळे निसर्गातच पण वेगळ्या स्वरूपात उपलब्ध असलेल्या ऊर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर करण्याचे काम ही केंद्रे करतात. ऊन, वारा, समुद्राच्या लाटा यासारख्या ऊर्जेच्या इतर नैसर्गिक स्त्रोतांचा उपयोग वीजनिर्मितीच्या कामासाठी करण्याचे प्रयत्नसुध्दा पूर्वीपासून केले जात आहेत, आता त्यांना अधिक प्राधान्य मिळाले आहे, पण आपल्या आवश्यकता भागवण्यासाठी पुरेशी वीज त्यांच्यापासून तयार करता येण्याची शक्यता मात्र अजून दृष्टीपथात आलेली नाही.

अणूपासून प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा मिळण्याची शक्यता दिसू लागताच या बाबतीतले सर्व संशोधनकार्य अत्यंत गुप्तपणे केले जाऊ लागले. त्या सुमाराला दुसरे महायुध्द भडकलेले असल्यामुळे या ऊर्जेचा सर्वात पहिला जाहीर उपयोग मात्र हिरोशिमा आणि नागासाकी या जपानमधील शहरांचा पुरता विध्वंस करण्यासाठीच केला गेला. त्यामुळे अणूशक्ती ही एक केवळ महाभयानक आणि विनाशकारी अशा प्रकारची शक्ती आहे असा समज रूढ झाला आणि हा गैरसमज आजपर्यंत टिकून राहिला आहे, किंबहुना सध्या त्याला अधिक खतपाणी घातले जात आहे.

अणूऊर्जेवर अंकुश ठेवण्याचे प्रयोग अॅटमबाँबच्या अनियंत्रित अशा विस्फोटाच्या आधीपासून केले जात होते. १९३२ साली न्यूट्रॉनचा शोध लागला, न्यूट्रॉनमुळे होऊ शकणा-या युरेनियमच्या भंजनाची क्रिया १९३८ साली समजली, त्यावरून १९३९ मध्ये न्यूक्लियर चेन रिअॅक्शनची कल्पना मांडली गेली आणि १९४२ मध्ये ती क्रिया प्रत्यक्षात घडवून आणणारा पहिला रिअॅक्टर कार्यान्वितसुध्दा झाला. या सर्व घटना निरनिराळ्या देशांमध्ये घडल्या होत्या यावरून हे काम किती तातडीने आणि एकाच काळात अनेक देशांमध्ये केले जात होते याची कल्पना येईल. अणूऊर्जेवर संपूर्णपणे आणि खात्रीपूर्वक असे नियंत्रण करणारी यंत्रणा तयार झाल्यामुळेच हा रिअॅक्टर बनवता आला होता. मात्र हे सगळे काम गुप्तपणे चालले होते. बाहेरच्या जगाला त्याचा सुगावा लागू दिला नव्हता.

अॅटम बाँबच्या आधी अॅटॉमिक रिअॅक्टर तयार झाला म्हणजे नेमके काय झाले? "या दोन्हीमध्ये अगदी केसाएवढा सूक्ष्म फरक असतो, रिअॅक्टरचे रूपांतर कोणत्याही क्षणी बाँबमध्ये होऊ शकते." अशी (गैर)समजूत अनेक उच्चशिक्षित लोकांची सुध्दा असणे शक्य आहे. सर्वसामान्य लोकांच्या मनात दोन्हीबद्दल तेवढीच भीती असते. या बाबतीत बाळगण्यात येणा-या कमालीच्या गोपनीयतेमुळे तसे झाल्यास आश्चर्य नाही, पण सत्यपरिस्थिती वेगळी असते. निदान समाजाचे नेतृत्व करणारे लोकनेते आणि वर्तमानपत्रांचे संपादक या मंडळींनी अशा प्रकारची भन्नाट विधाने करण्याआधी त्यासंबंधी थोडा अभ्यास केला तर ते समाजाच्या दृष्टीने बरे होईल.

