शून्याचा शोध

शून्याचा शोध नक्की कुणी लावला असेल यावर कांही गंभीर चर्चा आणि अनेक विनोदी चुटके, व्यंगचित्रे वगैरे पहाण्यात येतात. ‘शोध लावणे’ हा मराठी शब्दच मुळी बुचकळ्यात टाकणारा आहे. एकादी गोष्ट आधी हरवली असली तर ती कुणीतरी शोधून काढली किंवा कुणाला तरी ती सापडली असे म्हणण्यात काही अर्थ आहे. हे शून्य अमक्यातमक्याने शोधून काढले असे म्हणायला ते कधी तरी हरवले होते का ?

श्रेष्ठ भारतीय शास्त्रज्ञांनी लावलेला ‘शून्याचा शोध’ ही जगाला दिलेली एक अद्भुत भेट आहे हे जगातल्या विद्वानांनी मान्य केले आहे. सर्वाधिक लोक त्याचे श्रेय आर्यभट यांना देतात, तर बरेचसे लोक ते ब्रह्मगुप्त यांना देतात. कांही लोकांच्या मते आर्यभटांच्या आधी होऊन गेलेले विद्वान पिंगला यांनी किंवा त्यांच्याही पूर्वी कोणा अज्ञात विद्वानांनी तर काहींच्या मते नंतरच्या काळातल्या भास्कराचार्यांनी शून्याचा शोध लावला. म्हणजे ते पुन्हा पुन्हा हरवत होते की काय ?

आर्यभट, ब्रह्मगुप्त वगैरे शास्त्रज्ञांच्या काळांच्या खूप पूर्वी लिहिल्या गेलेल्या प्राचीन संस्कृत साहित्यामध्ये निरनिराळ्या संख्यांचे उल्लेख कसे येतात अशी शंका आपल्या मनात येते. रावणाला दहा तोंडे होती तर कौरवांची संख्या शंभर होती. विष्णुसहस्रनाम प्रसिध्द आहे. कार्तवीर्यार्जुनाला हजार हात होते तर सगराला साठ हजार पुत्र होते. गणेशाचे वर्णन “वक्रतुंड महाकाय सूर्यकोटिसमप्रभ” असे केले आहे आणि श्रीरामाची स्तुति “चरितम् रघुनाथस्य शतकोटिप्रविस्तरम्” अशी करून “सहस्रनामतत्तुल्ल्यम्” अशी रामनामाची महती सांगितली आहे. महाभारत युध्दामध्ये अठरा अक्षौहिणी सैन्याने भाग घेतला होता, त्यातल्या प्रत्येक अक्षौहिणीमध्ये किती हत्ती, घोडे, पायदळ वगैरे होते याचे मोठमोठे आंकडे सांगितले जातात. चार युगांमधल्या वर्षांची संख्या कित्येक लक्षांमध्ये दिली जाते. गायीच्या पोटात तेहतीस कोटी देव असतात असे म्हणतात. पौराणिक कथा आणि स्तोत्रे यांमध्ये मोठमोठ्या संख्यांचे उल्लेख असलेली अशी असंख्य उदाहरणे आहेत. त्यांची रचना झाली तेंव्हा अजून शून्याचा शोध लागलेला नसेल ?

शिवाय ‘शून्य’ या शब्दाचा अर्थ काय? कुठल्याही वस्तूचे नसणे म्हणजे तिची संख्या शून्य इतकी असणे असा अर्थ आपण लावतो. पैशाचे पाकीट रिकामे झाले, धान्याचा डबा रिकामाच असला किंवा झाला तर त्यातली उणीव, पोकळी, रिकामेपणा वगैरे गोष्टी कुणालाही आपोआप जाणवतात. आपण बेअक्कल माणसाला अक्कलशून्य म्हणतो. कुठेच लक्ष नसलेला माणूस शून्यात पहात असतो. नसणे या अर्थाच्या शून्याच्या या सर्वसामान्य रूपाचा मुद्दाम शोध लावायची काय गरज आहे? ते आपल्याला आपोआप जाणवते. मग प्राचीन भारतीयांनी कुठल्या शून्याचा शोध लावला असे सांगतात?

या शून्याचा संबंध गणिताशी येतो. एक, दोन, दहा, वीस आदि संख्यांचा उगम वस्तू किंवा माणसे, प्राणी वगैरेंची मोजमापे करण्यासाठी झाला. यातले एकापासून दहापर्यंतचे आकडे हातांच्या बोटांवर मोजता येत होते. त्याहून जास्त वस्तू मोजायच्या झाल्यास दहा दहांचे गट करून ते गट मोजायचे आणि उरलेल्या वस्तू वेगळ्या मोजायच्या असे करून ती संख्या काढता येत होती. उदाहरणार्थ तीन वेळा दहा अधिक एक सुटा म्हणजे एकतीस. अशा प्रकारे दहा वेळा दहा म्हणजे शंभर, दहा वेळा शंभर म्हणजे हजार अशा प्रकारे संख्यांची नांवे ठेवली गेली. रोजच्या जीवनात याहून मोठ्या संख्या मोजण्याची गरजच पडत नव्हती. अस्तित्वात नसलेल्या वस्तू कशा मोजणार ? त्यासाठी शून्य नावाच्या संख्येचीही गरज नव्हती. व्यवहारात आवश्यकता नसली तरी विद्वान लोकांनी कल्पनेमधून कोटी, अब्ज, परार्ध यासारख्या अनेक मोठमोठ्या संख्यांची रचना केली होती. पूर्वीच्या काळात या संख्या अक्षरांमधूनच व्यक्त केले जात असाव्यात.

एक, दोन, तीन अशा शब्दांऐवजी १, २, ३ अशी चिन्हे (अंक) लिहिली तर संख्या लिहिणे सोयीचे होईल अशी नामी कल्पना भारतीयांना सुचली तशीच इतर देशांमधल्या लोकांनाही निरनिराळ्या काळांमध्ये सुचली. उदाहरणार्थ रोमन लोकांनी एक, पाच, दहा यांचेसाठी I, V, X अशी अक्षरेच चिन्हांप्रमाणे योजिली आणि त्यांचा उपयोग करून ते संख्या लिहू लागले, जसे आठसाठी VIII, चौदासाठी XIV वगैरे. यात शून्याला स्थान नव्हते. जितकी मोठी संख्या असेल तितकी जास्त चिन्हे वापरायची आणि ती लक्षात ठेवण्याची गरज होती. ती संख्या वाचणे सोपे नव्हते.

भारतीय शास्त्रज्ञांना एक अफलातून कल्पना सुचली. त्यांनी १ हूनही लहान असा शून्य नावाचा कोणतेही मूल्य नसलेला अंक ० या वेगळ्या चिन्हासह तयार केला. १ ते ९ पर्यंत आंकडे (चिन्हे) लिहून झाल्यावर दहाव्या आकड्यासाठी वेगळे चिन्ह न वापरता १ या आकड्याच्या समोर ० मांडून त्यांनी १० हा अंक तयार केला. १० च्या पुढील अंक लिहिण्यासाठी १ च्या पुढे १, २, ३ वगैरे लिहून ११,१२,१३ वगैरे अंक तयार केले. ९१, ९२, ९३ करीत ९९ च्या नंतर १ च्या पुढे दोन शून्ये मांडून १०० (शंभर) हा अंक तयार केला. अशा प्रकारे कितीही मोठी संख्या फक्त दहा चिन्हांमधून लिहिता येणे शक्य झाले. असे अंक लिहिणे सर्वात आधी कुणी सुरू केले याची स्पष्ट नोंद मिळत नाही. प्राचीन काळातली जी कांही भूर्जपत्रे, ताम्रपत्रे, शिलालेख वगैरे आज उपलब्ध आहेत ते सगळे अक्षरांमध्ये लिहिलेले आहेत हे पाहता अंकांबद्दलचे फारसे स्पष्ट पुरावे दिसत नाहीत. स्तोत्रे, मंत्र, कथा, पुराणे वगैरे सगळे अक्षरांमध्येच लिहिलेले आपल्याला दिसते. पोथ्यांमध्ये आकडे दिसत नाहीत.

महाभारतामध्ये पांडव आणि कौरव यांची एकंदर संख्या “वयम् पंचाधिकम् शतम्” असे युधिष्ठिर सांगतात. यात १,०,० या तीन अंकांना मिळून शतम् हा एक शब्द येतो. आजही १०५ असे लिहिलेले असले तरी आपण ते एकशे पाच असे वाचतो. एक आणि पांच यांचा उच्चार करतो, पण दशमस्थानावरल्या शून्याचा उल्लेख करत नाही. यामुळेच अक्षरांमध्ये लिहिलेल्या किंवा पाठांतरामधून शिकवल्या गेलेल्या साहित्यामधून त्या आंकड्यातल्या शून्याचे अस्तित्व लक्षात येत नाही. संस्कृत भाषेमधले आपल्याला माहीत असलेले सर्व साहित्य श्लोक, ऋचा किंवा मंत्रांच्या स्वरूपात असल्यामुळे ते अक्षरांमध्ये आहे. त्यात संख्यांचे आंकडे किंवा त्यातली शून्ये दिसत नाहीत. कदाचित त्या काळात फक्त गणिते सोडवतांना कराव्याा लागणाऱ्या आंकडेमोडीसाठी अंकांचा उपयोग करत असतील आणि आलेली उत्तरे किंवा निष्कर्ष अक्षरांमध्ये लिहून ठेवत असतील. फक्त त्या संख्या आपल्याला या विद्वानांच्या ग्रंथांमध्ये अक्षरांमध्ये मिळत असतील..

आर्यभटांनी लिहिलेल्या ग्रंथात “स्थानम् स्थानम् दशगुणे स्यात” असे विधान आहे. त्यामध्ये दशमानपध्दतीमधील स्थानमूल्याची (प्लेसव्हॅल्यूची) व्याख्या दिसते. अशा पध्दतीने लिहिलेल्या १०, १००, १००० आदि संख्यांमध्ये शून्याचा उपयोग होणे स्वाभाविक आहे म्हणून शून्याच्या शोधाचे श्रेय त्यांना दिले जाते. ब्रम्हगुप्ताने लिहिलेल्या ग्रंथात शून्य या आंकड्याची बेरीज, वजाबाकी, गुणाकार, भागाकार वगैरेंचे नियमच सांगितले आहेत. यामुळे त्यांनाही हे श्रेय दिले जाते.

कुठलीही गोष्ट मोजण्याची सुरुवात एकापासून होते, एक हा त्यातला सर्वात लहान आंकडा असतो, त्याहून लहान फक्त अपूर्णांक असतात. पण शून्य हा अंक निर्माण झाल्यानंतर परिस्थिती बदलली. त्यानंतर शून्यापेक्षाही लहान म्हणजे -१, -२ अशा ऋण अंकांची कल्पना मांडली गेली आणि अंकगणिताचा अधिक विकास होत गेला. समीकरणे, सूत्रे वगैरे लिहिणे व सोडवणे सोपे झाले. पुढे यातून बीजगणित आणि कॅल्क्युलस या शाखांचा जन्म झाला. शून्याचा शोध किती महत्वाचा होता याची कल्पना यावरून येईल.

‘शून्याचा शोध’ लावला याचा अर्थ आंकड्यांच्या जगात शून्याला एक विशिष्ट आणि खास असे स्थान दिले गेले. हे अंकगणितामधले शून्य सर्वात आधी भारतीयांनी उपयोगात आणले खरे, पण ते नेमके कुणी आणि कोणत्या कालखंडात सुरू केले हे तसे पाहता अद्याप गूढच आहे आणि ते तसेच राहणार आहे. त्याबद्दल भक्कम पुराव्यासह विश्वासार्ह अशी माहिती कदाचित मिळणारही नाही. आर्यभटांच्या ग्रंथामध्ये पहिल्यांदा शून्याचे संकेत मिळाले आणि ब्रह्मगुप्तांनी शून्याच्या उपयोगासंबंधीचे नियम सांगितले म्हणून शून्याचा शोध लावण्याचे श्रेय त्यांना दिले जाते.

किरणोत्सार – मानवजातीवरील अरिष्ट की बागुलबुवा?

किरणोत्सार – मानवजातीवरील अरिष्ट की बागुलबुवा? (भाग -१)

“पुस्तकामध्ये छापलेल्या प्रत्येक समीकरणामुळे त्याची वाचनीयता निम्म्याने कमी होते” असे काहीसे एका थोर शास्त्रज्ञाने त्याच्या एका विज्ञानविषयक जगप्रसिध्द पुस्तकाच्या प्रस्तावनेमध्ये लिहिले आहे. त्याचप्रमाणे कोष्टके, संदर्भसूची, अनोळखी पारिभाषिक शब्द यांचाही वाचनीयतेवर परिणाम होतो असा माझा अनुभव आणि अडाखा असल्यामुळे या सर्वांना टाळण्याचा प्रयत्न या लेखात मी केला आहे. मात्र विज्ञानासंबंधीच्या लेखात नेमकेपणासाठी त्याची परिभाषा येणारच, याला इलाज नाही. वाचकांच्या सोयीसाठी अनोळखी मराठी पारिभाषिक शब्दांच्या जोडीला मूळ इंग्रजी शब्द कंसात दिले आहेत.

रात्रीच्या वेळी आपण एकाद्या अंधाऱ्या खोलीतला दिवा लावतो तेंव्हा लगेच ती प्रकाशाने उजळून निघते आणि त्या खोलीमधील वस्तू आपल्याला दिसतात. दिवा बंद करताच पुन्हा अंधार गुडुप होऊन काही दिसेनासे होते. थोडेसे खोलात जाऊन पाहिल्यास प्रत्यक्षात असे घडते की आपण दिव्याचे स्विच दाबताच विजेला त्यातून जाण्याचा मार्ग मोकळा होतो आणि बल्बला जोडलेल्या तारांमधून विजेचा प्रवाह वाहू लागतो. तांब्याच्या जाड तारा या प्रवाहाला अत्यल्प विरोध करतात आणि फारशा तापत नाहीत, पण बल्बमधील नायक्रोम नावाच्या धातूच्या तलम तारां(फिलॅमेंट्स)मधून जातांना विजेच्या प्रवाहाला प्रखर विरोध होतो आणि त्यामुळे विजेमधील सुप्त ऊर्जा ऊष्णतेच्या रूपात प्रकट होते. त्याने तप्त झालेल्या फिलॅमेंट्समधून प्रकाश आणि ऊष्णता बाहेर पडते आणि सर्व बाजूंना पसरते. खोलीच्या भिंती, जमीन, छप्पर आणि खोलीमधील सर्व वस्तूंवर पडत असलेल्या प्रकाशाचा काही भाग त्या प्रत्येकात शोषला जातो आणि उरलेला परावर्तित होतो आणि पू्र्णपणे शोषला जाईपर्यंत तो पुनःपुन्हा एकमेकावरून परावर्तित होत राहतो, म्हणजे तो सर्व बाजूंनी पसरत जातो. त्यामुळे खोलीच्या एकाच कोपऱ्यात दिवा असला तरी आपल्याला सर्व बाजूंना उजेड दिसतो. वस्तूंवरून निघालेले जे परावर्तित किरण आपल्या डोळ्यात शिरतात त्यामुळे आपल्याला त्या वस्तू दिसतात. दिवा बंद होताच दिसण्याची क्रिया थांबते. पण त्यानंतर लगेच बल्बला हात लावून पाहिल्यास चटका बसतो कारण बल्बच्या काचेमध्ये प्रकाश साठवून ठेवला जात नाही, पण ऊर्जा साठवून ठेवली जाते आणि विजेचा प्रवाह वाहणे थांबल्यानंतरसुध्दा ती ऊष्णतेच्या स्वरूपात बाहेर पडत राहते. बल्ब पूर्णपणे थंड झाल्यानंतरसुध्दा ती बाहेर पडत असतेच, पण जेवढी ऊष्णता बाहेर पडेल तेवढीच ऊष्णता आजूबाजूने त्याच्याकडे येत राहिल्यामुळे त्याचे तपमान स्थिर राहते.

प्रकाश आणि ऊष्णता या दोन्ही स्वरूपात बल्बमधून बाहेर पडणारी ऊर्जा एकाच मूलभूत पध्दतीने सर्व दिशांना बाहेर पडते. याला उत्सर्जन (रेडिएशन) असे म्हणतात. (त्याशिवाय वहन आणि अभिसरण या दोन वेगळ्या मार्गांनीसुध्दा ऊष्णता पसरत जाते). ऊर्जेचे हे रेडिएशन विद्युत चुंबकीय लहरींमधून (इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हज) होत असते. कंपनसंख्या (फ्रिक्वेन्सी) आणि तरललांबी (वेव्हलेंग्थ) हे या लहरींचे मुख्य स्वभावधर्म (कॅरेक्टरिस्टिक्स) असतात. त्यानुसार त्यांचे इतर गुणधर्म ठरतात. सर्वात कमी कंपनसंख्या असलेल्या आणि अत्यंत सौम्य अशा रेडिओ लहरींपासून मायक्रोवेव्हज, अवरक्त(इन्फ्रारेड), दृष्य(व्हिजिबल), जंबूपार (अतीनील किंवा अल्ट्राव्हायोलेट), क्ष किरण (एक्सरे) असे करत करत सर्वाधिक कंपनसंख्येच्या अत्यंत रौद्र प्रकृतीच्या गॅमा रे पर्यंत विविध प्रकारच्या किरणांचा समावेश यात होतो. ३८० नॅनोमीटर ते ७६० नॅनोमीटर एवढी सूक्ष्म वेव्हलेंग्थ किंवा ७९० टेराहर्ट्ज ते ४०० टेराहर्ट्ज इतकी प्रचंड कंपनसंख्या या एवढ्या विशिष्ट अशा दृष्य वर्णपटामधील (visible spedtrum) लहरींपासून आपल्याला रंगांचा बोध होतो म्हणजे या पट्ट्यामधील किरणांमुळे ते जेथून आले असतील त्या वस्तू आपल्याला दिसतात. संपूर्ण वर्णपटाचा विस्तार जवळजवळ शून्यापासून अनंता(इन्फिनिटी)पर्यंत वेव्हलेंग्थ्स इतका आहे. विद्युत चुंबकीय लहरींच्या या एकंदर विस्ताराच्या मानाने दृष्य लहरींचा पट्टा (रेंज) अत्यंत अरुंद आहे. ऊष्णतावाहक लहरी म्हणजे मध्यम इन्फ्रारेड लहरींची कंपनसंख्या दृष्य प्रकाशलहरींहून कमी असते आणि क्ष किरण, गॅमा रेज वगैरेंची फ्रिक्वेन्सी खूप पटींनी जास्त असते. या किरणांपासून आपल्याला दृष्टीबोध होत नाही. म्हणजे अंधारात ठेवलेल्या कोणत्याही वस्तूपासून फक्त हेच किरण आपल्या डोळ्यापर्यंत येऊन पोचले तर ती वस्तू आपल्याला या किरणांमध्ये दिसत नाही. त्यांना अदृष्य किरण असेही म्हंटले जाते.

सूर्यापासून आपल्याला मुख्यतः प्रकाश आणि ऊष्णता मिळते आणि यावरच आपले सारे जीवन चालते. पण दृष्य प्रकाशकिरण आणि अदृष्य अशा ऊष्णतेच्या किरणांखेरीज इतर अनेक प्रकारचे अदृष्य किरणसुध्दा काही प्रमाणात सूर्यप्रकाशामधून आपल्याकडे येतच असतात. इन्फ्रारेडपासून गॅमारेजपर्यंत सर्वांचा त्यात समावेश असतो. पृथ्वीभोवती असलेल्या वातावरणातून येतांना यातले बरेचसे किरण त्यात, विशेषतः त्यामध्ये असलेल्या ओझोन वायू आणि वाफ यांचेमध्ये शोषले जातात किंवा परावर्तित होतात, पण उरलेले आपल्यापर्यंत पोचतातच. दूरच्या ताऱ्यांपासून निघालेले प्रकाशकिरण आपल्यापर्यंत पोचल्यामुळेच आपण त्यांना पाहू शकतो. त्यांच्याकडून निघणारे काही अदृष्य किरण देखील आपल्यापर्यंत येऊन पोचतात. अशा प्रकारे वैश्विक किरणांमधून (कॉस्मिक रेज) आपल्यावर अनेक प्रकारच्या किरणांचा वर्षाव होतच असतो आणि आपल्यावर त्यांचे जे काही बरे वाईट परिणाम व्हायचे ते होतच असतात. विमानांचे उड्डाण अत्यंत विरळ हवेतून होत असल्यामुळे जे लोक विमानामधून प्रवास करतात ते प्रत्येक प्रवासात या किरणांचा जादा डोस घेऊन येतात.

कोणतेही पदार्थ प्रकाशाला साठवून ठेवत नसले तरी काही पदार्थ अंधारात चमकतांना दिसतात. त्यांना प्रस्फूरक (फ्लुओरसंट) असे म्हणतात. हे पदार्थ आधी त्यांच्यावर पडलेल्या प्रकाशातून त्यांना मिळालेल्या ऊर्जेचे नंतर हळूहळू एका वेगळ्या रंगाच्या प्रकाशकिरणांचे द्वारा उत्सर्जन करतात. अशा पदार्थांवर संशोधन करतांना शास्त्रज्ञांना असे दिसले की काही पदार्थ स्वयंप्रकाशमान असतात. त्यांच्यावर आधी प्रकाश पडलेला नसतांनासुध्दा त्यांचे उत्सर्जन चाललेले असते. हे प्रकाशकिरण अदृष्य अशा तीन वेगवेगळ्या प्रकारांचे असतात असे अधिक संशोधनावरून समजले. ग्रीक वर्णमालेमधील पहिली तीन अक्षरे अल्फा, बीटा आणि गॅमा अशी नावे त्यांना दिली गेली. रेडियम, युरेनियम, थोरियम, रेडॉन आदि काही मूलद्रव्यांमधून अशा प्रकारचे किरण उत्सर्जित होत असतात. या पदार्थांना किरणोत्सारक (रेडिओअॅक्टिव्ह) असे संबोधतात. यापैकी घनरूप पदार्थांचे साठे भूगर्भामध्ये आहेत, तर वायुरूप द्रव्ये आपल्या वातावरणात मिसळलेली असतात आणि काही पदार्थ पाण्यामध्ये विरघळलेले असतात. त्यांच्यामधून निघणारे किरण आपल्यापर्यंत सारखे येतच असतात. शिवाय कर्ब (कार्बन), सोडियम, पोटॅशियम, लोह आदि ज्या पदार्थांपासून आपले शरीर बनलेले असते त्यांच्यातसुध्दा सूक्ष्म प्रमाणात त्यांची किरणोत्सारक समस्थानिके (आयसोटोप्स) असतातच. कोणत्याही प्राण्याच्या शरीरामधून किंवा वनस्पतीमधून बाहेर पडत असलेल्या किरणोत्साराचे अत्यंत संवेदनशील (सेन्सिटिव्ह) अशा उपकरणाने मापन केले तर ते मोजता येण्याइतके निघते. त्या मीटरची सुई सरकते किंवा डिजिटल असेल तर एकादा आकडा दाखवते.

या तीनांपैकी अल्फा रेज हे किरण नसून सूक्ष्म कण असतात. यातील प्रत्येक कणामध्ये दोन प्रोटॉन्स आणि दोन न्यूट्रॉन्स असतात, मात्र त्यांच्यासोबत एकही इलेक्ट्रॉन नसतो. अणूच्या अंतर्गत रचनेवर विचार करता असे मानले जाते की त्याच्या मध्यभागी एक अणूगर्भ (न्यूक्लियस) असतो आणि अनेक ऋणाणू (इलेक्ट्रॉन्स) निरनिराळ्या कक्षांमधून त्या अणूगर्भाला घिरट्या घालत असतात. ते नसल्यामुळे अल्फा कण (पार्टिकल) म्हणजेच हीलीयम या मूलद्रव्याचा अणूगर्भ (न्यूक्लियस) असतो. हीलियमच्या अणूमधले इलेक्ट्रॉन्स वगळले तर हा कण बनेल यामुळे त्याला हीलियमचा आयॉन असेही म्हणता येईल. बीटा रेज म्हणजे इलेक्ट्रॉन्स हे कणच असतात. ते सुध्दा किरण नसतात. गॅमा रेज मात्र वर दिल्याप्रमाणे अदृष्य किरण असतात. प्रोटॉन्स आणि न्यूट्रॉन्स यांचे वास्तव्य फक्त अणूच्या गर्भातच असल्यामुळे अल्फा रेजचा उगम तेथूनच होऊ शकतो. अणूगर्भाच्या सभोवती इलेक्ट्रॉन्स भ्रमण करत असले तरी बीटा रेजमधले इलेक्ट्रॉन्स मात्र अणूगर्भाच्या विघटनातून तयार होऊन तिथून बाहेर पडतात. अत्यंत शक्तीशाली असे गॅमा रेजसुध्दा अणूगर्भामधून बाहेर येतात.

हीलियम हा एक निष्क्रिय वायू (इनर्ट गॅस) आहे. तो एकलकोंडा रहात असल्यामुळे त्याचा कोणाशीच संयोग होत नाही आणि तसे पाहता तो निरुपद्रवी असतो. आपल्या शरीराच्या अणूरेणूंमध्ये इलेक्ट्रॉन्स भरलेले असतात. अनेक प्रकारचे किरण आपल्या आसमंतात सतत पसरतच असतात. मग या अल्फा, बीटा, गॅमामुळे एवढी दहशत का वाटावी ? याचे एकच समान कारण आहे, ते म्हणजे हे तीघेही महाशक्तीमान असतात. यांचेमुळे नासधूस होऊ शकते तसेच पदार्थांचे मूलकीकरण (आयोनायझेशन) होऊ शकते. मूलद्रव्यांच्या अणूमधला सर्वात बाहेरचा एकाददुसरा इलेक्ट्रॉन कमी झाला किंवा त्यांची संख्या वाढली तर त्या अणूचे रूपांतर आयॉनमध्ये होते. उदाहरणार्थ सोडियम आणि क्लोरिन यांच्या संयोगाने मीठ बनते, या क्रियेत सोडियमच्या अणूमधला एक इलेक्ट्रॉन क्लोरिनच्या अणूभोवती फिरू लागतो आणि दोघांचा मिळून सोडियमक्लोराइड हा रेणू होतो. एका इलेक्ट्रॉनशिवाय सोडियम अणू आणि एक जास्तीचा इलेक्ट्रॉन असलेला क्लोरिनचा अणू यांना त्यांचे आयॉन असे म्हणतात. हे आयॉन अत्यंत सक्रिय असतात आणि आजूबाजूच्या इतर रेणूंशी त्वरित संयोग साधतात. त्यामुळे नव्या प्रकारचे रेणू निर्माण होतात आणि पदार्थाची रासायनिक रचना बदलते. माणसाच्या शरीरामधील पेशीतील डीएनए, आरएनए वगैरेमध्येच बदल झाला तर त्यामुळे अनेक प्रकारचे गोंधळ होण्याची शक्यता असते. फक्त या तीन प्रकारच्या किरणांमुळेच कशाचेही आयोनायझेशन होते असे नाही. इतर अनेक कारणांनी ते निसर्गातसुध्दा होतच असते. आभाळात कडकडणारी वीज हवेतील वायूंचे आयोनायझेशन करण्यास कारणीभूत असते हे एक नेहमीच्या पाहण्यातले उदाहरण आहे. या तीन घातक किरणांखेरीज सुट्या न्यूट्रॉन्समुळेही आपल्या शरीराला अपाय होतो. त्याचाही समावेश किरणोत्सारात केला जातो.

वरील मजकुरावरून असे दिसते की विनाशकारी किरणोत्सार हा निसर्गात सर्वत्र अस्तित्वात असतो. जमीन, पाणी, हवा आणि आकाश या सर्वांमधून तो आपल्यापर्यंत येत असतो. तसेच आपण स्वतः सुध्दा सूक्ष्म प्रमाणात त्याचे उत्सर्जन सतत करत असतो. आपल्या शरीराला त्याची सवय झालेली असते. शरीरामधील सगळ्या पेशी कायम स्वरूपाच्या नसतात. दात, हाडे यासारखे थोडे अपवाद वगळल्यास रक्त, मांस, त्वचा आदि शरीराच्या इतर भागांमधील पहिल्या पेशी झिजून नष्ट होत असतात आणि त्यांची जागा नव्या पेशी घेत असतात. त्यामुळे त्यातल्या अल्पशा पेशी किरणोत्साराने नष्ट झाल्या किंवा त्यांच्यात काही फेरबदल झाला तरी त्याची भरपाई शरीरामधील दुरुस्ती यंत्रणे(रिपेअर मेकॅनिझम)कडून केली जात असते. त्यातून काही पेशींची भरपाई झालीच नाही तर त्याला इलाज नसतो. रोगराई, कुपोषण, हिंसा, प्रदूषण, विषबाधा वगैरे इतर असंख्य प्रकारच्या कारणांमुळे हे घडत असतेच, तशातलाच हा एक भाग असतो. यामुळे अणुशक्तीचा उदय होईपर्यंत कोणालाही किरणोत्साराची विशेष काळजी वाटत नव्हती.

…………………


किरणोत्सार – मानवजातीवरील अरिष्ट की बागुलबुवा? (भाग -२)

अणुशक्ती आणि किरणोत्सार यांचा घनिष्ठ संबंध आहे. अण्वस्त्रे आणि अणुविद्युतकेंद्रे या दोन्हींमध्ये अणूंचे विघटन किंवा भंजन (फिशन) या क्रियेमुळे त्यामधून ऊर्जा बाहेर पडते. या क्रियेमध्ये युरेनियम २३५ या मूलद्रव्याच्या अणूचा न्यूट्रॉनशी संयोग झाला तर तो मोठा अणू दुभंगला जाऊन त्यातून दोन लहान अणू निघतात, तसेच दोन किंवा तीन न्यूट्रॉन बाहेर पडतात आणि प्रचंड प्रमाणात ऊर्जेचे विमोचन होते. हे नवे अणू किरणोत्सारी द्रव्यांचे असतात. अल्फा, बीटा व गॅमा रे हे किरणोत्सर्गाचे तीन मुख्य प्रकार आहेतच, पण या सर्वाहून न्यूट्रॉन्स अधिक घातक असतात. ते थेट अणुगर्भातच प्रवेश करतात आणि चांगल्या अणूला उद्दीप्त (एक्साइट) करून त्याला किरणोत्सर्गी (रेडिओअॅक्टिव्ह) बनवतात. त्यानंतर तो अणू किरणोत्सर्ग करतच राहतो. अशा प्रकारे आण्विक विखंडनामधून सर्व प्रकारचे किरणोत्सार होतात.

आण्विक क्रियांमधून (न्यूक्लियर रिअॅक्शनमधून) होणाऱ्या किरणोत्साराची कल्पना शास्त्रज्ञांना असल्यामुळे त्यापासून कोणाला इजा पोहोचू नये याची विशेष काळजी अगदी पहिल्या प्रायोगिक रिअॅक्टरपासून घेतली जात आली आहे. ती कशा प्रकारची असते हे पाहण्याआधी किरणोत्साराबद्दल थोडी माहिती घ्यायला हवी. निरनिराळ्या मूलद्रव्यांपासून होत असणारे किरणोत्सार एकसारखे नसतात. अल्फा, बीटा व गॅमा रे हे तीन प्रकारचे किरण आणि न्यूट्रॉन्स या चार मुख्य प्रकारांमध्ये पुन्हा असंख्य उपप्रकार असतात.

अल्फा रेमध्ये मोठी शक्ती असली तरी त्यांची भेदकता (पेनेट्रेशन) अगदी कमी असते. ते साध्या कागदाच्यासुध्दा आरपार जात नाहीत. बीटा रे त्या मानाने जास्त भेदक असले तरी ते सुध्दा अॅल्युमिनियमच्या पातळ पत्र्या(फॉइल)सारख्या लहानशा संरक्षक कवचा(शील्डिंग)ने थांबवले जातात. अल्फा रे निर्माण करणारा पदार्थ पुठ्ठ्याच्या खोक्यात आणि बीटा रे करणारा पदार्थ पत्र्याच्या डब्यात बंद करून ठेवला तरी ते किरण त्यांच्या बाहेर येत नाहीत. त्यामुळे रिअॅक्टरमधील समस्थानिकांमधून निघालेले अल्फा आणि बीटा रे त्याच्या आतच राहतात. गॅमा रे मात्र अत्यंत भेदक असतात. क्ष किरण आपली त्वचा व मांसपेशींना भेदून आरपार जातात पण हाडांमधून जाऊ शकत नाहीत, गॅमा रे त्यांच्यासुध्दा आरपार जातात. लोह, शिसे यासारख्या जड पदार्थांचे जाड कवच किंवा काँक्रीटच्या जाड भिंतीच त्यांची तीव्रता कमी करू शकतात. न्यूट्रॉन्स तर शिशासारख्या जड पदार्थाला जुमानत नाहीत, पण पाण्यासारख्या तरल पदार्थाने शांत होतात. त्यांना थोपवण्याचे काम काँक्रीटच्या जाड भिंतीच करतात.

न्यूट्रॉन्सचे उत्सर्जन फक्त युरेनियमच्या अणूंचे विघटन चालले असतांनाच होते. ते थांबले की काही सेकंदानंतर न्यूट्रॉन्सचा मागमूससुध्दा शिल्लक रहात नाही. पण रिअॅक्टर चालत असतांना त्यामधून निघणाऱ्या न्यूट्रॉन्सना थोपवून धरून त्यांचे पूर्ण शोषण करण्यासाठी रिअॅक्टरच्या सर्व बाजूने खूप जाड भिंती बांधून भरभक्कम सुरक्षा कवचाची (शील्डिंगची) व्यवस्था केली जाते, तसेच रिअॅक्टर चालत असतांना कोणीही त्याच्या आसपास फिरकू शकत नाही. रिअॅक्टर पात्रा(व्हेसल)च्या आजूबाजूचे सर्व भरभक्कम कप्पे (व्हॉल्ट्स) सीलबंद करून त्यांना कुलूप लावल्याखेरीज रिअॅक्टरमध्ये विखंडनाची साखळी क्रिया सुरूच होणार नाही असा पक्का बंदोबस्त (फूलप्रूफ इंटरलॉक्स) केलेला असतो. ती क्रिया चालत असतांना ती कुलुपे उघडून कोणीही आत जाऊ शकणार नाही याची इंटरलॉकद्वारा संपूर्ण काळजी घेतली जाते. रिअॅक्टरच्या कार्यात कसलाही बिघाड होण्याची नुसती शंका आली तरी साखळी क्रिया आपोआप ताबडतोब थांबवण्याच्या अनेक सुरक्षा प्रणाली (सेफ्टी सिस्टिम्स) प्रत्येक रिअॅक्टरमध्ये बसवलेल्या असतात. त्या सगळ्या कार्यान्वित न झाल्याची घटना आजतागायत घडलेली नाही आणि तसे घडण्याची शक्यता शून्याएवढीच आहे. अमेरिकेमधील थ्री माइल आयलंड आणि या वर्षीची फुकुशिमा या दोन्ही मोठ्या अपघातांमध्येसुद्धा रिअॅक्टरमधील विघटनाची साखळी प्रक्रिया (चेन रिअॅक्शन) त्यांच्या नियंत्रण प्रणालीं(कंट्रोल सिस्टिम्स)कडून आपोआप बंद झालीच होती. सोव्हिएट युनियममधील चेर्नोबिलचा अपघात तेथील रिअॅक्टरमधील चेन रिअॅक्शन थांबवल्यानंतर घडला होता. त्यामुळे आतापर्यंत फक्त हिरोशिमा आणि नागासाकी या ठिकाणीच न्यूट्रॉन्सचा झोत माणसांना सहन करावा लागला आहे. अणूबाँबच्या चाचण्या घेतल्या जात असतांना त्यातून क्षणभरासाठी न्यूट्रॉन्सचा किरणोत्सार होतो, पण अशा चाचण्या निर्जन प्रदेशातच घेतल्या जातात. भविष्यकाळातील युध्दांमध्ये अण्वस्त्रांचा उपयोग होण्याची शक्यता मात्र आहे आणि तो झाला तर त्यात किरणोत्सारही होणार.

न्यूट्रॉन सोडून इतर तीन प्रकारचा किरणोत्सार त्या किरणोत्सारी (रेडिओअॅक्टिव्ह) समस्थानिका(आयसोटोप)च्या जन्माबरोबर सुरू होतो आणि तो कोणत्याही उपायाने थांबवता येणे अशक्य असते. मात्र त्याची तीव्रता आपोआपच कमी होत जाते. एका उंच व मोठ्या टाकीत पाणी भरून ठेवले आणि त्याच्या तळाशी असलेला नळ उघडला तर सुरुवातीला त्यातून अतीशय जोराने पाणी बाहेर येते. टाकीमधील पाण्याची पातळी कमी होत जाते तसतसा नळातून बाहेर पडणाऱ्या पाण्याचा जोर कमी होत जातो. टाकीमधले पाणी तिच्या तळाशी गेल्यावर नळातूनसुध्दा पाण्याची बारीक धार येते आणि अखेर ती थांबते. हा नळ पूर्णपणे उघडून ठेवला तर पाणी जोरात येते आणि टाकी लवकर रिकामी होते, पण तो नळ बंद करून ठेवला आणि त्यानंतरही तो जरासा गळत असला तर ती टाकी हळूहळू रिकामी होते आणि तिच्यामधील पाण्याची गळती दीर्घ काळापर्यंत चालत राहते.

