ফিউশন এবং অ্যাস্ট্রোফিজিক্যাল প্লাজমা থেকে শুরু করে মহাকাশযান প্রবর্তন পর্যন্ত, প্রিন্সটন প্লাজমা ফিজিক্স ল্যাবরেটরির ডক্টর ফাতিমা ইব্রাহিমি প্লাজমা ফিজিক্সের বিভিন্ন ক্ষেত্রে তার কাজ নিয়ে আলোচনা করেছেন
প্লাজমা পদার্থবিদ্যা আধুনিক বিজ্ঞানের সবচেয়ে মৌলিক এবং উচ্চাভিলাষী প্রশ্নের কেন্দ্রবিন্দুতে বসে আছে, কিভাবে তারা এবং ব্ল্যাক হোল আচরণ করে কিভাবে আমরা ফিউশন শক্তি ব্যবহার করতে পারি এবং সৌরজগতের মাধ্যমে মহাকাশযানকে চালিত করতে পারি। ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি-এর প্রিন্সটন প্লাজমা ফিজিক্স ল্যাবরেটরির (PPPL) থিওরি ডিপার্টমেন্টের প্রিন্সিপাল রিসার্চ ফিজিসিস্ট এবং প্রিন্সটন ইউনিভার্সিটির অ্যাস্ট্রোফিজিকাল সায়েন্সেস বিভাগের একজন অ্যাফিলিয়েটেড রিসার্চ স্কলার ফাতিমা ইব্রাহিমির জন্য, এই জটিল সমস্যাগুলি প্লাজমা ফিজিক্সের বিস্তৃত স্পেকট্রাম জুড়ে তার কাজের বিস্তৃত পোর্টফোলিওর কেন্দ্রবিন্দু।
20 বছরেরও বেশি সময় ধরে ম্যাগনেটোহাইড্রোডাইনামিক্সে কাজ করার পর, ডঃ ইব্রাহিমি শারীরিক পর্যালোচনা পত্র, নিউক্লিয়ার ফিউশন, ফিজিক্স অফ প্লাজমাস, অ্যাস্ট্রোফিজিক্যাল জার্নাল, এবং মাসিক অ্যাস্ট্রো সোসাইটি অফ রয়্যান্সিস্ট্রো সহ বেশ কয়েকটি নেতৃস্থানীয় সমকক্ষ-পর্যালোচিত জার্নালে প্রকাশিত বিভিন্ন বিষয় এবং লিখিত গবেষণাপত্রের উপর কাজ করেছেন। ডঃ ইব্রাহিমির জন্য একটি উল্লেখযোগ্য অর্জন হল প্লাজমা থ্রাস্টারের জন্য প্রথম ধারণা উদ্ভাবন যা দ্রুত চৌম্বকীয় পুনঃসংযোগ ব্যবহার করে।
ইনোভেশন প্ল্যাটফর্মের সিনিয়র এডিটর জর্জি পারসেল, তার কর্মজীবন, প্লাজমা পদার্থবিজ্ঞানের বহুমুখী বিশ্ব এবং তার বর্তমান ফোকাস অদূর ভবিষ্যতের বিষয়ে আরও জানতে ডাঃ ইব্রাহিমির সাথে কথা বলেছেন।
প্লাজমা পদার্থবিজ্ঞানে আপনার কাজের প্রধান ফোকাস ক্ষেত্রগুলি কী কী?