सोप्या उदाहरणाने सांगायचे झाले तर नवरात्रामध्ये नऊ दिवस देवघरात अखंड तेवत राहणारी समई आणि दिवाळीच्या दिवशी (रात्री) उडवलेला सुतळी बाँब यात जेवढा फरक असतो तेवढाच फरक अॅटॉमिक रिअॅक्टर आणि अॅटम बाँब यांच्या रचनेमध्ये असतो. सुतळी बाँबच्या वातीला बत्ती दिली की ती आतपर्यंत जळत जाते, आत ठेवलेल्या स्फोटक दारूचे अत्यंत वेगाने ज्वलन होऊन त्यातून जी ऊर्जा बाहेर पडते ती तप्त वायूंच्या दाबाच्या रूपात बाँबच्या कवचाच्या आतमध्येच साठत जाते, तसेच बाँब बनवतांना स्फोटक द्रव्यांना सर्व बाजूने गुंडाळलेल्या त्याच्या आवरणाला आतून जाळत जाऊन त्याला कमकुवत बनवत जाते. हे सगळे क्षणार्धात घडत असतांना अंतर्गत दाब सहन न झाल्यामुळे ते कवच अनेक बाजूंनी फाटते आणि त्याच्या चिंधड्या उडवून आतील सारी साठलेली ऊर्जा एकाच वेळी बाहेर पडल्यामुळे त्याचा मोठा स्फोट होतो. या उलट देवघरातील समई त्यात तेल असेपर्यंत मंद उजेड देत राहते. त्या तेलामधील एक एक सूक्ष्म थेंब वातीमधून हळूहळू ज्योतीत जातो आणि जळत राहतो. समईमध्ये असलेल्या सगळ्या तेलामधील सर्व राखीव ऊर्जेचा एकदम स्फोट होण्याची शक्यता नसते. रिअॅक्टरचे रूपांतर बाँबमध्ये होण्याची शक्यता यापेक्षा कमी असते, किंबहुना ते कदापि शक्य होऊ नये यासाठी खास काळजी त्याच्या रचनेत अनेक प्रकारांनी घेतलेली असते. एकाद्या माथेफिरू अतिरेक्याने ठरवून तसे करायचे ठरवले तरीसुध्दा ते घडण्याची शक्यता नसते.

आता अॅटॉमिक रीअॅक्टरचा थोडासा पूर्वेतिहास पाहू. १९३२ साली न्यूट्रॉनचा शोध लागला म्हणजे नेमके काय झाले? ते तर प्रत्येक द्रव्याच्या अणूरेणूंमध्ये आधीपासून अस्तित्वात होतेच. त्या वर्षी केलेल्या प्रयोगांमध्ये त्यांना पहिल्यांदा अणूच्या गर्भामधून बाहेर काढून दाखवले गेले. याचा अर्थ भुईमुगाच्या शेंगातले दाणे काढून डब्यात भरून ठेवावेत तसे कोणी न्यूट्रॉन्सना बाटलीत भरून जगाला दाखवले असा होत नाही. एका विशिष्ट प्रक्रियेमध्ये क्षणभरासाठी न्यूट्रॉन्स एका अणूमधून बाहेर पडतात आणि लगेच ते अनंतात विलीन होऊन जातात. ती क्रिया घडवून आणणे आणि त्या क्षणापुरते त्या न्यूट्रॉनचे वेगळे अस्तित्व ओळखणे या गोष्टी एका शास्त्रज्ञाने साध्य करून दाखवल्या. टेलीव्हिजन आणि इंटरनेट यासारखी प्रभावी माध्यमे नसतांनाच्या त्या काळातसुध्दा ही बातमी जगभरातील वैज्ञानिकांमध्ये पसरली. त्यानुसार न्यूट्रॉनचा झोत तयार करून त्याचे विविध पदार्थांवर होणारे परिणाम यावर सगळीकडे संशोधन सुरू झाले. इतर सर्व पदार्थ या सुट्या न्यूट्रॉन्सना लगेच गिळंकृत करून टाकत असतांना युरेनियम या धातूमधून मात्र दुप्पट तिप्पट संख्येने जास्तच न्यूट्रॉन्स बाहेर पडतात असे धक्कादायक निरीक्षण १९३८ साली प्रसिध्द झाले. या क्रियेला फिशन (भंजन) असे नाव दिले गेले. ही क्रिया सातत्याने घडवून आणत राहणे शक्य होत असेल तर त्या क्रियांची एक वेगाने वाढत जाणारी साखळी (चेन रिअॅक्शन) बनवता येईल आणि त्यातून निर्माण होणा-या न्यूट्रॉन्सची संख्या अनंतपटीने वाढवत नेता येईल असा तर्क केला जाऊ लागला. त्या वेळी हा फक्त तर्क होता, प्रत्यक्ष कृती करून तो पडताळून पाहणे आवश्यक होते. त्यासाठी नक्की काय करायला हवे हा सुध्दा एक मोठा प्रश्न होता. अनेक शास्त्रज्ञ त्यासाठी आपली बुध्दी पणाला लावत होते.