किरणोत्साराचेसुध्दा असेच आहे. तो करणारे समस्थानिक जन्माला येते तेंव्हा त्याच्या अणूगर्भात आवश्यकतेहून जास्तीची ऊर्जा ठासून भरलेली असते. किरणांच्या उत्सर्जनामधून ती कमी कमी होत जाते. पण जसजशी ती जादा ऊर्जा कमी होईल त्यानुसार तिच्या उत्सर्जनाचा वेग कमी होतो. एका क्षणी त्या उत्सर्जनाची जेवढी तीव्रता असते ती ठराविक कालावधीनंतर तिच्या अर्धी होते. या कालावधीला अर्धायु (हाफ लाइफ) म्हणतात. एकाद्या प्रकारच्या किरणांच्या उत्सर्जनाचे अर्धायु एक दिवस एवढे असेल, तर त्याची तीव्रता उद्या निम्मी, परवा पाव, तेरवा एक अष्टमांश अशा रीतीने कमी होत जाते. ज्या समस्थानिकांमधून अत्यंत तीव्र गतीने किरणोत्सार होतो त्यांचे अर्धायु कमी असते. काही बाबतीत ते काही मिनिटे एवढेच असते आणि एक दोन दिवसात त्याची तीव्रता नगण्य होऊन जाते. याच्या उलट काही समस्थानिकांचे अर्धायु लक्षावधी वर्षे असते. युरेनियम व थोरियम हे नैसर्गिक किरणोत्सारी पदार्थ कोट्यावधी वर्षांपासून उत्सर्जन करत आले आहेत. पण त्याची तीव्रता अत्यंत कमी असते.

नैसर्गिक युरेनियम हेच मुळात क्षीण किरणोत्सारी असते. त्यातून बाहेर पडणारे अल्फा किरण आपल्या अंगावरील कपड्यांनासुध्दा भेदू शकत नाहीत, त्वचेला तर नाहीतच. “भारतातल्या युरेनियम खाणींच्या आसपासचे लोक लुळेपांगळे होत आहेत हो!” अशी खोडसाळ बातमी एकाद्या परदेशातल्या वर्तमानपत्राने दिली तर त्यामुळे आपल्याला भेदरून जाण्याचे काडीमात्र कारण नाही. अतीशय वेगाने प्रवास करणारे अत्यंत सूक्ष्म असे गॅमा रे एका बाजूने जसे शरीरात घुसले तसेच दुसऱ्या बाजूने बाहेर पडले तर कदाचित त्याने फारसा काही अपाय होणार नाही. पण ते वाटेत कित्येक अणूंना धडक देऊन त्यांचे मूलकीकरण (आयोनायझेशन) करतात. त्यामुळे काही पेशी मरतात तर काही बदलतात, यामुळे घोटाळा होऊ शकतो. अणुविद्युत केंद्राच्या कोणत्या भागात कोणत्या प्रकारची किरणोत्सर्गी समस्थानिके केवढ्या प्रमाणात तयार होतात आणि साठत जातात याबद्दल आता भरपूर माहिती आणि अनुभव गाठीशी असल्यामुळे त्यांच्या सभोवती पुरेसे संरक्षक कवच उभारले जाते. त्या ठिकाणी काम करणाऱ्या लोकांना चांगले प्रशिक्षण दिले जाते. किरणोत्सर्गापासून स्वतःला सुरक्षित ठेवण्याचे तीन मुख्य नियम आहेत. ज्या भागात असे किरण येतात त्या भागात कमीत कमी वेळ राहणे, किरणोत्साराच्या स्त्रोतापासून जास्तीत जास्त दूर जाणे आणि पुरेशा कवचाचा उपयोग करणे. यांच्या आधारे प्रत्येक कामाचे तपशीलवार नियोजन करून त्याची रंगीत तालीम (रिहर्सल) घेतली जाते आणि त्यानुसार ते केले जाते.

अणुविद्युतकेंद्रामध्ये ठिकठिकाणी, तसेच त्याच्या परिसरात, शिवाय पाच, दहा, पंधरा, वीस किलोमीटर दूर असलेल्या ठिकाणी किरणोत्सार मोजणारी उपकरणे बसवलेली असतात. त्यामधून सतत मिळत असलेल्या माहितीची छाननी केली जात असते आणि कोठेही अनपेक्षित वाढ दिसली तर त्यावर उपाययोजना केली जाते. वाढ नसली तरी या वर्षी जेवढे प्रमाण दिसत आहे त्यापेक्षा ते पुढील वर्षी कसे कमी करायचे यावर विचार करून उपकरणे आणि कार्यपध्दती यामध्ये सुधारणा केल्या जात असतात. त्यामुळे या केंद्रामधून प्रत्यक्ष होणारा किरणोत्सार अत्यंत अल्प असतो. पृथ्वीवरील अनेक जागी नैसर्गिक किरणोत्साराचे जेवढे प्रमाण असते तेवढेसुध्दा इतर ठिकाणच्या अणुविद्युतकेंद्रांच्या प्रवेशद्वाराजवळ नसते.

अनेक राष्ट्रीय तसेच आंतरराष्ट्रीय नियामक संस्था या किरणोत्सारावर बारकाईने नजर ठेऊन असतात. याबद्दलची माहिती वेळोवेळी अहवालांमधून प्रसिध्द केली जाते. त्यामुळे “अणुशक्तीकेंद्रांमधून सतत मोठ्या प्रमाणात किरणोत्सार होत राहतो” असा अपप्रचार कोणी करत असेल तर तो धादांत खोटा आहे हे लक्षात घेतले पाहिजे.

किरणोत्सार – मानवजातीवरील अरिष्ट की बागुलबुवा? (भाग -३)

अणुशक्तीकेंद्रांमधून बाहेर पडणाऱ्या प्रत्यक्ष किरणोत्सारावर पूर्ण नियंत्रण मिळवण्यात यश मिळवले गेले असले तरी याला दुसरी एक बाजू आहे. रिअॅक्टरमधून बाहेर काढलेले वापरलेले इंधन (स्पेंट फ्यूएल) कमालीचे रेडिओअॅक्टिव्ह असते. शिवाय त्यामधून एवढी जास्त ऊष्णता बाहेर पडत असते की विद्युतकेंद्र बंद असले तरीही त्या इंधनाला थंड करण्यासाठी त्यामधून पाण्याचा प्रवाह चालत रहावा यासाठी वेगळी व्यवस्था करावी लागते. एरवी रिअॅक्टरमधून ऊष्णता बाहेर काढण्यासाठी त्यामधून जाणारे शीतलक (कूलंट), तसेच वापरलेले इंधन (स्पेंट फ्यूएल) थंड करण्यासाठी वापरलेले वेगळे पाणी यांमध्ये रेडिओअॅक्टिव्ह द्रव्यांचे कण मिसळलेले आणि विरघळलेले असल्यामुळे तेसुध्दा किरणोत्सारी बनते. हे पाणी क्षेपक(पंप), उष्णता-विनिमयक(हीट एक्स्चेंजर्स) आदि उपस्करांमधून (इक्विपमेंट्समधून) फिरत असते. निरनिराळ्या गाळण्यां(फिल्टर)मधून तसेच आयॉनएक्स्चेंजर्समधून त्याचे शुध्दीकरण केले जाते, तेंव्हा हा रेडिओअॅक्टिव्ह कचरा त्यात जमा होतो. याखेरीज रिअॅक्टरच्या सान्निध्यात येणारी यंत्रे, उपकरणे, पाण्याचे पाइप, टाक्या वगैरे सर्वच गोष्टी रेडिओअॅक्टिव्ह द्रव्यांच्या संसर्गाने दूषित (काँटॅमिनेटेड) होत असल्याने त्यांना स्वच्छ (डिकाँटॅमिनेट) करावे लागते. कधी कधी त्या बदलाव्या लागतात. यातून उत्पन्न झालेल्या सर्व किरणोत्सारी कचऱ्याची विल्हेवाट अत्यंत काळजीपूर्वक केली जाते. त्यासाठी प्रत्येक अणूशक्तीकेंद्रात एक मोठा वेस्ट मॅनेजमेंट विभाग असतो. केंद्रामधून बाहेर सोडल्या किंवा टाकल्या जाणाऱ्या प्रत्येक पदार्थाची चाचणी करून त्याची उच्च, मध्यम आणि निम्न पातळीचा कचरा (हाय, मीडियम व लो लेव्हल वेस्ट) यात विभागणी केली जाते. त्याच्यावर प्रक्रिया करून त्याची व्यवस्थित नोंद ठेवूनच नियमानुसार त्याची योग्य प्रकारे वासलात लावली जाते.

पण काही कारणाने त्यातून काही द्रव्ये पर्यावरणात मिसळली गेली तर ती हवा, पाणी, अन्न यामधून माणसांच्या शरीरात प्रवेश करू शकतात. शरीरात जाऊन त्याचा भाग बनलेली किरणोत्सारी द्रव्ये अल्फा किंवा बीटा रे यांचे प्रक्षेपण करत असतील तर ते किरण शरीराच्या आतल्या इंद्रियांवर प्रभाव टाकू शकतात. चेर्नोबिलच्या अपघातात रिअॅक्टर व्हेसल आणि बिल्डिंगचे छप्पर उडून त्यांच्या आतील किरणोत्सारी द्रव्ये मोठ्या प्रमाणात वातावरणात मिसळून इतरत्र पसरली आणि त्यांच्यामुळे बरीच हानी झाली. फुकुशिमा येथील अपघातात त्यांचे प्रमाण प्रत्यक्षात मर्यादेच्या फारसे पलीकडे गेले नव्हते, तिथे झालेल्या किरणोत्सारामुळे कोणीही दगावले नाही किंवा पंगू झाले नाही. पण कदाचित तसे होण्याची शक्यता निर्माण झाली होती आणि प्रतिबंधक उपाय म्हणून लाख दोन लाख लोकांचे त्या भागामधून स्थलांतर करावे लागले होते. थ्री माइल आयलंडमध्ये यातले काहीच झाले नाही. बाहेर सारे आलबेल राहिले. फक्त रिअॅक्टरचा सत्यानाश झाल्यामुळे आर्थिक नुकसान तेवढे झाले. जगामधील इतर सुमारे चारशे रिअॅक्टर्समध्ये अशी आणीबाणीची वेळ कधी आली नाही. एकंदरीत पाहता अणुऊर्जाकेंद्रांचा सुरक्षेतिहास (सेफ्टी रेकॉर्ड) इतर कोणत्याही उद्योगापेक्षा खूप चांगला राहिलेला आहे.

वापरलेले इंधन (स्पेंट फ्यूएल) कुठे ठेवायचे हा एक सध्याचा ज्वलंत प्रश्न आहे आणि त्याला अनेक बाजू आहेत. औष्णिक केंद्रांमधील कोळशाची राख पूर्वी एका मोठ्या उघड्या खड्ड्यात टाकून दिली जात असे, पण आता पर्यावरणावरील प्रभाव पाहता तिचा इतर कामांसाठी उपयोग करणे सक्तीचे झाले आहे. अणुऊर्जेमधले स्पेंट फ्यूएल अत्यंत किरणोत्सारी असल्यामुळे ते असे उघड्यावर टाकूनही देता येत नाही किंवा इतर कामांसाठी तिचा उपयोग करूनही घेता येत नाही. ते एका अभेद्य अशा कवचात गुंडाळून जमीनीखाली खोलवर पुरून ठेवणे हा एक उपाय आहे आणि काही प्रमाणात तो अंमलात आणला जात आहे. पण तो तरी किती सुरक्षित आहे ? शतकानुशतकानंतर ते कवच असेच अभेद्य राहणार आहे का ? अशा प्रकारचे प्रश्न उपस्थित केले जात आहेत आणि त्यांची खात्रीलायक तसेच व्यावहारिक (प्रॅक्टिकल) उत्तरे शोधण्यासाठी सर्वत्र संशोधन चालले आहे. कोळसा जळून गेल्यानंतर त्यातून धूर निघतो आणि राख शिल्लक राहते, त्यानंतर न जळलेला फारसा कोळसा शिल्लक रहात नाही. पण अणूइंधनाची गोष्ट वेगळी असते. सध्याच्या तंत्रज्ञानाप्रमाणे रिअॅक्टरमध्ये घातलेल्या इंधनापैकी एकादा टक्काच खर्च होते. त्यामधून बाहेर काढलेल्या इंधनातसुध्दा त्यातले निदान ९८ – ९९ टक्के इंधन शिल्लक असते आणि नवे तंत्रज्ञान विकसित झाल्यास भविष्यात त्याचा उपयोग केला जाऊ शकतो. यामुळे आजचे स्पेंट फ्यूएल हा उद्याचा उपयुक्त असा कच्चा माल या दृष्टीने त्याच्याकडे पाहिले जाते. ते सांभाळून ठेवण्यात सध्या तरी काहीच तांत्रिक अडचणही नाही. ते जर अतिरेक्यांच्या हाती लागले तर त्याचा दुरुपयोग होईल वगैरे शंका इतर कित्येक गोष्टींच्या बाबतीतसुध्दा काढता येतील. सध्या तरी ते इंधन कडेकोट बंदोबस्तात सांभाळून ठेवणे एवढाच चांगला उपाय आहे.

मोटारीचा किंवा साखरेचा कारखाना चालत असतांना काही आपत्ती उद्भवली तर त्यातील सारी यंत्रे बंद करून ठेवता येतात, पण अणुविद्युतकेंद्र असे बंद करता येत नाही. त्यामध्ये चालत असलेली अणूंच्या विखंडनाची क्रिया कंट्रोल रॉड्सद्वारा पूर्णपणे थांबवली तरी आधीच्या विखंडनातून निर्माण झालेले नवे अणू अत्यंत उद्दीप्त (एक्सायटेड) झालेले असतात आणि त्यांच्या गर्भामधून ऊष्णता बाहेर पडतच राहते. ती हळू हळू शून्यावर येण्यास काही दिवस लागतात. तोपर्यंत अणुभट्टीला थंड करत राहणे अत्यंत आवश्यक असते. या वर्षी फुकुशिमा येथे झालेल्या अपघातात ते करता आले नाही. त्यामुळे रिअॅक्टरमधील पाण्याचे तपमान वाढत जाऊन त्याची वाफ झाली, त्याचा दाब वाढला, इंधनाचे तपमान वाढतच गेल्याने त्या पाण्यामधून हैड्रोजन वायू बाहेर पडला, तो रिअॅक्टर व्हेसलच्या बाहेर येऊन जमा झाला आणि त्याचा हवेशी संयोग होऊन स्फोट झाला. असे काही होऊ नये म्हणून इंधनाला थंड करण्यासाठी अनेक प्रकारच्या पर्यायी यंत्रणा सज्ज ठेवलेल्या असतात आणि त्या आपले काम व्यवस्थित रीत्या सांभाळतात. गेल्या पन्नाससाठ वर्षांहून अधिक काळात शेकडो रिअॅक्टर हजारो वेळा सुरळीतपणे बंद आणि सुरू झाले आहेत. या काळात फक्त तीन दुर्घटना घडल्या. थ्री माइल आयलंडमध्ये एका चुकीच्या निर्णयामुळे ही पर्यायी यंत्रणा थांबवली गेली. कोणत्याही चालकाला (ऑपरेटरला) तसे करताच येणार नाही अशी तरतूद त्यानंतर करण्यात आली आहे. चेर्नोबिल या एका वेगळ्या प्रकारच्या रिअॅक्टरमध्ये ती यंत्रणा एरवी काम करायची, पण दुर्घटनेच्या वेळी निर्माण झालेल्या विशिष्ट आणि गंभीर परिस्थितीमध्ये ती अपुरी पडली. त्या प्रकारचे रिअॅक्टर आता उभारले जात नाहीत. फुकुशिमामध्ये आलेल्या ऐतिहासिक सुनामी आणि भूकंपानंतरसुध्दा आधी सारे रिअॅक्टर त्या धक्क्यातून वाचले होते पण सुनामीने माजवलेल्या अनपेक्षित हाहाःकारात रिअॅक्टर्सना थंड ठेवणारी पर्यायी व्यवस्था कोलमडल्यामुळे तो तापत गेला. एकाच वेळी चारही पॉवर प्लँट्स बंद पडले, डिझेल इंजिने आणि डिझेलचे साठे महापुरात बुडाले, बाहेरून वीज आणणारे विजेचे खांब पडले, रस्ते उध्वस्त झाले, यामुळे बाहेरून मदत मिळणे अशक्य झाले. अशी अनेक संकटे एकदम आल्यामुळे आणीबाणीची परिस्थिती उद्भवत गेली. आतापर्यंत ज्या दुर्घटना घडल्या त्यांच्यापासून धडे घेऊन सुधारणा होत आल्या आहेत, आता फुकुशिमा येथील घटनाक्रमाचाही विचार करून भविष्यात यावरही मात केली जाईल.

मोटार किंवा साखर कारखाना जेंव्हा अखेर बंद पडतो तेंव्हा तिथली सगळी जुनी यंत्रसामुग्री काढून टाकून त्या जागी आणखी काही करता येते. पण अणुशक्तीकेंद्राच्या बाबतीत तसे करता येत नाही. त्या केंद्रामधील यंत्रसामुग्रीच नव्हे तर मुख्य इमारतीसुध्दा किरणोत्सारामुळे दूषित झालेल्या असतात. त्यातील प्रत्येक गोष्ट काळजीपूर्वक तपासून त्यांची योग्य त्या प्रकारे विल्हेवाट लावणे गरजेचे असते. याला डीकमिशनिंग असे म्हणतात. यासाठी भरपूर खर्च तर येतो, पण त्यातून काहीच उत्पन्न मिळत नाही. इथल्या वस्तू भंगार म्हणूनसुध्दा विकता किंवा वापरता येत नाहीत. तिथल्या मातीतसुध्दा काही रेडिओअॅक्टिव्ह द्रव्ये मुरलेली असल्यामुळे ती जमीन सहजासहजी इतर कामासाठी उपयोगात आणण्यात अडचणी येण्याची शक्यता असते. पहिल्या पिढीमधील पॉवर स्टेशन्स आता या अवस्थेला पोचली आहेत. हा खर्च करण्यासाठी खाजगी कंपन्या तयार नसतील किंवा त्याच बंद पडल्या तर त्यासाठी कोण पैसे देईल ? या मुद्द्यावर वादविवाद चालले आहेत. भारतामध्ये आतापर्यंत बांधलेली सर्व अणुविद्युत केंद्रे सरकारच्याच किंवा सरकारी कंपनीच्या मालकीची असल्यामुळे ती सरकारचीच जबाबदारी पडते. पेन्शन फंडासारखी काही आर्थिक तरतूद सुरुवातीपासून केली तर त्यामधून भविष्यकाळात निधी जमा होऊ शकेल. असा निधि गोळा केला जात आहे. सध्या तरी जुनी केंद्रे चालतील तेवढी चालवत रहायची असे धोरण अवलंबले जात आहे.

अॅटॉमिक रिअॅक्टर आणि अॅटम बाँब या दोन्हींमध्ये अणूचे विघटन या एकाच क्रियेचा उपयोग होत असल्यामुळे अणुशक्तीकेंद्रात कोठल्याही क्षणी आण्विक विस्फोट होऊ शकतो अशी बेफाम विधाने काही लोक करतांना दिसतात. पण या दोन गोष्टी पूर्णपणे भिन्न आहेत. त्यांच्या रचना संपूर्णपणे निराळ्या असतात. बिरबलाने झाडाच्या उंच फांदीवर टांगलेल्या मडक्यातली खिचडी कदाचित कधीतरी शिजेलही, पण अणुभट्टीचे रूपांतर अणूबाँबमध्ये होण्याची शक्यता तेवढीही नसते. अणुविद्युतकेंद्र सुरू केल्यानंतर त्याची शक्ती(पॉवर) शून्यापासून क्षमतेपर्यंत वाढवण्यासाठी विघटन क्रिया थोडी तीव्र करावी लागते आणि त्याची व्यवस्था केलेली असते. पण ती क्षमतेच्या पलीकडे जाऊ लागली, किंवा जास्तच वेगाने वाढायला लागली तर ती आपोआप आणि ताबडतोब पूर्णपणे बंद पडावी अशी व्यवस्था असते. रिअॅक्टर बंद पडला तरी चालेल, पण अनियंत्रित होता कामा नये या पायावर त्याची नियंत्रक यंत्रणा (कंट्रोल सिस्टिम) उभारलेली असते. त्यामुळे अपघाताने तर नाहीच, पण घातपाती कृत्याने सुध्दा असे होऊ शकत नाही.

एवढे गुणात्मक (क्वालिटेटिव्ह) विवरण झाल्यानंतर आता थोडी महत्वाची आकडेवारी पाहू.


किरणोत्सार – मानवजातीवरील अरिष्ट की बागुलबुवा? (भाग -४)

खोलीमध्ये लख्ख उजेड आहे की अंधुक प्रकाश आहे, ताटातला भात ऊन ऊन आहे की गारढोण आहे हे आपल्याला कोणीही न सांगता समजते. मात्र आपल्या शरीरातून कितीही क्ष किरण आरपार गेले तरी आपल्याला त्यांचा पत्ता लागत नाही. प्रयोगशाळांमध्ये आढळलेल्या काही अनपेक्षित आणि आश्चर्यकारक घटनांची कारणे शोधतांना अदृष्य किरणांचे अस्तित्व समजले आणि तशा प्रकारच्या परिणामांवरून त्यांचे मोजणे सुरू झाले. या किरणांमधील ऊर्जेचा विचार करून राँट्जेन नावाचे एकक (युनिट) पूर्वी ठरवले गेले. पण हे किरण कोणत्याही वस्तूच्या आत शिरले आणि पुन्हा बाहेर पडले तर त्यांच्याकडे बरीच ऊर्जा शिल्लक असते. अर्थातच त्यामधील जेवढी ऊर्जा या प्रवासात खर्च झाली तेवढ्याचाच परिणाम त्या पदार्थावर होणार. याचा विचार करून रॅड (radioactivity absorbed dose) हे वेगळे युनिट बनवले गेले. पण निरनिराळ्या प्रकारच्या रेडिएशनमुळे होणारे हे परिणाम प्रत्येक पदार्थांच्या बाबतीत वेगळे असतात. माणसाच्या शरीरावर होणारे परिणाम आपल्या दृष्टीने महत्वाचे असतात. यासाठी रेम (Roentgen equivalent man) हे एकक वापरले जाते. वरील अमेरिकन युनिट्सच्या ऐवजी आता ग्रे(Gy) आणि सीव्हर्ट(Sv) ही आंतरराष्ट्रीय एकके इतर देशांमध्ये सर्रास उपयोगात आणतात. पण अमेरिकेत अजूनही पौंड, मैल आणि गॅलन चालतात, त्याच प्रमाणे या बाबतीतसुध्दा ते आपली जुनीच युनिटे वापरतात. या दोन्हींमध्ये १०० पटींचा फरक आहे. १ ग्रे म्हणजे १०० रॅड आणि एक सीव्हर्ट म्हणजे १०० रेम होतात. पण ही मूल्ये उपयोगाच्या दृष्टीने फार मोठी असल्यामुळे मायक्रोसीव्हर्ट (μSv) आणि मिलिरेम (mrem) या युनिट्समध्ये नेहमीचे काम चालते. मायक्रो म्हणजे दहालक्षांश आणि मिनि म्हणजे सहस्रांश असल्यामुळे १ मिलिरेम (mrem) म्हणजे १० मायक्रोसीव्हर्ट (μSv) होतात.

आता या युनिट्समधील काही आकडेवारी पाहू.

नैसर्गिक किंवा पार्श्वभूमीवरील किरणोत्सारामुळे मिळालेला सरासरी वार्षिक डोस (The average ‘background’ dose of natural radiation)
जागतिक सरासरी २.४ मिलिसीव्हर्ट (mSv) – स्थानिक पातळ्या १ पासून १० मिलिसीव्हर्ट (mSv)
अमेरिका ३६० मिलिरेम mrem – ३.६ मिलिसीव्हर्ट (mSv) — काही ठिकाणी १००० मिलिरेम – १० मिलिसीव्हर्ट (mSv)

जास्तीच्या डोससाठी आयसीआरपीच्या वार्षिक मर्यादा –
नेहमीसाठी – कामगारांसाठी २० मिलिसीव्हर्ट (mSv) – ५ वर्षांची सरासरी
जनतेसाठी १ मिलिसीव्हर्ट (mSv) – १००० मायक्रोसीव्हर्ट (μSv)

आणीबाणीच्या परिस्थितीमध्ये – कामगारांसाठी १०० ते १००० मिलिसीव्हर्ट (mSv)
जनतेसाठी २० ते १०० मिलिसीव्हर्ट (mSv)

या मर्यादा फक्त अणुकामगारांसाठी नसून त्या इस्पितळे, कारखाने, खाणी, हवाई वाहतूक इत्यादी सर्व संबंधित क्षेत्रांसाठी आहेत.

भारतीय रिअॅक्टर्सचा अनुभव – जनतेसाठी
जुने रिअॅक्टर्स – प्रतिवर्ष ७ ते ३० मायक्रोसीव्हर्ट (μSv) सरासरी सुमारे १३
नवे रिअॅक्टर्स- प्रतिवर्ष ०.३ ते ७ मायक्रोसीव्हर्ट (μSv) सरासरी सुमारे २
एईआरबी मर्यादा १००० मायक्रोसीव्हर्ट (μSv)

कामगारांना मिळालेला सरासरी डोस – ०.३ ते ४ मिलिसीव्हर्ट (mSv)
एईआरबी मर्यादा २० मिलिसीव्हर्ट (mSv)

किरणोत्साराचा प्रभाव
० ते १००० मिलिसीव्हर्ट (mSv) – काही नाही – रेफरन्स डोस

१००० ते २००० मिलिसीव्हर्ट (mSv) – तात्पुरता थकवा
२००० ते ३००० मिलिसीव्हर्ट (mSv) – थकवा, उलट्या – महिना ते वर्षभरात पुन्हा ठीक
३००० ते ६००० मिलिसीव्हर्ट (mSv) – थकवा, उलट्या – मृत्यूची शक्यता
६००० ते १०००० मिलिसीव्हर्ट (mSv) – भीषण थकवा – निश्चित मृत्यू

अमूक इतक्या डोसमुळे कँसर होतो अशी काही आकडेवारी उपलब्ध नाही. किरणोत्सारामुळे, अगदी नैसर्गिक कारणामुळेसुध्दा, तो होण्याची टक्केवारी थोडीशी वाढते. प्रदूषण, रासायनिक खते, जंतूनाशके, वनस्पती तूप, सेलफोन, पिझ्झा, बर्गर वगैरेंमुळे सुध्दा ती वाढते असे सांगितले जात असते.
हिरोशिमा आणि नागासाकीवरील बाँबहल्ले आणि चेर्नोबिल येथील अपघात यामध्ये ज्या लोकांना एकाच वेळी खूप मोठा डोस मिळाला त्यामधील थोड्या लोकांना (प्रत्येकाला नाही) नंतर कँसर झाला. त्यामुळे असा तीव्र किरणोत्सार मात्र घातक आहे असे म्हणता येईल.

वरील डोसची आकडेवारी आणि परिणामांची माहिती यावरून असे दिसते की जनतेसाठी ठेवलेल्या मर्यादेच्या १००० पट डोस मिळाल्यानंतर त्याचा प्रभाव दिसतो.
कामगारांसाठी असलेल्या सामान्य मर्यादेच्या ५० पट डोस मिळाल्यानंतर त्याचा प्रभाव दिसतो.

भारतामधील जनतेला प्रत्यक्षात मिळत असलेला डोस वरील मर्यादांच्या एक शतांश इतका कमी आहे आणि नैसर्गिक डोसच्या मानाने १ ते ५ टक्के एवढाच आहे.
आणि कामगारांना मिळणारा डोस मर्यादेच्या एक पंचमांश ते एक पन्नासांश आणि सुमारे नैसर्गिक डोसच्या एवढाच आहे.

आणीबाणीच्या परिस्थितीमध्ये सुध्दा जनतेसाठी ठेवलेल्या मर्यादेच्या १० ते ५० पट डोस मिळाल्यानंतर त्याचा प्रभाव दिसतो.
कामगारांसाठी असलेल्या सामान्य मर्यादेच्या १ ते १० पट डोस मिळाल्यानंतर त्याचा प्रभाव दिसतो. त्याच्याही दोनतीनपटीवर गेल्यास तो घातक ठरतो.

पण अशी परिस्थिती चेर्नोबिलनंतर गेल्या पस्तीस वर्षात कधी आली नाही,

मला वाटते की हे आकडे पुरेसे बोलके आहेत. आता अणुशक्तीमुळे होत असणाऱ्या किरणोत्साराला घाबरायचे की नाही हे आपल्यावर आहे. आदिमानव आगीलासुध्दा भीत असे, आजसुध्दा आगीमध्ये होरपळून मरणाच्या बातम्या रोज वाचायला मिळतात, पण एकंदरीत पाहता मानवाने अग्नीच्या भयावर विजय मिळवला आहे. धीटपणे आणि सावधपणे त्याचा उपयोग करून त्याने आपले पूर्ण जीवन बदलून टाकले आहे. किरणोत्साराच्या बागुलबुवाला घाबरून अणुशक्तीचा उपयोग करणेच टाळायचे की आवश्यक तेवढी सावधगिरी बाळगून तिचा उपयोग करून घ्यायचा हे आपणच ठरवायचे आहे.

. . . . . . . . . ..

विद्युतनिर्मितीचे अर्थशास्त्र

सायन्स न शिकलेल्या अनेक लोकांना ‘अॅटॉमिक’ या शब्दाचा अर्थ माहीत नसतो. “हे ऑटोमेटिक एनर्जीवर काम करतात.” अशा शब्दात अनेक लोकांनी माझी ओळख करून दिली आहे. त्यामुळे आपोआप तयार होत जाणारी वीज पुरवण्याचे अजब तंत्र मला अवगत आहे अशी काही लोकांची गैरसमजूत होते. “तुमची वीज केवढ्याला पडते हो? ” या प्रश्नाला मला नेहमीच उत्तर द्यावे लागते. विजेचे बिल भरणाऱ्या कोणाच्याही मनात हा प्रश्न उठणे जेवढे साहजीक आहे तेवढेच या प्रश्नाचे उत्तर देणे अवघड आहे. कोणत्याही वस्तू किंवा सेवेचा बाजारभाव ‘मार्केट फोर्सेस’मुळे ठरत असतो. मागणी आणि पुरवठा यातील समतोलाप्रमाणे तो कमी जास्त होत असतो असे ढोबळमानाने म्हंटले तरी हे दोन्ही घटक सहसा स्थिर पातळीवर नसतात. या दोन घटकांमध्ये उतार चढाव निर्माण करणारी असंख्य इतर कारणे असल्यामुळे त्याबद्दल काहीही नेमकेपणाने सांगता येणे कठीण असते. शिवाय त्यावर सरकारी नियंत्रण असले तर त्यामधला गोंधळ जास्तच वाढतो. विजेच्या दरावर तर संपूर्णपणे सरकारचे नियंत्रण आहे.

विजेचेच उदाहरण घेतले तर केवळ मुंबईतीलच दक्षिण मुंबई, उपनगरे आणि नवी मुंबई या भागात विजेच्या दरांची निरनिराळी कोष्टके आहेत. घरगुती, औद्योगिक किंवा वाणिज्यिक उपयोग, कृषी, सार्वजनिक यासारख्या ग्राहकांच्या निरनिराळ्या श्रेणी आहेत, प्रत्येक श्रेणीमध्ये पहिले १०० युनिट्स, पुढील २०० किंवा ३०० युनिट्स, त्यावरील जास्तीचे युनिट्स वगैरेंच्या वीजशुल्कासाठी निरनिराळे दर आहेत, याशिवाय वीज आकार, इंधन समायोजन आकार, कर, उपकर वगैरे त्यात जोडले जाऊन एकूण बिल बनते. त्यामुळे आपल्या घरी येणारी वीज नेमकी ‘केवढ्याला’ पडते हे मीच काय, हा प्रश्न विचारणाराही सांगू शकत नाही.

वीज वितरण (डिस्ट्रिब्यूशन) करणाऱ्या कंपनीकडून आपल्याला विजेचे बिल येते आणि आपण ते भरतो. त्यातला काही हिस्सा विजेचे वहन (ट्रान्स्मिशन) करणाऱ्या कंपनीला आणि काही भाग विजेची निर्मिती (जनरेशन) करणाऱ्या कंपनीला मिळतो. त्यांना किती पैसे मिळावेत यावरसुध्दा सरकारी नियंत्रण असते. एकाच कंपनीच्या निरनिराळ्या वीजनिर्मिती केंद्रांमध्ये निर्माण झालेल्या विजेचे मूल्य वेगवेगळे असते. त्यात पुन्हा ड्यूअल प्राइसिंग पॉलिसीनुसार पहिले काही मेगावॉट्सपर्यंत एक दर आणि त्याहून अधिक विजेसाठी दुसरा दर असतो. भारतात निदान हे दर तरी सारखे सारखे बदलत नाहीत. युरोप आणि अमेरिकेत दररोज दिवसातल्या वेगवेगळ्या काळासाठी निरनिराळे दर लागू होत असतात. इतर वस्तू किंवा सेवांप्रमाणे तिकडे विजेचे ऑन लाइन ट्रेडिंगही चालते. थोडक्यात सांगायचे झाल्यास विजेच्या विक्रीचे दर अत्यंत अनिश्चित असतात.

विजेची निर्मिती करण्यासाठी किती खर्च येतो याचा काही प्रमाणात हिशोब करता येतो. कारखान्यात तयार होत असलेल्या इतर वस्तूंप्रमाणेच यासाठी काही भांडवली खर्च (कॅपिटाल एक्स्पेंडिचर) आणि काही महसुली खर्च (रेव्हेन्यू एक्स्पेंडिचर) असतो. वीजकेंद्राच्या उभारणीसाठी जमीनीची खरेदी करणे, इमारतीचे बांधकाम, यंत्रसामुग्रीची खरेदी आणि जोडणी वगैरेसाठी लागणारा खर्च भांडवली स्वरूपाचा असतो. कामाला सुरुवात होताच या खर्चाची सुरुवात होते आणि त्यासाठी लागणारे भांडवल कर्जाने घेतलेले असल्यास त्यावरील व्याजाची आकारणीही सुरू होते. पण विजेची निर्मिती करून तिच्या विक्रीमधून उत्पन्न यायला अवकाश असतो. या दरम्यानच्या काळात द्याव्या लागणाऱ्या व्याजाला आय.डी.सी. (इंटरेस्ट ड्यूरिंग कन्स्ट्रक्शन) म्हणतात आणि भांडवली खर्चात त्याचा समावेश केला जातो. वीजकेंद्र काम करू लागल्यानंतर ते चालवत ठेवण्यासाठी जो खर्च येतो तो दोन प्रकारचा असतो. कामगारांचे पगार आणि भत्ते, ऑफीसमधील दिवे, पंखे वगैरे चालवण्यासाठी लागणारा खर्च यासारखे काही फिक्स्ड एक्सपेंडिचर्स असतात, केंद्र बंद असले तरी हे खर्च होतच राहतात, तर इंधनाची किंमत, यंत्रे चालवण्यासाठी येणारा खर्च वगैरे काही खर्च वीजनिर्मितीच्या प्रमाणात होतात.

भांडवली खर्चासाठी घेतलेल्या कर्जावर व्याज द्यावे लागते, तसेच त्याची परतफेडही करायची असते. याप्रमाणे त्याचे हप्ते ठरतात. हे हप्ते भरणे, फिक्स्ड खर्च भागवणे आणि खर्ची पडलेल्या इंधनाची किंमत भरून येणे हे सारे झाल्यानंतर जी शिल्लक राहील तो नफा असतो. व्यावसायिक तत्वावर कोणतेही काम करणाऱ्याला नफ्याची अपेक्षा असतेच, तसा वाजवी नफा त्याला मिळावा असा विचार करून त्यानुसार विजेची किंमत ठरवली जाते. तयार झालेली वीज कधीही साठवून ठेवता येत नाही, तिचे उत्पादन होताच क्षणभरात वितरणही होते. त्यामुळे या सगळ्या खर्चांचे अंदाज बांधून आणि अमूक इतके युनिट्स वीज तयार होईल असे ठरवून तिचा दर आधीच ठरवला जातो. ठराविक कालावधीनंतर मागील अनुभवाचा आढावा घेऊन पुढील काळासाठी त्यात बदल केले जातात.

जलविद्युतकेंद्रासाठी आधी नदीवर धरण बांधण्यासाठी खूप मोठी जागा घ्यावी लागते तिची किंमत आणि धरणाच्या बांधकामाचा खर्च अवाढव्य असतो, पण बहुतेक वेळा तो खर्च जनतेला पाणीपुरवठा, पूरनियंत्रण वगैरेच्या नावाने देशहितासाठी केला असे दाखवले जाते. पाण्यापासून वीजनिर्मिति करण्यासाठी लागणारी यंत्रे साधीसोपी आणि तुलनेने स्वस्त असतात. त्यासाठी लागणारे पाणी निसर्गाकडून फुकटच मिळत असते. त्यामुळे फक्त त्यांचाच विचार केला तर जलविद्युतकेंद्रामधून मिळणारी वीज सर्वात स्वस्त पडते आणि ती जितक्या प्रमाणात मिळणे शक्य आहे तेवढी तयार करण्याचे प्रयत्न होत असतात. पण याला नैसर्गिक मर्यादा आहेत आणि महाराष्ट्रातल्या तरी बहुतेक सगळ्या नद्यांवर घरणे बांधून झाली आहेत. त्यामुळे यात आणखी वाढ करता येणे कठीण आहे. भारतातली सर्वात जास्त वीज औष्णिक ऊर्जेपासून तयार होते. यासाठी वर दिलेले भांडवली आणि महसुली खर्च करावे लागतात आणि त्याप्रमाणे तिचे दर ठरतात.