আমার কাজ ফিউশন প্লাজমা ফিজিক্স, অ্যাস্ট্রোফিজিকাল প্লাজমা এবং প্লাজমা প্রপালশনের ক্ষেত্রে কেন্দ্রীভূত। আমার পটভূমি ফিউশন প্লাজমা পদার্থবিদ্যায়, এবং আমি প্রথম উইসকনসিন-ম্যাডিসন বিশ্ববিদ্যালয়ে এটিতে প্রশিক্ষণ নিয়েছিলাম।
উইসকনসিনে আমার পিএইচডি চলাকালীন, আমি রিভার্সড-ফিল্ড পিঞ্চ (RFP)-এ কাজ করেছি - চৌম্বকীয় সীমাবদ্ধতার ফিউশন ডিভাইসের একটি খুব কম-ক্ষেত্রের যন্ত্র যাতে প্লাজমা পদার্থবিদ্যার আকর্ষণীয় দিক রয়েছে, যেমন চৌম্বকীয় ক্ষেত্র তৈরি করা এবং চৌম্বকীয় পুনঃসংযোগের ঘটনা। এই পরীক্ষাটি পুনঃসংযোগ, ডায়নামো এবং চৌম্বকীয় ক্ষেত্র জেনারেশন সহ প্লাজমা পদার্থবিজ্ঞানের মধ্যে সাধারণ বিষয়গুলিতে আমার আগ্রহ তৈরি করেছে।
আমার পিএইচডি করার পর, আমি ইউনিভার্সিটির সেন্টার ফর ম্যাগনেটিক সেল্ফ-অর্গানাইজেশন ইন ল্যাবরেটরি অ্যান্ড অ্যাস্ট্রোফিজিক্যাল প্লাজমাস (CMSO) এ কাজ করেছি, যেখানে আমি প্লাজমা অ্যাস্ট্রোফিজিক্স অধ্যয়নের জন্য আমার গবেষণা পোর্টফোলিও প্রসারিত করেছি। এখানে, আমি ব্ল্যাক হোল, পদার্থের ব্ল্যাক হোলে পরিণত হওয়া এবং কমপ্যাক্ট অ্যাস্ট্রোফিজিক্যাল প্লাজমাগুলির চারপাশে ঘটতে থাকা বিভিন্ন অস্থিরতার মতো বিষয়গুলি সহ বেশিরভাগ প্লাজমা পদার্থবিদ্যা সম্পর্কিত জ্যোতির্পদার্থ সংক্রান্ত সমস্যাগুলি তদন্ত করেছি।
আমি যখন প্রিন্সটন ইউনিভার্সিটিতে আসি, তখন আমি প্লাজমা ফিজিক্স সম্পর্কে চিন্তা করার একটি আন্তঃবিভাগীয় উপায় নিয়ে এসেছি। আমি ন্যাশনাল স্ফেরিক্যাল টোরাস এক্সপেরিমেন্ট (NSTX)-এর সাথে কাজ শুরু করি - প্রিন্সটন প্লাজমা ফিজিক্স ল্যাবরেটরিতে (PPPL) একটি গোলাকার টোকামাক। এখানে, আমি প্লাজমা কারেন্ট গঠনের স্টার্টআপে কাজ করেছি। যেহেতু গোলাকার টোকামাকগুলি সত্যিই কম্প্যাক্ট, তাই টোকামাকের মূল অংশে প্রচুর চুম্বক রাখার মতো জায়গা নেই। তাই প্লাজমা কারেন্ট শুরু করার জন্য আপনাকে উদ্ভাবনী কৌশল ব্যবহার করতে হবে। এনএসটিএক্স-এর জন্য, আমরা 'হেলিসিটি ইনজেকশন' নামে পরিচিত কিছু ব্যবহার করেছি, যেখানে আমরা প্লাজমা কারেন্ট তৈরি করতে গোলাকার টোকামাকের মধ্যে চৌম্বকীয় হেলিসিটি ইনজেকশন দিয়েছি। এই কাজটি চৌম্বকীয় পুনঃসংযোগ ব্যবহার করে আমার প্লাজমা প্রপালশন আবিষ্কারের দিকে পরিচালিত করেছিল।
আমি একটি প্রজেক্টের নেতৃত্ব দিই যেটি ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি (DOE)-এর সায়েন্টিফিক ডিসকভারি থ্রু অ্যাডভান্সড কম্পিউটিং (SciDAC) প্রোগ্রামের অংশ। এটি একটি বহু-প্রাতিষ্ঠানিক কাজ যা প্লাজমার স্থায়িত্ব অধ্যয়ন করে, বিশেষ করে টোকামাকের প্রান্তের কাছে। কখনও কখনও এই অস্থিরতাগুলি, যা 'এজ-লোকালাইজড মোড' নামে পরিচিত, অবাঞ্ছিতভাবে একটি টোকামাকের প্লাজমার প্রান্তে ট্রিগার হয়। অতএব, আপনি তাদের নিয়ন্ত্রণ করতে চান, তাদের ভবিষ্যদ্বাণী করতে চান বা তাদের এড়াতে একটি উপায় খুঁজে বের করতে চান।
SciDAC প্রোগ্রামের সাথে আমার কাজের অংশ হল পরীক্ষাগুলির বিরুদ্ধে আমাদের কোডগুলিকে যাচাই করার জন্য উন্নত গণনা ব্যবহার করা যাতে আমরা কীভাবে এই প্রান্ত-স্থানীয় মোডগুলি এড়াতে পারি। আমি অ্যাস্ট্রোফিজিক্যাল প্লাজমা এবং প্লাজমা প্রপালশনেও কাজ করি।
আপনার কাজ আজ যেখানে দাঁড়িয়েছে সেখানে কীভাবে অগ্রসর হয়েছে?