ते काम करण्यासाठी अनेक प्रयत्न करून झाल्यानंतर १९४२ साली पहिला यशस्वी रिअॅक्टर बनवला गेला त्याची चित्तरकथा मजेदार आहे. ज्या प्रयोगशाळेत हा उभारायचे ठरले होते त्या ठिकाणी मजूरांचा संप सुरू झाला. शास्त्रज्ञ आणि सरकारचे संरक्षण खाते यांना तर हा प्रयोग करण्याची घाई झाली होती. शिकागो युनिव्हर्सिटीमध्ये एक ओस पडलेली जुनी इमारत होती. तिथल्या एका खोलीत ग्राफाइटचे खूप ठोकळे आणि युरेनियमच्या चकत्या (पेलेट्स) यांची विशिष्ट प्रकारे रचना केली गेली. त्या काळी 'रिअॅक्टर' या शब्दाचा उपयोग सुरू झाला नव्हता. या रचनेला एक 'ढीग (पाईल)' असे साधे नाव दिले. न्यूट्रॉन्सचे शोषण करण्यासाठी कॅड्मियमचा मुलामा दिलेल्या काही सळ्या त्या पाइलच्या आतबाहेर सरकवता येतील अशी व्यवस्था केली होती. त्यांना हळूहळू पाईलच्या बाहेर काढले (वर उचलले) की चेन रिअॅक्शन सुरू होऊन न्यूट्रॉन्सची संख्या वाढेल आणि त्यांना खाली सोडून आत ढकलले की चेन रिअॅक्शन बंद पडून न्यूट्रॉन्सची संख्या रोडावेल अशी अपेक्षा होती. न्यूट्रॉन्सची आणि रेडिएशनची अत्यंत सूक्ष्म गणना करणारी अचूक अशी उपकरणेच पाईलच्या आत चाललेल्या किंवा बंद पडलेल्या रिअॅक्शनची माहिती पुरवणार होती. या न्यूट्रॉन्सची अपेक्षित गणती अगदी नगण्य असल्यामुळे त्यांच्यापासून रेडिएशनचे दुष्परिणाम होण्याची भीती नव्हती तसेच यातून निर्माण होणारी क्षीण ऊष्णता वाहून नेण्यासाठी कसलीही व्यवस्था केलेली नव्हती. प्रयोगाचे संचालक महान शास्त्रज्ञ एन्रिको फर्मी यांना हा प्रयोग हाताबाहेर जाणारच नाही याबद्दल एवढी जबरदस्त खात्री होती की त्यांनी कसल्याही प्रकारचे शील्डिंग सुध्दा बसवले नव्हते. आज कोणीही अशा प्रयोगाला सुध्दा अनुमती देणार नाही, पण युध्दपातळीवर चाललेल्या संशोधनाच्या त्या टप्प्यावर अशा रीतीने जगातला पहिला वहिला 'मानवनिर्मित रिअॅक्टर' तयार झाल्याची अधिकृत नोंद झाली.

आजकालच्या अत्यंत गुंतागुंतीच्या रीअॅक्टर्सशी तुलना करता हा प्रयोग पहायला गेल्यास फारच साधा होता. त्या प्रॉजेक्टवर काम करणा-या शास्त्रज्ञांनी आणि त्यांच्या सहाय्यकांनीच त्यातले ग्राफाईटचे ब्लॉक्स आणि युरेनियमचे पेलेट्स एका लाकडी सांगाड्यामध्ये हाताने रचले आणि त्यात आपले अंग आणि कपडे मळवून घेतले. नियंत्रण करणारे कॅडमियमकोटेड रॉड्स दोरीला टांगले होते आणि त्यांना हाताने ओढून वरखाली करण्यासाठी तीन निधड्या छातीचे शिलेदार पाईलच्या माथ्यावर उभे होते. प्रयोगात काही गंभीर स्वरूपाची गफलत झाली असतीच तर ते थेट आसमानात गेले असते. याशिवाय एक खूप शक्तीशाली आणि वजनदार वेगळा रॉड टांगून ठेवला होता आणि संदेश मिळाला की तत्क्षणी त्याच्या दोरीवर घाव घालून तिला तोडण्याच्या तयारीने एक जवान हातात कु-हाड घेऊन त्याच्या शेजारी सज्ज उभा होता. त्याला SCRAM—the safety control rod ax-man असे नाव दिले होते. पाईलमधल्या न्यूक्लियर रीअॅक्शन प्रमाणाबाहेर जाऊ लागल्या असल्याची शंका आल्यास त्या माणसाने कु-हाडीचा घाव घालून ती दोरी तोडायची आणि तो रॉड पाईलमध्ये खाली पडला की रीअॅक्शन नक्की बंद पडणारच अशी व्यवस्था होती. गरज पडताच रिअॅक्टरला आपोआप बंद पाडण्याची स्वयंचलित 'ट्रिप' किंवा 'शट डाऊन सिस्टम' प्रत्येक रिअॅक्टरमध्ये असतेच. अमेरिकेत त्यांना आजही 'स्क्रॅम' असे म्हणतात.