औष्णिक वीजकेंद्राच्या तुलनेत परमाणू वीज केंद्रामधील यंत्रसामुग्री अधिक गुंतागुंतीची असते, शिवाय ती वेगळ्या आणि खास प्रकारची असल्यामुळे तिच्या निर्मिती आणि तपासणीसाठी जास्त खर्च येतो, तसेच त्यासाठी जास्त कालावधी लागतो. त्यामुळे दर मेगावॉट कपॅसिटीसाठी अणुवीज केंद्राला अधिक भांडवल लागते. पण औष्णिक केंद्राला सतत प्रचंड प्रमाणात इंधन पुरवत रहावे लागते. त्यासाठी लागणारा कोळसा, तेल किंवा गॅस यावर खूप खर्च होतो. या इंधनांना खाणीमधून काढून वीजकेंद्रापर्यंत नेऊन पोचवण्यासाठी भरपूर खर्च येतो, तसेच वाहतुकीच्या साधनांवर ताण पडतो. त्या मानाने अणु इंधन आकाराने अगदीच लहान असते आणि त्याच्या वाहतुकीवर कमी खर्च होतो. यामुळे असे म्हणता येईल की कोळसा किंवा तेलाच्या खाणीजवळ औष्णिक वीज कमी खर्चात तयार होते आणि त्यापासून दूर गेल्यास अणुविद्युत स्वस्तात तयार होऊ शकते. सतत वाढत जाणाऱ्या किंमतींचा विचार केला तर असे दिसते की वर्षे उलटून जात असतांना भांडवली खर्चावरील व्याजाचा बोजा कमी होत जातो, तर इंधनाच्या किंमती वाढत गेल्यामुळे तो खर्च वाढत जातो. अशा प्रकारे एकाच वर्षी सुरू झालेल्या या दोन प्रकारच्या केंद्रामधून तयार होणाऱ्या विजेच्या दरांमध्ये पंधरा वीस वर्षांनंतर फरक पडलेला दिसतो. जुन्या अणुविद्युतकेंद्रामध्ये तयार होणारी वीज तितक्याच जुन्या औष्णिक केंद्रामधून तयार झालेल्या विजेपेक्षा स्वस्त पडू शकते.

निरनिराळ्या प्रकारच्या अणुविद्युत केंद्रांचा तुलनात्मक अभ्यास करतांना त्यांच्या उभारणीवर आणि चालवण्यावर येणाऱ्या खर्चांचा विचार करावा लागेल. या केंद्राच्या उभारणीसाठी येणारा खर्च त्याच्या क्षमतेच्या समप्रमाणात वाढत नाही. केंद्राची क्षमता जितकी मोठी असेल त्या प्रमाणात त्यावरील दर मेगावॉटमागे येणारा भांडवली खर्च कमी होत जातो. यामुळे बहुतेक प्रगत देशांमध्ये १००० मेगावॉट युनिट्स बांधली गेली आहेत आणि चालवली जात आहेत. त्यांनी सुरुवातीच्या काळात उभारलेली २०० – ३०० मेगावॉट्स किंवा त्याहून लहाल क्षमतेची युनिट्स त्यांनी बंदच केली आहेत. भारतासारख्या देशात मात्र ती चालवणे आजही शक्य आणि आवश्यक आहे. अर्थातच त्यातून निघणारी वीज तुलनेने जरा महाग पडते.

जगभरातले हजार मेगावॉटवर क्षमता असलेले रिअॅक्टर्स पी.डब्ल्यू.आर आणि बी.डब्ल्यू आर. या प्रकारचे आहेत. ग्राफाइट मॉडरेटेड रिअॅक्टर्स आता मागे पडले आहेत. हेवी वॉटर मॉडरेटेड रिअॅक्टर्स बनवणाऱ्या कॅनडामध्ये पाचशे मेगावॉट्सपासून सातआठशे मेगावॉट्सपर्यंतची अनेक युनिट्स त्यांनी उभारली. पुढे तिथली विजेची मागणी वाढणेच थांबल्यामुळे हजार मेगावॉट्सचे डिझाइन करूनसुध्दा ते उभारले गेले नाहीत. भारतातील परिस्थिती पाहून आधी दोनशे मेगावॉट्सची अनेक युनिट्स उभारल्यानंतर तारापूर येथे पाचशे मेगावॉट्सची दोन युनिट्स उभारली, आता सातशे मेगावॉट्स युनिट्स उभारण्याची सुरुवात झाली आहे. यातले पहिले युनिट गुजरातमधील काक्रापार इथे सुरू होण्याच्या मार्गावर आहे आणि तीन युनिट्सवर काम जोरात सुरू आहे. आणखी दहा अशी युनिट्स बांधायला सरकारची अनुमति मिळाली असून त्यातल्या काहींवर प्राथमिक कामाला सुरुवात झाली आहे.

बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टरमध्ये एकच कूलंट सर्किट असते. रिअॅक्टर आणि टर्बाईन यांची स्थापना एकाच इमारतीत होते. एकंदरच केंद्राचा विस्तार आणि त्यामधील यंत्रसामुग्री आटोपशीर असल्यामुळे त्यासाठी कमी खर्च येतो. मात्र हे पॉवर स्टेशन चालत असतांना त्यातील सर्वच भागात किरणोत्साराचे प्रमाण मोठे असल्यामुळे कोणीही त्यात प्रवेश करू शकत नाही. विजेची निर्मिती थांबवल्यानंतरसुध्दा रिअॅक्टर पुरेसा थंड होण्याची वाट पहावी लागते. काही यांत्रिक बिघाड झाला तर दुरुस्ती करण्यासाठी सुध्दा कोणी आत जाऊ शकत नाही. त्यामुळे याची काळजी घेण्यासाठी अनेक पाठीराख्या (बॅकअप) पर्यायी व्यवस्था केलेल्या असतात. पण जपानमध्ये आलेल्या सुनामीसारख्या प्रसंगी त्या तोकड्या पडल्याचे दिसून आले. परिस्थितीत सुधारणा होऊन तिच्यावर ताबा मिळवणे शक्य होईपर्यंत ती आणखी किती बिघडणार आहे हेच सांगता येत नव्हते आणि त्यामुळे अव्वाच्या सव्वा वावड्या उडवणाऱ्या लोकांना मोकळे रान मिळाले होते. जेवढी भीती दाखवली जात होती त्या मानाने प्रत्यक्षात तितके भयंकर असे काही घडले नसले तरी या प्रसंगातून निर्माण झालेले भीतीचे वातावरण मात्र जगभर पसरले. त्यामुळे नवी अणुविद्युतकेंद्रे इभारण्याच्या कामाला ब्रेक लागला.

प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टरमध्ये प्रायमरी आणि सेकंडरी अशी दोन कूलंट सर्किट्स असल्यामुळे जास्तीची उपकरणे लागतात. त्यातील स्टीम जनरेटर आणि प्रेशराइजर ही अवाढव्य आकाराची असतात. प्रायमरी कूलंटचे तपमान आणि दाब या दोन्ही गोष्टी जास्त असल्यामुळे त्यासाठी लागणारे पंप्स, व्हॉल्व्हज, पाइप्स वगैरे सर्वांसाठी विशेष प्रकारच्या मिश्रधातूंचा उपयोग करावा लागतो. टर्बाइन आणि सेकंडरी कूलंट सिस्टिममधील सर्व उपकरणे वेगळ्या बिल्डिंगमध्ये ठेवली जातात. यामुळे बांधकामाचा खर्च वाढतो. या प्रकारच्या केंद्राची कार्यक्षमता कमी असते. वगैरे कारणांमुळे वीजनिर्मितीला थोडा अधिक खर्च येण्याची शक्यता असते. पण बी.डब्ल्यू.आर,मधील वर दिलेले दोष नसल्यामुळे गरज पडताच दुरुस्ती करणे सोपे असते आणि स्टेशन चालत राहिल्यामुळे विजेची अधिक निर्मिती झाली तर या खर्चाची भरपाई होते. शिवाय आणीबाणीची परिस्थिती हाताबाहेर जाऊ न देता तिला हाताळणे शक्य असते. या कारणांमुळे जगभरातील अर्ध्याहून अधिक रिअॅक्टर्स याच प्रकारचे आहेत आणि ते व्यावसायिक दृष्ट्या फायद्यात चालले आहेत.

प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर रिअॅक्टरमध्येसुध्दा प्रायमरी आणि सेकंडरी अशी दोन कूलंट सर्किट्स असल्यामुळे वरील सर्व गोष्टी लागू होतातच. त्याखेरीज हेवी वॉटरशी संबंधित (जड पाणी) इतर अनेक खास प्रकारची जास्तीची उपकरणे असावी लागतात. या रिअॅक्टरमधील तीनचारशे प्रेशर ट्यूब्स झिर्कोनियम नावाच्या खास धातूपासून बनवल्या जातात. मॉडरेटरसाठी निराळे सर्किट असते, त्यासाठी वेगळे पंप्स, व्हॉल्व्हज, हीट एक्स्चेंजर्स वगैरे असतातच. मॉडरेटरला थंड करतांना त्यातून निघालेली ऊष्णता वायाच जाते. लीक होऊन हवेत मिसळलेले हेवी वॉटर परत मिळवण्यासाठी व्हेपर रिकव्हरी सिस्टम असते आणि गोळा झालेल्या जड पाण्याचे शुध्दीकरण करून त्याचा दर्जा वाढवण्यासाठी अपग्रेडिंग सिस्टिम असते. ऑन पॉवर फ्यूएलिंग करण्यासाठी खास प्रकारची फ्यूएलिंग मशीन्स आणि ट्रान्स्फर सिस्टिम असते. या सर्वांसाठी बराच जादा खर्च येतो. त्यामुळे वीज उत्पादनाचा खर्च आणखी वाढतो. निरनिराळ्या प्रकारच्या रिअॅक्टर्समध्ये या प्रकारच्या रिअॅक्टरमधून तयाार होणारी वीज सर्वात जास्त महाग असते. मात्र या प्रकारच्या रिअॅक्टर्समध्ये ऑन पॉवर फ्युएलिंग होत असल्यामुळे ते केंद्र दरवर्षी इंधन भरण्यासाठी बंद ठेवावे लागत नाही. दोन अडीच वर्षे सतत चालू ठेवण्याचे सर्व जागतिक उच्चांक याच प्रकारच्या केंद्रांनी केले आहेत.

जगभरातील अनुभव पाहता पी.डब्ल्यू.आर. आणि बी.डब्ल्यू,आर. रिअॅक्टर्स अनेक देशांमध्ये निश्चितपणे स्वस्तात वीजनिर्मिती करत आहेत. जगातील सुमारे एक षष्ठांश वीजनिर्मिती यातून होत आहे. पी.एच.डब्ल्यू.आर. रिअॅक्टर्स तग धरून आहेत आणि माफक प्रमाणात नफा कमावत आहेत, पण या क्षेत्रात अर्थनिवेश करणाऱ्यांना (इन्व्हेस्टर्सना) ती आकर्षित करू शकत नाहीत असे दिसते. कॅनडा आणि भारत सोडता इतर देशांनी त्यात मोठा पुढाकार घेतला नाही. दक्षिण कोरिया, चीन. अर्जेंटिना, रुमानिया इत्यादि देशात अशी केंद्रेसुद्धा आहेत, पण इतरांच्या तुलनेत संख्येने ती कमी आहेत.

इतर मालाच्या बाबतीत तो कुठून सर्वात स्वस्त मिळेल याचा विचार केला जातो, पण आपल्या देशात सुरुवातीपासूनच विजेचा भयंकर तुटवडा असल्यामुळे तिच्या बाबतीत ‘इथून किंवा तिथून’ असा विचार न करता ‘इथून अधिक तिथून’ असाच विचार केला गेला आणि त्यामुळेच वीजनिर्मितीची क्षमता इतकी तरी वाढली आहे. अजूनही आपल्याला बराच पल्ला गाठायचा आहे आणि त्यात सर्व प्रकारची वीज निर्माण करण्याची गरज पडणार आहे.

सत्तरीच्या दशकातील अणुशक्तीच्या सुवर्णयुगात जगभरात सगळीकडे मोठ्या प्रमाणात अणुविद्युतकेंद्रे उभारली गेली. किरणोत्साराच्या धोक्याचा विचार करता त्यानंतरच्या काळात ती बांधणे कमी झाले. औष्णिक केंद्रांमधून मोठ्या प्रमाणात वायूप्रदूषण होत असल्यामुळे पर्यावरणाचा विचार करता अणुविद्युत केंद्रांच्या उभारणीला पुन्हा वेग येईल अशी चिन्हे अलीकडे दिसू लागली होती. पण फुकुशिमा येथील सुनामीत झालेल्या घटनांनंतर त्याला ब्रेक लागला आहे. कोळसा आणि तेल काही दशकांनंतर संपणारच आहेत. त्यांची उपलब्धता कमी होताच त्यांच्या किंमती कशा भडकतात हे आपण पाहतच आहोत. लोखंडासारख्या अनेक धातूंची निर्मिती आणि त्यावर प्रक्रिया करणे तसेच विविध प्रकारची रसायने तयार करण्यासाठीही त्या इंधनांची आवश्यकता असते. त्यामुळे ती इंधने जाळून टाकण्यापेक्षा जास्तीत जास्त पुरवून वापरण्यावर भर दिला जाईल यात शंका नाही. आपली आजची जीवनशैली पुन्हा बदलून शंभर दोनशेवर्षे मागे जायला कोणीही तयार होणार नाहीत. त्यामुळे काटकसर करूनसुद्धा विजेची मागणी फारशी कमी होणार नाही. सौर ऊर्जा, वायू ऊर्जा वगैरे अजूनही महागच आहेत, तरीही त्यावर चालणाऱ्या केंद्रांच्या उभारणीला आता गति आली आहे. पण सूर्याचा उजेड फक्त दिवसा असतो आणि वारा कधी वाहतो तर कधी वहातच नाही. यामुळे ही केंद्रे निसर्गाच्या लहरीवर अवलंबून असतात. अणुशक्तीकेंद्रे मात्र बारा महिने चोवीस तास सतत वीज देत असतात. त्यामुळे काही काळ उलटून गेल्यानंतर जगाला पुन्हा अणुशक्तीच्या पर्यायावर गंभीरपणे विचार करावा लागेल असे दिसते.

अणुविद्युतकेंद्रांचे प्रकार

अणुऊर्जेपासून विजेची निर्मिती – उत्तरार्ध

१. बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टर (बी.डब्ल्यू.आर)

सगळ्या प्रकारच्या व्यावसायिक न्यूक्लियर पॉवर स्टेशन्समध्ये पाण्याची वाफ करून ती टर्बाईनला पुरवली जाते, पण ‘बी.डब्ल्यू.आर’ या प्रकारात रिअॅक्टर व्हेसलमध्येच पाण्यापासून वाफ तयार होते. इतर प्रकारांच्या रिअॅक्टर्समध्ये त्यासाठी वेगळी उपकरणे असतात. बी.डब्ल्यू.आर.मध्ये ‘एन्रिच्ड युरेनियम’ हे फ्यूएल असते. ‘मॉडरेटर’ आणि ‘कूलंट’ या दोन्ही कामासाठी ‘डिमिनराइज्ड लाइट वॉटर’ (शुध्द केलेले साधे पाणी) वापरले जाते. रिअॅक्टरमधील प्रायमरी कूलंटच मॉडरेशनचे काम करतो. वरील क्र. १ या चित्रात बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टर असलेल्या पॉवर स्टेशनची रचना ढोबळ मानाने दाखवली आहे. रिअॅक्टर, टर्बाईन, कंडेन्सर आणि पंप यामधून पुनःपुनः फिरत राहणारे पाणी व वाफ यांचे अभिसरण अखंड चालत राहते.

रिअॅक्टरमध्ये अणूंच्या भंजनातून निर्माण झालेली जितकी ऊष्णता वाफेला मिळते त्यातल्या निम्म्याहून कमी ऊर्जेचे रूपांतर जनरेटरमध्ये विजेत होते आणि बाकीची ऊर्जा वाफेसोबत टर्बाईनच्या बाहेर येते. त्या वाफेला थंड करण्यासाठी कंडेन्सरमधील नळ्यांमध्ये थंड पाणी खेळत ठेवलेले असते. वाफेमध्ये असलेली ऊष्णता त्या पाण्याकडे जाऊन ते थोडे तापते आणि वाफेला थंड केले गेल्यामुळे तिचे पुन्हा पाण्यात रूपांतर होते. ते होत असतांना कंडेन्सरमधील नळ्यांमध्ये वहात असलेल्या पाण्यातून तिच्यातली ऊर्जा वीजकेंद्रातून बाहेर जाते आणि बाहेरील वातावरणात विलीन होते. रिअॅक्टरमध्ये निर्माण झालेल्या अणुऊर्जेमधील फक्त तीस चाळीस टक्के ऊर्जेचे विजेत रूपांतर होऊन साठ सत्तर टक्के स्थानिक पर्यावरणात मिसळते. पण याला इलाज नसतो. सुमारे दोन तृतीयांश ऊर्जेला वीजकेंद्राबाहेर टाकून देणारे असले कंडेन्सर कशाला हवे असा विचार मनात येईल, पण ते नसले तर टर्बाईनमधून बाहेर निघणारी वाफ तिच्याकडे असलेल्या ऊर्जेसकट थेट वातावरणात जाईल. त्यामुळे तिच्याकडे असलेली ऊर्जाही वाया जाईल आणि त्याबरोबर अत्यंत शुध्द असे मौल्यवान पाणीही नष्ट होईल.

शिवाय टर्बाईनमधील वाफ थेट वातावरणात सोडली तर ती तितक्याच दाबाने बाहेर पडेल पण कंडेन्सरमध्ये तिचे पाण्यात रूपांतर होतांना तिने व्यापलेली जागा रिकामी झाल्यामुळे अंशतः निर्वात पोकळी (पार्शल व्हॅक्यूम) निर्माण होते. वातावरणाएवढ्या दाबापासून ते अंशतः निर्वात पोकळीपर्यंतचा वाफेचा जास्तीचा प्रवास टर्बाईनमधून होत असल्यामुळे त्या वाफेतल्या ऊर्जेचा जास्तीत जास्त उपयोग होतो. या कारणांमुळे वीजनिर्मितीच्या प्रक्रियेत ‘कंडेन्सर’ हा सुध्दा एक महत्वाचा घटक ठरतो. औष्णिक विद्युत केंद्रातही (थर्मल पॉवर स्टेशनमध्ये) असेच घडते. रेल्वे इंजिन सोडले तर इतर बहुतेक सर्व ठिकाणी वाफेचा उपयोग झाल्यानंतर कंडेन्सरमधून त्यातले पाणी परत मिळवले जाते. जेम्स वॉटच्या काळापासून कंडेन्सरचा उपयोग केला जात आला आहे.

बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टरच्या मुख्य पात्राची (रिअॅक्टर व्हेसलची) अंतर्गत रचना चित्र क्र. २ मध्ये दाखवली आहे. या पात्राचा आकार एका ऊभ्या कॅपसूलसारखा असतो. त्याचा मुख्य भाग दंडगोलाकार (सिलिंड्रिकल) असतो आणि त्याच्या दोन्ही टोकांना घुमटाचा आकार दिलेला असतो. या मुख्य पात्राच्या आत एक दंडगोलाकार उपपात्र ठेवलेले असते, याला ‘कोअर श्राऊड’ असे म्हणतात. जेवढ्या भागात इंधन ठेवलेले असते आणि त्यातून ऊष्णता निर्माण होते त्याला ‘कोअर’ असे म्हणतात. कोअरचे आवरण म्हणजे ‘कोअर श्राऊड’ झाले. फ्यूएल आणि कंट्रोल रॉड्स यांना विवक्षित जागी व्यवस्थित रीत्या बसवण्यासाठी आणि आवश्यकतेनुसार त्यांना आतबाहेर करण्यासाठी सोयिस्कर अशी रचना या श्राऊडमध्ये केली जाते. पंपामधून येणारे पाणी कोअरच्या वरच्या भागात रिअॅक्टरमध्ये येते आणि कोअरच्या बाहेरील अंगाने वहात खालच्या भागात आल्यानंतर ते दिशा बदलून कोअरमधील फ्यूएलरॉड्सला स्पर्श करत वर चढते. तापलेल्या फ्यूएल रॉड्समुळे त्यात वाफेचे बुडबुडे तयार होतात आणि मागून येत असलेल्या पाण्याच्या रेट्याने ते वेगाने वर चढत जातात. ते एकत्र येऊन तयार झालेली वाफ रिअॅक्टर व्हेसलच्या वरच्या भागात जमा होत जाते. ‘स्टीम सेपरेटर’ नावाच्या उपकरणात त्या वाफेसोबत आलेले पाण्याचे कण वेगळे काढले जातात आणि बाष्पीभवनासाठी खालच्या भागात साभार परत पाठवले जातात. सेपरेट झालेली वाफ ‘स्टीम ड्रायर’ नावाच्या उपकरणात जाते. या भागात पाण्याच्या उरल्यासुरल्या थेंबांचे वाफेत रूपांतर होते आणि सुकी झालेली वाफ (ड्राय स्टीम) टर्बाईनकडे पाठवली जाते. टर्बाईनमध्ये वेगाने गेलेल्या वाफेच्या झोतात पाण्याचे थेंब असल्यास त्यांच्यामुळे टर्बाईनच्या पात्यांची झीज (इरोजन) होते. ते टाळण्यासाठी यासारख्या काही उपाययोजना केल्या जातात.

रिअॅक्टरमधून वाहणाऱ्या पाण्याच्या या मुख्य प्रवाहाशिवाय एक उपप्रवाह वहात असतो. रिअॅक्टर व्हेसलच्या खालच्या भागातून सतत थोडे पाणी बाहेर काढून ते सूक्ष्म छिद्रे असलेल्या चाळणीतून गाळले जाते (फिल्टरिंग) आणि त्याचे शुध्दीकरण (प्यूरिफिकेशन) करून झाल्यावर ते पाणी पुन्हा मुख्य प्रवाहात आणून सोडले जाते. यामुळे या अत्यंत महत्वाच्या पाण्यात कचरा साठत नाही. काही ठिकाणी या पाण्यातील ऊष्णतेपासून कमी दाबाची वाफ तयार करतात आणि वीजनिर्मितीसाठी तिचा उपयोग करून घेतात. रिअॅक्टर व्हेसलचा वरचा भाग स्टीम सेपरेटर आणि स्टीम ड्रायर यांनी व्यापलेला असल्यामुळे कंट्रेल रॉड्सना वरखाली करणारी यंत्रणा खालच्या बाजूने बसवलेली असते. या यंत्रांना चालवण्यासाठी वीज लागते तसेच त्यांची देखभाल व दुरुस्ती करावी लागते. या कारणांमुळे ही यंत्रे वेगळ्या खोलीत असतात आणि त्यांना उभ्या दांड्यांच्या द्वारे कंट्रोल रॉड्सबरोबर जोडले जाते.

अॅटॉमिक रिअॅक्टरला ‘शट डाऊन’ करून त्यामध्ये चालत असलेली भंजनाची क्रिया बंद केली तरीसुध्दा त्यानंतर त्यातून ऊष्णता बाहेर पडतच राहते. युरेनियममधून अणूऊर्जा बाहेर पडणे थांबले असले तरी त्याच्या फिशन प्रॉडक्ट्समधून निघणाऱ्या विकिरणांमधून ती ऊर्जा बाहेर निघत राहते. निखारे विझल्यानंतरसुध्दा बराच वेळ राख धगधगत राहते, हा प्रकार तसाच पण खूप मोठ्या प्रमाणावर आहे. ही क्रिया हळूहळू आपोआप कमी कमी होत असते, पण तिला प्रतिबंध करण्याचा कोणताही उपाय अस्तित्वात नाही. ही नको असलेली ऊष्णता वाहून नेण्याची व्यवस्था करणे एवढेच करणे शक्य तसेच आवश्यक असते आणि त्यासाठी अनेक प्रकारच्या उपाययोजना केलेल्या असतात. रिअॅक्टरमधून जाणारे मुख्य आणि उपप्रवाह या दोन्हींच्या मार्गात निरनिराळे ‘हीट एक्स्चेंजर्स’ बसवलेले असतात. रिअॅक्टरमध्ये तप्त होऊन बाहेर निघालेले पाणी यात जाऊन थंड होऊन रिअॅक्टरमध्ये परत येते.

रिअॅक्टरमधून वाहणाऱ्या पाण्याला ‘प्रायमरी कूलंट’ असे म्हणतात. त्याच्या मार्गावरील उपकरणे किंवा पाईपलाईन यात कोठेही बिघाड झाला आणि त्या पाण्याची गळती झाली तर रिअॅक्टरला पुरेसे पाणी मिळणार नाही. याला ‘लॉस ऑफ कूलंट अॅक्सिडेंट’ (लोका) असे म्हणतात. त्यामुळे रिअॅक्टरमधले तपमान वाढून ते धोकादायक ठरू शकते. यामुळे अशा परिस्थितीत प्रायमरी कूलंट सर्किटमध्ये जास्त पाणी टाकण्याचे अनेक उपाय केलेले असतात. तसेच रिअॅक्टरच्या बाहेर किरणोत्सर्ग होऊ नये यासाठी रिअॅक्टरच्या सर्व बाजूंनी अत्यंत कडेकोट बंदोबस्त करून ठेवलेला असतो. रिअॅक्टर व्हेसलच्या सर्व बाजूने एक एअरटाइट ‘कंटेनमेंट’ असते. ते पाइपलाइन्सच्या सहाय्याने एका ‘व्हेपर सप्रेशन पूल’ला जोडलेले असते. रिअॅक्टरमधून वाफ बाहेर निघाल्यास ती आधी या कंटेनमेंटच्या ‘ड्रायवेल’ या भागात येते आणि पाइपांमधून पूलमधील पाण्यात सोडली गेल्याने ती त्या पाण्यात शोषली जाते. त्या वाफेसोबत आलेली ड्रायवेलमधली हवा ‘वेटवेल’मध्ये जाते. सप्रेशन पूलमधील पाण्याला थंड करण्याची वेगळी व्यवस्था असते, गरज पडल्यास त्यात भर घालण्याची सोय केलेली असते, तसेच त्यातले पाणी पंपाने उपसून ते तडक रिअॅक्टरमध्ये नेऊन सोडण्याची व्यवस्थासुध्दा असते. जगातील शंभरातल्या नव्याण्णऊ रिअॅक्टरमध्ये यातल्या कशाचीच प्रत्यक्ष गरज कधीच पडलेली नाही. पण ती तरतूद करणे अत्यंत आवश्यक असते आणि प्रसंग पडला तर त्यांचा उपयोग करून संभाव्य अनर्थ टाळता येतो.

या तरतुदी अंमलात आणण्यासाठी काही पंप चालणे, व्हॉल्व्हची उघडझाप होणे गरजेचे असते. ते काम करण्यासाठी विजेचे अनेक पर्याय दिलेले असतात. पॉवर स्टेशनमध्ये तयार होणारी वीज, बाहेरच्या ग्रिडमधून येणारी वीज, इमर्जन्सी डिझेल जनरेटर, बॅटरी बॅक अप अशा निरनिराळ्या स्त्रोतांकडून ती येत असल्याने कधीच तिचा तुटवडा पडत नाही आणि त्याच वेळी नेमका लोका अपघात होण्याची शक्यता अत्यंत कमी असते. पण फुकुशिमा येथील दाइ इची या एका स्टेशनमध्ये सुनामीमुळे आधी विजेचे सगळेच स्त्रोत एका झटक्यात निकामी झाले आणि त्यामुळे लोकासारखी परिस्थिती उद्भवली. टँकमध्ये साठवलेले पाणी आणि बॅटरी बँक या तरतुदी काही काळ कामाला येतात आणि नव्या पुरवठ्याची व्यवस्था करण्यासाठी सवड मिळते. एरवी तेवढ्या अवधीमध्ये ती करता आली असती, पण विक्रमी भूकंप आणि सुनामी यांनी केलेल्या पडझडीने जपानच्या त्या भागातले सारे जनजीवनच उध्वस्त झाल्यामुळे केलेले शर्थीचे प्रयत्न तोटके पडले. फुकुशिमा याच ठिकाणी असलेल्या दुसऱ्या पॉवर स्टेशनमध्ये मात्र या आणीबाणीच्या व्यवस्था कामाला आल्या आणि त्या स्टेशनमध्ये मोठा अपघात झाला नाही.

रिअॅक्टरमध्ये प्रायमरी कूलंट या कामासाठी वापरले जात असलेले पाणी गाळून घेतले असले तरी त्या गाळण्याच्या (फिल्टरच्या) सूक्ष्म छिद्रातून आरपार जाऊ शकणारे अतिसूक्ष्म कण शिल्लक राहतात. तसेच आयन एक्स्चेंजरमध्ये शुध्द केलेल्या पाण्यातही अत्यल्प प्रमाणात विरघळलेले क्षार शिल्लक असतातच. पीपीएम (पार्ट्स पर मिलियन किंवा दशलक्षात अमूक एवढे भाग) इतक्या कमी प्रमाणात ही अशुध्द द्रव्ये त्यात शिल्लक राहतात. एरवी त्यांचा काही उपसर्ग नसतो. पण हे पाणी रिअॅक्टरमधून जात असतांना तेथील न्यूट्रॉन्सच्या साम्राज्यात काही न्यूट्रॉन्स या अशुध्द द्रव्यांमध्ये शोषले जातात, तसेच पाण्यामधील हैड्रोजन आणि ऑक्सीजन या मूलद्रव्यांवरसुध्दा न्यूट्रॉन्स परिणाम करतात. यामुळे हे पाणी रेडिओअॅक्टिव्ह बनते. याच पाण्याची वाफ टर्बाईन, कंडेन्सर वगैरेमध्ये जात असल्यामुळे हा सारा भाग माणसांनी प्रवेश करण्यायोग्य रहात नाही. रिअॅक्टर सुरू असतांना निरीक्षण किंवा देखरेख या कामासाठीसुध्दा कोणीही या भागात जाऊ शकत नाही. ही कामे करण्यासाठी रिअॅक्टर शट डाऊन करून रेडिओअॅक्टिव्हिटी कमी होण्याची वाट पहात काही काळ थांबावे लागते. बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टरमध्ये ही एक उणीव असते.

सन २०११ मध्ये जगभरात बी.डब्ल्यू.आर. या प्रकारचे ९२ रिअॅक्टर्स होते आणि त्यांची एकंदर क्षमता ८४००० मेगावॉट्स एवढी होती. हा प्रकार दुसऱ्या क्रमांकावर आहे आणि बरीच वर्षे राहणार आहे. भारतामध्ये तारापूर येथे उभारलेला सर्वात पहिला अणुविद्युत प्रकल्प या प्रकारचा होता. त्यानंतर भारतात पुन्हा अशा प्रकारच्या रिअॅक्टरची उभारणी केली गेली नाही.

******************

भाग २ : प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टर

शेगडीवर ठेवलेल्या उघड्या पातेल्यातले चहाचे आधण सुमारे १०० अंश सेल्शियस तपमानाला उकळू लागते, पण प्रेशर कूकरच्या हवाबंद पात्रातील वाफ कोंडलेली असल्यामुळे तिचा दाब वाढत जातो. जेंव्हा तो वातावरणातल्या हवेच्या दाबाच्या दुप्पट होतो तेंव्हा कूकरमधील उकळणाऱ्या पाण्याचे तपमान सुमारे १२० अंशापर्यंत वर जाते. दाब वाढल्यामुळे पाण्याच्या उत्कलनबिंदूमध्ये वाढ होते. पाण्याच्या या गुणधर्माचा उपयोग प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टरमध्ये करून घेतला जातो

या रिअॅक्टरच्या पात्राचा (रिअॅक्टर व्हेसलचा) आकारसुद्धा एका प्रचंड उभ्या कॅपसूलसारखाच असतो आणि यातही समृद्ध (एन्रिच्ड) युरेनियम हेच इंधन वापरले जाते. प्राथमिक शीतलक (प्रायमरी कूलंट) सुद्धा साधे पाणीच (लाइट वॉटर) असते, मात्र यातील पाण्याचा दाब सुमारे १५० बार म्हणजे हवेच्या दाबाच्या सुमारे दीडशेपट एवढा असतो. युरेनियमच्या भंजनातून (फिशन मधून) निघणाऱ्या ऊर्जेने या पाण्याचे तपमान सुमारे सव्वातीनशे अंशावर जाते. तरीही ते पाणी उकळून त्याची वाफ न होता ते पाणी द्रवरूपातच राहते. उच्च दाबाचे अतीशय तप्त असे हे पाणी स्टीम जनरेटरकडे पाठवले जाते.

स्टीम जनरेटर हा शेल अँड ट्यूब प्रकारचा हीट एक्स्चेंजर असतो. या प्रकारात एक शेल किंवा बाह्य पात्र असते आणि त्यात ट्यूब्ज म्हणजे अनेक नलिकांचे मोठमोठे जुडगे बसवलेले असतात. एक द्रव या शेलमधून तर वेगळाच द्रव नलिकांमधून वहात असतो. यातला एक द्रव ऊष्ण आणि दुसरा थंड असतो. हे दोन्ही द्रव निरनिराळ्या द्वारांतून हीट एक्स्चेंजरमध्ये प्रवेश करतात आणि वेगवेगळ्या मार्गाने वहात असतात. ते कुठेही एकमेकात मिसळत नाहीत, पण त्यांच्या सान्निध्यामुळे ऊष्ण द्रवामधून त्यातली ऊष्णता थंड द्रवाकडे वहाते. त्यामुळे ऊष्ण द्रवाचे तपमान कमी होते आणि थंड द्रवाचे वाढते. हीट एक्स्चेंजरमधून बाहेर पडतांना त्या दोन्ही द्रवांचे तपमान एकमेकांच्या जवळ येते.

स्टीम जनरेटरच्या शेलचा आकार बहुतेक ठिकाणी मशरूमसारखा असतो आणि त्यात यू या अक्षराप्रमाणे वाकवलेल्या शेकडो नलिकांचे गठ्ठे (ट्यूब बंडल्स) बसवलेले असतात. या नलिका एकमेकींना चिकटणार नाहीत आणि प्रत्येक नळीच्या सर्व बाजूंना पाण्याला मुक्तपणे वाहण्यासाठी मोकळी जागा राहील याची काळजी घेतलेली असते. रिअॅक्टरमधून बाहेर निघालेले प्रायमरी कूलंटचे तप्त पाणी स्टीम जनरेटरच्या नलिकांमधून वहाते. त्या नलिकांच्या बाहेरच्या बाजूला शेलमधून सेकंडरी पाणी वहात असते. ते तापून त्याची वाफ होते आणि शेलच्या वरच्या फुगीर भागातल्या ड्रममध्ये गोळा होते. त्यापुढील भाग म्हणजे टर्बाइन, कंडेन्सर वगैरे सारे काही बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टरसारखेच असते.

स्टीम जनरेटरच्या ट्यूब्जमधून एका बाजूने आत शिरलेले प्रायमरी कूलंटचे ऊष्ण पाणी दुसऱ्या बाजूने बाहेर पडते तेंव्हा त्याचे तपमान कमी झाले असले तरी ते उकळत असलेल्या सेकंडरी कूलंटच्या मानाने जास्तच असणे आवश्यक असते कारण तसे असले तरच त्या पाण्यातील ऊष्णतेचा वाफ तयार करण्याच्या कामात उपयोग होऊ शकतो. वाफेचे तपमान जितके जास्त असेल तेवढी जास्त वीजनिर्मिती होत असल्याकारणाने ते सुमारे अडीचशे अंशांच्यावर ठेवण्यात येते. याचा अर्थ थंड होऊन परतणारे प्रायमरी पाणीसुद्धा २६०-२७० अंश इतके गरम असते. या तपमानाला ते द्रवरूप राहण्यासाठी त्याचा दाब भरपूर असणे आवश्यक असते. स्टीम जनरेटरच्या अरुंद नलिकांमधून वहात असतांना पाण्याचा दाब कमी होऊन वातावरणाच्या सुमारे शंभरपट एवढा झालेला असतो. (प्रत्येक रिअॅक्टर आणि स्टीम जनरेटरचा आकार, क्षमता आणि अंतर्गत रचना यांच्यानुसार हे आकडे वेगळे असतात. साधारण अंदाज यावा म्हणून वरील आकडे दिले आहेत.) हे पाणी पंपाद्वारे पुन्हा रिअॅक्टरकडे पाठवले जाते आणि तिथली ऊष्णता घेऊन स्टीम जनरेटरकडे. अशा प्रकारे त्याचे अभिसरण चालत राहते.

यातील पंपाचा उपयोग पाण्याचा दाब वाढवण्यासाठी होत असला तरी त्या दाबाचे नियंत्रण करण्यासाठी प्रेशरायजर नावाचे वेगळे उपकरण बसवतात. कॅपसूलच्याच आकाराच्या या पात्रातला खालचा भाग पाण्याने भरलेला असतो आणि वरील भागात वाफ असते. पाण्याचे तापमान वाढले तर ते प्रसरण पावून त्याचा दाबही वाढतो. या वेळी प्रेशरायजरच्या माथ्यावर बसवलेला थंड पाण्याचा स्प्रे सुरू होतो. त्यामुळे थोड्या वाफेचे रूपांतर पाण्यात होऊन तिने व्यापलेली जागा रिकामी होते आणि तिचा दाब कमी होतो. पाण्याचे तापमान कमी होऊन ते आकुंचन पावले तर प्रेशरायजरमधला इलेक्ट्रिक हीटर सुरू होतो आणि पाण्याचे रूपांतर वाफेत करून तिचा दाब वाढवतो.

प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टरमधले प्रायमरी कूलंटचे पाणी फक्त रिअॅक्टर, स्टीम जनरेटर आणि पंप एवढ्यांमध्येच फिरत राहते. ही सारी उपकरणे रिअॅक्टर बिल्डिंगच्या कंटेनमेंटच्या आत ठेवलेली असल्यामुळे सारा किरणोत्सार फक्त तेवढ्या जागेत बंदिस्त राहतो. टर्बाईन, जनरेटर, कंडेन्सर वगैरे इतर सारे भाग त्यापासून मुक्त राहतात. त्यांच्या देखभालीसाठी आणि गरज पडल्यास दुरुस्तीसाठी त्या भागांमध्ये केंव्हाही जाता येते. पीडब्ल्यूआरचा हा सर्वात महत्वाचा फायदा असतो. २०११ मध्ये जगातील ४४२ पैकी २६९ म्हणजे निम्म्याहून जास्त रिअॅक्टर्स या प्रकारचे होते आणि जगातील ३७५ पैकी २४८ गीगावॉट म्हणजे दोन तृतीयांश विजेचे उत्पादन त्यातून होत होते.