পূর্বে বলা হয়েছে, আমি NSTX এ হেলিসিটি ইনজেকশন ব্যবহার করে বর্তমান প্রজন্মের কৌশলগুলিতে কাজ করেছি। পরীক্ষাকে ত্বরান্বিত করতে সাহায্য করার জন্য গণনা ব্যবহার করার সময়, আমি আবিষ্কার করেছি যে এই প্লাজমা স্টার্টআপের সময় NSTX-এ দ্রুত চৌম্বকীয় পুনঃসংযোগ ঘটে। দ্রুত চৌম্বক পুনঃসংযোগ একটি প্লাজমাতে একটি শারীরিক প্রক্রিয়া যেখানে বিপরীতভাবে নির্দেশিত চৌম্বক ক্ষেত্র রেখাগুলি স্ন্যাপ করে, ভেঙে যায় এবং পুনরায় যোগ দেয়, দ্রুত সঞ্চিত চৌম্বক শক্তিকে গতিশক্তি, তাপ শক্তি এবং উচ্চ-গতির কণার বহিঃপ্রবাহে রূপান্তরিত করে। আমার সিমুলেশনের মাধ্যমে, আমি ভবিষ্যদ্বাণী করেছি যে NSTX-এ অনেক প্লাজমায়েড (প্লাজমা এবং চৌম্বকীয় ক্ষেত্র দিয়ে তৈরি প্লাজমা বস্তু) উৎপন্ন হয় যখন বিপরীত দিকনির্দেশিত চৌম্বক ক্ষেত্র রেখার দুটি অঞ্চলের মধ্যে তৈরি বর্তমান শীটগুলি বুদবুদ ভেঙ্গে চুম্বকীয় পুনঃসংযোগ ট্রিগার করে। এই আবিষ্কারটি আমাকে প্রশ্ন করে যে কেন আমরা এখনও পরীক্ষায় এটি দেখিনি। আমরা আমাদের বিভিন্ন স্রাব পুনরায় বিশ্লেষণ করেছি এবং দেখতে পেয়েছি যে এই বস্তুগুলি প্রকৃতপক্ষে ক্যামেরার চিত্রগুলিতে বন্দী হয়েছিল এবং তারা তুলনামূলকভাবে দ্রুত এবং উচ্চ বেগের সাথে চলে। এই তত্ত্বটি পরীক্ষামূলকভাবে যাচাই করা হয়েছিল এবং ফলাফল 2015 সালে একটি গবেষণাপত্রে প্রকাশিত হয়েছিল।
এখান থেকে, আমি একটি সরলীকৃত থ্রাস্টার কনফিগারেশনে স্পেস প্রপালশনের জন্য প্লাজমাকে ত্বরান্বিত করার জন্য এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করার ধারণা তৈরি করেছি। এতে বর্তমান শীট তৈরি করতে সক্ষম হওয়ার জন্য কয়েলগুলি কনফিগার করা জড়িত যা তারপরে প্লাজমা বস্তুর মধ্যে ভেঙে যায়, যার ফলে প্লাজমাকে থ্রাস্ট তৈরির জন্য উচ্চ বেগে ত্বরান্বিত করা যায়। প্রিন্সটন বিশ্ববিদ্যালয়ের কাছে এখন এই আবিষ্কারের পেটেন্ট রয়েছে।
আমরা বর্তমানে PPPL-এ Plasmoid Magnetic Reconnection Thruster (PMRT) নামে একটি পরীক্ষা তৈরি করছি, যা উচ্চ বেগে প্লাজমাকে চালিত করতে এবং নেট থ্রাস্ট তৈরি করতে এই ধারণাকে প্রসারিত করবে।
এছাড়াও PPPL-এ চৌম্বক পুনঃসংযোগ পরীক্ষা (MRX) এবং ল্যাবরেটরি রিকনেকশন এক্সপেরিমেন্টস (FLARE) নামে পরিচিত অতিরিক্ত পরীক্ষা-নিরীক্ষা এবং সুবিধা রয়েছে, যেগুলি চৌম্বক পুনঃসংযোগের প্রক্রিয়া অধ্যয়নের জন্য নিবেদিত। এটি প্রধানত একাডেমিক গবেষণা কিভাবে পুনঃসংযোগ একটি মাল্টি-স্কেল, মাল্টি-ফিজিক্স সমস্যা। আমিও সেইসব পরীক্ষায় জড়িত। যাইহোক, এই পরীক্ষাগুলি নেট থ্রাস্ট তৈরি করার জন্য ডিজাইন করা হয়নি কারণ, যখন আপনি পুনঃসংযোগ করেন, সাধারণত আপনার প্লাজমা বাম এবং ডান উভয় দিকে সরে যায় - নেট থ্রাস্ট বাতিল করে দ্বিমুখী বহিঃপ্রবাহ তৈরি করে।
পিএমআরটি পরীক্ষা-নিরীক্ষার নির্মাণ কাজ এখন পর্যন্ত কীভাবে এগোচ্ছে?