या प्रयोगासाठीसुध्दा अफाट खर्च आला होता. त्यासाठी वापरले गेलेले तीनचारशे टन ग्राफाईट आणि कित्येक टन युरेनियम यांचीच किंमत त्याकाळी कोटींच्या घरात, म्हणजे आजच्या काळातील अब्जावधी रुपये एवढी होती. आणि त्यातून जेवढी ऊष्णता बाहेर पडत होती त्यावर एक कप चहासुध्दा झाला नसता. पण अणूशक्तीचा उपयोग करून त्यातून भरपूर प्रमाणात ऊष्णता निर्माण करणे हा या प्रयोगाचा उद्देश नव्हताच. भंजनाची (फिशन) एक अखंड साखळी तयार करता येईल अशी जी कल्पना पुढे आली होती, त्या कल्पनेचा पुरावा प्रत्यक्ष प्रमाणातून मिळवणे हा या प्रयोगाचा एकमेव उद्देश होता. एकदा ते सिध्द झाले की पुढे जाण्याचा मार्ग प्रशस्त होणार होता. जवळ जवळ अर्धा तास या पाईलशी हो नाही चा खेळ खेळून घेतल्यानंतर आपल्याला हवे तेंव्हा भंजनक्रियेची साखळी (न्यूक्लियर चेन रिअॅक्शन) सुरू करता येते, अपेक्षेनुसार ती सुरू होते, त्यानंतर ती आपोआप चालत राहते आणि नको वाटली की तिला लगेच बंदही करता येते याची शास्त्रज्ञांना पूर्ण खात्री पटली. त्यांच्या मनातून तसे वाटत असले तरी त्यात कसलाही अनपेक्षित गोंधळ होणार नाही याचा प्रत्यक्ष पुरावा हवा होता. तो मिळाल्यानंतर त्यांनी हा पाईल कायमचा बंद करून टाकला, दोन तीन महिन्यातच त्यातले सारे सामान जसे रचले होते तसेच ते उतरवले आणि नव्या जागी पुन्हा व्यवस्थितपणे रचून आपले पुढील प्रयोग सुरू केले.

मानवाच्या भवितव्यावर एवढा मोठा प्रभाव ज्याने पडला अशा या ऐतिहासिक प्रयोगाबद्दल त्या काळात मात्र कमालीची गुप्तता बाळगली होती. त्यात मिळालेल्या माहितीला तर कणभर देखील प्रसिध्दी दिली गेली नाहीच, या प्रयोगावर काम करणा-या शास्त्रज्ञांच्या बायकांनादेखील आणखी काही वर्षे उलटून जाईपर्यंत असा प्रयोग केला गेल्याबद्दल सुध्दा अवाक्षर समजले नव्हते. या शास्त्रज्ञांनी अनेक दिवसरात्र काम करून केलेल्या अथक परिश्रमानंतर मिळालेल्या यशाने खूष होऊन श्रमपरिहार करण्यासाठी एक लहानशी पार्टी केली. त्या पार्टीत कोणीतरी डॉ.फर्मी यांचे अभिनंदन करताच ते कशाबद्दल असे त्यांच्या पत्नीने त्यांना विचारले. आयत्या वेळी एक थाप मारून त्या सहका-याने ती वेळ निभावून नेली, पण त्यानंतर त्या थापेशी सुसंगत अशी उडवाउडवी त्यांना करत रहावी लागली.

. . . . . . . . . . . (क्रमशः)