या रिअॅक्टरच्या प्रायमरी कूलंट सर्किटमधील कोणतेही पात्र, पंप, पाइप किंवा इतर कोणत्याही उपकरणामधून पाण्याची थोडी गळती झाली तर त्याची भरपाई प्रेशराइजरमधून आपोआप होते आणि त्यातील पाण्याची पातळी खाली जाऊन धोक्याची पूर्वसूचना मिळते. इमर्जन्सी कोअर कूलिंग सिस्टममध्ये अशा अॅक्सिडेंटच्या वेळी उपयोगात आणण्यासाठी अनेक राखीव उपाययोजना करून ठेवलेल्या असतात आणि त्यांचा उपयोग करून रिअॅक्टरला पुरेसे पाणी पुरवले जाते. रिअॅक्टरच्या तुलनेत स्टीम जनरेटर अधिक उंचावर ठेवलेले असतात. विजेचा पुरवठा पुरता ठप्प झाल्यामुळे प्रायमरी पंप बंद पडले तरीही रिअॅक्टरमधील पाणी तापून हलके होते आणि आपोआप वरच्या बाजूला असलेल्या स्टीमजनरेटरकडे जाते आणि तिथे थंड झाल्यामुळे वजनाने जड झालेले पाणी गुरुत्वाकर्षणाने खालच्या बाजूला रिअॅक्टरमध्ये परतते. अशा प्रकारे रिअॅक्टर थंड होत राहतो. याला नैसर्गिक पुनराभिसरण (नॅचरल रिसर्क्युलेशन) म्हणतात. ते घडवून आणण्यासाठी स्टीम जनरेटरला केला जाणारा थंड सेकंडरी पाण्याचा पुरवठा रेडिओअॅक्टिव्ह क्षेत्राच्या बाहेरून होत असल्यामुळे त्यावर नियंत्रण करणे किंवा त्याची पर्यायी व्यवस्था करणे तुलनेने सोपे असते. यामुळे प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टरमधील संभाव्य गंभीर अॅक्सिडेंट हाताळणारी यंत्रणा बॉइलिंग वॉटर रिअॅक्टरपेक्षा जास्त भरोशाची असते असे म्हणता येईल. थ्री माइल आयलंड येथे झालेल्या घटनेमुळे तिचा अनुभव आलेला आहे. त्या रिअॅक्टरमध्येही कोअर मेल्टडाउनपर्यंत बिघाड झाला होता, पण किरणोत्सार मात्र आटोक्यात राहिला. त्या अणुशक्तीकेंद्राच्या बाहेर पडला नाही.

रशीयाच्या सहाय्याने उभारलेले, प्रत्येकी १००० मेगावॉट क्षमतेची दोन युनिट्स असलेले, अणुविद्युतकेंद्र कन्याकुमारीजवळ कूडनकूलम या ठिकाणी कार्यरत आहे. ते आताच भारतातले सर्वात मोठे केंद्र आहे आणि तिथे आणखी दोन नव्या युनिट्सची उभारणी सुरू झाली आहे.

****************

भाग ३ : ग्राफाइट मॉडरेटेड आणि गॅस कूल्ड रिअॅक्टर्स

वीज आणि ऊष्णता या ऊर्जेच्या दोन रूपांमध्ये काहीसा एकतर्फी संबंध असतो. आपल्या घरातले दिवे, टोस्टर, गीजर किंवा कारखान्यातल्या विजेच्या भट्ट्या, वेल्डिंग मशीन्स वगैरे असंख्य उपकरणांमध्ये विजेचे रूपांतर ऊष्णतेमध्ये सहजपणे होते. त्यासाठी या उपकरणातून विजेचा प्रवाह फक्त वहात जातो आणि त्याच्या वहनाला होत असलेल्या अडथळ्यामुळे ऊष्णता बाहेर पडते. पण याच्या उलट ऊष्णतेच्या इकडून तिकडे जाण्यामधून मात्र वीज तयार होत नाही. थर्मोकपलमध्ये अत्यंत सूक्ष्म प्रमाणात ऊष्णतेपासून वीज मिळते आणि त्यावरून ऊष्ण वस्तूचे तपमान मोजता येते. कृत्रिम उपग्रहांमधील थर्मोपाइल्समध्ये अशा प्रकारे अल्पशी वीज तयार करून काही इन्स्ट्रुमेंट्स चालवण्यासाठी तिचा उपयोग केला जातो. पण ऊष्णतेपासून मोठ्या प्रमाणावर थेट वीज निर्माण करण्याचे सुलभ तंत्रज्ञान आजमितीला उपलब्ध नाही. ऊष्णतेचा उपयोग करून पाण्याची वाफ बनवायची आणि त्यावर इंजिन किंवा टर्बाइन चालवून त्याला विजेचा जनरेटर जोडायचा हाच राजमार्ग साठ वर्षांपूर्वी उपलब्ध होता आणि आजही त्यात फारसा फरक पडलेला नाही.

अणू ऊर्जेचा शोध लागल्यानंतर तिचा वीजनिर्मितीसाठी वापर करण्याच्या दिशेने संशोधन सुरू झाले. शिकागो पाइल या पहिल्या मानवनिर्मित रिअॅक्टरमध्ये अणूऊर्जेची निर्मिती झाली. पण या प्रयोगाची माहिती या कानाची त्या कानालासुद्धा कळणार नाही याची दक्षता त्या काळात घेतली होती. अमेरिकेत हा यशस्वी प्रयोग झाला असला तरी रशिया, इंग्लंड, जर्मनी आदि इतर प्रगत देशातसुद्धा यावर गुप्तपणे संशोधन चालले होतेच. अणूशक्तीच्या क्षेत्रामधील त्यांची स्पर्धा पडद्या आड चालली होती. तो काळ महायुद्धाचा होता आणि संशोधकांचे लक्ष विनाशकारी अस्त्रांच्या निर्मितीवर एकवटले होते. तरीसुद्धा त्याबरोबर विजेच्या निर्मितीसाठीही संशोधन होत होते आणि युद्ध संपल्यानंतर त्याला वेग आला.

शिकागो पाइल या पहिल्या मानवनिर्मित रिअॅक्टरमध्ये युरेनियम हे इंधन आणि ग्राफाइट हे मॉडरेटर होते. प्रयोगासाठी रचना आणि पुनर्रचना करायला हे सोयीचे होते. या विषयावर अत्यंत गुप्तता बाळगण्याच्या त्या काळात अमेरिकेखेरीज इतर प्रगत राष्ट्रांनीसुद्धा अशा प्रकारचे प्रायोगिक रिअॅक्टर बनवले असणारच. त्यापासून वीजनिर्मितीसाठी करण्याचे प्रयत्नही सगळ्यांनी गुपचुपपणे निरनिराळ्या मार्गांनी केले. त्यांना यश येऊन त्यापासून तयार झालेली वीज ग्राहकांना पुरवली जाऊ लागल्यानंतर त्याविषयीची माहिती हळूहळू बाहेर आली. ग्राफाइट मॉडरेटेड रिअॅक्टर आणि साधा बॉयलर यांचा संयोग करून सोव्ह्एट युनियनने आरबीएमके नावाचे रिअॅक्टर्स उभारले. रशियन भाषेत (reaktor bolshoy moshchnosti kanalniy म्हणजे High Power Channel-type Reactor). या रिअॅक्टरमध्ये बसवलेल्या नलिकांमधून पाणी आत सोडले जाते आणि ते उकळून तयार झालेली वाफ बाहेरील ड्रममध्ये जमा होते. अशा प्रकारचे रिअॅक्टर्स फक्त कम्युनिस्ट जगातच होते. इतर कोणी त्यांची उभारणी केली नव्हती. १९८६ साली झालेल्या चेर्नोबिल येथील अॅक्सिडेंटनंतर अशा प्रकारचे नवे रिअॅक्टर्स उभारणे बंद झाले. सोव्हिएट युनियनची शकले झाल्यानंतर युक्रेन आणि लिथुआनियामधले चालत असलेले सारे आरबीएमके रिअॅक्टर बंद केले गेले. रशियामध्ये मात्र असे काही रिअॅक्टर्स मूळच्या डिझाइनमध्ये सुधारणा करून अजूनही कार्यरत आहेत. आरबीएमके रिअॅक्टर्समध्ये प्रत्यक्षात किंचित समृद्ध (स्लाइटली एन्रिच्ड) युरेनियम हे इंधन वापरले जाते. पण नैसर्गिक युरेनियम आणि नैसर्गिक पाणी यांचा उपयोग करून रिअॅक्टर्स उभे करणे अशा प्रकारात तात्विक दृष्ट्या (थिअरॉटिकली) शक्य आहे. यामुळे त्यातल्या तांत्रिक अडचणींवर मात करता आली आणि त्याच्या सुरक्षिततेची संपूर्णपणे विश्वासार्ह अशी भक्कम प्रकारची व्यवस्था करता आली तर भविष्यकाळात या प्रकाराचे पुनरागमन होण्याची शक्यता नाकारता येत नाही. सध्या मात्र याचे महत्व संपुष्टात आले आहे.

अमेरिकेतील विद्युत निर्मितीचे काम पूर्णपणे खाजगी क्षेत्रात चालते. त्यामुळे यातील नफातोट्याचा विचार करून त्यात भांडवल गुंतवले जाते. त्या देशात पीडब्ल्यूआर आणि बीडब्ल्यूआर हे दोनच प्रकार मुख्यत्वाने पुढे आले, इतकेच नव्हे तर अशा प्रकारचे रिअॅक्टर्स अमेरिकन कंपन्यांनी जगभर अनेक देशांना विकले. महायुद्ध संपल्यानंतरच्या काळात तत्कालीन राजकीय आणि आर्थिक परिस्थितीचा विचार करून ब्रिटिश सरकारने ग्राफाइट मॉडरेटेड आणि गॅस कूल्ड रिअॅक्टर्सना भरघोस पाठिंबा दिला. मॅग्नॉक्स या नावाने प्रसिद्ध झालेले हे रिअॅक्टर्स यूकेमधील अनेक जागी स्थापले गेले. अणूशक्तीचा अभ्यास आणि विकास यासाठी रिअॅक्टर पाहिजेत आणि त्यातून निघालेली ऊष्णता बाहेर काढून त्यांना थंड करणेही आवश्यकच असते. या ऊष्णतेचा उपयोग करून घेऊन जमेल तेवढी वीजनिर्मिती करून घ्यावी असा सूज्ञ विचार करून पन्नास साठ ते दीड दोनशे मेगावॉट क्षमतेचे वीस पंचवीस रिअॅक्टर त्यांनी बनवले आणि त्यांचा प्राथमिक उद्देश सफळ झाल्यानंतर ते मोडीतही काढले. त्यातला सर्वात मोठा सुमारे पाचशे मेगावॉट क्षमतेचा प्लँटही आता चाळीस वर्षे चालवल्यानंतर लवकरच निवृत्त होण्याच्या मार्गावर आहे. हे सारे रिअॅक्टर्स एका प्रकारे प्रायोगिक अवस्थेतले असल्यामुळे त्यांचे आकार आणि अंतर्गत रचना यात फरक आहेत. या सर्वांमध्ये नैसर्गिक युरेनियम हे इंधन, ग्राफाइट हे मॉडरेटर आणि कर्बद्विप्राणील ( कार्बन डायॉक्साइड) वायू हे कूलंट असतात. यातील युरेनियम फ्यूएल रॉड्सवर मॅग्नेशियम अॅलॉय (मिश्रधातू) चा मुलामा दिलेला असतो म्हणून याचे नाव मॅग्नॉक्स असे पडले. रिअॅक्टरमधील ऊष्णता घेऊन तप्त झालेला हा वायू एका हीट एक्स्चेंजर किंवा स्टीम जनरेटरमध्ये जातो. त्यातल्या सेकंडरी साइडमध्ये पाण्याची वाफ तयार होते. उरलेले सगळे इतर रिअॅक्टर्स सारखेच असते.

मॅग्नॉक्स या पहिल्या पिढीतल्या प्रायोगिक रिअॅक्टर्सच्या अनुभवाच्या आधारावर अॅडव्हान्स्ड गॅस कूल्ड रिअॅक्टर्स (एजीआर) हे अकराबाराशे मेगावॉट्स क्षमतेचे रिअॅक्टर्स व्यावसायिक पायावर उभारले गेले. जास्त कार्यक्षमता मिळवण्यासाठी वाफेचे तपमान जास्त हवे, त्यासाठी कार्बन डायॉक्साइड कूलंटला जास्त तापवायला पाहिजे आणि ते सहन करण्याची क्षमता मॅग्नॉक्समध्ये नसल्यामुळे त्याऐवजी स्टेनलेस स्टीलचे अवगुंठन इंधनावर दिले गेले. त्यामुळे नैसर्गिक युरेनियम वापरता येत नाही म्हणून समृद्ध (एन्रिच्ड) युरेनियम आले. हा रिअॅक्टर चालत असतांनाच त्यात नवे फ्यूएल घालावयाची मूळ योजना होती, पण हे ऑन पॉवर फ्यूएलिंग बिनभरवशाचे ठरले आणि त्यासाठी रिअॅक्टर बंद (शट डाउन) करण्याची आवश्यकता पडू लागली. असे करता करता अखेर हे रिअॅक्टर्स चालवणे मूळ अपेक्षेच्या तुलनेत महागात पडू लागले आणि अशा प्रकारचे रिअॅक्टर्स नव्याने उभे करणे बंद झाले. तीस पस्तीस वर्षांपूर्वी उभे केलेले सात आठ रिअॅक्टर्स मात्र व्यवस्थित रीत्या चालवले जात आहेत आणि त्यांचे जीवनमान संपल्यावर यथावकाश त्यांना निवृत्त केले जाण्याची योजना आहे. वाफ आणि कूलंटचे दाब (प्रेशर), तपमान (टेंपरेचर) आणि त्यांचे प्रवाह या सगळ्याच बाबतीतल्या संख्या मॅग्नॉक्सच्या मानाने एजीआरमध्ये मोठ्या असतात. यातील स्टीम जनरेटर्ससुद्धा रिअक्टरच्या कोठडीत (व्हॉल्ट) बंदिस्त असल्यामुळे प्रायमरी कूलंट त्याच्या बाहेर जात नाही. हा एक महत्वाचा फरक आहे.

भारतामध्ये यातल्या कोणत्याही प्रकारचा रिअॅक्टर उभारलाच नाही आणि तशी योजनाही नाही. त्यामुळे त्यांच्यासंबंधीची माहिती फक्त उत्सुकतेपोटी गोळा केली जाते. आपल्याला त्याचा प्रत्यक्ष उपयोग करण्याची गरज पडत नाही.

************

भाग ४ – प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर रिअॅक्टर्स

तांदूळ निवडतांना आपण त्यातले वेगळे दिसणारे खडे वेचून त्यांना काढून टाकतो, पिठामधल्या कोंड्याचे कण आकाराने मोठे असल्यामुळे चाळणीतून खाली पडत नाहीत, रेती धुतली तर त्यातली माती पाण्याबरोबर वाहून जाते, पाण्यात मिसळलेला मद्यार्क (अल्कोहोल) त्याला उकळवून पाण्यापासून वेगळे केला जातो. एकमेकात मिसळलेले भिन्न पदार्थ अशा अनेक पध्दती वापरून आपल्याला पुन्हा वेगवेगळे करता येतात कारण त्या दोहोंच्या गुणधर्मात काही महत्वाचे फरक असतात. त्या फरकामुळे आपण त्यांचे वेगळेपण ओळखून त्यांना बाजूला करू शकतो. पण मूलद्रव्यांचे वेगवेगळे आयसोटोप्स मात्र सर्वच दृष्टीने अगदी एकसारखे असतात, त्यांचे एकूण एक भौतिक व रासायनिक गुणधर्म (फिजिकल आणि केमिकल प्रॉपर्टीज) जवळ जवळ समान असतात, त्यांचे अतीसूक्ष्म अणू एकमेकात बेमालूम मिसळलेले असतात. घन किंवा द्रवरूप अवस्थेत ते अणू जवळच्या इतर अणूंना घट्ट चिकटलेले असल्यामुळे त्यांना वेगळे करणे अशक्यच असते. वायूरूप स्थितीत मात्र प्रत्येक अणू स्वतःच सुटा होऊन फिरत असतो पण तो सुपरसॉनिक विमानाच्या गतीने दाही दिशांना भरकटत असतो. वेगवेगळ्या आयसोटोप्सच्या अशा गतीमान अणूंना गोळा करून त्यांचे निरनिराळे समूह करणे कोणत्याही सोप्या क्रियेने शक्य नसते. थोडक्यात सांगायचे तर आयसोटोप्सना सहजासहजी वेगळे करता येत नाही.

निसर्गात सापडणाऱ्या युरेनियममध्ये यू २३५ आणि यू २३८ हे त्याचे दोन आयसोटोप्स असतात. त्यामधील यू २३५ भंजनक्षम असते, त्यापासून अणू ऊर्जा उत्पन्न करता येते, पण यू २३८ या कामासाठी उपयुक्त नसते. नैसर्गिक युरेनियममधून या दोहोंना वेगळे करण्यासाठी या सर्वात जड अशा मूलद्रव्याला वायुरूप अवस्थेत आणून त्या वायूचे पृथक्करण करणे हे कल्पनातीत महाकठीण कर्म असते. त्याबाबतचे सारे कार्य अत्यंत गुप्तपणे केले जाते. त्याची माहिती आणि त्यासाठी लागणारी यंत्रसामुग्री जागतिक बाजारात विकत मिळत नाही. यामुळे व्यावसायिक दृष्ट्या विद्युत निर्मितीसाठी नैसर्गिक युरेनियमचा उपयोग कसा करता येईल याविषयी प्रयत्न सुरुवातीपासूनच चाललेले आहेत. त्या दृष्टीने ग्राफाईट मॉडरेटर रिअॅक्टर्स बनवण्याच्या प्रयत्नाबद्दल मागील भागात पाहिले.

हेवी वॉटर मॉडरेटर आणि नैसर्गिक युरेनियम फ्यूएल यांचा वापर करून सुध्दा ही गोष्ट साध्य करता येते. हैड्रोजन या मूलद्रव्याचा ड्यूटेरियम नावाचा एक वजनदार जुळा भाऊ (आयसोटोप) आहे. त्याचे दोन अणू आणि ऑक्सीजनचा एक अणू यांच्या संयोगाने जड पाणी (हेवी वॉटर) बनते. साध्या पाण्यातच ते अत्यल्प प्रमाणात असते. आपल्या शरीरात नेहमीच चमचाभर हेवी वॉटरसुध्दा असते असे म्हणता येईल. पण शुध्द हेवी वॉटरच्या निर्मितीसाठी हैड्रोजन या मूलद्रव्याच्या ड्यूटेरियम या आयसोटोपाला वेगळे काढावे लागत असल्याने हे सुध्दा सहजपणे करता येत नाही. मात्र पाणी हा द्रव आपल्या चांगला ओळखीचा आहे, आर्किमिडीजच्याही आधीपासून त्यावर संशोधन केले गेले आहे, पाणी आणि वाफ यांच्या गुणधर्मांबद्दल भरपूर आणि सविस्तर माहिती उपलब्ध आहे, विविध प्रकाराने त्यांचा वापर होत असलेली नानाविध प्रकारची यंत्रसामुग्री गेल्या दोन तीन शतकांपासून तयार होत आली आहे, शिवाय जड पाणी हे विनाशकारी, विस्फोटक किंवा विषारी असे भयानक द्रव्य नसल्यामुळे त्याच्या उत्पादनावर सरसकट फार कडक आणि जाचक आंतरराष्ट्रीय प्रतिबंध कदाचित घातले जात नसावेत. अशा अनेक कारणांमुळे युरेनियमच्या एन्रिचमेंटच्या तुलनेत हेवी वॉटर बनवणे किंचित सुलभ, कमी खर्चिक आणि आवाक्यातले वाटते.

इतर प्रगत देशांनी देखील सुरुवातीच्या काळात यावर संशोधन केले असले तरी कॅनडाने या बाबतीत स्पृहणीय यश मिळवले. कँडू या नावाने ओळखल्या जाणाऱ्या अनेक रिअॅक्टर्सची उभारणी कॅनडामध्ये करून त्यांनी हे तंत्रज्ञान प्रस्थापित केले, तसेच अशा प्रकारचे रिअॅक्टर्स निर्यात केले. भारतीय अणुऊर्जेचे जनक डॉ.होमी भाभा यांनी दूरदृष्टीने विचार करून हेच तंत्रज्ञान भारतासाठी सर्वात चांगले आहे हे ओळखले आणि या क्षेत्रातील भारताच्या धोरणाला दिशा दिली. कॅनडामध्ये डग्लस पॉइंट या जागी २२० मेगावॉट क्षमतेचे पहिले पॉवर स्टेशन बांधले जात असतांना त्याच्या मागोमाग भारतात राजस्थानातील रावतभाटा या ठिकाणी तशाच स्वरूपाचा पहिला प्रकल्प कॅनडाच्या सहाय्याने उभारला गेला. त्यानंतर त्याच डिझाइनचा आणखी एक रिअॅक्टर त्याच्या बाजूला स्थापन केला गेला. हे करतांना आपल्या तंत्रज्ञांनी यासंबंधीचे तंत्रज्ञान आत्मसात केले आणि आधी त्यात थोडा थोडा आणि नंतर आमूलाग्र फरक करत अशा प्रकारची न्यूक्लियर पॉवर स्टेशन्स कल्पकम, नरोरा, काक्रापार आणि कैगा या देशभरातल्या निरनिराळ्या ठिकाणी उभारली. आधी दोनशे मेगावॉट्सची अनेक युनिट्स उभारल्यानंतर तारापूर येथे पाचशे मेगावॉट्सची दोन युनिट्स उभारली, आता सातशे मेगावॉट्स युनिट्स उभारण्याची सुरुवात झाली आहे. यातले पहिले युनिट गुजरातमधील काक्रापार इथे लवकरच सुरू होण्याच्या मार्गावर आहे आणि तीन युनिट्सवर काम जोरात सुरू आहे. आणखी दहा अशी युनिट्स बांधायला सरकारची अनुमति मिळाली असून त्यातल्या काहींवर प्राथमिक कामाला सुरुवात झाली आहे.

पी.डब्ल्यू,आर प्रमाणेच प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर रिअॅक्टर्स (पी.एच.डब्ल्यू.आर) मधले प्रायमरी कूलंट फक्त रिअॅक्टर, पंप आणि स्टीम जनरेटर्स एवढ्या भागात फिरत असते. स्टीम जनरेटर्समधून बाहेर पडलेली वाफ टर्बाइनच्या शाफ्टला फिरवून कंडेन्सरमार्फत परत येते. त्याला जोडलेल्या जनरेटरमध्ये विजेची निर्मिती होते. पी.एच.डब्ल्यू.आर. मधला सगळाच कन्व्हेन्शनल एरिया पी.डब्ल्यू.आर.सारखाच असतो. या दोन प्रकारच्या रिअॅक्टर्समध्ये मात्र काही महत्वाचे फरक आहेत. पी.एच.डब्ल्यू.आरमध्ये रिअॅक्टर व्हेसलचा सिलिंडर आडवा असतो आणि त्यात नळीच्या आकाराचे तीन चारशे कूलंट चॅनल्स (किंवा फ्य़ूएल चॅनल्स) बसवलेले असतात. या नळ्यांमध्ये जुडग्यांच्या आकारातली अनेक फ्यूएल बंडल्स ठेवतात आणि त्यांच्या मधून वाहणारे उच्च दाबाचे हेवी वॉटर त्यातील ऊष्णतेला बाहेर वाहून स्टीम जनरेटरकडे नेते. रिअॅक्टर व्हेसलमधील कूलंट चॅनेल्स सोडून त्यांना सर्व बाजूंनी वेढलेला उरलेला भाग हेवी वॉटर मॉडरेटरने भरलेला असतो. यातील जड पाण्याचा दाब अगदी कमी असतो. त्याचे तपमान वाढू नये यासाठी एका वेगळ्या पंपाद्वारे हे पाणी निराळ्या हीट एक्स्चेंजरमधून खेळवून थंड केले जाते. पी.डब्ल्यू.आर, मध्ये वाहणारे एकाच सर्किटमधले साधे पाणी कूलंट आणि मॉडरेटर ही दोन्ही कामे करते, पण पी.एच.डब्ल्यू.आर. मध्ये उच्च दाबाचे कूलंट आणि कमी दाबाचे मॉडरेटर अशा दोन वेगवेगळ्या सिस्टिम्समध्ये जड पाणी वहात असते. ते कोठेही एकमेकांत मिसळत नाही.

नैसर्गिक युरेनियममधील भंजनक्षम भाग कमी असल्यामुळे वीजनिर्मितीसाठी त्यातला जेवढा भाग खर्च होतो त्याची लगेच भरपाई करणे आवश्यक असते. फ्यूएलिंग मशीन्स नावाच्या खास यंत्रांद्वारे हे काम रिअॅक्टर चालत असतांनाच केले जाते. याला ऑन पॉवर रिफ्यूएलिंग म्हणतात. चित्रात दाखवल्याप्रमाणे एका कूलंट चॅनलच्या दोन बाजूंनी दोन मशीने त्याला जोडली जातात. एका बाजूने नवे इंधन आत ढकलले जाते आणि जुने खर्ची पडलेले इंधन (स्पेंट फ्यूएल) दुसऱ्या बाजूच्या मशीनमध्ये घेतले जाते. त्यानंतर ती मशीने चॅनलपासून वेगळी होतात. स्पेंट फ्यूएल त्याच्या स्टोअरेज बे किंवा पूलमध्ये पाण्याखाली साठवून ठेवले जाते आणि पुढील चॅनलच्या फ्यूएलिंगसाठी एका फ्यूएलिंग मशीनमध्ये नवे फ्यूएल घेतले जाते.

ड्यूटेरियम हे मूलद्रव्य न्यूट्रॉन्सना अगदी अल्प प्रमाणात खाते (अॅब्सॉर्ब करते) या कारणाने हेवी वॉटर हे सर्वोत्कृष्ट मॉडरेटर समजले जाते. पण जे थोडे न्यूट्रॉन्स ड्यूटेरियमच्या न्यूक्लियसमध्ये प्रवेश करतात त्यांच्यामुळे ट्रीशियम नावाचा हैड्रोजनचा तिसरा आयसोटोप तयार होतो आणि तो मात्र रेडिओअॅक्टिव्ह असतो. तो इतस्ततः पसरू नये आणि मूल्यवान हेवी वॉटर वाया जाऊ नये याची विशेष काळजी घ्यावी लागते. या रिअॅक्टरमध्ये बसवलेली सर्व यंत्रसामुग्री, उदाहरणार्थ पंप्स, व्हॉल्व्हज, हीट एक्स्चेंजर्स, फिल्टर्स, पाइप्स, फिटिंग्ज, सील्स वगैरेची कसून तपासणी केली जाते आणि त्यांच्या लीकटाइटनेसला खूप महत्व दिले जाते.

प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर रिअॅक्टर्स भारताच्या अणूऊर्जेच्या कार्यक्रमाचा गाभा असल्यामुळे त्यांचे डिझाईन, त्यामधील यंत्रांची निर्मिती, केंद्राची उभारणी आणि ती चालवणे या सर्व बाबतीत आपण खूप मजल मारली आहे आणि जवळजवळ स्वयंपूर्ण बनलेलो आहोत.

अणुऊर्जेपासून विजेची निर्मिती – १ इतिहास आणि विज्ञान

भाग १ : सुरुवात

विजेचे उत्पादन आणि पुरवठा करण्याचा उद्योग एकोणीसाव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत 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 इतकी सगळी वीज फक्त 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 अणुशक्ती 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.

अणुऊर्जेवर अंकुश ठेवण्याचे प्रयोग अॅटमबाँबच्या अनियंत्रित अशा विस्फोटाच्या आधीपासून केले जात होते. १९३२ साली न्यूट्रॉन या कणाचा शोध लागला, न्यूट्रॉनमुळे होऊ शकणाऱ्या 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. अणुऊर्जेवर संपूर्णपणे आणि खात्रीपूर्वक असे नियंत्रण करणारी यंत्रणा तयार झाल्यामुळेच हा रिअॅक्टर बनवता आला होता. मात्र हे सगळे काम अत्यंत गुप्तपणे चालले होते. बाहेरच्या जगाला त्याचा सुगावाही 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 तर दोन्हीबद्दल तेवढीच भीती असते. या बाबतीत बाळगण्यात येणाऱ्या 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 रिअॅक्टरचा 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 होणाऱ्या 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 रिअॅक्टर्सशी तुलना करता हा प्रयोग पहायला गेल्यास फारच साधा होता. त्या प्रॉजेक्टवर काम करणाऱ्या 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 कुऱ्हाड घेऊन त्याच्या शेजारी सज्ज उभा होता. त्याला SCRAM—the safety control rod ax-man असे नाव दिले होते. पाईलमधल्या न्यूक्लियर रिअॅक्शन प्रमाणाबाहेर जाऊ लागल्या असल्याची शंका आल्यास त्या माणसाने कुऱ्हाडीचा घाव घालून ती दोरी तोडायची आणि तो रॉड पाईलमध्ये खाली पडला की रिअॅक्शन 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 अणुशक्तीचा उपयोग करून त्यातून भरपूर प्रमाणात ऊष्णता निर्माण करणे हा या प्रयोगाचा उद्देश नव्हताच. भंजनाची (फिशन) एक अखंड साखळी तयार करता येईल अशी जी एक भन्नाट 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 आली, अपेक्षेनुसार ती सुरू होते, त्यानंतर ती आपोआप चालत राहते आणि नको वाटली की तिला लगेच बंदही करता येते या सगळ्या गोष्टींची शास्त्रज्ञांना पूर्ण खात्री पटली. त्यांच्या मनातून तसे व्हावे असेच 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 करणाऱ्या 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 सहकाऱ्याने ती वेळ निभावून नेली, पण त्यानंतर त्या थापेशी सुसंगत अशी उडवाउडवी त्यांना अनेक दिवस करत रहावी लागली होती.

भाग २ – भंजन (फिशन)

शिकागो पाईल हा पहिला मानवनिर्मित रिअॅक्टर म्हणजे एक ग्राफाइटच्या विटांचा मोठा ढिगारा होता. त्यात मध्ये मध्ये युरेनियमचे गोळे पेरून ठेवले होते. त्या ढिगाच्या मध्यभागी एक पोकळी ठेवून त्यात कॅड्मियमने मढवलेल्या सळ्या टांगून ठेवल्या होत्या आणि त्यांना वर किंवा खाली करण्याची व्यवस्था केलेली होती. या तीनही पदार्थांची संख्या तसेच त्यांचे आकार सहजपणे हवे तसे बदलता येण्याच्या दृष्टीने ही रचना अतीशय सोयिस्कर होती. त्यातला युरेनियम हा ऊर्जेचा स्त्रोत होता. त्याचा न्यूट्रॉनशी संयोग झाल्यास त्यामधून प्रचंड ऊर्जा प्रगट होते आणि त्याबरोबरच बाहेर निघालेले दोन तीन न्यूट्रॉन या ऊर्जेवर स्वार होऊन तुफान वेगाने उड्डाण करतात. त्या क्षणी त्यांचा वेग प्रकाशकिरणांच्या वेगाशी तुलना करता येण्याइतका जास्त असतो. इतके वेगवान न्यूट्रॉन युरेनियमच्या दुसऱ्या एकाद्या अणूवर आदळले तर नक्कीच त्या अणूचे दोन तुकडे करतील असे वाटेल. त्या अॅटॉमिक रिअॅक्शनतून बाहेर पडलेले सहा सात न्यूट्रॉन पुन्हा वेगवेगळ्या अणूंचे भंजन करत जातील आणि अनेक नव्या न्यूट्रॉन्सना जन्म देतील, ते असेच काम करून वाढत जातील आणि असंख्य न्यूट्रॉन्स तयार होऊन अशा प्रकारे साठ्यामधील सर्व युरेनियमचा मोठा स्फोट होईल. अणुबाँबच्या स्फोटात साधारणपणे असे घडते, पण वीजनिर्मितीसाठी आपल्याला थोडी थोडी ऊर्जा सतत देत राहणारा स्त्रोत हवा असतो. यासाठी त्या स्फोटांवर काटेकोर नियंत्रण ठेवता येणे अत्यंत महत्वाचे आहे.

वेगाने धडकणारे काही ‘फास्ट न्यूट्रॉन्स’ युरेनियमच्या अणूचे भंजन किंवा विघटन (फिशन) घडवून आणतात, पण बरेचसे न्यूट्रॉन्स त्या अणूला आपटून किंवा चाटून वेगानेच दूर चालले जातात. क्रिकेटमधल्या पेस बॉलरचा चेंडू जसा बॅट्समनच्या बॅट किंवा पॅडला लागून वेगाने सीमापार जातो तसे काहीसे या ‘फास्ट न्यूट्रॉन्स’ च्या बाबतीत घडते. याला ‘स्कॅटर’ असे म्हणतात. याचे प्रमाण फिशनच्या मानाने जास्त असते. युरेनियम आणि प्ल्युटोनियम वगळता इतर कोणत्याही पदार्थाच्या अणूला न्यूट्रॉन धडकला तर एक तर तो स्कॅटर होतो म्हणजे वेगळ्या दिशेला चालला जातो किंवा तो अणू त्या न्यूट्रॉनला ‘कॅप्चर’ करतो म्हणजे तो न्यूट्रॉन त्या अणूमध्ये विरून जातो. ग्राफाइटमधील कार्बन या मूलधातूचे अणू मुख्यतः न्यूट्रॉन्सना स्कॅटर करतात, पण ते करतांना त्या न्यूट्रॉनमधली थोडी ऊर्जा त्यांना मिळते. त्यामुळे न्यूट्रॉनचा वेग कमी होतो. अशा अनेक अणूंशी टक्कर झाल्यानंतर हा वेग अगदी कमी होतो (तरीसुध्दा तो एकाद्या रॉकेट किंवा सुपरसॉनिक विमानाच्या वेगाइतका असतो). या संथगती न्यूट्रॉन्सना ‘थर्मल न्यूट्रॉन्स’ असे नाव दिले आहे. तसेच त्यांची गती मंद करण्याच्या क्रियेला ‘मॉडरेशन’ असे म्हणतात. असा संथ गतीचा थर्मल न्यूट्रॉन जेंव्हा युरेनियमच्या अणूला भेटतो तेंव्हा मात्र तो त्याच्या पोटात शिरतो आणि त्याची दोन शकले करतो. अशा प्रकारे ग्राफाइटने केलेल्या मॉडरेशनमुळे युरेनियमच्या अणूंच्या भंजनाची क्रिया पुढे चालत राहण्याला मदत मिळते. कॅड्मियमचे अणू मात्र आलेल्या सगळ्या न्यूट्रॉन्सना गिळून टाकतात (कॅप्चर करतात). त्यामुळे भंजनाची क्रिया मंदावते किंवा पूर्णपणे थांबते. अशा पदार्थांना ‘पॉयझन’ म्हणतात

मोटार गाडीमध्ये अॅक्सेलेरेटर आणि ब्रेक्स दिलेले असतात आणि या दोघांचा उपयोग करून चालक गाडीवर नियंत्रण ठेवतो. त्याच प्रमाणे मॉडरेटर आणि पॉयझन यांच्या सहाय्याने रिअॅक्टरवर नियंत्रण ठेवले जाते. शिकागो पाइलमध्ये ग्राफाइट या मॉडरेटरच्या हजारो विटा ठेवल्या होत्या. रिअॅक्टर सुरू करायच्या आधी त्यांची संख्या कमी जास्त करणे शक्य होते, पण त्यात अॅटॉमिक रिअॅक्शन चालू झाल्यानंतर ती चालली असतांना त्यात बदल करणे शक्य नसते. कॅड्मियम रॉड्सना कमी अधिक प्रमाणात खाली वर करणे त्या मानाने खूपच सोपे असते. या कारणांमुळे पाइल (रिअॅक्टर)ची रचना करतांना त्यात गरजेपेक्षा जास्त युरेनियम आणि ग्राफाइट ठेवले गेले, ते करण्यापूर्वी कॅड्मियमचे रॉड पूर्णपणे आत ठेवले होते. न्यूट्रॉन्सची लहान प्रमाणावर निर्मिती करणारा एक ‘सोर्स’ पाइलच्या आतमध्ये सरकवताच त्यामधून न्यूट्रॉन्स बाहेर पडू लागले. चूल पेटवण्यासाठी आधी त्यात कागद घालून तो काडेपेटीने पेटवतात तशा प्रकारे या सोर्सचा उपयोग सुरुवात करण्यासाठी केला. रिअॅक्टरमधले कॅड्मियम रॉड अनेक न्यूट्रॉन्सना गिळंकृत करत असल्यामुळे सुरुवातीला फिशन चेन रिअॅक्शन टिकत नव्हती. हे रॉड हळूहळू वर नेत गेल्यानंतर त्यांचा प्रभाव कमी होत गेला आणि असा क्षण आला की ही भंजनांची साखळी पुढे आपल्या आप चालत राहिली. याला ‘क्रिटिकॅलिटी’ असे म्हणतात. त्यानंतर कॅड्मियम रॉड आणखी वर उचलले असते तर रिअॅक्टर ‘सुपरक्रिटिकल’ झाला असता म्हणजे भंजनांची संख्या वेगाने वाढत गेली असती आणि त्यातून बाहेर पडणाऱ्या ऊष्णतेची तीव्रता वाढत गेली असती. कॅड्मियम रॉड खाली सोडले असते तर रिअॅक्टर ‘सबक्रिटिकल’ झाला असता म्हणजे भंजनांची संख्या वेगाने कमी होत जाऊन ती थांबली असती. या पहिल्या यशस्वी प्रयोगाला आता सत्तर वर्षे होत आली असली तरी आजसुध्दा जगातला प्रत्येक रिअॅक्टर अशाच प्रकारे सुरू केला जातो. मात्र आता हे कंट्रोल रॉड्स हाताने ओढत नाहीत, त्यासाठी स्वयंचलित यांत्रिक व्यवस्था असते एवढाच बदल त्यात झाला आहे.