PMRT ল্যাবরেটরি ডাইরেক্টেড রিসার্চ অ্যান্ড ডেভেলপমেন্ট (LDRD) প্রোগ্রামের অভ্যন্তরীণ R&D তহবিল দ্বারা সমর্থিত। এটি একটি মাঝারি আকারের পরীক্ষা, এবং এর নির্মাণ প্রক্রিয়া কয়েক বছর ধরে চলে। এখন পর্যন্ত, আমরা এর জন্য বিস্তারিত নকশা সম্পন্ন করেছি এবং পরীক্ষার মূল উপাদানগুলি সংগ্রহ করেছি।
আমাদের এখন ডিভাইসটিকে শক্তিশালী করতে হবে। আমাদের ল্যাবে একটি বড় ক্যাপাসিটর ব্যাঙ্ক সিস্টেম এবং পাওয়ার সাপ্লাই সিস্টেম আছে। আমরা আমাদের কয়েল সংগ্রহ করেছি এবং ভ্যাকুয়াম ভেসেলের মতো অন্যান্য উপাদান সংগ্রহের প্রক্রিয়ার মধ্যে আছি। সমাবেশ এই বছর অনুষ্ঠিত হবে, এবং আমরা পরবর্তী 12 মাসের মধ্যে পরীক্ষা চালানোর আশা করি।
একটি ধারণা থেকে একটি কার্যকর প্রযুক্তিতে নিয়ে যাওয়ার জন্য আপনাকে এই পরীক্ষায় কী প্রদর্শন করতে হবে?
এটি একটি কার্যকর প্রযুক্তি হওয়ার জন্য, আমাদের অবশ্যই কিছু জিনিস দেখাতে হবে।
আমাদের অবশ্যই দেখাতে হবে যে আমরা সিস্টেমটি পরিচালনা করতে পারি। এনএসটিএক্স পরীক্ষায়, আমরা একমুখী প্লাজমাকে উচ্চ গতিতে চলতে দেখেছি। আমরা PMRT পরীক্ষায় অনুরূপ প্লাজমা আন্দোলন দেখতে চাই। আমাদের অবশ্যই বিভিন্ন ডায়াগনস্টিকসের মাধ্যমে প্লাজমা বস্তুর বেগ এবং থ্রাস্টের বল পরিমাপ করতে হবে। আমরা ডিভাইসের নমনীয়তা পরীক্ষা করতে চাই, কারণ নমনীয়তা আমাদের বিভিন্ন চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তিতে কাজ করতে সক্ষম করবে। আমরা দেখতে চাই কিভাবে চৌম্বক ক্ষেত্রের সাথে থ্রাস্ট স্কেল আমাদের এটি নিয়ন্ত্রণ করতে দেয়। আমরা থ্রাস্টার কতটা দক্ষ তা পরিমাপ করার পরিকল্পনা করি এবং এর পাওয়ার স্কেলেবিলিটি পরীক্ষা করি। যদি সিস্টেমটি খুব শক্তি স্কেলযোগ্য হয় তবে এটি আমাদেরকে কম চৌম্বক ক্ষেত্রের নিম্ন শক্তিতে যেতে সক্ষম করবে। পরীক্ষাটি মোটামুটি নমনীয়, কারণ আমরা কয়েলগুলিতে চৌম্বকীয় ক্ষেত্রগুলিকে টিউন করতে পারি এবং তারপরে দেখতে পারি যে আমরা শক্তির পরিপ্রেক্ষিতে কতটা কম বা উঁচুতে যেতে পারি। এটি করার সুবিধা হল, কম শক্তিতে, আপনি সোলার প্যানেল দ্বারা চালিত থ্রাস্টার ব্যবহার করতে পারেন। উচ্চ শক্তিতে, থ্রাস্টারকে পারমাণবিক চালিত হতে হবে। উচ্চ শক্তির সাথে, আপনি আরও খোঁচা উত্পাদন করেন। সৌর-চালিত সংস্করণের সাথে, কার্যক্ষমতার ক্ষেত্রে স্বল্পমেয়াদী লক্ষ্য হল নিম্ন-পৃথিবী কক্ষপথ থেকে চাঁদে পরিবহনের জন্য এটি ব্যবহার করা। থ্রাস্টাররা ইতিমধ্যেই এটি করছে, তবে PMRT এর সুবিধা হল এটি জ্বালানী-নমনীয়। আজকের হল এবং আয়ন থ্রাস্টারগুলি সাধারণত জেননের মতো মহৎ গ্যাসের উপর নির্ভর করে যেগুলিকে অবশ্যই পৃথিবী থেকে বহন করতে হবে, যেখানে এই থ্রাস্টার মহাকাশে পাওয়া স্থানীয় সম্পদ থেকে প্রাপ্ত জ্বালানি ব্যবহার করতে পারে। তারপর, উচ্চ শক্তিতে, আপনি মঙ্গল এবং তার বাইরে ভ্রমণ করতে পারেন।
বাস্তব জীবনের অ্যাপ্লিকেশনের জন্য এই পরীক্ষায় সাফল্যের অর্থ কী হতে পারে?