शिकागो पाइल रचली आणि लगेच ती यशस्वी झाली असे मात्र झाले नव्हते. कोणत्याही वैज्ञानिक प्रयोगात अशी शक्यता जवळ जवळ नसतेच. त्या काळात तर युरेनियम, कार्बन, कॅड्मियम वगैरेंचे गुणधर्मसुध्दा अजून हळूहळू समजत होते. त्यामुळे ठाऊक असलेल्या आणि प्रयोगामधून मिळालेल्या माहितीचा उपयोग करून घेत टप्प्याटप्प्याने हा प्रयोग आकार घेत होता. गरजेनुसार सुधारणा करता याव्या या दृष्टीनेच त्याची रचना पाइलच्या स्वरूपात केली होती. एक नाही, दोन नाही, तर तब्बल तीस वेळा वेगवेगळ्या आकारांच्या ढिगाऱ्यांवर अयशस्वी प्रयोग करून झाल्यानंतर केलेला हा एकतीसावा प्रयोग यशस्वी झाला आणि ऊर्जेच्या निर्मितीच्या क्षेत्रात एक नवे दालन उघडले.

‘फ्यूएल’ (इंधन), ‘मॉडरेटर’ आणि ‘पॉयझन’ यांची निरनिराळ्या प्रकारे वेगवेगळ्या प्रमाणात रचना करून अनेक प्रकारचे रिअॅक्टर्स बनवण्याचे प्रयोग सुरू झाले. अत्यंत गुप्तता बाळगली गेली असली तरी हे विज्ञान आणि तंत्रज्ञान जगभरातील अनेक देशांनी विकसित आणि आत्मसात केले. त्या कामात अमेरिकेने पुढाकार घेतला असला तरी सोव्हिएट युनियन, ब्रिटन, फ्रान्स, जर्मनी, कॅनडा यासारखी राष्ट्रेसुध्दा या दिशेने प्रगतीपथावर होतीच. ग्राफाइटप्रमाणे पाणी आणि जड पाणी यांचा उपयोग मॉडरेशनसाठी करता येतो. त्यासाठी आवश्यक अशा आकाराचे पात्र (रिअॅक्टर व्हेसल) बवनण्याचे तंत्रज्ञान विकसित झाले. तसेच नियंत्रण करण्यासाठी स्वयंचालित यंत्रांच्या सहाय्याने चालणारे कंट्रोल रॉड्स तयार केले गेले. अणूंच्या भंजनातून निघालेल्या ऊष्णतेपासून वीज तयार करायची झाल्यास त्या ऊष्णतेला रिअॅक्टरमधून बाहेर नेण्याची व्यवस्था करायला हवी. त्यासाठी ‘कूलंट (शीतनक)’ ची आवश्यकता असते. पाणी, कार्बन डाय ऑक्साइड वायू, वितळलेला सोडियम धातू अशा अनेक विकल्पांचा त्यासाठी विचार केला जाऊ लागला आणि त्यातील प्रत्येकावर शेकडोंनी प्रयोग केले गेले. अशा असंख्य गोष्टींपासून त्या विषयीच्या तंत्रज्ञानाचीच एक वेगळी शाखा तयार झाली असे म्हणता येईल.

१९४२ च्या अखेरीस शिकागो पाइल १ हा पहिला रिअॅक्टरचा यशस्वी प्रयोग करून दाखवला गेल्यानंतर सुमारे नऊ वर्षांनी म्हणजे १९५१ च्या अखेरीस अमेरिकेमधीलच इडाहो या गावी स्थापन केलेल्या प्रायोगिक रिअॅक्टरमध्ये त्यामधून निघालेल्या ऊष्णतेपासून पहिल्यांदा विजेची निर्मिती झाली. ती होती फक्त १०० किलोवॉट! त्यावर त्या प्रयोगशाळेमधले काही दिवे तेवढेच पेटवले गेले होते. त्यानंतर लवकरच म्हणजे १९५४ साली सोव्हिएट युनियन (रशीया) मधील ओब्निस्क या गावी अणूशक्तीपासून ५ मेगावॉट इतकी वीज निर्माण करून ती ग्रिडला म्हणजेच विजेच्या जाळ्याला दिली गेली आणि घरोघरी तिचा वापर होऊ लागला.

भाग ३ : अणुभट्टीत होत असलेल्या क्रिया

कोणत्याही पदार्थाच्या अणूला न्यूट्रॉनने धडक दिली तर त्याचे तीन निरनिराळे परिणाम होण्याची शक्यता असते. तो अणु युरेनियमचा असल्यास त्याचे ‘फिशन’ (भंजन किंवा विखंडन) होऊ शकेल, नसल्यास कदाचित तो अणु त्या न्यूट्रॉनला ‘कॅप्चर’ करेल म्हणजे त्याला स्वतःमध्ये सामावून घेईल आणि त्यामुळे त्या न्यूट्रॉनचे ‘अॅब्सॉर्प्शन’ होईल किंवा यातील काहीही न होता तो न्यूट्रॉन ‘स्कॅटर’ होईल म्हणजे तो त्या अणूला धडकून निराळ्या दिशेने चालता होईल. अणुऊर्जेचा वापर करण्यासाठी तयार केलेल्या रिअॅक्टरमध्ये फिशन, अॅब्सॉर्प्शन आणि स्कॅटर या तीन्ही शक्यतांचा कल्पकतेने उपयोग करून घेतला जातो. या क्रियांची काही ठळक वैशिष्ट्ये आणि त्यांचे दुष्परिणाम (साइड इफेक्ट्स) समजून घ्यायला हवेत.

फिशनः यामधून निघालेल्या ऊर्जेचा उपयोग करून घेण्यासाठीच हा सारा खटाटोप असतो आणि त्यामधून निघालेल्या सुट्या न्यूट्रॉन्समुळे ‘फिशन रिअॅक्शन’ची साखळी अखंड चालत राहून आपल्याला ही ऊर्जा सातत्याने मिळत राहते. पण या क्रियेतून निर्माण झालेले ‘फिशन फ्रॅग्मेंट्स’ (युरेनियमच्या अणूचे दोन तुकडे) हे रेडिओअॅक्टिव्ह ब्रह्मराक्षस मात्र फारच त्रासदायक असतात, तसेच त्यांना दीर्घायुष्याचे वरदान मिळालेले असल्यामुळे त्यांच्यापासून स्वतःचा बचाव करून घेण्यासाठी अनेक प्रकारचे प्रयत्न करावे लागतात, त्यात खूप खर्च येतो आणि तरीसुध्दा त्यांची भीती टांगत्या तलवारीप्रमाणे कायम राहते.

अॅब्सॉर्प्शनः या क्रियेत न्यूट्रॉनचे वेगळे अस्तित्व संपुष्टात येते, पण ज्या अणूमध्ये तो मिसळून जातो त्या अणूवर त्याचा परिणाम होतो. काही बाबतीत ते अणू त्यांच्याच मूलद्रव्याचे (कार्बन, हैड्रोजन यासारख्यांचे) वेगळे रूप (आयसोटोप) बनतात आणि त्यांचे रासायनिक गुणधर्म बदलत नाहीत, तर काही बाबतीत त्या अणूंचे एका वेगळ्या मूलद्रव्यामध्ये परिवर्तन होते आणि त्यामुळे त्यांचे सगळेच गुणधर्म बदलतात. अणूंचे हे नवे रूप किंवा वेगळ्या मूलद्रव्यांचे नवे अणु बहुतेक वेळी रेडिओअॅक्टिव्ह असतात. त्यामुळे फिशन फ्रॅग्मेंट्सच्या जोडीने त्यांचासुध्दा उपसर्ग होतो. शिवाय काही बाबतीत ते नवे अणु पॉयझनसारखे न्यूट्रॉन्सचे शत्रू असतात (त्यांना अॅब्सॉर्ब करतात) आणि रिअॅक्टरमधील ‘चेन रिअॅक्शन’ला अडथळा बनतात, तर काही बाबतीत याच्या उलट होते. हवेला खाली दाबून आकाशात उंचावर उडणाऱ्या विमानावर वातावरणामधील बदलाचा (हवेचा दाब कमी अधिक होण्याचा) परिणाम होतो आणि त्यामुळे विमान चालकाला त्यानुसार त्याचे नियंत्रण करावे लागते, तसेच रिअॅक्टरला कंट्रोल करतांना या जास्तीच्या अडचणींवर मात करून रिअॅक्टर चालवत ठेवण्याची आवश्यकता असते. मात्र युरेनियम २३८ आणि थोरियम २३२ यांचे रूपांतर अनुक्रमे प्ल्युटोनियम आणि युरेनियममध्ये होते आणि त्यांचे फिशन होणे शक्य असल्यामुळे त्यांच्य़ापासून आपल्याला लगेच जास्तीची अणूऊर्जा मिळू लागते किंवा भविष्यात मिळवता येते. यामुळे हा बदल मात्र फायदेशीर असतो.

स्कॅटरः क्रिकेटच्या पिचवर आपटल्यानंतर तो चेंडू कमी किंवा जास्त प्रमाणात उसळी घेतो, वळतो किंवा मंदावतो. त्याच प्रमाणे अणूला धडकल्यानंतर तो न्यूट्रॉन कसा परावर्तित होईल यात बरीच विविधता असते. पण या बाबतीत काही सर्वसाधारण नियम दिसतात. एका लहानशा गोटीने दुसऱ्या गोटीवर मारले तर ती दुसरी गोटी वेगाने पुढे जाते आणि पहिल्या गोटीचा वेग कमी होतो किंवा ती तिथेच थबकते, पण तीच लहानशी गोटी लोखंडाच्या मोठ्या गोळ्यावर आपटली तर त्या गोळ्यावर फारसा परिणाम होत नाही आणि ती गोटी वेगाने परत येते. याच प्रमाणे साधारणपणे न्यूट्रॉनच्याच आकाराच्या हैड्रोजनच्या अणूला तो धडकला तर त्याचा वेग पटकन कमी होतो, पण तो न्यूट्रॉन त्याच्या दोनशेपट मोठ्या शिसाच्या अणूवर आपटला तर मात्र वेगाने परावर्तित होतो. या टक्करीमधून त्याचा वेग मंदावत नाही. कार्बनचा अणु हैड्रोजनपेक्षा मोठा असला तरी तसा लहानच असल्यामुळे त्याचाही मॉडरेशनच्या कामासाठी उपयोग होतो.

रिअॅक्टरसाठी फ्यूएल, मॉडरेटर, अॅब्सॉर्बर आणि कूलंट ठरवतांना वरील गुणधर्मांचा विचार केला जातो. युरेनियम या इंधनामध्ये त्याच्या दोन आयसोटोप्सचे मिश्रण असते. आज निसर्गात उपलब्ध असलेल्य़ा युरेनियममध्ये ‘यू २३५’ हा भंजनक्षम (फिसाइल) उपयुक्त पदार्थ फक्त ०.७ टक्के एवढा असतो, तर ‘यू २३८’ हा निष्क्रिय पदार्थ ९९.३ टक्के इतक्या जास्त प्रमाणात असतो. म्हणजे १४० अणूंपैकी फक्त एकच अणु भंजन पावू शकतो आणि त्यातून आपल्याला अणुऊर्जा मिळते. आजकाल बहुतेक रिअॅक्टरमध्ये ‘एन्रिच्ड युरेनियम’ वापरतात. त्यात ‘यू २३५’ चे प्रमाण २-४ टक्क्यापर्यंत वाढवल्याने ते इंधन अधिक प्रभावी असते. रिअॅक्टर चालत असतांना त्यातल्या काही यू २३८ अणूंचे प्ल्युटोनियममध्ये परिवर्तन होते आणि त्यांचे भंजन होऊ लागते. पण यू २३५ चे प्रमाण जितके कमी होते तितके प्ल्युटोनियमचे प्रमाण वाढत नाही. त्यामुळे एकंदरीने पाहता हे इंधन क्षीण होत जाते आणि त्याला रिअॅक्टरच्या बाहेर काढून नव्या इंधनाचा भरणा करावा लागतो.

यू २३५ चे प्रमाण ७०-७५ टक्क्यांच्याहून जास्त ठेवले तर तो रिअॅक्टर कोणत्याही मॉडरेटरच्या सहाय्याशिवाय सुध्दा चालू शकतो. अशा रिअॅक्टरला ‘फास्ट रिअॅक्टर’ म्हणतात. फास्ट न्यूट्रॉन्सची फिशन घडवून आणण्याची क्षमता कमी असल्यामुळे अत्यंत समृध्द इंधनातून त्यांची संख्या खूप जास्त ठेवली जाते. त्यामधील बहुसंख्य न्यूट्रॉन्स ‘एस्केप’ होतात, म्हणजे रिअॅक्टर व्हेसलच्या बाहेर जातात. इंधनाच्या सर्व बाजूंनी यू २३८ किंवा नैसर्गिक युरेनियमचे मोठे आणि दाट कोंडाळे (ब्लँकेट) करून ठेवले तर रिअॅक्टरमधून बाहेरच्या दिशेने जाणारे काही न्यूट्रॉन्स त्यांत कॅप्चर केले जातात आणि त्यातून प्ल्युटोनियमची निर्मिती होते. अणुइंधनाची ही नवनिर्मिती खर्च झालेल्या इंधनापेक्षा जास्त असल्यास त्या रिअॅक्टरला ‘ब्रीडर’ असे म्हणतात. सुरुवातीच्या काळात ही कल्पना फारच आकर्षक वाटली होती आणि जवळजवळ सर्व प्रगत देशांनी असे प्रायोजिक रिअॅक्टर बनवले होते. पण यासाठी येणारा खर्च आणि त्यामधून प्रत्यक्ष मिळणारे उत्पन्न यांची सांगड नीट जुळत नसल्यामुळे व्यावसायिक तत्वावर असे प्रकल्प उभे राहिले नाहीत. यातल्या तांत्रिक अडचणी दूर करणे आणि खर्च कमी करणे यासाठी सगळीकडे संशोधन चालले आहे. कदाचित आणखी दहा वीस वर्षांनंतर हे चित्र पालटलेले दिसेल.

न्यूट्रॉन्सची गती कमी करण्यासाठी हैड्रोजनचे अणु सर्वाधिक कार्यक्षम असतात, पण वायुरूप अवस्थेत ते अतीशय विरळ असल्यामुळे पुरेसे परिणामकारक नसतात. पाण्याच्या ( एच टू ओ च्या) प्रत्येक रेणूमध्ये हैड्रोजनचे दोन अणु असतात. खोलीभर हैड्रोजन वायूमध्ये जेवढे अणु असतील तेवढे वाटीभर पाण्यात असतात. या कारणाने मॉडरेटर म्हणून पाण्याचा उपयोग सर्वात जास्त रिअॅक्टर्समध्ये केला जातो. न्यूट्रॉन्सची गती कमी करत असतांना मध्येच त्यातल्या काही न्यूट्रॉन्सना पाणी खाऊन टाकते (अॅब्सॉर्ब करते). याची भरपाई करण्यासाठी समृध्द युरेनियमच वापरावे लागते. हैड्रोजनमध्ये अगदी सूक्ष्म प्रमाणात त्याचा ‘ड्युटोरियम’ नावाचा त्याचा जुळा भाऊ (आयसोटोप) असतो, तो कार्यक्षमतेच्या बाबतीत किंचित डावा असला तरी त्याचे न्यूट्रॉनभक्षणाचे प्रमाण अत्यल्प आहे. या कारणाने या ड्युटेरियमने युक्त असे ‘जड पाणी’ (हेवी वॉटर) हे सर्वोत्कृष्ट मॉडरेटर आहे. हा मॉडरेटर असला तर नैसर्गिक युरेनियमचासुध्दा इंधन म्हणून उपयोग करता येतो. साध्या पाण्यामधून हे जड पाणी वेगळे करायला खूप खर्च येत असल्यामुळे हा मॉडरेटर महाग मात्र पडतो.

साधे किंवा जड पाणी जेंव्हा मॉडरेटर म्हणून रिअॅक्टरमध्ये घातले जाते, तेंव्हा त्याच पाण्याचा कूलंट म्हणून उपयोग करणे सोयीचे असते. एका बाजूच्या नळांमधून पंपाने थंड पाणी रिअॅक्टरमध्ये सोडतात आणि ऊष्ण पाणी ( किंवा वाफ) दुसऱ्या बाजूच्या नळामधून बाहेर पडते, तिच्यापासून वीजनिर्मिती केली जाते. त्यामुळे अशा प्रकारच्या रिअॅक्टर्समधले पाणी ‘मॉडरेटर’ आणि ‘कूलंट’ असे दुहेरी काम करते. पण जेंव्हा मॉडरेशनसाठी ग्राफाईटचा (कार्बन) वापर होतो तेंव्हा मात्र तो घनरूप असल्यामुळे एका जागी स्थिर राहतो. ‘कूलंट’च्या कामासाठी दुसरा एकादा प्रवाही पदार्थच वापरणे आवश्यक असते. काही रिअॅक्टर्समध्ये कार्बन डायॉक्साईड वायूचा उपयोग या कामासाठी करतात तर काही ठिकाणी यासाठी रिअॅक्टरमधून पाण्याचा प्रवाह सोडतात. उच्च तपमानाच्या अवस्थेत पाणी आणि ग्राफाईट यांचा संयोग होऊ शकत असल्यामुळे ते कोठेही एकमेकांना स्पर्श करणार नाहीत याची काळजी घ्यावी लागते. यातला पाण्याचा प्रवाह बंद अशा वेगळ्या नलिकांमधून वाहतो. फास्ट रिअॅक्टरमध्ये मॉडरेटरच नसतो. त्यातील ऊष्णतेचे वहन करण्यासाठी वितळलेल्या सोडियम धातूसारखा अजब कूलंट वापरावा लागतो.

न्यूट्रॉन्सना कॅप्चर करणारे ‘अॅब्सॉर्बर’ कंट्रोल रॉड्स या कामात खर्ची पडत नाहीत. त्यांना एकदा बनवून रिअॅक्टरमध्ये बसवले की ते आय़ुष्यभर पुरतात. या कामासाठी अनेक पदार्थ उपलब्ध आहेत. त्यांना स्टेनलेस स्टीलच्या कुप्यांमध्ये ठेऊन किंवा स्टेनलेस स्टीलमध्येच मिसळून त्याच्या दांड्यांच्या सहाय्याने वरखाली करण्याची खास यंत्रणा केली जाते. त्याशिवाय काही खास कारणांसाठी काही वेळा मॉडरेटरमध्ये विरघळणारे एकादे पॉयझन मिसळले जाते आणि त्या पाण्याचे शुध्दीकरण करतांना ते हळूहळू बाहेर काढले जाते.

फ्यूएल, मॉडरेटर आणि कूलंट यांच्यामधील विविधतेमुळे त्यांचा अनेक प्रकारे उपयोग करण्याचे असंख्य प्रयोग करण्यात आले. त्यातून जे तांत्रिक दृष्ट्या यशस्वी आणि व्यावसायिक दृष्टीने फायदेशीर ठरले असे मोजके प्रकार पुढे आले. त्यांची एक एक करून अधिक माहिती पुढील भागांमध्ये करून घेऊ.

भाग ४ : अणुविद्युतकेंद्रे

एका पातेल्यात नळाचे पाणी घेऊन शेगडीवर तापवायला ठेवले की ते गरम होत जाते. त्या पाण्याचे तपमान वाढत वाढत सुमारे १०० अंश सेल्सियसच्या जवळ (पाण्याच्या उत्कलनबिंदू एवढे) पोचले की ते द्रवरूप पाणी उकळायला लागते आणि त्याचे रूपांतर झपाट्याने वायूरूप वाफेत होऊ लागते. त्यानंतर पाण्याचे तपमान वाढणे थांबून ते उत्कलनबिंदूपाशी थबकून राहते आणि पाण्याची वाफ होऊन ती हवेमध्ये पसरत जाते. प्रेशर कुकरच्या हवाबंद पात्रातून या वाफेला बाहेर पडण्याचा मार्ग मिळत नसल्यामुळे ती आतल्या आत कोंडली जाते आणि तिचा दाब वाढत जातो. दाब वाढल्यामुळे पाण्याच्या उत्कलनबिंदूत वाढ होते आणि पाण्याचे तपमान शंभरावर (सुमारे १२० अंशाकडे) जाते. जास्त तपमान आणि दाब यामुळे त्या पाण्याला डाळ, तांदूळ वगैरेंच्या दाण्यांच्या आत शिरायला मदत मिळते आणि अन्न लवकर शिजते. वाफेचा दाब वातावरणातील हवेच्या सुमारे दुप्पट एवढा झाला तर त्या दबावामुळे कुकरची शिटी वर उचलली जाते आणि त्यात तयार झालेल्या फटीतून थोडी वाफ बाहेर पडते. त्यामुळे आतला दाब कमी होतो. तो कमी झाला की स्वतःच्या वजनामुळे शिटी खाली बसते. शेगडीच्या आंचेमुळे त्यानंतर नव्याने निर्माण झालेल्या वाफेचा दाब पुन्हा वाढला की शिटीद्वारे तो कमी केला जातो. अशा प्रकारे कुकरमधील वाफेच्या दाबावर नियंत्रण ठेवले जाते.

औष्णिक विद्युत केंद्रात (थर्मल पॉवर स्टेशनमध्ये) एकाद्या हॉलएवढ्या मोठ्या आकाराची भट्टी (फर्नेस) असते. दिवसाला कित्येक वॅगन कोळसा किंवा कित्येक टँकर्स तेल जाळून टाकणारी भयंकर आग त्या फर्नेसमध्ये सतत जळत असते. त्या प्रखर अग्नीच्या ज्वाळा बॉयलरमधील पाण्याची वाफ बनवतात आणि त्या वाफेला बंदिस्त जागेत कोंडल्यामुळे तिचा दाब हवेच्या दाबाच्या शंभरपटीच्या आसपास इतका होतो. मोठमोठ्या नळांतून (पाइपातून) वहात ही वाफ स्टीम टर्बाईन नावाच्या यंत्राकडे जाते. या यंत्रामध्ये एकमेकांना जोडलेली अनेक चक्रे असतात आणि त्या प्रत्येक चक्राला कडेने अनेक पाती (व्हेन्स) बसवलेली असतात. उच्च दाबाची सामर्थ्यशाली वाफ (हाय प्रेशर स्टीम) सुसाट वेगाने टर्बाईनमध्ये घुसते आणि तिच्या मार्गात आडव्या येणाऱ्या पात्यांना बाजूला ढकलत पुढे जात राहते. वाफेने केलेल्या या प्रहाराने त्या पात्यांना जोडलेली टर्बाईनची चक्रे वेगाने फिरतात. टर्बाईनच्या दांड्याला (शाफ्टला) जनरेटर जोडलेला असतो. त्यात वीजेची निर्मिती होते. सायकलच्या चाकाला जोडलेल्या डायनॅमोमध्ये कशी वीज तयार होते हे ग्रामीण भागातील लोकांनी पाहिले असेल, तसेच मोटार किंवा स्कूटरच्या इंजिनाला जोडलेल्या यंत्रातून वीज तयार होऊन बॅटरीला चार्ज करत असते हे बहुतेकांना ठाऊक असते. पॉवर स्टेशनमधील जनरेटर याच तत्वावर चालतो पण त्याची क्षमता काही लाख किंवा कोटीपटीने जास्त असते.

टर्बाईनची चक्रे फिरवून झाल्यानंतर मोकळी सुटलेली वाफ कंडेन्सर नावाच्या अवाढव्य उपकरणात जाते. याचा आकारही मोठ्या खोलीसारखा असतो. पण त्यात रिकामी जागा नसते. हजारो लहान लहान नळ्यांच्या जाळ्यांनी त्यातील सर्व जागा व्यापलेली असते. नदी, तलाव किंवा समुद्रातले थंड पाणी या नळ्यांमध्ये खेळत असते. या नळ्यांना स्पर्श करताच वाफेचे पुन्हा पाण्यात रूपांतर (कंडेन्सेशन) होते आणि ते पाणी कंडेन्सरच्या तळाशी साठत जाते. पंपांच्या सहाय्याने ते पाणी उपसून पुन्हा बॉयलरकडे पाठवले जाते. याप्रमाणे पाण्याचे रूपांतर वाफेत आणि वाफेचे रूपांतर पुन्हा पाण्यात करण्याचे चक्र अव्याहतपणे चालत राहते. मात्र हे करतांना ते जल (पाणी) भट्टीमध्ये जळत असलेल्या अग्नीकडून ऊर्जा घेते आणि जनरेटरमध्ये त्या ऊर्जेचे रूपांतर विद्युतशक्तीमध्ये करते. तारांमार्फत ही वीज गावोगावी आणि घरोघरी पोचवली जाते.

अणूपासून प्रचंड ऊर्जा मिळवणे साध्य झाले आणि ही ऊर्जा आपल्याला ऊष्णतेच्या रूपामध्ये कशा प्रकारे मिळू शकते याचे आकलन झाल्यानंतर तिचे रूपांतर विजेत करण्यासाठी वरील पारंपरिक मार्गाचा अवलंब करणे साहजीकच होते. ऊष्णता मिळवण्यासाठी कोळसा किंवा तेलासारख्या इंधनाच्या ज्वलनाऐवजी अणुऊर्जेचा उपयोग करणे एवढा बदल केला की झाले. त्यामुळे भट्टी (फर्नेस) आणि बॉयलर यांच्याऐवजी अणूभट्टी (रिअॅक्टर)ची योजना केली गेली. पण या दोघांमध्ये काही मूलभूत फरक आहेत. ते जाणून घेणे आवश्यक आहे. पारंपरिक इंधने भट्टीत जळून नाहीशी होतात, त्यांच्या ज्वलनातून निघालेला धूर धुराड्यांमधून वातावरणात सोडला जातो आणि उरलेली राख भट्टीच्या खाली जमत जाते. या दोन्ही गोष्टींची योग्य प्रकारे विल्हेवाट लावण्यासाठी सविस्तर व्यवस्था करावी लागते. तसेच भट्टीत घालण्यासाठी इंधनाचा आणि त्याच्या ज्वलनासाठी आवश्यक असा भरपूर हवेचा अखंड पुरवठा करावा लागतो. अणुशक्तीचे इंधन जळून नष्ट होत नाही, पण खूप काळ पुरेल एवढा त्याचा साठा सुरुवातीलाच रिअॅक्टरमध्ये करून ठेवावा लागतो. नवे इंधन गरजेनुसार पुरवावे लागत असले तरी त्याची सर्व यंत्रणा मात्र पहिल्यापासून सुसज्ज ठेवावी लागतेच. पण इंधन वेगळ्या प्रकारचे असल्यामुळे ती यंत्रसामुग्री सर्वस्वी वेगळी असते.

अणुशक्तीतून ऊष्णता निर्माण करण्यासाठी जे रिअॅक्टर आजकाल उपयोगात येत आहेत त्यातील प्रमुख प्रकार खालीलप्रमाणे आहेत.
१. बॉइलिंग वॉटर (बीडब्ल्यूआर)- या रिअॅक्टरमध्येच पाण्याची वाफ होते आणि ती टर्बाईनला पुरवली जाते
२. प्रेशराइज्ड वॉटर (पीडब्ल्यूआर)- या रिअॅक्टरमध्ये पाणी तापते, पण त्याचा दाब इतका जास्त ठेवलेला असतो की ते अतीशय गरम झालेले पाणी द्रवरूपातच रिअॅक्टरमधून बाहेर पडते. स्टीम जनरेटर नावाच्या वेगळ्या उपकरणात या ऊष्ण पाण्यापासून वाफ तयार केली जाते.
३. प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर (पीएचडब्ल्यूआर) – वरील प्रकारेच, पण यात जड पाण्याचा उपयोग केला जातो.
४. गॅस कूल्ड (जीसीआर)- यात निर्माण झालेली ऊष्णता आधी कार्बन डायऑक्साई़ड वायू ग्रहण करतो आणि नंतर तिचा उपयोग वाफ बनवण्यासाठी केला जातो.

. . . . . . . . . . . . (क्रमशः)

पुढला भाग : अणुविद्युतकेंद्रांचे प्रकार

https://anandghare2.wordpress.com/2020/09/27/%e0%a4%85%e0%a4%a3%e0%a5%81%e0%a4%b5%e0%a4%bf%e0%a4%a6%e0%a5%8d%e0%a4%af%e0%a5%81%e0%a4%a4%e0%a4%95%e0%a5%87%e0%a4%82%e0%a4%a6%e0%a5%8d%e0%a4%b0%e0%a4%be%e0%a4%82%e0%a4%9a%e0%a5%87-%e0%a4%aa%e0%a5%8d/

होडी ते पाणबुडी

सात वर्षांपूर्वी मी लिहिलेल्या या लेखमालिकेतले चार लेख एकत्र करून आणि त्यांचे थोडे संपादन करून इथे सादर केले आहेत.

भाग १

होडी ते पाणबुडी १

खाद्यवस्तू शोधण्यासाठी जंगलात भटकत असतांना आदिमानवाला काही ठिकाणी पडलेले मोठे दगड आणि झाडाचे ओंडके दिसले. त्यांना हाताने उचलून बाजूला करणे अशक्य होते, ओढत किंवा ढकलत नेणेसुध्दा कठीण होते, पण त्यातले गोलाकार धोंडे किंवा ओंडके यांना गडगडत नेणे त्यामानाने सोपे होते. या निरीक्षणावरून लागलेला ‘चाकाचा शोध’ हा मानवाच्या उत्क्रांतीमधला एक महत्वाचा टप्पा मानला जातो. ज्या प्रदीर्घ कालखंडात चाक, अग्नी, भाषा वगैरेंचा उपयोग आदीमानव करू लागला त्याच काळात त्याने निसर्गात घडत असलेली आणखी एक महत्वाची गोष्ट पाहिली. नदीच्या काठावरील झाडे किंवा त्यांच्या मोठ्या फांद्या पाण्यात पडल्या तर त्या तरंगतात आणि पाण्याच्या प्रवाहासोबत सहजपणे वहात वहात पुढे जातात, सरोवराच्या संथ पाण्यात पडलेला लाकडाचा मोठा ओंडकासुध्दा हाताने कुठल्याही दिशेने ढकलणे सोपे असते. या ज्ञानाचा त्याने उपयोग करून घेतला. काही ओंडके एकमेकांना जोडून त्याचे तराफे बनवले आणि त्यावरून जलवाहतूक सुरू झाली.

हळू हळू इतर बाबतीतही मानवाची प्रगती होत गेली आणि त्याने कुऱ्हाड, करवत, पटाशी यासारखी सुतारकामाची हत्यारे तयार केली. त्यांचा उपयोग करून त्याने झाडांचे बुंधे आणि फांद्या कापून त्या लाकडापासून अनेक उपयोगाच्या वस्तू तयार केल्या. काही झाडांच्या रुंद किंवा पोकळ बुंध्यांमधून नावा कोरून काढल्या, लाकडाच्या ओंडक्यांना कापून त्याच्या फळ्या केल्या, त्या फळ्यांना विशिष्ट आकार दिले आणि त्यांना एकमेकांशी जोडून होड्या तयार केल्या आणि त्यांना चालवण्यासाठी वल्हे, दिशा देण्यासाठी सुकाणू वगैरेंनी सुसज्ज केले. निरनिराळ्या आकारांच्या नावा, नौका, पडाव, जहाजे, गलबते वगैरेसारखी पाण्यावर तरंगणारी एकाहून एक सरस आणि मोठी अशी वाहने तो तयार करत गेला. यातली लहानशी कॅनू एकटा माणूससुध्दा जमीनीवर असतांना उचलून खांद्यावर घेऊन कुठेही घेऊन जाऊ शकतो आणि पाण्यात सोडल्यानंतर तिला वल्हवत पुढे नेऊ शकतो, पण मोठी आणि लांबलचक नाव चालवण्यासाठी अनेक लोकांनी एका लयीत वल्हे मारावे लागतात. तसे करण्याची सोय असलेल्या नौका आपल्याला ओणमच्या सुमाराला केरळात होत असलेल्या रेसेसमध्ये दिसतात. नौकेला एक शीड बांधून केलेली यॉट आणि अनेक शिडे असलेली अवाढव्य गलबते यांना चालवण्यासाठी माणसाने निसर्गातल्या वाऱ्याच्या शक्तीचा उपयोग करून घेतला. नौकेच्या नायकाला ज्या दिशेला तिला न्यायचे असेल तिकडे वाहणारा वारा सुटला की ही शिडे म्हणजे कापडाचे पडदे उंचावतात. त्यात वारा भरला की तो त्यांना ढकलत पुढे नेतो. पण उलट दिशेने वारा वहायला लागला, तर लगेच शिडे गुंडाळून ठेवतात आणि समुद्राच्या तळाशी नांगर टाकून त्या जहाजाला जागच्या जागी खिळवून ठेवतात. पुढच्या प्रवासासाठी ते नाविक वाऱ्याची दिशा बदलण्याची वाट पहात राहतात. अशा प्रकारे मजल दरमजल करीत महासागर ओलांडण्याचा पराक्रम हे दर्यावर्दी करत असत.

यंत्रयुग सुरू झाल्यानंतर या क्षेत्रातही अनेक बदल आणि सुधारणा होत गेल्या. आधी वाफेच्या इंजिनांचा शोध लागल्यावर कोळसा जाळणारे बॉयलर्स आणि वाफेची इंजिने मोठ्या जहाजांवर बसवण्यात आली. त्या इंजिनांना जोडलेले अवाढव्य पंखे (प्रोपेलर्स) पाण्याला मागे ढकलून जहाजांना गती देऊ लागले. यावरून ‘शिप’ या शब्दासाठी ‘आगबोट’ असा मराठी प्रतिशब्द रूढ झाला. पूर्वीच्या काळात गलबतांची शिडे उंचावणे आणि त्यांना गुंडाळून ठेवणे, अनुकूल वाऱ्याची वाट पहात राहणे वगैरे करावे लागत असे. बोटीला इंजिन बसवल्यानंतर त्याची गरज उरली नाही. अवाढव्य आकारांची शिडे बांधण्यासाठी उभे करावे लागणारे खांब नाहीसे झाल्यामुळे त्यांनी व्यापलेली जागा रिकामी झाली. अशा अनेक कारणांमुळे वाफेचे इंजिन लगेच पॉप्युलर झाले. पण त्यासाठी कोळसा आणि पाणी यांचा मोठा साठा जहाजांवर न्यावा लागत असे. खनिज पेट्रोलियम तेलापासून डिझेल, पेट्रोल वगैरे इंधने काढली गेल्यानंतर सुटसुटीत आकाराच्या डिझेल इंजिनांचा वापर सुरू झाला. लहान आकाराच्या होड्यांसाठी लहान इंजिने आणि पंखे वगैरे बसवून मोटरबोटी आणि लाँचेस तयार झाल्या. हाताने वल्हे मारून किंवा शिडाच्या सहाय्याने चालवायच्या नौका आता फक्त क्रीडाक्षेत्रात दिसतात. रोइंग आणि यॉटिंग या नौकानयनाच्या स्पर्धांचा समावेश ऑलिंपिक गेम्समध्येसुध्दा होतो. प्रवासी आणि मालवाहतूक आणि संरक्षणासाठी उपयोगात येणाऱ्या बहुतेक सगळ्या नौकांना आता डिझेल इंजिने बसवलेली असतात. अधिक वेगवान बोटींसाठी इंजिनांच्या ऐवजी टर्बाइन्स असतात. अणुशक्तीचा शोध लागल्यानंतर काही आगबोटी अॅटॉमिक रिअॅक्टरच्या जोरावर चालवल्या जाऊ लागल्या आहेत. पण त्यांचे प्रमाण अजूनही अत्यल्प आहे आणि त्या अजून तरी नेव्हीकडे म्हणजे संरक्षण क्षेत्रातच आहेत.

या सगळ्या लहान किंवा मोठ्या होड्या आणि प्रचंड आकाराच्या जहाजांच्या रचनेत काही प्रमाणात साम्य असते. यातले कुठलेच वाहन बसगाडीप्रमाणे सरळसोट चौकोनी ठोकळ्यासारखे तर नसतेच, चौरस, पंचकोनी, षट्कोनी किंवा वर्तुळाकार तबकडीच्या आकाराचेही नसते, त्यांचे आकार नेहमी लांबुळके आणि बसकेच असतात, त्यांचा मध्यभाग सर्वात जास्त रुंद असतो, दोन्ही बाजूंनी तो निमुळता होत जातो. त्याचप्रमाणे नेहमी पाण्याच्या बाहेर राहणारा वरचा भाग सर्वात रुंद असतो आणि खालच्या बाजूने त्याची रुंदी कमी कमी होत जाते. सर्वच बाजूंना भरपूर गोलाई दिलेली असते. थोडक्यात सांगायचे झाल्यास एकाद्या माशाला त्याच्या तोंडापासून शेपटापर्यंत लांबीच्या दिशेने आडव्या रेषेत मधोमध कापल्यावर त्यातल्या अर्ध्या भागाचा जो आकार येईल साधारणपणे तसा आकार सर्व नावांना दिलेला असतो. पाण्यामधून हालचाल करतांना होत असलेला पाण्याचा विरोध कमीत कमी व्हावा या दृष्टीने निसर्गानेच माशांना असा आकार दिला आहे. होडीचा जेवढा भाग पाण्यात बुडालेला असतो त्याला माशासारखा आकार देऊन त्याच्या पुढे जाण्याला होणारा पाण्याचा विरोध कमी केला जातो.

आर्किमिडीजच्या सिध्दांतानुसार कुठलाही घनरूप पदार्थ पाण्यात बुडवला तर तो त्याच्या आकारमानाइतके पाणी बाजूला सारतो, त्या सारल्या गेलेल्या पाण्याच्या वजनाइतका जोर लावून ते पाणी त्या पदार्थाला वर उचलते. याला उद्धरण (बॉयन्सी) म्हणतात. यामुळे त्या पदार्थाचे वजन कमी होऊन तो हलका होतो. लाकडासारखा जो पदार्थ पाण्यापेक्षा हलका असतो तो अर्धवट पाण्यात बुडला तरी त्याच्या बुडालेल्या भागामुळे जेवढे पाणी बाजूला सारले जाते तेवढ्याच पाण्याचे वजन पाण्यावर तरंगणाऱ्या लाकडाच्या वस्तूच्या संपूर्ण वजनाइतके असते. होडीचा जेवढा भाग पाण्यात बुडलेला असतो तितके पाणी तिने बाजूला सारलेले असते, तितक्या पाण्याचे वजन होडीमधल्या सामानासकट तिच्या संपूर्ण वजनाइतके भरते. समजा सुरुवातीला रिकामी होडी ६० टक्के पाण्यात आणि ४० टक्के पाण्याच्या वर असेल आणि आपण त्यात वजनदार सामान भरत गेलो तर तिचे वजन वाढेल आणि तितके वजन उचलून धरण्यासाठी जास्त पाणी बाजूला सारायला हवे. जास्त पाण्याला बाजूला ढकलण्यासाठी ती होडी खाली जाईल. जर ती ७० टक्केपर्यंत पाण्यात बुडली तर त्यासाठी आवश्यक असेल तेवढे पाणी बाजूला सारूनच ती खाली जाईल. त्यामुळे पुन्हा तिने जेवढे पाणी बाजूला सारले आहे तेवढ्याच पाण्याचे वजन तिच्या संपूर्ण वजनाइतके भरेल. अशा प्रकारे जेवढे जास्त सामान आपण त्या होडीत ठेवत जाऊ तितकी ती पाण्याच्या आत जात राहील आणि ते प्रमाण १०० टक्क्यावर गेल्यानंतर ती तरंगणारच नाही, पाण्यात बुडून जाईल. यामुळे प्रत्येक नावेत जास्तीत जास्त किती वजन ठेवू शकतो याची मर्यादा ठरलेली असते.

संपूर्णपणे लाकडाची बनलेली रिकामी होडी स्वतः कधीच बुडणार नाही. पण लाकडाची भार वाहण्याची (सहन) शक्ती फार कमी असते. पाण्यात भिजण्यामुळे ती क्षमता आणखी कमी होत जाते. त्यामुळे वजनाखाली लाकडाची फळी तुटू शकते, त्यांचे कमकुवत सांधे निखळू शकतात. लाकडामधली ही शक्ती वाढवण्यासाठी त्यांना पोलादाच्या सळ्या किंवा तुळयांच्या मजबूत फ्रेमचा आधार दिला जातो. होडीत ठेवले जाणारे बहुतेक सामान आणि माणसे पाण्यापेक्षा जडच असतात. आजकालच्या बहुतेक नावा आणि जहाजे तर पोलादाच्या पत्र्यापासून तयार केली जातात. या सगळ्या कारणामुळे नावेची एकंदर घनता (डेन्सिटी) पाण्यापेक्षा अधिक असते. पण ती पोकळ असल्यामुळे जास्त पाण्याला बाजूला सारते आणि तरंगत राहते. पण होडीला एकादे छिद्र पडले आणि त्यातून बाहेरील पाणी आत शिरत राहिले तर मात्र ती पाण्याने भरून जाऊन पाण्यापेक्षा जड होते आणि बुडते. असे होणार नाही याची सतत काळजी घ्यावी लागते.

किमान तीन पाय (किंवा खूर) असलेली कोणतीही वस्तू जमीनीवर स्थिर (स्टेबल) राहते, किमान तीन चाके असलेली वाहने व्यवस्थितपणे उभी राहतात. पण पाण्यामध्ये जमीनीसारखा कसलाच भक्कम आधार नसतो. त्यामुळे होडीला सतत तिचा तोल राखणे आवश्यक असते. वरून मोठा आणि खाली लहान असा तिचा आकारच अस्थिर असतो. त्यामुळे नावेच्या आत ठेवलेले वजन संतुलित नसले, एका बाजूला त्याचा जास्त भार पडला तर ती नाव त्या बाजूला कलंडण्याची शक्यता असते. इंजिन सुरू होतांना आणि थांबतांना नावेला एक धक्का बसतो आणि ती वळण घेत असतांना सेंट्रिफ्यूगल फोर्समुळे बाहेरच्या बाजूला कलंडण्याची शक्यता असते. या सगळ्या कलंडण्यामुळे जर नावेची एक बाजू पाण्याच्या पातळीपर्यंत खाली गेली तर तिकडून बाहेरचे पाणी आत घुसेल आणि तिचे असंतुलन जास्तच वाढवेल. नदी किंवा समुद्रात उठणाऱ्या लाटांमुळे तिथले उसळलेले पाणी नावेत येऊन पडण्याचीही शक्यता असते. नावेचे डिझाइन करतांना या गोष्टी लक्षात घेतल्या जातात आणि नावेत तिच्या मर्यादेइतके वजन ठेवल्यानंतरसुध्दा तिचा काही भाग निश्चितपणे पाण्याच्या पातळीच्या वर राहील याची काळजी घेतली जाते.

भाग २

होडी ते पाणबुडी २ अ

इंग्रजी भाषेत ‘बोट’ आणि ‘शिप’ असे दोन शब्द आहेत पण त्यांची स्पष्ट अशी व्याख्या नाही. इंग्लिश भाषेतली ‘बोट’ म्हणजे लहान आकाराची आणि ‘शिप’ म्हणजे अगडबंब असे सर्वसाधारणपणे समजले जाते. ‘नदी, सरोवरे वगैरेमध्ये चालते ती बोट’ आणि ‘समुद्रात जाते ती शिप’ असेही ढोबळपणे म्हणता येईल, पण त्यांच्यामधली ही सीमारेषासुध्दा अस्पष्ट आहे. मोठ्या ‘शिप्स’सुध्दा बंदरात येऊन दाखल होण्यासाठी एकाद्या खाडीमधून आत शिरतात आणि मासे पकडण्यासाठी लहान लहान ‘बोटीं’मधून कोळी लोक दर्यावर ये जा करत असतात. मराठी भाषेत होडी, नाव, नौका, जहाज, गलबत वगैरे शब्द आहेत. त्यातले काही शब्द ‘बोट’ या अर्थाने आणि काही ‘शिप’ या अर्थाने वापरले जातात. ‘बोट’ या इंग्लिश शब्दाचा मराठीत मात्र जहाज या अर्थानेसुध्दा प्रयोग होतो. ‘आगबोट’ असा एक अर्धा मराठी आणि अर्धा इंग्रजी जोडशब्द फक्त यांत्रिक जहाजासाठीच उपयोगात आणला जातो. पाण्यातून चालणाऱ्या या सर्व वाहनांच्या आकारानुसार आणि उपयोगानुसार त्यांच्या रचनेमध्येही फरक असतो.

अगदी लहानशा होडीत ती चालवणाऱ्या आणि इतर माणसांना बसायला फक्त एक दोन फळकुटे असतात. थोड्या मोठ्या नावेत फळ्या जोडून बनवलेला सपाट पृष्ठभाग (फ्लोअर) असतो. बहुतेक लहान होड्यांमध्ये तो वरच्या बाजूला उघडा असतो, पण प्रवाशांसाठी चालवल्या जाणाऱ्या काही नावांमध्ये त्याच्यावर हलकेसे छप्पर असते. बहुतेक वेळा उघड्या जागेला ‘डेक’ आणि बंद जागेला केबिन असे म्हणतात. त्यामुळे काही नावांमध्ये केबिनच्या माथ्यावर डेक असते. काही लाँचेस डबलडेकर असतात, त्यांना केबिनचे दोन मजले आणि शिवाय एकादी डेक असते. मोठ्या जहाजांमध्ये पाण्याच्या पातळीवर असलेल्या डेकच्या खाली होल्ड असतात. त्या होल्डचे अनेक कप्पे करून जहाज चालवणारी यंत्रे, इंधन, हत्यारे, औजारे, अन्नधान्य वगैरेसारख्या गोष्टी त्या कप्प्यांमध्ये ठेवतात. डेकच्या वर ‘सुपरस्ट्रक्चर’ उभारलेले असतात. कॅप्टन आणि इतर अधिकाऱ्यांची राहण्याची व्यवस्था, आगबोटीचे कार्यालय, नियंत्रणकक्ष (कंट्रोव रूम), संपर्काची (कम्युनिकेशन) साधने वगैरेंचा समावेश त्यात केलेला असतो.

जहाजांचा आकार सर्वच बाजूने वक्राकार असल्यामुळे त्याची मोजमापे देण्याची विशिष्ट परिभाषा आहे. ती सोबत दिलेल्या आकृतीमध्ये दाखवली आहे. आगबोटीच्या या टोकापासून त्या टोकापर्यंतच्या अंतराला ‘लांबी (लेंग्थ)’ असेच म्हणतात, पण मधोमधच्या भागाच्या रुंदीला मात्र ‘बीम’ असे नाव आहे. डेक आणि सुपरस्ट्रक्चरचा भार तोलण्यासाठी अनेक आडव्या तुळया (बीम्स) बसवलेल्या असतात त्यातली सर्वात मोठी ‘बीम’ जहाजाच्या रुंदीएवढी लांब असते. जहाजाच्या बाहेरील पाण्याच्या पातळीपासून ते जहाजाच्या तळापर्यंत त्याच्या पाण्याखाली बुडलेल्या भागाच्या उंची किंवा खोली याला ‘ड्राफ्ट’ असे म्हणतात. आगबोटीला कोणत्याही बंदरात नेण्यापूर्वी या सगळ्या मोजमापांचा विचार करणे आवश्यक असते. त्या बंदरात किंवा गोदीमध्ये इतकी लांब आगबोट मावेल एवढी रिकामी जागा असली पाहिजे, तिचा आत जाण्याचा मार्ग बीमपेक्षा रुंद असायला हवा आणि तिथल्या पाण्याची खोली ड्राफ्टहून जास्त असली पाहिजे. असे असेल तरच ती आगबोट सुखरूपपणे बंदरात जाऊन उभी राहू शकते. आगबोटीचा जितका भाग पाण्यात बुडलेला असेल तेवढे पाणी तिने बाजूला सारून ती जागा व्यापलेली असते आणि त्या पाण्याच्या वजनाइतका पाण्याचा जोर तिला वर उचलून धरत असल्यामुळेच ती पाण्यावर तरंगत असते. त्या पाण्याच्या वजनाला डिस्प्लेसमेंट किंवा टनेज असे म्हणतात. मोठ्या आगबोटींसाठी ते हजारो टन असते.

आगबोटीचे मुख्य भाग या आकृतीमध्ये दाखवले आहेत. तिच्या सर्वात समोरच्या टोकाला ‘बो’ असे म्हणतात. त्याला ‘आगबोटीचे नाक’ म्हणता येईल. या ‘बो’चा आकार नाकाप्रमाणेच निमूळता असतो. पाण्यामधून जहाज पुढे जात असतांना समोरील पाण्याचे दोन भाग होऊन ते जहाजाच्या दोन्ही बाजूला जाय़ला त्यामुळे मदत मिळते आणि पाण्याचा विरोध कमी होतो. समोरील भाग सपाट असल्यास समोरचे पाणी मागे ढकलले जाईल आणि मागे असलेल्या पाण्याच्या रेट्याने ते पुन्हा आगबोटीला धडकेल, शिवाय ते उंच उसळून आगबोटीत शिरण्याची शक्यता असते. हे टाळण्यासाठी बो ला विशिष्ट आकार दिलेला असतो. त्या जागी आगबोटीतले काहीच नसते. तिची यंत्रसामुग्री मागील टोकाला पाण्याच्या खाली असते. त्या टोकाच्या डेकवरील भागाला स्टर्न असे म्हणतात. आगगाडीचे इंजिन सर्वात पुढे असते, विमानाची इंजिने त्याच्या बाजूच्या पंखांवर असतात. मोटारीचे इंजिन बहुधा पुढे असले तरी ते मागल्या चाकांना जोडलेले असते पण स्टिअरिंग व्हील पुढल्या चाकांना जोडलेले असते, आगबोटीचे इंजिन, पंखा (प्रोपेलर), सुकाणू (रडर) वगैरे सगळेच महत्वाचे भाग मागील भागात पाण्याच्या पातळीच्या खाली बसवलेले असतात. प्रोपेलरची पाती पाण्याला मागे ढकलतात आणि त्याच्या प्रतिक्रियेने आगबोट पुढे जाते. सुकाणूच्या कलण्यामुळे ती दिशा बदलते. इंग्लंड आणि अमेरिकेतल्या रस्त्यावरील रहदारीमध्ये डावा उजवा भेद असला तरी आगबोटींसाठी मात्र जगभरात सारखेच नियम आहेत. इंग्लंड, अमेरिका, जर्मनी, रशीया, भारत, चीन अशा कुठल्याही देशाच्या आगबोटीच्या डाव्या अंगाला पोर्टसाईड असे म्हणतात. बोटीत चढण्या व उतरण्याची सोय या बाजूलाच केलेली असते. पलीकडील बाजूला स्टारबोर्ड साईड म्हणतात. समुद्रात उठत असलेल्या लाटांमुळे त्यातली जहाजे, नौका वगैरे सारखी पुढे मागे होत असतात. ती अशीच सोडली वहात वहात कुठेही जातील. ते होऊ नये म्हणून आगबोटीला भर समुद्रात किंवा बंदरात आल्यावर एका ठिकाणी स्थिर ठेवण्यासाठी मोठमोठे नांगर (अँकर) असतात. ते एका लांब आणि दणकट साखळीच्या टोकाला अडकवलेले असतात. एका रहाटाच्या (पुलीच्या) सहाय्याने ते पाण्यात सोडले की तळापर्यंत जाऊन तिथल्या गाळात रुतून बसतात. मुक्काम हलवतांना त्यांना यंत्रांच्या सहाय्याने पुन्हा वर उचलून घेतात आणि रहाटाला गुंडाळून ठेवतात.

होडी ते पाणबुडी २ आ

जहाजांच्या उपयोगानुसार त्यांचे दोन मुख्य प्रकार असतात, नागरी उपयोग आणि सैनिकी सामर्थ्य. विमानांद्वारे मोठ्या प्रमाणावर प्रवासी वाहतूक सुरू होण्याच्या आधी त्रिखंडातल्या दूरच्या प्रवासासाठी आगबोट हेच मुख्य साधन होते. त्या काळात प्रवासी आणि माल या दोन्हींची वाहतूक आगबोटींमधूनच होत असे. युरोप आणि आशिया खंडांमधील विभागांना जोडणारे जमीनीवरचे चांगले रस्ते अस्तित्वातच नव्हते आणि उपलब्ध असलेले मार्ग अनेक देशांमधून आणि दुर्गम भागांमधून जात असल्यामुळे त्या मानाने सागरी प्रवास जास्त सोयीचा आणि कमी धोका असलेला असे. औद्योगिक क्रांतीमुळे मोठमोठ्या आगबोटी तयार करता येऊ लागल्याने हे शक्य झाले होते. युरोपमधील कारखान्यांना आशिया खंडातून, मुख्यतः भारतातून कच्चा माल पुरवणे आणि औद्योगिक दृष्ट्या पुढारलेल्या युरोपमध्ये तयार होणारा पक्का माल मागासलेल्या देशांमध्ये आणून विकणे हा किफायतशीर धंदा झाला होता. त्या पूर्वीच्या काळातल्या वास्कोडिगामाला आफ्रिका खंडाला मोठा वळसा घालून भारताकडे यावे लागले होते. पण आगबोटींची ये जा खूप वाढल्यानंतर हा लांबचा प्रवास कमी करण्यासाठी सुवेझचा कालवा खणून हिंद महासागर आणि भूमध्य समुद्र यांना जोडण्यात आले. त्याचप्रमाणे अमेरिका खंडाच्या पूर्व आणि पश्चिम किनाऱ्यांवरील शहरांमधील वाहतूक सुकर करण्यासाठी पनामाचा कालवा खोडून अंतर कमी करण्यात आले. केवळ आगबोटींच्या सोयीसाठी एवढे मोठे आणि कठीण प्रकल्प त्या काळात बांधले गेले यावरून एका काळी असलेले त्यांचे महत्व लक्षात येईल.

आजकाल हवाई वाहतूक स्वस्त आणि सुरक्षित झालेली आहे आणि ती अत्यंत वेगाने होत असल्यामुळे त्याला आगबोटीच्या मानाने अत्यल्प वेळ लागतो. अर्थातच प्रवाशांचा कल आता पूर्णपणे विमानाने प्रवास करण्याकडे आहे. पॅसेंजर शिप्स आता शिल्लक तरी आहेत की नाही याची शंका आहे. पण गंमत, मौज मजा करण्यासाठी आता लक्झरी क्रूझच्या सफरी निघाल्या आहेत. शहरांपासून दूर समुद्रात हळूहळू चालणाऱ्या जहाजावर सर्व सुखसोयींनी युक्त अशा या तरंगत्या आलीशान महालांमध्ये दोन चार दिवस मौजमजा, दंगामस्ती करण्यासाठी नवश्रीमंत लोक त्यांचा लाभ घेतात. माल वाहतुकीसाठी, विशेषतः जड मालासाठी आजसुध्दा आगबोट हाच सर्वात चांगला आणि किफायतशीर पर्याय आहे. खनिजलोह, कोळसा, तेल, धान्ये, सिमेंट, साखर वगैरे अनेक वस्तूंची आयात निर्यात आगबोटींमधूनच होते. त्यासाठी आता खास प्रकारच्या आगबोटी, टँकर्स वगैरे तयार केल्या जातात. इतर वस्तूंचे जहाजांवर चढवणे आणि उतरवणे सोपे करण्यासाठी त्या कंटेनर्समध्ये ठेवल्या जातात आणि बंदरावरील क्रेन्सच्या सहाय्याने सहजपणे हाताळल्या जातात.

सैनिकी कार्यासाठी किंबहुना युध्दात उपयोगी येण्यासाठी विशिष्ट प्रकारची वेगळी गलबते पूर्वापारपासून तयार केली जात आहेत. त्या जहाजांवर तोफा, दारूगोळा आणि शस्त्रास्त्रे ठेवलेली असत आणि त्यांचा कुशल उपयोग करू शकणारे लढवय्ये तैनात असत. त्यासाठी आरमार हा सैन्यदलाचा एक वेगळा विभाग तयार केला जात असे. या आरमारांमध्ये सागरी युध्दे होत असत. इंग्लंडच्या आरमाराने एका काळी इतर मुख्य देशांच्या आरमारांवर विजय मिळवून समुद्रावर आपली निरंकुश सत्ता प्रस्थापित केली आणि त्याच्या जोरावर जगाच्या पंचखंडात आपल्या वसाहती स्थापन केल्या. काही शतके आपापसांमध्ये लढाया केल्यानंतर युरोपियन देशांनी समझोता करून आशिया, आफ्रिका आणि अमेरिका खंडांमधले भूभाग वाटून घेतले आणि ते काबीज करण्यावर लक्ष केंद्रित करून तिथे आपापल्या देशांच्या वसाहती स्थापन केल्या. औद्योगिक क्रांतीमधून निर्माण झालेल्या यंत्रसामुग्रीतून आणि दारूगोळ्यामुळे आरमारातल्या युध्दनौका अधिकाधिक सक्षम आणि आक्रमक होत गेल्या.

काळाबरोबर प्रगत झालेल्या नवनव्या प्रकारच्या तोफा आणि क्षेपणास्त्रे (मिसाईल्स) यांनी आरमारातल्या आगबोटी अधिकाधिक सुसज्ज होत गेल्या. आगबोटींमधून किनाऱ्यावरील शहरांवर हल्ले करता येऊ लागले. त्यांचा प्रतिकार आणि त्यांच्यापासून संरक्षण मिळवण्यासाठी जहाजांना बुडवणारी टॉर्पेडोसारखी अस्त्रे तयार करण्यात आली. विमानांमधून बाँबगोळे टाकून आगबोटींना नष्ट करणे सोपे होते. त्यांच्यापासून स्वतःचा बचाव करून घेण्यासाठी खास विमानविरोधी तोफा तर निघाल्याच, शिवाय लढाऊ विमानांचा ताफाच सोबत घेऊन जाणाऱ्या अजस्त्र आकाराच्या आगबोटी (एअरक्राफ्ट कॅरीयर) तयार करण्यात आल्या. अशा आगबोटींवरून उड्डाण करता येण्याजोगी खास विमाने बनवली गेली.

आपल्या युध्दनौका शत्रूला दिसू नयेत म्हणून त्यांना पाण्याखालून गुपचुप नेण्याच्या दृष्टीने लढाऊ विमानांच्या आगमनाच्या आधीपासूनच प्रयत्न चाललेले होते. पहिल्या महायुध्दात त्यांना जोराने चालना मिळाली आणि त्यातून पाणबुड्या तयार झाल्या. कुठलेही जहाज पाण्यावर तरंगत असते तेंव्हा त्याचे वजन त्याने बाजूला सारलेल्या पाण्याइतके असते हे आपण पाहिलेले आहे. हे वजन वाढवत नेले की अखेर ते जहाज पाण्यात बुडते. एकदा का ते बुडले की त्यात पाणी शिरून त्याचे वजन आणखी वाढत जात असल्यामुळे त्याला सुप्रसिध्द टायटॅनिक जहाजासारखी कायमची जलसमाधी मिळते. जहाजावरील माणसे आणि सामान पाण्यात बुडून नुकसान होते. जहाज पाण्याखाली गेल्यानंतर त्याला वर आणण्यासाठी त्याचे वजन पुन्हा कमी कसे करायचे आणि त्यावरील माणसे आणि माल यांना पाण्याखाली कसे सुरक्षित ठेवायचे ही पाण्यात बुडून पुन्हा वर येऊ शकणारी जहाजे (पाणबुड्या) तयार करण्यामध्ये दोन मुख्य आव्हाने होती.

जहाज पाण्याखाली गेले तरी त्यातल्या माणसांना श्वासोच्छ्वासासाठी हवा लागणारच. त्यासाठी त्या माणसांना संपूर्णपणे हवाबंद (एअरटाईट) खोल्यांमध्ये ठेवणे आवश्यक आहे. पाण्याखाली गेल्यानंतरसुध्दा त्या जहाजांच्या यंत्रांनी काम करत रहायला पाहिजे आणि त्यांना चालवण्यासाठी किंवा त्यांच्या रखरखाव (मेटेनन्स) आणि दुरुस्ती (रिपेअर)साठी कामगारांना त्या यंत्रांपाशी जाण्याची आवश्यकता लागणार. अन्नपुरवठा, दारूगोळा, शस्त्रास्त्रे वगैरे गोष्टी पाण्यामुळे खराब होऊ नयेत आणि गरज पडताच त्या तत्काळ उपलब्ध व्हायला पाहिजेत, यामुळे त्याही पाण्यापासून दूर असायला हवीत. अशा प्रकारे जवळजवळ संपूर्ण आगबोटच एका प्रचंड हवाबंद खोलीच्या स्वरूपात तयार करावी लागते. प्रोपेलर आणि रडर यासारखी एरवीसुध्दा नेहमी पाण्याखाली यंत्रे तेवढी त्या हवाबंद जागेच्या बाहेरच असावी लागतात. पाणबुडीचे वजन कमी किंवा जास्त करण्यासाठी त्याच्या रचनेतच काही स्वतंत्र आणि हवाबंद मोकळ्या जागा ठेवल्या जातात. ज्या वेळी पाणबुडी पाण्यावर तरंगत असते तेंव्हा या जागा हवेने भरलेल्या असतात. तिने पाण्याखाली जायचे ठरवल्यानंतर त्या जागांमध्ये समुद्राचे पाणी भरले जाते. त्यामुळे ती जड होऊन खाली खाली जात रहाते. पण तिने सागराच्या पार तळापर्यंत जाऊन पोचणेही धोक्याचे असते. त्यामुळे तिला दोनतीनशे मीटर खालील ठरलेल्या पातळीपर्यंत जाऊ दिल्यानंतर एका कॉम्प्रेस्ड गॅस सिलिंडर्समध्ये साठवून ठेवलेली हवा त्या मोकळ्या जागेत सोडून तिथे असलेल्या पाण्यातल्या थोड्या भागाला पुन्हा बाहेर टाकले जाते. त्यामुळे तिचे खाली जाणे थांबते, पण हे करत असतांना पाणबुडी पुन्हा हलकी होऊन वर येणार नाही किंवा जड असल्यामुळे खालीही जाणार नाही या दोन्हींची काळजी घ्यावी लागते. हा समतोल अत्यंत काटेकोरपणे सांभाळून पाणबुडीला पाण्याखाली एका ठरलेल्या पातळीवर ठेवतात. या पातळीवरसुध्दा ती एका जागी स्थिर नसते, तर तिच्या गंतव्य स्थानाच्या दिशेने पुढे पुढे जात असते. इतक्या खोल पाण्यात सगळीकडे अंधारगुडुपच असतो, प्रत्यक्ष काहीच दिसू शकत नाही. सोनारसारख्या आधुनिक उपकरणांच्या सहाय्यानेच सगळी माहिती जाणून घेऊन पाणबुडीचालकाला मार्गक्रमण करायचे असते.

पाणबुडी हीसुध्दा एक प्रकारची आगबोटच असल्यामुळे तिला चालवणारे इंजिनाचे एक मोठे धूड असते आणि त्यातल्या इंधनाचे ज्वलन होण्यासाठी खूप हवेची आवश्यकता असते. त्यासाठी महिनोंमहिने पुरेल एवढी हवा सिलिंडर्समध्ये भरून नेणे अशक्यप्राय असते. त्यामुळे इंधनावर चालणारी पाणबुडी थोडे दिवसच पाण्याखाली राहते आणि तिच्या इंजिनांना श्वास घेऊ देण्यासाठी तिला काही काळ पाण्याच्या बाहेर येऊन रहावेच लागते. अणुशक्तीचा विकास झाल्यानंतर इंधन तेलांवर चालणाऱ्या इंजिनांच्या जागी अॅटॉमिक रिअॅक्टर बसवला गेला. त्याला काम करत राहण्यासाठी हवेची आवश्यकता नसते. अशा पाणबुडीतल्या माणसांना दीर्घ काळ पुरेल एवढा प्राणवायूचा साठा सोबत नेला आणि त्यांनी उच्छ्वासामधून बाहेर टाकलेला कर्बद्विप्राणील (कार्बन डायॉक्साईड) वायू शोषून घेण्याची व्यवस्था केली तर ती पाणबुडी महिनोगणती पाण्याखाली दडून राहू शकते. अशा पाणबुडीलासुध्दा नौसैनिकांसाठी अन्नपाणी, कपडे लत्ते वगैरे आणणे, विजेची बॅटरी चार्ज करणे अशा कामांसाठी कधी ना कधी पाण्याबाहेर यावे लागतेच, पण हे योजनापूर्वक करता येते आणि केले जाते. .

प्राचीनकालीन होडी ते अणुशक्तीवर चालणारी आधुनिक पाणबुडी हा जलप्रवास घडण्यात हजारो वर्षांचा कालावधी गेला. या लेखाच्या फक्त दोन भागात त्याचा अत्यंत संक्षिप्त असा आढावा घेण्याचा हा एक तोकडा प्रयत्न मी केला आहे. अरिहंत आणि सिंधूरक्षक या आधुनिक पाणबुड्यांबद्दल ज्या बातम्या अलीकडे वृत्तपत्रांमधून येऊन गेल्या त्यांचा अर्थ समजण्यासाठी या लेखात दिलेल्या माहितीचा थोडा उपयोग व्हावा असा उद्देश या खटपटीमागे आहे.

भाग ३ : होडी ते पाणबुडी आणि ….. मी

होडी ते पाणबुडी ३
नदीपार जाण्यासाठी आणि नद्यांच्या तीरावर असलेल्या गावांमध्ये जाण्यायेण्यासाठी पूर्वापारपासून लहान होड्यांचा उपयोग होत आला आहे. भारतातल्या बहुतेक सर्व मोठ्या नद्यांवरसुध्दा आता जागोजागी पूल बांधले गेले आहेत आणि खेडोपाडी जाणारे रस्ते झाले आहेत. माझ्या लहानपणी तसे नव्हते. जमखंडी गावातल्या आमच्या राहत्या घरापासून आमचे वडिलोपार्जित घर आणि शेतजमीन असलेल्या मूळ खेडेगावापर्यंतचे अंतर फक्त वीस किलोमीटर होते, पण घरातून निघून तिकडे जाऊन पोचण्यासाठी एक पूर्ण दिवस लागत असे, कारण दोन्ही गावांच्यामध्ये कृष्णा नदीचा प्रवाह होता आणि तिच्या दोन्ही बाजूंना पक्के रस्तेही नव्हते. जिथपर्यंत रस्ता जात होता तिथपर्यंत बसमधून गेल्यानंतर पुढे चालत जाऊन नदी पार करून पलीकडे जायचे आणि पुन्हा थोडे अंतर चालत जाऊन पुढे जाण्यासाठी दुसरी बस मिळेल तेंव्हा पकडायची असे सोपस्कार करावे लागत.

कृष्णामाईच्या तीरावर गेल्यानंतर तिथेसुध्दा नावेची वाट पहात बसावे लागत असे. घरून आणलेले डबे तिथल्या रम्य जागी उघडून आणि केळी, पेरू वगैरे त्याबरोबर खाऊन आम्ही पिकनिकचा आनंद घेत असू. त्यातही पावसाळ्यात जेंव्हा नदीला महापूर येई तेंव्हा तिला येऊन मिळणाऱ्या ओढ्यानाल्यांमध्ये नदीचे पाणी शिरून त्यांचे रूपांतर दोन तीन उपनद्यांमध्ये होत असे आणि एरवी नावेत चढण्या व उतरण्यासाठी ठरवलेल्या जागा पाण्याखाली जाऊन अदृष्य होत असत. प्रचंड वेगाने खळखळाट करत जात असलेल्या पाण्याच्या रौद्र रूपाच्या त्या प्रवाहात नाव चालवण्याचे धाडस कुणी करत नसे आणि कोणा धीट माणसाने ते केलेच तरी त्याला उतारू मिळणे अशक्य असल्यामुळे तिथली (आताच्या भाषेतली) ‘फेरी सर्व्हिस’ पावसाळ्यात बंद रहात असे. त्या नदीनाल्यांना नावेमधून पार करून पलीकडे जाणे तेवढ्या काळात शक्यच नव्हते. पलीकडचे लोक पलीकडे आणि अलीकडचे लोक अलीकडे रहायचे. उगारला असलेला रेल्वेचा पूल तेवढा बारा महिने पाण्याच्या वर असे. त्यामुळे फारच निकडीची गरज असल्यास दीडदोनशे किलोमीटरचा वळसा घालून उगार शेडबाळ अथणीमार्गे जावे लागत असे. पण इतर दिवसात मात्र आम्ही नावेत बसून मजेत कृष्णा नदी पार करत असू.

ती नाव सुमारे आठदहा मीटर लांब आणि मधोमध तीन चार मीटर रुंद एवढी मोठी असायची. माणसे, त्यांची गाठोडी, सायकली आणि कोंबड्या वगैरे त्यात जितके भरता येतील तेवढे भरून त्यांना नावेमधून पलीकडे नेले जात असे. पहिल्या फेरीत न मावल्यामुळे उरलेले लोक नावेला पलीकडच्या तीरावर जाऊन परत येण्याची शांतपणे वाट पहात बसत. क्वचित प्रसंगी एक एक करून त्यावरून बैलगाड्यासुध्दा पलीकडे जाऊ शकत. कारवारजवळील एका ठिकाणी तर एस.टी.च्या बसलासुध्दा मोठ्या नावेमधून नदीच्या पार नेतांना मी पाहिले आहे. मात्र सावधगिरीचा उपाय म्हणून आणि नावेचा समतोल राखण्यासाठी माणसांना खाली उतरवून त्यांना आणि गाड्यांना वेगवेगळ्या फेऱ्यांमध्ये नावेतून नेले जात असे. बैलांनी नावेवर दंगा गोंधळ करू नये म्हणून त्यांना मात्र नावेच्या बाजूने पाण्यामधून पोहवत पलीकडे नेत असत. गायी म्हशींनासुध्दा लांब दोरीने बांधून नावेच्या सोबत पाण्यामधून पोहत नेत असत.

नदीच्या पात्रामधील पाण्याच्या खोलीचा अंदाज घेऊन नावेत चढण्या उतरण्यासाठी जागा ठरलेल्या होत्या. पण तिथे पक्के बांधकाम केलेले धक्के नव्हते. ती नाव नदीकिनाऱ्यापासून दूर कंबरभर पाण्यात उभी रहात असे आणि माणसांनी आपले सामान डोक्यावर धरून पाण्यामधूनच तिथपर्यंत चालत जाऊन नावेत चढायचे असे. कोणी ना कोणी धडधाकट उतारू लहान मुलांना उचलून नेत असे. नावेच्या कडांवर दोन्ही बाजूंना मोठमोठी वल्ही बसवलेली असत आणि बलदंड नावाडी “हुश्शा हुय्या” करत जोर लावून ती चालवत. उन्हाळ्यात नदीचे पाणी फारच कमी असले तर पलीकडे जाण्यासाठी एक लहान नाव असायची आणि लांब बांबूच्या सहाय्याने नदीच्या तळाला रेटा देऊन नावेला ढकलतच पार करत असत. अशा प्रकारचा नावेमधला प्रवास मी लहान असतांना अनेक वेळा केला असल्यामुळे माणसांच्या हातांच्या जोराने चालवलेली होडी माझ्या ओळखीची झाली होती.

पुण्याच्या इंजिनियरिंग कॉलेजमध्ये तर आमचाच बोटक्लब होता. संध्याकाळी कॉलेज सुटल्यानंतर केंव्हाही वाटले की एकाद दोन मित्रांसोबत आम्ही तिकडे जात होतो आणि स्वत-च होडी चालवून तिथल्या शांत पाण्यावर तरंगत राहण्याची मजा घेत होतो. यात मजेबरोबर चांगला व्यायामही होत असल्याने चांगली सडकून भूक लागत असे आणि मेसमधले जेवण अमृततुल्य वाटत असे. पुढे मुंबईला आल्यावर गेटवे ऑफ इंडियाच्या जवळून चालणाऱ्या मोटरलाँचमध्ये बसून वेळ असल्यास घारापुरी (एलेफंटा) बेटापर्यंत आणि नसेल तर आजूबाजूच्या समुद्रात फेरफटका मारून आणणे हा मुंबईदर्शनाचा आवश्यक भाग झाला होता. आमच्याकडे येऊन गेलेल्या बहुतेक सगळ्या पाहुण्यांना आम्ही हा जलविहार घडवून आणलाच, शिवाय मित्र, सहकारी, शेजारी वगैरेंच्या निरनिराळ्या ग्रुपमधून घारापुरी बेटाची सहलही केली.

एकदा सात आठ मित्रांचे आमचे टोळके एलेफंटाहुन परत येत असतांना आमच्याच लाँचमध्ये थोड्या अंतरावर आठ दहा समवयस्क मुलींचा एक वेगळा ग्रुप बसला होता. वेळ घालवण्यासाठी आम्ही गाणी म्हणायचे ठरवले, आमच्या ग्रुपमधल्या एक दोन मुलांचे आवाज चांगले होते, त्यांना आवडही होती आणि अनेक गाणी तोंडपाठ होती. त्यांनी गाणी म्हणणे हा आमच्या मेळाव्यांमधला नेहमीचाच भाग होता. पण आम्ही जसे ठरवले तसेच त्या मुलींनीही गाणी गायचे ठरवले. सर्वात आधी याची सुरुवात कुणी केली ते सांगता येणार नाही. सुरुवातीला एकेक जणच आपापल्या कंपूसाठी गाणे म्हणत होता किंवा होती, पण दोन्ही ग्रुपमधल्यांना एकमेकांची गाणी ऐकू येतच होती. त्यामुळे आपला आवाज मोठा करण्यासाठी त्यात इतरांनी साथ द्यायला सुरुवात केली, त्यातून मग एक प्रकारची चढाओढ सुरू झाली, गाण्यांमधूनच सवालजवाब, उत्तरेप्रत्युत्तरे होत गेली. अतीशय सभ्य आणि सुसंस्कृत स्वरूपाचा आमचा हा धिंगाणा आमची लाँच गेटवेच्या धक्क्याला लागेपर्यंत चालला. तो इतका रंगत गेला की एरवी कधी गाण्यासाठी तोंडही न उघडणारे मित्रसुध्दा शेवटी शेवटी बेंबीच्या देठापासून किंचाळायला लागले होते. इतर प्रवाशांची त्यामुळे चांगली करमणूक झाली असेल. उतरल्यानंतर आम्ही दुरून हात हालवूनच मुलींच्या टोळीचा निरोप घेतला आणि त्यांनीही गोड हंसून निरोप दिला. त्या कोण होत्या, कुठून आल्या होत्या कोण जाणे, पण नावेमधल्या त्या लहानशा प्रवासाची एक अविस्मरणीय अशी सुखद आठवण मनात ठेऊन गेल्या.