PMRT এর বাস্তব-জীবনের অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, আমরা একটি সহজ এবং কমপ্যাক্ট সিস্টেম খুঁজছি। যদি সিস্টেমটি ক্ষেত্রের বৈচিত্র্য, স্পন্দন এবং রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি তরঙ্গের মতো জিনিসগুলির জন্য বাহ্যিক উপাদানগুলি অন্তর্ভুক্ত করে তবে এটি খুব জটিল হয়ে উঠবে এবং থ্রাস্টারে নিজেই পরিধান হবে। PMRT সরলীকৃত এবং কমপ্যাক্ট কারণ আমরা শুধুমাত্র DC চৌম্বক ক্ষেত্র এবং DC বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ব্যবহার করি গ্যাসকে আয়নাইজ করতে।
PMRT এর আরেকটি বাস্তব-জীবনের প্রয়োগ হল ফিউশনের জন্য। নীতিগতভাবে, দুটি প্লাজমোয়েড একত্রিত করা যেতে পারে এবং পুনরায় সংযোগের মাধ্যমে উত্তপ্ত করা যেতে পারে - ফিউশন অবস্থার একটি সম্ভাব্য পথ যা আমরা ভবিষ্যতে অন্বেষণ করতে পারি।
প্লাজমা নিয়ে কাজ করার সময় প্রধান চ্যালেঞ্জগুলি কী কী? কিভাবে তারা পরাস্ত করা যেতে পারে?
স্থিতিশীলতা এবং অশান্তির পরিপ্রেক্ষিতে প্লাজমা কখনও কখনও অপ্রত্যাশিত হতে পারে। এর মানে হল যে আমরা প্রথমে কিছু বুঝতে না পারলে আরও পরীক্ষা-নিরীক্ষার প্রয়োজন হতে পারে। আজ, হাই-পারফরম্যান্স কম্পিউটিং এবং কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা (AI) প্লাজমার বিশদ মডেলিং এবং বোঝার ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্যভাবে সাহায্য করতে পারে, কারণ তারা আমাদের পুরো প্লাজমাতে কী ঘটছে তা দেখতে সক্ষম করে।
আরেকটি অসুবিধা হতে পারে প্লাজমা-এর সমস্ত প্রয়োগের জন্য প্লাজমা-বস্তুর মিথস্ক্রিয়া। আপনার প্লাজমা যেখানেই থাকুক না কেন, প্লাজমা অবশেষে উপাদান দেয়ালের সাথে যোগাযোগ করতে যাচ্ছে। প্লাজমা পদার্থবিজ্ঞানে এটি একটি কঠিন সমস্যা, কারণ প্লাজমা কীভাবে উপাদানের সাথে যোগাযোগ করবে তা অনুমান করা কঠিন।
প্লাজমার সাথে কাজ করার সময় আমরা উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হই, তারা পরীক্ষার জন্য ক্ষতিকর নয়। এগুলি প্রশমিত করা যেতে পারে, এবং সমাধানগুলি খুঁজে পাওয়া সম্ভব। বর্তমানে উপলব্ধ উদ্ভাবনগুলি, যেমন AI এবং উন্নত গণনা, এই ধরনের সমস্যাগুলি সমাধান করা সহজ করে তোলে৷