आम्ही प्रत्यक्षात काश्मीरला जाण्यापूर्वी हिंदी सिनेमांमधून जेवढे काश्मीर पाहिले होते त्यात नौकाविहार आणि बर्फामधून घसरत जाणे हेच लक्षात राहिले होते. आम्ही स्वतः श्रीनगरला गेलो तेंव्हा दोन प्रवाशांना सरोवरात विहार करवून आणणारी छोटीशी नाव पाहिली, तिच्यात बसून फिरून आलो आणि राहण्याच्या सर्व सुखसोयींनी सज्ज असलेली हाउसबोटही पाहिली. दल सरोवरातून फेरफटका मारत असतांना तिथे नावांमधून फुले, फळे, भाज्या, शोभेच्या वस्तू वगैरे गोष्टी होडीत बसूनच विकणारे फिरते विक्रेते असलेला बाजारसुध्दा पाहिला. चिनाब नदीवर एक बंधारा घालून दल सरोवर निर्माण केले आहे आणि त्यातले पाणी वाहून जाऊ नये यासाठी ते नियंत्रित स्वरूपात नदीत सोडले जाते. बहुतेक सगळ्या नावा मात्र नदीच्या खालच्या अंगाला ठेवलेल्या असतात. नदीचे पात्र आणि सरोवर या दोन्हींच्या मध्ये एक लहानसे कुंड आहे. त्याला दोन्ही बाजूंना घट्ट बसणारे दरवाजे आहेत. नदीमधून सरोवरात जायचे असल्यास आधी बाहेरचा दरवाजा वर उचलून नावांना त्या कुंडात घेतात आणि तो दरवाजा घट्ट बंद करतात. सरोवरातले पाणी तिथे सोडून तिथल्या पाण्याची पातळी वाढवतात. ती सरोवराइतकी झाल्यानंतर आतल्या बाजूचे गेट उघडून त्या नावांना सरोवरात जाऊ देतात. बाहेर येतांना याच्या उलट क्रमाने कृती करतात. असे करून सरोवर आणि नदीचे पात्र यातल्या पाण्याच्या लेव्हल्स वेगवेगळ्या ठेवल्या जातात. पण यामुळे नौकाविहार करणाऱ्या पर्यटकांना आत जातांना तसेच बाहेर येतांना बराच वेळ लहानशा जागेत ताटकळत थांबावे लागते.

जबलपूरजवळ असलेला भेडाघाटचा धबधबा आणि तिथून दोन तीन किलोमीटरपर्यंत असलेला नर्मदा नदीचा प्रवाह खूप प्रेक्षणीय आहे. या भागातला डोंगरच संगमरवरी दगडांचा आहे. नर्मदेच्या त्या भागातल्या प्रवाहातून नावेत बसून विहार करण्याची चांगली सोय आहे. नदीचे पात्र खूप रुंद नसले तरी बऱ्यापैकी आहे, अत्यंत निर्मळ आणि पारदर्शक असे पाणी आणि दोन्ही बाजूला संगमरवरी पहाडांच्या उंच कड्यांची शोभा पहात त्या बोटीमधून जातांना खूप मजा येते. माझ्या कुटुंबीयांसोबत तर मी अनेक वेळा ही मौज लुटलेली आहेच, एकदा एका सेमिनारसाठी जबलपूरला गेलो असतांना तिथे आलेल्या फॉरीन पार्टिसिपेंट्सच्यासोबतही हे भ्रमण करायचा योग आला होता. त्या मोटर लाँचेसचे नावाडी अत्यंत गंमतशीर असी कॉमेंटरी हिंदी भाषेत करतात. त्या दिवशी सुध्दा त्यातल्या कोणाला इंग्रजीत बोलता येत नव्हते. त्यामुळे मलाच दुभाषा बनून त्यांनी सांगितलेल्या गमतीजमतींचे जमेल तेवढे भाषांतर करून सांगावे लागले होते. शिवाय भारतीय परंपरांबद्दल माहिती देऊन त्याचा अर्थ थोडा समजावून सांगण्याचा प्रयत्न करावा लागत होता.

आम्ही केलेल्या युरोप आणि अमेरिकेच्या सहलींमध्येसुध्दा क्रूज हा एक महत्वाचा भाग असायचा. त्यात आधुनिक पध्दतीच्या आलीशान बोटी पहायला मिळाल्या. थेम्स नदीतून जातांना दोन्ही बाजूंना दिसणारे जुने आणि नवे लंडन आणि सीन नदीमधून नावेतून फिरतांना पॅरिसमधल्या ऐतिहासिक आणि आधुनिक इमारती बाहेरून पाहिल्या. पाण्यातच उभारलेला व्हेनिस शहराचा जुना भाग दोनचार शतकांपूर्वी जसा होता तसाच अद्याप ठेवला आहे. या भागात रस्ते नाहीतच, सगळी घरे कालव्यांनी जोडलेली आणि सगळीकडे होडीमधूनच फिरायचे. आम्हीसुध्दा जुनाट वाटणाऱ्या पण मोटरवर चालणाऱ्या एका लहानशा नावेत बसून व्हेनिसच्या अरुंद गल्लीबोळामधून भटकंती करून घेतली, पण सिनेमात किंवा फोटोत दिसतो तसा तो भाग प्रत्यक्षात प्रेक्षणीय तर वाटला नाहीच, उलट दुर्गंधाने भरलेला, गलिच्छ आणि किळसवाणा वाटला. पर्यटन करतांना काही जागी अशी निराशा होत असते. अॅमस्टरडॅम हे शहरसुध्दा खाड्या आणि कालवे यांनी भरलेले आहे. तिथली बोटराईड मात्र छान होती. हॉलंड या देशाचा बराचसा भाग समुद्रसपाटीच्या खाली आहे. समुद्राला जेंव्हा भरती येते तेंव्हा तिथल्या नद्या, खाड्या वगैरे जिथे समुद्राला मिळतात त्या ठिकाणी त्यांच्या पाण्याची पातळी समुद्रापेक्षा खाली असते. त्या वेळी त्यात समुद्राचे पाणी उलट दिशेने शिरू नये म्हणून बंधारे, गेट्स आणि झडपा वगैरेंची बरीच गुंतागुंतीची व्यवस्था केलेली आहे. श्रीनगरच्या दल लेकमध्ये नावांना आत शिरण्याची आणि बाहेर पडण्याची जशी योजना आहे त्याच प्रकारची पण खूप मोठ्या प्रमाणावर केलेली योजना अॅमस्टरडॅम बंदरात मोठमोठ्या जहाजांसाठी कार्यरत आहे.

सिंदबादपासून ते कोलंबस, वास्कोडिगामा करत करत स्वातंत्र्यवीर सावरकर आणि महात्मा गांधीजींपर्यंत अनेकांनी केलेल्या समुद्रातल्या प्रवासाची वर्णने मी लहानपणी खूप चवीने वाचत असे. “हा सुवेझ कालवा, थक्क करील मानवा।।” यासारख्या कविताही शाळेतल्या पुस्तकांमध्ये होत्या. आपणही एकदा मोठ्या जहाजामधून प्रवास करून पाहण्याची सुप्त इच्छा त्या वर्णनांमधून मनात येत होती. पण ती काही पूर्ण झाली नाही. मला परदेशी जाण्याची संधी मिळेपर्यंत तो प्रवास विमानानेच करायचा हे रूढ झालेले होते, प्रवासात अनेक दिवस घालवण्याची तयारी आणि इच्छा कोणाच्या मनात असली तरी तशी सोयच तोपर्यंत बंद झाली होती. पुढे माझे काही मित्र आणि आप्त आगबोटीने जाऊन अंदमानची सहल करून आले, पण या बाबतीतही मला जरा उशीरच झाल्यामुळे ते करता आले नाही.

दर वर्षी डिसेंबर महिन्यात नौदल दिन साजरा करतात. त्या दिवशी मुंबई बंदरातली एक युध्दनौका आम जनतेला पाहण्यासाठी खुली परवानगी दिलेली असते. याविषयी अनेक वेळा ऐकल्यामुळे एका वर्षी आम्ही ती नाव पहायला गेलो. ती पहायला त्या दिवशी आलेल्या लोकांची जवळ जवळ गेट वे ऑफ इंडियापर्यंत लांब रांग लागली होती, पण ती हळू हळू पुढे सरकत होती हे पाहून आम्ही रांगेत जाऊन उभे राहिलो. हळू हळू पुढे सरकत तासाभरात लायन गेटपर्यंत जाऊन पोचलो. आत गेल्यानंतर पुन्हा तितकीच लांब रांग डॉकच्या आतमध्ये होती. ते चालत चालत जाऊन आणखी एक तासानंतर आम्ही एका फ्रिगेटवर चढलो. तिथला फक्त डेकच लोकांना पहाण्यासाठी खुला ठेवला होता. त्यावर एक दोन तोफा बसवलेल्या होत्या. बाकीची केबिन्स आणि इतर सर्व जागा कड्याकुलुपांमध्ये बंद होत्या. इतर प्रेक्षकांना कदाचित त्यात रस नसेल, पण माझ्यातला मेकॅनिकल इंजिनियर जागा असल्यामुळे मला तिथली यंत्रसामुग्री पहाण्याची खूप इच्छा होती. ती पूर्ण होऊ शकली नाही. पाच मिनिटात त्या युध्दनौकेच्या रिकाम्या आणि सपाट डेकवर एक प्रदक्षिणा घालून आम्हाला खाली उतरावे लागले. तिरुपतीच्या व्यंकटेशाचे किंवा पंढरपूरच्या विठ्ठलाचे दर्शन घेण्यासाठी तासन तास रांगेत उभे रहावे आणि ते घेतल्यानंतर एक सेकंदात पुढे ढकलले जावे तसे झाले.

आगबोटी तयार करण्याचा माझगावच्या गोदीतला कारखाना पहाण्याची एक संधी मला मिळाली, तेंव्हा तिथे काही युध्दनौकांची बांधणी चाललेली होती. शिंप्याने शर्ट पँट्सची कापडे खुणा करून कराकरा कापावीत तेवढ्या सहजतेने तिथे अवाढव्य आकारांचे पोलादाचे पत्रे कापले जात होते. त्यांच्या ड्रॉइंग्जची फिल्म एका प्रोजेक्टरमध्ये लावलेली असे आणि त्या पत्र्यांवर आधी अंधार करून ते प्रकाशचित्र प्रोजेक्ट करून खडूने गिरवून घेतले जात होते. अशा प्रकारची यंत्रणा मी कुठेच पाहिली नव्हती. पुढे एका यंत्राला जोडलेल्या टॉर्चने त्या पत्र्यांचे चित्रविचित्र आकारांचे तुकडे त्यांच्या ड्रॉइंगप्रमाणे कापले जात होते. पंधरावीस मिलिमीटर आणि त्यापेक्षाही जाड पत्र्यांचे आणि त्यांना कापून तयार केलेल्या मोठमोठ्या आकारांचे ढीग पाहूनच हे काम किती मोठे असते याची कल्पना येत होती. ते तुकडे एकमेकांना जोडण्याचे कामसुध्दा स्वयंचलित यंत्रांकडूनच चालले होते. अर्थातच ती यंत्रे चालवण्यासाठी कुशल कामगार तिथे तैनात होतेच. इतक्या मोठ्या प्रमाणावर होणारे वेल्डिंग मी त्यानंतरही पुन्हा कधी पाहिले नाही. त्या कारखान्यात काही युध्दनौकांचे सांगाडे उभे होते, तर काहींवर इतर उपकरणे बसवण्याचे काम चालले होते. ते सगळे वरवर पाहूनसुध्दा त्यांचे आकार (साइझ) आणि त्यातली गुंतागुंत (कॉम्प्लेक्सिटी) यांची कल्पना आली.

अणुशक्तीवर चालणाऱ्या भारतीय बनावटीच्या पहिल्या पाणबुडीच्या रिअॅक्टरचे काम अणुशक्ती खात्यामध्ये होत होते. याबाबत अत्यंत कडक गोपनीयता पाळली जात असल्यामुळे ते कोणाकडे होते हे कधीच समजू दिले जात नसले तरी कुठेतरी तशा प्रकारचे काम चालले असल्याची अस्पष्ट कुणकुण कानावर येत होती. बाहेरच्या ज्या कारखान्यांमध्ये आमच्या पॉवर प्रॉजेक्टसाठी लागणारी यंत्रसामुग्री तयार केली जाते त्याच कारखान्यात संरक्षण खात्यासाठी लागणारी विशिष्ट प्रकारची यंत्रसामुग्रीही बाजूलाच तयार होत असल्यामुळे तीही दिसत असे. त्यात रिअॅक्टरशी संबंधित असलेले भागही असायचे. त्यांची नावे आणि उपयोग त्या कारखान्यातल्या लोकांपासून सुध्दा गुप्त ठेवली जातात किंवा त्यांना मुद्दाम भलतीसलती किंवा भोंगळ वाटणारी नावे दिली जातात. असे असले तरी त्यांची रचना आणि आकार पाहून ते समजू शकणाऱ्यांना थोडा अंदाज येत होता. अणुशक्तीसाठी उपयोगात येणारी सर्वच उपकरणे आणि यंत्रसामुग्री निर्माण करतांना त्या कामात विशेष प्रकारची काळजी घेतली जाते. त्यासाठी लागणारी प्रोसीजर्स, स्पेसिफिकेशन्स वगैरे एकदम वेगळी असतात. ती तयार करून त्यानुसार या कारखान्यांमध्ये सगळे काम करवून घेण्याची सुरुवात आमच्या पिढीने केली होती. त्यापूर्वीच्या काळात तिथे फक्त साखर, सिमेंट यासारख्या कारखान्यांची यंत्रसामुग्री तयार होत असे. त्यांच्या कार्यपध्दतीत अनेक प्रकारच्या आमूलाग्र सुधारणा घडवून आणून आणि नवीन प्रकारची यंत्रसामुग्री, इन्स्पेक्शनची उपकरणे वगैरे आणून त्यांच्या कामाचा दर्जा अणुशक्तीच्या कामासाठी आवश्यक इतका उंचावण्यात आम्ही खूप मदत केली होती. या सर्वांचा उपयोग ही पाणबुडी बनवण्याच्या कामात केला जात होताच. अशा प्रकारे अप्रत्यक्ष रीतीने त्या कामाला कुठेतरी माझाही स्पर्श झाला होता. काही दिवसांपूर्वी अरिहंत या नावाच्या पाणबुडीवरील रिअॅक्टर क्रिटिकल झाल्याची बातमी वाचली तेंव्हा या आठवणी झर्रकन डोळ्यासमोर येऊन गेल्या.

होडी ते पाणबुडी यांच्या मधल्या जहाज, गलबत, आगबोट वगैरेंशी माझा कधीच संबंध आला नसला तरी होडी, नावा वगैरेंच्या खूप आठवणी माझ्या मनात आहेत. खरे पाहता रेल्वे आणि विमाने यातून मी शेकडो वेळा दूर दूरचे प्रवास केले आहेत. नावेमधून एकंदर जितके किलोमीटर मी हिंडलो असेन त्याच्या कित्येकशेहेपट आगगाडीमधून आणि कित्येक हजारपट अंतर विमानांमधून कापले आहे. पण तरीसुध्दा आठवणीत राहण्यासारखे असे काही अगदी लहान लहान प्रवास नावांमधून झाले आहेत. ते या निमित्याने सादर केले.
———————-

भाग ४ : अरिहंत आणि सिंधूरक्षक

हा लेख सात वर्षांपूर्वी म्हणजे २०१३मध्ये लिहिला होता.

नौकेमधून जलविहार, नावेमधून वाहतूक वगैरे क्रिया पुरातन काळापासून चालत आल्या आहेत. उतारूंना नदी पार करून नेणारा एक नावाडी रामायणात आहे आणि नौकेमधून व्यापार करण्यासाठी परगावी व परदेशी जाणारा साधूवाणी सत्यनारायणाच्या कथेत येतो. जेंव्हा जगबुडी आली होती तेंव्हा नोहाने पृथ्वीवरील सर्व पशुपक्षी, प्राणीमात्रांच्या प्रजातींना आपल्या नौकेमधून सुखरूप नेऊन वाचवले अशी पाश्चात्यांची दंतकथा आहे. लाकडापासून तयार केलेल्या होड्या, नावा, जहाजे वगैरे प्रवासाची साधने प्राचीन काळापासून सगळीकडे चालत आली आणि त्यातली काही साधने आजतागायत अस्तित्वात आणि उपयोगात आहेत. पोलादाच्या पत्र्यापासून जहाजांची बांधणी करण्याचे काम औद्योगिक क्रांतीनंतर सुरू झाले, त्यांचे कारखाने उभारले गेले आणि त्यांमधून लहान, मोठी, अतीप्रचंड, अती वेगवान वगैरे निरनिराळ्या प्रकारांच्या नौका, होड्या, तराफे, आगबोटी वगैरे तयार होत गेल्या. त्यातही मुख्यत्वे प्रवाशांची किंवा सामानाची वाहतूक करणारी आणि युध्दामध्ये शत्रूवर हल्ला करणारी असे दोन गट असतात. त्यांच्या गरजांनुसार त्यांची बांधणी केली जाते. एकोणीसाव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंतच्या काळात नदी किंवा सागरामधील पाण्याच्या पृष्ठभागावरूनच या सगळ्या नौका तरंगत पुढे जात असत. काही कारणाने त्यातली एकादी नाव एकदा बुडली तर तिला कायमची जलसमाधी मिळत असे. पाण्याच्या पातळीच्या खाली राहून लपत छपत पुढे जायचे आणि शत्रूच्या मोठ्या आगबोटीच्या तळाला जोराचा तडाखा देऊन भगदाड पाडायचे प्रयत्न दोन तीन शतकांपासून केले जात होते. अशा प्रकारच्या लहान पाणबुड्या लाकडांपासूनसुध्दा तयार केल्या गेल्या होत्या. पण त्यांच्या बांधणीमध्ये अनेक त्रुटी उरलेल्या असल्यामुळे त्या फारशा भरोसेमंद किंवा परिणामकारक ठरत नव्हत्या. पहिल्या महायुध्दात मात्र जर्मनीने पाणबुड्यांचा चांगला वापर केला आणि शत्रूपक्षाची म्हणजे इंग्लंडची मोठी जहाजे बुडवून त्यांना चकित केले. इंग्लंड आणि अमेरिकेकडेसुध्दा पाणबुड्या तयार होत्याच. त्यांनीही त्यांचा वापर सुरू केला.

पाणबुडी आणि विमान या दोन्ही साधनांची भेदक शक्ती पहिल्या महायुध्दात दिसून आल्यामुळे त्यानंतर त्यांच्या विकासावर अगदी युध्दपातळीवर प्रयत्न केले गेले आणि दुसऱ्या महायुध्दातील सागरी आणि हवेमधील युध्दातली ती प्रमुख अस्त्रे बनली. दुसऱ्या महायुध्दाने क्षेपणास्त्रे आणि अण्वस्त्रे जगासमोर आणली. त्यानंतरच्या काळात या दोन्हींवर अधिकाधिक भिस्त टाकली जात आहे. देशाच्या संरक्षणाची ती आता प्रमुख साधने झाली आहेत. अरिहंत आणि सिंधूरक्षक या अत्याधुनिक पाणबुड्यांच्या संदर्भात ही पार्श्वभूमी महत्वाची आहे. ही दोन नावे गेल्या काही दिवसांमध्ये (२०१३ साली) अचानक प्रमुख बातम्यांमध्ये समोर आली. अरिहंत या पाणबुडीवरील रिअॅक्टर अलीकडे कार्यान्वित झाला आणि अमेरिका, रशीया, चीन यांच्यासारख्या जगामधील निवडक प्रमुख देशांच्या पंक्तीत भारताला स्थान मिळाले ही उत्साहवर्धक बातमी होती तर सिंधूरक्षक या अत्याधुनिक पाणबुडीवर अचानक एक मोठा स्फोट होऊन त्यात ती जवळजवळ नष्ट झाली आणि तिथे काम करणारे अठराजण म्हणजे देशाचे १८ अनमोल हिरे आपण नाहक गमावले ही अत्यंत दुःखद आणि धक्कादायक दुर्घटना काल घडली. या दोन्ही पाणबुड्यांची अगदी त्रोटक माहिती पुढीलप्रमाणे आहे.

अरिहंत
लांबी ११२ मीटर, रुंदी १५ मीटर, पाण्यात बुडालेली उंची किंवा खोली १० मीटर, डिस्प्लेसमेंट सुमारे ६००० टन
प्रत्येक मजल्यावर दोन बेडरूम्सचे (टू बीएचकेचे) वीस वीस फ्लॅट असलेली तीन मजली बिल्डिंग साधारणपणे एवढ्या आकाराची असते. यावरून आकाराची कल्पना येईल.
वेग पाण्यावर ताशी २२-२८ किलोमीटर, पाण्याखाली ताशी ४४ किलोमीटर
३०० मीटर खोलवर जाऊन काम करू शकते.
ऊर्जेचा स्त्रोतः अॅटॉमिक ऱिअॅक्टर

सिंधूरक्षक
लांबी ७३ मीटर, डिस्प्लेसमेंट सुमारे ३००० टन
३०० मीटर खोलवर जाऊन काम करू शकते.
वेग ताशी ३३ किलोमीटर,
ऊर्जेचा स्त्रोतः डिझेल इलेक्ट्रिक

या दोन्ही पाणबुड्यांवर कोणत्या प्रकारची किती शस्त्रास्त्रे ठेवता येतील ही माहिती अर्थातच अत्यंत गुप्त ठेवली जाते. पूर्वीच्या काळातले योध्दे हातात तलवार किंवा गदा घेऊन अमोरसमोर येऊन एकमेकांशी झुंजत असत, काही वीर धनुष्यबाण, भाला, बरची वगैरे हाताने फेकून मारा करणारी शस्त्रास्त्रे घेऊन लढत असत. त्यात पिस्तुले, बंदुका, तोफा वगैरेंची भर पडल्यावर शत्रूपासून थोडे अंतर दूर राहून त्याच्या सैन्यावर मारा केला जाऊ लागला. पण तो मारा अचूकपणे फक्त सैन्यावरच करता येणे कठीण असल्यामुळे शत्रुपक्षाची शहरे, कारखाने, पूल, धरणे वगैरेंवर तोफांमधून आणि विमानामधून बाँबगोळे टाकणे सुरू झाले. सागरी युध्दामध्ये पूर्वीच्या काळात युध्दनौकाच एकमेकांमध्ये लढत, प्रवासी आणि मालवहातूक करणारी जहाजे बुडवणे नंतरच्या काळात सुरू झाले. त्यात पाणबुड्यांना त्या जहाजांच्या थोडे तरी जवळ जावे लागत असे. आता क्षेपणास्त्रांचे युग आहे. शेकडो किलोमीटर दूर अंतरावर असलेल्या एकाद्या गुप्त ठिकाणामधून उडवलेली क्षेपणास्त्रे (मिसाईल्स) त्यांच्या लक्ष्याचा अचूक वेध घेतात. पण पहिल्यांदा वार करणाऱ्या देशाने शत्रुपक्षाची अशा प्रकारची सगळी ठिकाणेच एका फटक्यात उध्वस्त केली तर त्याला प्रत्युत्तर देण्याची तयारी (सेकंड स्ट्राईक केपेबिलिटी) असणे आवश्यक असते. या दृष्टीने रचल्या जात असलेल्या आजच्या युध्दनीतीमध्ये आवश्यक असलेली लांब पल्ल्याची अस्त्रे या दोन्ही प्रकारच्या पाणबुड्यांवर ठेवण्याची व्यवस्था केलेली आहे.

अरिहंत हे नाव मी काही दिवसांपूर्वी पहिल्यांदा ऐकले आणि सिंधूरक्षक हे नाव तर कालच ऐकले. असे असले तरी या दोन्ही पाणबुड्यांशी माझा खूप दूरचा अप्रत्यक्ष संबंध पूर्वी येऊन गेला होता. अनेक वर्षांपूर्वी आमच्या कॉलनीमध्ये असलेल्या रस्त्यावरून रोज एक खास बस जात असे आणि त्यात नेव्हीचा गणवेश धारण केलेले लोक बसलेले दिसत. ते कदाचित आमची सुरक्षा पहायला आले असतील असे आधी वाटले, पण त्यासाठी रोज रोज येण्याचे काही कारण नव्हते. त्यांचा एकादा नवा सीक्रेट प्रॉजेक्ट असणार याची कल्पना आली. खात्यात इतकी गुप्तता बाळगली जाते की कोणता माणूस नेमके कोणते काम करतो हे कोणीही कधीही सांगू शकत नाही. पण एकाद्याच्या एरवीच्या बोलण्यात हल, डेक असे अनोळखी शब्द यायला लागले की त्याचा आगबोटीशी काही संबंध येत असणार असा तर्क करता येतो. ज्या कारखान्यांमध्ये आमच्या पॉवर प्रॉजेक्टसाठी लागणारी यंत्रसामुग्री तयार केली जाते त्याच कारखान्यात संरक्षण खात्यासाठी लागणारी विशिष्ट प्रकारची यंत्रसामुग्रीही बाजूलाच तयार होत असल्यामुळे तीही दिसत असे. त्यांची नावे आणि उपयोग त्या कारखान्यातल्या लोकांपासून सुध्दा गुप्त ठेवली जातात किंवा त्यांना मुद्दाम भलतीसलती नावे दिली जातात. असे असले तरी त्यांची रचना आणि आकार पाहून थोडा अंदाज येतो. अणुशक्ती, संरक्षण खाते आणि आगबोट या तीन्ही गोष्टी एकत्र आल्या तर त्याची परिणती न्युक्लियर पॉवर्ड सबमरीनमध्ये होणार असे वाटत होते. त्याची अधिकृत बातमी वाचल्यावर तो अंदाज खरा ठरला. पाणबुड्यांचे प्रशिक्षण घेण्यासाठी रशीयाला जाऊन आलेले एक गृहस्थ मला एकदा भेटले होते. पाणबुडी केवढी अवाढव्य असते आणि तरीही आतमध्ये ती कमालीची कंजस्टेड असते वगैरे मला त्यांच्याकडून कळले होते. आपल्या पूर्वीच्या उत्साही राष्ट्रपती प्रतिभाताई पाटील एकदा पाणबुडीच्या आत जाऊन पाहणार होत्या, पण त्यांना ते शक्य झाले नाही अशी बातमीही वाचली होती. सिंधूरक्षकची बातमी ऐकल्यावर त्याची आठवण झाली.

अणुशक्तीचा शोध – एक नवा स्रोत

अणुशक्तीचा शोध - एक नवा स्रोत

मागील भाग : विजेची निर्मिती
https://anandghare2.wordpress.com/2020/03/04/%e0%a4%b5%e0%a4%bf%e0%a4%9c%e0%a5%87%e0%a4%9a%e0%a5%80-%e0%a4%a8%e0%a4%bf%e0%a4%b0%e0%a5%8d%e0%a4%ae%e0%a4%bf%e0%a4%a4%e0%a5%80/

“नदीच्या खळाळणाऱ्या पाण्याला कशामुळे जोर मिळतो? त्या वाहण्याच्या क्रियेसाठी लागणारी ऊर्जा तिला कुठून मिळते? वारे कशामुळे वाहतात?” या प्रश्नांचे “सूर्याचे ऊन आणि पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण” हे शास्त्रीय उत्तर विज्ञानाच्या अभ्यासामधून मिळत गेले. अग्नीमधून प्रकट होणारी ऊर्जा त्यात जळणाऱ्या पदार्थातच दडलेली असते आणि विशिष्ट रासायनिक क्रियेमध्ये ती प्रकट होते हे देखील समजले. वीज हे गूढ राहिले नाही. इतकेच नव्हे तर रासायनिक (इलेक्ट्रोकेमिकल) क्रिया आणि विद्युतचुंबकीय (इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक) प्रभाव अशा दोन पद्धतींनी कृत्रिम रीतीने वीज तयार करता येऊ लागली. तरीसुद्धा सूर्य आणि आकाशातल्या ताऱ्यांमधून बाहेर पडत असलेल्या ऊर्जेचा मूळ स्रोत कोणता हे अजून गूढ होते.

सूर्यामधून सतत बाहेर पडत असलेली सगळी ऊर्जा टॉर्चचा एकादा झोत टाकावा त्याप्रमाणे थेट पृथ्वीकडे येत नसते. सूर्यमालिकेच्या विस्ताराचाच विचार केला तरी त्याच्या तुलनेत आपली ‘विपुलाच पृथ्वी’ धुळीच्या एकाद्या कणाएवढी लहान आहे. मोठ्या खोलीमध्ये पसरलेल्या प्रकाशाचा केवढा क्षुल्लक भाग धुळीच्या एका कणावर पडत असेल? सूर्यामधून निघालेल्या एकंदर प्रकाश आणि ऊष्णतेच्या प्रमाणात त्याचा तितपत लहानसा भागच संपूर्ण पृथ्वीवर पडत असतो. त्यातलासुद्धा अत्यंत यत्किंचित असा भाग आपल्या व्यक्तीगत वाट्याला येत असतो आणि आपल्याला तेवढेसे ऊनसुद्धा सहन करण्याच्या पलीकडचे वाटते. यावरून सूर्यामधून किती प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा बाहेर पडत असेल याची कल्पना करता आल्यास करावी. सूर्यामधून इतकी प्रचंड ऊर्जा कशामुळे अव्याहतपणे बाहेर पडत असावी याचा अंदाज मात्र शास्त्रज्ञांनाही येत नव्हता. हा सर्वशक्तीमान देवाचा अद्भुत चमत्कार आहे असेच बहुतेक सगळ्या लोकाना पूर्वी वाटत असले तर त्यात नवल नाही.

एकोणीसाव्या शतकाच्या अखेरीला मादाम मेरी क्यूरीने रेडिओअॅक्टिव्हिटीचा शोध लावला आणि पदार्थविज्ञानात एका नव्या अध्यायाची सुरुवात झाली. रेडियम या मूलद्रव्याचा दुसऱ्या कशाशीही रासायनिक संयोग न होता आणि त्या पदार्थाच्या कोणत्याही गुणधर्मांमध्ये कसलाही बदल न होता विशिष्ट प्रकारचे प्रकाशकिरण त्या धातूमधून सतत बाहेर पडत असतात असे मादाम क्यूरीने दाखवून दिले. यामुळे हे कसे घडत असेल हे एक नवे गूढ जगापुढे आले. रेडियम या धातूपासून निघत असलेल्या या अदृष्य किरणांना रेडिओअॅक्टिव्हिटी असे नाव दिले गेले. अत्यंत सूक्ष्म प्रमाणातल्या अदृष्य अशा प्रकाशकिरणांचे अस्तित्व दाखवणारी, त्यांच्या तीव्रतेचे मापन करणारी उपकरणे तयार झाल्यानंतर त्यातही तीन प्रकार आढळले. त्यांना अल्फा रे, बीटा रे आणि गॅमा रे अशी नावे आहेत. रेडियमशिवाय तशा प्रकारे किरणोत्सार करणारे इतरही अनेक पदार्थ निसर्गामध्ये असतात. सर्वात हलक्या अशा हैड्रोजनपासून ते सर्वात जड युरेनियमपर्यंत ज्ञात असलेल्या बहुतेक सर्व मूलद्रव्यांना रेडिओअॅक्टिव्ह भावंडे असतात. या भावंडांना आयसोटोप म्हणतात. त्यांचे इतर सगळे गुणधर्म एकसारखे असतात, त्यामुळे ते एकमेकांमध्ये बेमालूमपणे मिसळलेले असतात. त्यातल्या रेडिओअॅक्टिव्ह आयसोटोपमधून अदृष्य असे किरण निघत असतात एवढाच त्यांच्यात फरक असतो.

मेरी क्यूरीच्या या शोधानंतर अनेक शास्त्रज्ञ रेडिओअॅक्टिव्हिटीचे गूढ उकलण्याच्या कामाला लागले. वस्तूच्या गतिमानतेमधली ऊर्जा (कायनेटिक एनर्जी) किंवा ध्वनिमधील ऊर्जा त्या पदार्थाच्या हलण्यामधून किंवा कंपनामधून (फिजिकल मूव्हमेंट्समधून) निर्माण होतात तर ज्वलनातून मिळणारी ऊर्जा रासायनिक (केमिकल) क्रियेमधून निर्माण होत असते. रेडिओअॅक्टिव्हिटी मात्र ऊर्जेच्या या इतर प्रकारांप्रमाणे निर्माण होत नव्हती. ती कुठून येत असावी यावर तर्क आणि विचार सुरू झाले. जगामधल्या सगळ्या पदार्थांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास चाललेला होताच. मागील भागात दिल्याप्रमाणे अणू आणि रेणू यांचे अस्तित्व आणि त्यांच्या व्याख्या सर्वमान्य झाल्या होत्या. त्या व्याख्या पाहता अणू हाच सर्वात सूक्ष्म आणि अविभाज्य असा घटक असतो. पण शास्त्रज्ञांचे विचारचक्र मात्र तिथे न थांबता त्या अणूच्या अंतरंगात काय दडले असावे याचा शोध घेत राहिले.

अणूंची अंतर्गत रचना कशी असू शकेल याबद्दल अनेक प्रकारचे तर्क करण्यात येत होते. त्यावर विचारविनिमय आणि वादविवाद करू झाल्यानंतर सगळ्या मूलद्रव्यांच्या अणूंमध्ये प्रोटॉन्स, न्यूट्रॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स हे तीन अतीसूक्ष्म मूलभूत कण वास करत असावेत हा सिध्दांत सर्वमान्य झाला, या तीन कणांचे काही प्रमुख गुणधर्म ठरवले गेले आणि अणूंच्या अंतरंगातल्या या अतीसूक्ष्म कणांची रचना कशा प्रकारे केली गेलेली असेल यावर अंदाज बांधले जाऊ लागले. या अतीसूक्ष्म कणांना कसल्याही प्रकारच्या दुर्बिणीमधून पहाणे कोणालाही शक्यच नसल्यामुळे यातली कोणतीही गोष्ट प्रत्यक्ष प्रमाणाने दाखवता येणेसुद्धा शक्य नव्हतेच. पण त्यांची रचना अशी असली तर त्या पदार्थांमध्ये असे गुणधर्म येतील असे तर्क करून आणि ते गुणधर्म तपासून पाहून त्या सिध्दांतांची शक्याशक्यता तपासण्यात आली. त्यातले प्रोटॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स हे कण एकमेकांना खेटून बसणे थिऑरेटिकली शक्यच नाही. त्यामुळे प्रत्येक अणूच्या केंद्रभागी प्रोटॉन्स व न्यूट्रॉन्स यांच्या समूहातून निर्माण झालेला एक न्यूक्लियस असतो आणि त्यांच्यापासून काही अंतरावरून इलेक्ट्रॉन्स गटागटाने सदोदित त्याच्या भोवती घिरट्या घालत असतात असे अणूचे मॉडेल सर्वमान्य झाले. त्यातसुद्धा घनविद्युतभार (पॉझिटिव्ह चार्ज) असलेले प्रोटॉन्स एकमेकांना दूर ढकलत असतात आणि न्यूट्रॉन्स त्यांना ओढून एकत्र आणत असतात. यासाठी ठराविक प्रमाणात ऊर्जेची गरज असते. त्याला बाइंडिंग एनर्जी म्हणतात. काही अणूंची रचना थोडी अस्थिर (अनस्टेबल) असते कारण त्यांच्याकडे आवश्यकतेपेक्षा जास्त ऊर्जा असते. तिला बाहेर टाकून देऊन तो अणू स्थैर्याकडे वाटचाल करण्याचा प्रयत्न करत असतो. अणूमधली ही जादा ऊर्जा रेडिओअॅक्टिव्हिटी या क्रियेमधून बाहेर पडत असते असे निदान करण्यात आले. सू्र्य आणि तारकांमध्ये असेच काही तरी पण फार मोठ्या प्रमाणात घडत असावे असा अंदाज त्यावरून करण्यात आला. पण ही अस्थिरता का यावी हा प्रश्न होताच.

आल्बर्ट आइन्स्टाइन याने शतकापूर्वी आपला सुप्रसिद्ध सापेक्षतासिध्दांत (रिलेटिव्हिटी थिअरी) जगापुढे मांडला. त्या सिध्दांताच्या धाग्याने विश्वाचा विचार केल्यानंतर वस्तुमान (मास) आणि ऊर्जा ह्या दोन्ही गोष्टी एकाच नाण्याच्या दोन बाजू असल्याचे सिध्द होते. तसे असल्यास वस्तूमानाचे (मॅटरचे) परिवर्तन ऊर्जेमध्ये होणे सुध्दा शक्य असावे आणि ते झाल्यास लहानशा वस्तुमानाच्या बदल्यात E=mCxC एवढ्या प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा मिळू शकेल असे भाकित त्याने केले. ही क्रिया नक्की कशा प्रकारे घडवता येईल हे त्या काळात तो सांगू शकत नव्हता कारण ते त्यालाही माहीत नव्हते. पण पुढील काळात झालेल्या संशोधनामधून ते रहस्य उलगडले गेले.

निरनिराळ्या प्रकारच्या किरणांचे निरनिराळ्या पदार्थांवर होणारे परिणाम यावर संशोधन करतांना शास्त्रज्ञांना असे आढळले की युरेनियम या धातूवर न्यूट्रॉन्सचा झोत सोडला तर त्यातून अचानक प्रचंड ऊष्णता निघते. अधिक संशोधनानंतर समजले की युरेनियम २३५ या मूलद्रव्याच्या अणूचा एका न्यूट्रॉनशी संयोग होताच त्यामधून युरेनियम २३६ हा नवा अणू तयार होतो, पण तो इतका अस्थिर असतो की जन्मतःच त्याची दोन शकले होतात आणि प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा बाहेर पडते, शिवाय दोनतीन न्यूट्रॉन्ससुद्धा सुटे होऊन बाहेर पडतात. याला प्रभंजन किंवा विखंडन (फिशन रिअॅक्शन) असे म्हणतात. अणूचे हे दोन भाग (फिशन फ्रॅगेमेंट्स) म्हणजे दोन नवे अणूच असतात. या नव्या अणूंचे आणि सुट्या झालेल्या न्यूट्रॉन्सचे एकत्रित वस्तुमान (मास)सुद्धा आधीचा अणू आणि एक न्यूट्रॉन यांच्यापेक्षा किंचित कमी भरते. या दोन्हींमधला जेवढा फरक असेल तेवढे मॅटर या क्रियेत नष्ट होऊन त्याचे ऊर्जेत परिवर्तन होते. याला अणूऊर्जा असे म्हणतात.

विखंडनामध्ये सुट्या होऊन बाहेर पडलेल्या न्यूट्रॉन्सचा युरेनियमच्या इतर अणूंशी संयोग झाला की त्या अणूंचे विखंडन होते आणि त्यातून पुन्हा ऊष्णता आणि नवे न्यूट्रॉन्स बाहेर पडतात. हे सगळे एका सेकंदाच्या हजारांश किंवा लक्षांश भाग इतक्या कमी वेळात होते. त्यामुळे ही साखळी पुढे चालत राहिली तर दोनाचे चार, चाराचे आठ किंवा तीनाचे नऊ, नऊचे सत्तावीस अशा प्रकारे न्यूट्रॉन्सची संख्या भराभर वाढत जाऊन त्या न्यूट्रॉन्सची संख्या अब्जावधी किंवा परार्धावधीमध्ये वाढत गेली तर त्यातून महाभयंकर इतकी ऊष्णता बाहेर पडते. पण पुरेशा प्रमाणात युरेनियमच उपलब्ध नसले तर ती साखळी खंडित होऊन विझून जाते. यामुळे प्रयोगशाळेत लहान प्रमाणात होत असलेल्या प्रयोगांमध्ये अशी मोठी दुर्घटना घडली नाही, फक्त थोडी ऊष्णता बाहेर पडली आणि प्रयोग संपला असे झाले. पण दुसऱ्या महायुद्धाच्या अखेरीस हिरोशिमा आणि नागासाकी शहरांवर टाकलेल्या अॅटमबाँबमध्ये मात्र मुद्दाम ठरवून अशा प्रकारचा अनर्थ घडवण्यात आला. तोपर्यंत या संशोधनाबद्दलही जगाला काही माहिती नव्हती. अणुशक्तीची पहिली जाहीरपणे ओळख झाली ती अणूबाँबमुळेच.

युरेनियमच्या अणूचे भंजन होऊन त्याचे दोन तुकडे का पडतात यावर संशोधन केल्यानंतर त्याचे रहस्य उलगडत गेले आणि त्यातून मिळालेल्या माहितीचा अभ्यास करतांना असे दिसले की याच्या बरोबर उलट ड्यूटेरियम आणि ट्रिशियम या हैड्रोजनच्या दोन आयसोटोप्सच्या दोन अणूंचा संयोग घडवून आणला तर त्यामधून हीलियमचा एक नवा अणू आणि प्रचंड ऊष्णता बाहेर पडते. याला फ्यूजन रिअॅक्शन (संमीलन) असे म्हणतात. या क्रियेमध्ये विखंडनाहूनही जास्त आणि फारच भयानक प्रमाणात ऊष्णता प्रकट होते. अर्थातच ही क्रिया अशी सहजासहजी घडत नाही, ती घडवून आणण्यासाठी ते वायू महाप्रचंड दाबाखाली आणि अतीउच्च तपमानावर असावे लागतात. त्या दृष्टीने प्रयत्न करून तेही घडवून आणण्याचे तंत्र शास्त्रज्ञांनी शोधून काढले आणि हैड्रोजन बाँब तयार करून त्याचे चाचणीस्फोट घडवून आणले. सूर्यामध्ये प्रामुख्याने असलेले हैड्रोजन आणि हीलियमचे अस्तित्व आधीच माहीत झालेले होते. यामुळे अशा प्रकारच्या क्रिया सूर्याच्या अंतरंगात होत असतात याची खात्री पटली. या संशोधनानंतर सू्र्य आणि तारकांमधील ऊर्जेचे रहस्य काही प्रमाणात उलगडले, तसेच अणुशक्ती किंवा अणूऊर्जा ही एक वेगळ्या स्वरूपातली ऊर्जा मानवाच्या हातात आली.

रिअॅक्टरमध्ये युरेनियमचे नियंत्रित विखंडन (फिशन) करून त्यापासून ऊर्जा निर्माण करण्याचे तसेच तिच्यावर कडक नियंत्रण ठेवून रिअॅक्टरला सुरक्षित ठेवण्याचे तंत्र दुसऱ्या महायुद्धाच्या काळात पहिला अणूबाँब तयार करण्याच्या आधीच आत्मसात केले गेले होते. त्यानंतर त्यावर नाना तऱ्हेचे संशोधन झाले आणि अशी ऊर्जा मिळवून तिचे विजेमध्ये रूपांतर करणारी अणूविद्युतकेंद्रे (न्यूक्लियर पॉवर स्टेशन्स) अनेक देशांमध्ये उभारली गेली.

हैड्रोजनच्या सम्मीलनामधून (थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन) निघणारी ऊर्जा मात्र अजूनपर्यंत तरी माणसाच्या आवाक्यात आलेली नाही. या क्रियेसाठी आवश्यक असलेला प्रचंड दाब आणि तपमान सहन करू शकेल अशा प्रकारचे पात्र निर्माण करता येऊ शकणे हे सर्वात मोठे तांत्रिक आव्हान (चॅलेंज) आहे. हैड्रोजन बाँबमध्ये त्या पात्राच्या क्षणभरात ठिकऱ्याच होणार असतात पण वीजनिर्मिती करण्यासाठी ते पात्र टिकाऊ आणि विश्वासपात्र असणे अत्यंत गरजेचे असते. आंतरराष्ट्रीय सहयोगामधून अशा प्रकारचा फ्यूजन रिअॅक्टर तयार करण्यावर संशोधन चालू आहे, काही प्रकल्पही हातात घेतलेले आहेत. त्यांना यशस्वीरीत्या पूर्ण व्हायला दहा वीस पंचवीस तीस किती वर्षे लागतील याची कल्पना नाही. पण त्यानंतर मात्र ठिकठिकाणी लहान लहानसे सूर्य तयार करून त्यांच्यामधून निघालेल्या ऊष्णतेपासून वीज तयार करता येईल आणि अशा प्रकारे ऊर्जेचा एक अपरिमित असा स्रोत हातात येईल.

विजेची निर्मिती

वीजनिर्मितिकेंद्रे

भाग ३ – विजेची निर्मिती

याआधील भाग : ऊर्जेचे उगमस्थान
https://anandghare2.wordpress.com/2020/02/25/%e0%a4%8a%e0%a4%b0%e0%a5%8d%e0%a4%9c%e0%a5%87%e0%a4%9a%e0%a5%87-%e0%a4%89%e0%a4%97%e0%a4%ae%e0%a4%b8%e0%a5%8d%e0%a4%a5%e0%a4%be%e0%a4%a8/

वैज्ञानिकांनी केलेल्या निरीक्षणांमधून आणि संशोधनामधून निसर्गातल्या ऊर्जेची रहस्ये कशी उलगडत गेली याचे एक उदाहरण मागील भागात दिले होते. अशा संशोधनामधून मिळत गेलेल्या ज्ञानाचा अधिकाधिक उपयोग मानव आपल्या फायद्यासाठी करत गेला. त्यातून तो नवनवी कार्यक्षम आणि अचूक (प्रिसिजन) उपकरणे आणि यंत्रेसुध्दा बनवत गेला आणि त्यांच्याद्वारे त्याने आपली निरीक्षणशक्ती अमाप वाढवली. माणसाच्या पाच ज्ञानेंद्रियांना ज्यांची जाणीव होऊ शकत नाही अशी निसर्गातली अनेक रहस्ये त्यातून उलगडली गेली. कानाला ऐकू न येणारे आवाज (अल्ट्रासॉनिक वेव्हज), डोळ्यांना दिसू न शकणारे प्रकाशकिरण (अल्ट्राव्हायेलेट, इन्फ्रारेड लाइट, क्षकिरण वगैरे) आणि बोटाला न जाणवणारी स्पंदने (व्हायब्रेशन्स) यांचे अस्तित्व मानवाच्या या वाढलेल्या सामर्थ्यामुळे समजले, त्यांची निर्मिती आणि मोजमाप करणे शक्य झाले. ज्ञानसंपादनाच्या अनेक नव्या खिडक्या उघडल्यामुळे नवनवे वैज्ञानिक शोध लागत जाण्याच्या प्रक्रियेला वेग आला.

निरनिराळ्या स्वरूपातील ऊर्जेचे अस्तित्व, तिचे एका जागेवरून दुसऱ्या जागेकडे वहन, ऊर्जेचे एका रूपामधून दुसऱ्या रूपात रूपांतर होणे वगैरेंसाठी निसर्गाचे निश्चित असे स्थलकालातीत नियम आहेत. ते व्यवस्थित समजून घेऊन त्यांचा उपयोग करून घेण्याचे काम वैज्ञानिक आणि तंत्रज्ञ करत असतात. त्यांच्या प्रयत्नांमधून ऊर्जेचे काही अद्भुत असे नवे स्रोत मानवाला मिळत गेले. आपली पृथ्वी स्वतःच एक महाकाय लोहचुंबक आहे आणि तिचे चुंबकीय क्षेत्र आपल्या संवेदनांना जाणवत नसले तरी ते आपल्या चहू बाजूंना पसरले आहे हे समजले. आकाशामधून धरतीवर कोसळणाऱ्या विद्युल्लतेकडे पाहून भयभीत होण्यापलीकडे काहीही करू न शकणारा मानव कृत्रिम रीत्या विजेचे उत्पादन करू लागला. यात त्याने इतकी विविधता आणली आणि इतके नैपुण्य संपादन केले की अत्यंत प्रखर अशी ऊष्णता निर्माण करणे, महाकाय यंत्रांची चाके फिरवणे, लक्षावधी गणिते चुटकीसरशी सोडवणे किंवा जगाच्या पाठीवरील दूर असलेल्या ठिकाणी आपले संदेश अतीशय सूक्ष्म अशा विद्युल्लहरींमधून कल्पनातीत वेगाने पाठवणे अशी निरनिराळ्या प्रकारची कामे तो विजेकडून करून घेऊ लागला आहे.

विश्वातील असंख्य पदार्थाची रचना असंख्य निरनिराळ्या प्रकारच्या रेणूंपासून झाली असली सुमारे फक्त शंभर एवढ्याच मूलद्रव्यांपासून हे असंख्य पदार्थ निर्माण झाले आहेत. मागील भागात दिल्याप्रमाणे या मूलद्रव्यांच्या सूक्ष्मतम कणांना अणु (अॅटम) असे नाव ठेवले गेले. अर्थातच दोन किंवा अधिक अणूंच्या संयोगातून रेणू (मॉलेक्यूल्स) बनतात हे ओघाने आले. या नव्या संयुगाचे (काम्पाउंड्सचे) आणि त्याच्या रेणूंचे गुणधर्म सर्वस्वी वेगळे असतात. हे मागील भागात उदाहरणासह सांगितले आहे. मी शाळेत शिकत असतांना मॉलेक्यूलला अणु आणि अॅटमला परमाणु असे म्हणत असत. आता त्या ऐवजी अनुक्रमे रेणू आणि अणु अशी नावे प्रचारात आली आहेत. गोंधळ टाळण्यासाठी इंग्रजी नावे कंसात दिली आहेत.

जेंव्हा कोळशाचा म्हणजे कार्बन या मूलद्रव्याचा प्राणवायू (ऑक्सीजन)शी संयोग होतो. तेंव्हा कर्बद्विप्राणिल (कार्बन डायॉक्साइड) वायू तयार होतो आणि त्याबरोबर ऊष्णता बाहेर पडते. या रासायनिक क्रियेमधून निर्माण होणारी ऊर्जा कोठून येते? असा प्रश्न पूर्वी अनुत्तरित होता. संशोधन, विचार आणि संवाद यामधून त्याचे उत्तर मिळाले ते साधारणपणे असे आहे. जेंव्हा दोन कमावत्या व्यक्ती एकत्र राहू लागतात, तेंव्हा त्यांचे काही आवश्यक खर्च समाईकपणे भागवले जातात आणि त्यामुळे पूर्वी त्यावर खर्च होत असलेले त्यांचे काही पैसे शिल्लक राहतात. त्याप्रमाणे जेंव्हा दोन वेगवेगळे अणु (अॅटम) किंवा रेणू (मॉलेक्यूल्स) अस्तित्वात असतात तेंव्हा त्यांना त्यासाठी काही ऊर्जा आवश्यक असते. पण ते एकत्र आले की त्या नव्या संयुगाच्या अस्तित्वासाठी आवश्यक असलेली ऊर्जेची गरज कमी होते आणि ही उरलेली जास्तीची ऊर्जा ऊष्णतेच्या स्वरूपात त्या नव्या रेणूला (मॉलेक्यूलला) मिळते. वर दिलेल्या उदाहरणात कार्बन आणि प्राणवायू यांच्या अणूंना स्वतंत्रपणे राहण्यासाठी एकंदर जेवढी ऊर्जा लागते त्यापेक्षा कर्बद्विप्राणिलच्या रेणूला कमी ऊर्जेची गरज असते, उरलेली ऊर्जा त्याला मिळते आणि तापवते. अर्थातच ही ऊर्जा आधीपासूनच कार्बन आणि ऑक्सीजन या पदार्थांमध्येच सुप्त रूपाने (केमिकल पोटेन्शियल एनर्जी) वास करत असते, ज्वलनाच्या रासायनिक क्रियेमुळे आपल्याला जाणवेल अशा ऊष्णतेच्या स्वरूपात ती बाहेर पडते. अग्नीमधून मिळणारी ऊर्जा कोठून आली या प्रश्नाला मिळालेल्या या उत्तराबरोबर ऊष्णता निर्माण करणाऱ्या असंख्य रासायनिक प्रक्रियांचे (एक्झोथर्मिक रिअॅक्शन्सचे) गूढ उलगडले.

एकाद्या रसायनामध्ये दोन भिन्न धातूंचे कांब (रॉड किंवा इलेक्ट्रोड्स) बुडवून ठेवले आणि त्या कांबांना तांब्याच्या तारेने जोडले तर त्यामधून विजेचा सूक्ष्म प्रवाह सुरू होतो हे प्रयोगांमधून सिद्ध झाले. त्यानंतर निरनिराळे धातू, अधातू आणि रसायने यांच्यावर प्रयोग करण्यात आले आणि त्यामधून एकापेक्षा एक चांगल्या बॅटरी सेल्स तयार करण्यात आल्या. या उपकरणामध्ये दोन्ही इलेक्ट्रोड्स आणि त्यांच्या बाजूला असलेले रसायन यांच्या दरम्यान रासायनिक क्रिया (केमिकल रिअॅक्शन्स) होतात. या क्रिया विद्युतरासायनिक (इलेक्ट्रोकेमिकल) असा प्रकारच्या असल्यामुळे घन (पॉझिटिव्ह) आणि ऋण (निगेटिव्ह) इलेक्रोड्समध्ये विजेचा भार (चार्ज) निर्माण होतो आणि त्यांना तारेने जोडल्यास त्यामधून विजेचा प्रवाह वाहू लागतो. या ठिकाणी इलेक्ट्रोड्स आणि रसायने यामध्ये सुप्त रूपाने असलेल्या केमिकल पोटेन्शियल एनर्जीचे विजेत रूपांतर होते. अर्थातच यामुळे ते रसायन क्षीण होत जाते आणि ही क्रिया मंद मंद होत काही वेळाने थांबते. विजेची बॅटरी लावून ठेवली तर फार वेळ टिकत नाही हे आपल्याला माहीत असते. काही विशिष्ट रसायनांच्या बाबतीत याच्या उलट करता येते. त्यातल्या इलेक्ट्रोड्सना बाहेरून विजेचा पुरवठा केला तर क्षीण झालेले रसायन पुन्हा सशक्त होते. कार किंवा इन्व्हर्टरची बॅटरी चार्ज करतांना हे घडत असते. अशी चार्ज झालेली बॅटरी पुन्हा डिसचार्ज होत विजेचा पुरवठा करू शकते.

लोहचुंबकाच्या क्षेत्रात (मॅगेन्टिक फील्डमध्ये) तांब्याची तार वेगाने नेली किंवा तारेच्या वेटोळ्यामधून लोहचुंबक वेगाने नेला तर त्या तारेमध्ये विजेचा प्रवाह वाहतो. तसेच तांब्याच्या तारेच्या वेटोळ्याच्या मध्यभागी साधी लोखंडाची कांब ठेवली आणि त्या तारेमधून विजेचा प्रवाह सोडला तर तो लोखंडाचा तुकडा लोहचुंबक बनतो. याला विद्युतचुंबकीय (इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक) परिणाम असे म्हणतात. याचे आकलन झाल्यानंतर कृत्रिम रीत्या वीज कशी निर्माण करता येते हे मानवाला समजले. त्यानंतर विजेचे उत्पादन जोरात सुरू झाले. सायकलला जोडता येईल इतक्या लहानशा डायनॅमोपासून ते हजारो मेगावॉट वीज तयार करून लक्षावधी लोकांच्या गरजा भागवू शकणाऱ्या मेगापॉवरस्टेशन्सपर्यंत अनेक प्रकारचे विद्युत उत्पादक (जनरेटर्स) तयार केले गेले आणि केले जात आहेत. या सर्वांमध्ये फिरणाऱ्या चाकामधील मेकॅनिकल एनर्जीचे रूपांतर विजेमध्ये होत असते.

एका चक्राला गरागरा फिरवून त्यातून वीजनिर्मिती करणे साध्य झाल्यानंतर ते चक्र फिरवण्यासाठी अनेक मार्ग शोधले गेले. पूर्वीच्या काळात गावोगावी वीजपुरवठा उपलब्ध झाला नव्हता तेंव्हा हाताच्या जोराने फिरवण्याचे एक चाक खेडेगावांमधल्या रेल्वेस्टेशनवर असायचे. ते फिरवून त्यातून निघालेल्या विजेमधून पुढच्या स्टेशनला संदेश पाठवले जात असत. पायाच्या जोराने मारायच्या पॅडलला जोडलेला डायनॅमो सायकलला लावला जात असे. स्कूटर आणि मोटार या वाहनांच्या मुख्य चक्रालाच एक वीज निर्माण करणारे यंत्र जोडलेले असते. त्यातून निघालेल्या विजेने बॅटरी चार्ज होत असते. नदीला धरण बांधून साठवलेल्या पाण्याच्या दाबाच्या जोरावर हैड्रोइलेक्ट्रिक पॉवर स्टेशन्समधल्या टर्बाईन नावाच्या यंत्राचे चाक फिरवले जाते. थर्मल पॉवर स्टेशन्समध्ये सुद्धा याच प्रकारचे एक अवाढव्य आकाराचे यंत्र असते. त्यात पुन्हा वाफेच्या जोरावर फिरणारे स्टीम टर्बाईन किंवा ऊष्ण वायूंच्या जोरामुळे फिरणारे गॅस टर्बाइन असे उपप्रकार आहेत. विजेचा मुख्य पुरवठा काही कारणाने खंडित झाला तर अंधारगुडुप होऊ नये यासाठी आजकाल लहानमोठे डिझेल जनरेटर सेट्स सर्रास बसवले जातात. त्यांमध्ये डिझेल तेलाच्या ज्वलनामधून निघालेल्या ऊष्णतेचे रूपांतर विजेत केले जाते.

वाऱ्याच्या जोरावर चालणाऱ्या पवनचक्क्यांमध्ये एक चाक फिरवले जात असे. आता विंड टर्बाईन्समध्ये अशा चाकाला जनरेटर जोडून त्यातून वीज तयार केली जाते. सूर्यप्रकाशामधल्या ऊर्जेचे थेट विजेत रूपांतर करणारे सोलर सेल निघाल्यानंतर अशा अनेक सेल्सना जोडून सोलर पॉवर स्टेशन बांधली जात आहेत. अशा प्रकारच्या निसर्गामधून मिळणाऱ्या विजेचा उपयोग वढत्या प्रमाणात केला जात आहे. यामधून शून्य प्रदूषण होते हा त्यांचा मुख्य फायदा आहे.

विजेच्या वाढत्या उपयोगाचा विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीमध्ये फार मोठा वाटा आहे. आभाळात चमकणारी निसर्गातली वीज जरी खाली आणून तिचा उपयोग करणे माणसाला शक्य झाले नसले तरी कृत्रिमरीत्या विजेची निर्मिती करण्याचे अनेक मार्ग त्याने शोधून काढले आणि ते त्याच्या जीवनात क्रांतिकारक ठरले.
. . . . . . . . . . . . . . . (क्रमशः)

ऊर्जेचे उगमस्थान

मागील भाग : निरनिराळे परंपरागत ऊर्जास्रोत
https://anandghare2.wordpress.com/2020/02/23/%e0%a4%a8%e0%a4%bf%e0%a4%b0%e0%a4%a8%e0%a4%bf%e0%a4%b0%e0%a4%be%e0%a4%b3%e0%a5%87-%e0%a4%aa%e0%a4%b0%e0%a4%82%e0%a4%aa%e0%a4%b0%e0%a4%be%e0%a4%97%e0%a4%a4-%e0%a4%8a%e0%a4%b0%e0%a5%8d%e0%a4%9c%e0%a4%be/
आपल्या रोजच्या ओळखीचे परंपरागत ऊर्जेचे काही प्रकार आपण पहिल्या भागात पाहिले. पण आपल्याला यांच्याबद्दल कितीशी माहिती असते? आपल्या हातापायांमधले बळ आपल्याला खाण्यापिण्यामधून मिळते एवढे सगळ्यांना माहीत असते. लाकूड जाळल्याने जशी आग निघते त्याचप्रकारे पण एक सौम्य आग (जठराग्नि) आपल्या पोटात तेवत असते आणि त्या अग्नीला अन्नाची आहुती देतांना आपण एक यज्ञ करत असतो असे ‘वदनि कवळ घेता .. उदरभरण नोहे जाणिजे यज्ञकर्म।।’ या श्लोकात म्हंटले आहे. पण “आपण खाल्लेल्या अन्नाचे ऊर्जेत होणारे रूपांतर कसे, केंव्हा आणि नेमके कुठे होते? लाकडाच्या जळण्यामधून तरी ऊष्णता आणि उजेड का बाहेर निघतात?” असले प्रश्न बहुतेक लोकांना कधी पडतच नाहीत. यासारखे “नदीच्या खळाळणाऱ्या पाण्याला कशामुळे जोर मिळतो? ती नेहमी पर्वताकडून समुद्राकडेच का वाहते? त्या वाहण्याच्या क्रियेसाठी लागणारी ऊर्जा तिला कुठून मिळते? वारे कशामुळे वाहतात?” असे अनेक प्रश्न असतात. “परमेश्वराची योजना किंवा लीला” असेच अशा प्रश्नांचे उत्तर बहुतेक लोकांकडून मिळेल. लहान मुलांनी जिज्ञासेपोटी असे प्रश्न विचारले असता ती वेळ निभावून नेण्यासाठी सगळी जबाबदारी देवबाप्पावर टाकली जाते आणि “देवबाप्पा जे काय करेल ते अंतिम, त्याच्यापुढे काही विचारायचे नाही.” अशी ताकीद देऊन त्यांना गप्प केले जाते. नंतर असल्या प्रश्नांची उत्तरे माहीत नसली तरी “त्यावाचून आपले काही अडत नाही” असे म्हणून मोठेपणी त्यांचा सहसा कोणी विचार करत नाही.

सर्वसाधारणपणे असे असले तरी काही लोक याला अपवाद असतात. पूर्वी त्यांना तत्वज्ञ (फिलॉसॉफर) म्हणत, आता वैज्ञानिक (सायंटिस्ट) म्हणतात. “देवाची करणी” या उत्तराने त्यांचे समाधान होत नाही. उपलब्ध असलेली माहिती, आपली बुद्धी, विचारशक्ती आणि अनुभव यांच्या आधारे ते यापेक्षा वेगळे उत्तर शोधू पाहतात. त्यासाठी ते कष्ट घेतात, प्रयोग आणि निरीक्षण करतात, त्यावर मनन चिंतन वगैरे करून समर्पक आणि सुसंगत असे उत्तर शोधण्यासाठी प्रयत्न करतात. अशा विद्वान लोकांनी अग्नि, वायू, सूर्यप्रकाश यासारख्या ऊर्जेच्या निरनिराळ्या रूपांचा आणि निसर्गातल्या ऊर्जास्रोतांचा बारकाईने अभ्यास केला, त्यांच्यामागे असलेली शास्त्रीय कारणे शोधली, सिद्धांत मांडले, ते सगळे समजून घेऊन त्यांचा अधिकाधिक उपयोग कसा करता येईल याचे प्रयत्न केले. यातून विज्ञान आणि तंत्रज्ञानातली प्रगती होत गेली.

“झाडावरून वेगळे झालेले सफरचंद नेहमी खाली जमीनीवरच का येऊन पडते?” या प्रश्नावर विचार करता “जमीनच त्याला तिच्याकडे ओढत असणार.” अशी न्यूटनची खात्री पटली आणि त्याने या आकर्षणाचे गणिती नियम समजून घेऊन ते जगाला सांगितले. सुप्रसिद्ध सफरचंदाप्रमाणे ढगातल्या पाण्याच्या थेंबांनाही पृथ्वी खाली खेचते आणि त्यामुळे आकाशातून जमीनीवर पाऊस पडतो. पण मग “पर्वतावर पडलेल्या पावसाचे पाणी जर पर्वताच्या आकर्षणामुळे ढगामधून खाली येऊन पडले असेल तर त्याच आकर्षणामुळे ते तिथेच का थांबत नाही? डोंगर हा सुद्धा पृथ्वीचाच भाग आहे ना? मग ते पाणी त्याला सोडून उतारावरून आणखी खाली का धावत येते आणि त्यातून तयार झालेली नदी वहात वहात पुढे जात अखेर समुद्राला का जाऊन मिळते?” असे काही प्रश्न उठतात. याचे कारण पृथ्वीचे आकर्षण त्या पाण्याला फक्त जमीनीकडे ओढण्यापुरते नसते तर ते त्याला पृथ्वीच्या गोलाच्या केंद्राच्या दिशेने खेचत असते. पर्वताचा भाग त्या गोलाच्या मध्यबिंदूपासून दूर असतो आणि समुद्राचा तळ त्यामानाने जवळ असतो. यामुळे पावसाचे पाणी डोंगरावरून जिकडे उतार असेल त्या दिशेने वाहू लागते आणि समुद्राला मिळेपर्यंत वहात राहते. नदीचे वाहणे पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे घडत असते. याचाच अर्थ नदीमधल्या वाहत्या पाण्यामधली वाहण्याची शक्ती त्या पाण्याला पृथ्वीकडून मिळते.

पण मग त्या आधी ते पाणी समुद्रामधून उठून पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या विरुद्ध उंच पर्वतावर कसे जाऊन पोचते? याचे उत्तर असे आहे. पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील पाण्याची सूर्याच्या उन्हाने वाफ होते. ही वाफ हवेपेक्षा हलकी असते. यामुळे पृथ्वीची गुरुत्वाकर्षण शक्ती हवेला अधिक जोराने आपल्याकडे ओढत असते आणि त्यामुळे तिच्या तुलनेने हलकी असलेली वाफ पृथ्वीपासून दूर (वातावरणात उंचावर) ढकलली जाते. म्हणजे या गोष्टीलासुध्दा पृथ्वी कारणीभूत असते. पण उंचावर गेलेली वाफ थंड होऊन तिच्यात पाण्याचे सूक्ष्म कण तयार होतात आणि त्यातून ढग तयार होतात. वाऱ्यामुळे हे ढग समुद्रापासून दूर दूर ढकलले जात राहतात. वाटेत एकादा डोंगर आडवा आला तर ते पुढे जाऊ शकत नसल्याने त्याला आपटून ते आणखी वर जाऊ पाहतात, पण तिथले तापमान कमी असल्याने ढगातली वाफ थंड होऊन पाण्याचे थेंब आकाराने वाढत जातात आणि ते हवेहून जड असल्याने पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे खाली येऊन जमीनीवर बरसतात. याचाच अर्थ जमीनीवरील किंवा समुद्रामधील पाण्याला आधी सूर्यापासून ऊर्जा मिळते. ती वाफेमध्ये सुप्त अवस्थेत (लेटेंट हीट) असते, उंच पर्वतावर पडलेल्या पाण्यातही ती सुप्तरूपाने (पोटेन्शियल एनर्जी) असते. पृथ्वीच्या आकर्षणाने ते पाणी नदीमधून वाहू लागल्यावर त्याला गतिमान रूप (कायनेटिक एनर्जी) मिळते. अशा प्रकारे या ऊर्जेचा मूळ स्त्रोत सूर्य असतो आणि पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण त्या ऊर्जेच्या रूपात बदल घडवून आणते असेही म्हणता येईल. याचप्रमाणे वाळवंटामधील हवा उन्हाने तप्त होऊन विरळ होते. पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे या हवेचा तिच्यावर जो दाब पडत असतो तो कमी (हलका) होतो आणि जास्त दाब असलेली तुलनेने थंड हवा तिकडे धाव घेते. याला आपण वारा म्हणतो. म्हणजेच वाहत्या वाऱ्यामधील ऊर्जासुध्दा त्याला अप्रत्यक्षपणे सूर्याकडूनच मिळते. पण सूर्य आणि अग्नी यांची ऊर्जा कोठून येते? या प्रश्नाची उकल समजून घेण्यापूर्वी आणखी काही गोष्टी ठाऊक असणे आवश्यक आहे.

आपल्या समोर आलेली कुठलीही नवी वस्तू किंवा पदार्थ कशापासून तयार झाला असेल हा विचार पटकन आपल्या मनात येतो. व्यापक विचार करणाऱ्या विद्वानांना आपले विश्व कशापासून बनलेले असावे हे एक मोठे आकर्षक कोडे वाटत आले आहे. ते सोडवण्याचे प्रयत्न वैज्ञानिक लोक पूर्वापारपासून करत आले आहेत आणि पुढेही करत राहणार आहेत. जगातले सर्व पदार्थ सूक्ष्म कणांपासून तयार झालेले आहेत असे मुनिवर्य कणाद यांनी सांगितले होते. या कणांसंबंधी त्यांनी आणखी काही तपशील सांगितला असला तरी तो मला माहीत नाही. पृथ्वी, आप (पाणी), तेज, वायू आणि आकाश या पंचमहाभूतांमधून प्रत्येक जड पदार्थ तयार झाला आहे असे आपल्या प्राचीन काळातल्या शास्त्रकारांनी सांगितले होते पण हे निदान ढोबळ मानाने झाले. पृथ्वीवरील दगडमाती सगळीकडे एकसारखी नसते, त्यात विपुल वैविध्य आहे, सागर, नदी, तलाव, विहिरी यांमधले पाणी थोडे वेगवेगळे असते याचे कारण त्यांमध्ये निरनिराळे क्षार मिसळलेले असतात, नायट्रोजन, ऑक्सीजन आणि काही इतर वायू मिसळून हवा तयार होते. यामुळे याहून जास्त तपशीलात जाणे आवश्यक आहे. या विश्वामधील सर्व पदार्थ अतीसूक्ष्म अशा कणांपासून बनले आहेत ही कल्पना दोन तीन शतकांपूर्वी सर्व शास्त्रज्ञांनी मान्य केली आणि सर्वांच्या मनात ती रुजली. त्यानंतर त्यांनी या कणांच्या गुणधर्मांचा कसून अभ्यास केला.

जगामधले पदार्थ जसे एकमेकांपासून वेगळे असतात त्याचप्रमाणे त्यांचे कणसुद्धा एकमेकांसारखे नसणारच. शास्त्रज्ञांनी सर्व पदार्थांचे तीन प्रमुख वर्ग केले, मूलद्रव्य, संयुगे आणि मिश्रणे. लोह (लोखंड), ताम्र (तांबे), कर्ब (कार्बन), गंधक (सल्फर). प्राणवायू (ऑक्सीजन), नत्रवायू (नायट्रोजन) यासारखी सुमारे शंभर मूलद्रव्ये असतात. ऑक्सीजन आणि हैड्रोजन मिळून पाणी तयार होते, सोडियम आणि क्लोरिनच्या संयोगातून मीठ होते, अशा प्रकारची असंख्य संयुगे (कॉम्पाउंड्स) असतात. पण दगड, माती, दूध, दही, पानेफुले वगैरे आपल्या ओळखीच्या बहुतेक पदार्थांमध्ये अनेक संयुगांचे किंवा मूलद्रव्यांचे मिश्रण (मिक्श्चर) असते. ऑक्सीजन आणि हैड्रोजन मिळून तयार झालेल्या पाणी या संयुगाचे गुणधर्म त्या दोन्हींपेक्षा सर्वस्वी वेगळे असतात. पण पाण्यात मीठ विरघळले तर त्यात पाण्याचे आणि मिठाचे अशा दोन्ही द्रव्यांचे गुण असतात. यामुळे ते एक मिश्रण असते. पितळ किंवा स्टेनलेस स्टील हीसुद्धा संयुगे नसून मिश्रणे आहेत. हवा हेसुद्धा एक मिश्रण आहे आणि तिच्यामधील निरनिराळे वायू स्वतःचे गुणधर्म बाळगून असतात.

मूलद्रव्यांच्या सर्वात सूक्ष्म कणाला अणू (अॅटम) आणि संयुगांच्या सर्वात सूक्ष्म कणाला रेणू (मॉलेक्यूल) असे नाव दिले आहे. अर्थातच एका रेणूमध्ये दोन किंवा त्याहून जास्त (कितीही) अणू असतात, पण ते एकमेकांना रासायनिक बंधनाने (केमिकल बाँडिंगने) जुळलेले असतात. हे रेणू साध्या डोळ्यांनी तर नाहीच, पण दुर्बिणीमधूनसुध्दा प्रत्यक्षात दिसत नसले तरी शास्त्रज्ञांनी त्यांच्या रचनेबद्दल काही काल्पनिक संकल्पना मांडल्या आणि पदार्थांच्या गुणधर्मांच्या निरीक्षणांमधून त्यांना अप्रत्यक्षपणे पण निश्चित स्वरूपाचा दुजोरा मिळत गेला. या सूक्ष्म कणांच्या अभ्यासातून त्यांचे जे गुणधर्म समजले, त्यात असे दिसले की हे सर्व कण चैतन्याने भारलेले असतात. याची अनेक सोपी उदाहरणे दाखवता येतील.

भरलेला फुगा फोडला की त्याच्या आतला वायू क्षणार्धात हवेत विरून जातो, त्याला परत आणता येत नाही. कारण त्या वायूचे सूक्ष्म कण स्वैरपणे वेगाने इतस्ततः भरकटत असतात. स्वच्छ पाण्याने भरलेल्या पेल्यात कोकाकोलाचा एक थेंब टाकला की तोसुध्दा सगळीकडे पसरतांना दिसतो, कारण द्रवरूप पदार्थांचे सूक्ष्म कण सुध्दा एका जागेवर स्थिर न राहता वायूंच्या मानाने हळूहळू पण सतत संचार करत असतात. घनरूप पदार्थांचे तपमान वाढले की ते प्रसरण पावतात आणि कमी झाले की आकुंचन पावतात, कारण त्यांचे सूक्ष्म कण सुध्दा जागच्या जागीच हालचाल करत असतात. थोडक्यात सांगायचे झाले तर सगळ्या जड पदार्थांच्या सूक्ष्म कणांमध्ये सुध्दा एक चैतन्य असते. निसर्गातल्या सर्व अणुरेणूंमध्ये एक प्रकारची सुप्त ऊर्जा भरलेली असते. विशिष्ट परिस्थितींमध्ये ती ऊर्जा ध्वनी, प्रकाश, ऊष्णता, गतिमानता यासारख्या रूपामध्ये प्रकट होते तेंव्हा ती आपल्या जाणीवांच्या कक्षेत येते. तिला ओळखणे, तिचे मोजमाप करणे, तिचा उपयोग करून घेणे अशा गोष्टी आपल्याला अवगत असतील तर आपल्याला ती ऊर्जा प्राप्त झाली असे वाटते. प्रत्यक्षात कोणतीही ऊर्जा नव्याने निर्माण होत नाही किंवा ती नष्टही होत नाही असा काँझर्व्हेशन ऑफ एनर्जीचा नियम आहे. निसर्गातली ही ऊर्जा कधी आपल्याला जाणवते आणि तिचा उपयोग करणे शक्य होते आणि कधी ती सुप्त रूपात असते.

थोडक्यात सांगायचे झाल्यास ऊन, वारा, नदी वगैरेंमधील ऊर्जेचा उगम सूर्य किंवा पृथ्वी यांच्यामधून होतो आणि सूर्य, पृथ्वी आणि इतर ग्रहगोलांमध्ये असलेली ऊर्जा ही त्यांच्यातल्या अणुरेणूंमध्येच ठासून भरलेली असते. विशिष्ट परिस्थितींमध्ये ती ऊर्जा ऊष्णता, प्रकाश, ध्वनि आदि रूपांमध्ये बाहेर पडत असते.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (क्रमशः)

निरनिराळे परंपरागत ऊर्जास्रोत

 

“या देवी सर्वभूतेषु शक्तिरूपेण संस्थिता । नमस्तसै नमस्तसै नमस्तसै नमोनमः।।” असे देवीच्या प्रार्थनेतल्या एका श्लोकात म्हंटले आहे. “सर्व प्राणीमात्रांमध्ये शक्तीच्या रूपाने निवास करणाऱ्या देवीला नमस्कार.” असा या श्लोकाचा अर्थ होतो. वाघसिंहासारख्या हिंस्र श्वापदांच्या अंगात तर अचाट बळ असतेच, मुंग्या आणि डासांसारख्या बारीक कीटकांच्या अंगातही त्यांच्या शरीराच्या आकाराच्या मानाने अपार ताकत असते. सजीव प्राणीमात्रांकडे असलेली शक्ती आपल्याला त्यांच्या हालचालींमधून स्पष्टपणे दिसते. आपल्या स्वतःच्या तसेच सजीवांच्या शरीरातली शक्ती हे नैसर्गिक शक्तीचे एक रूप आहे. त्याशिवाय ध्वनी, प्रकाश, ऊष्णता, पाण्याचा प्रवाह, हवेचा प्रवाह यांच्यासारखी निसर्गामधल्या ऊर्जेची रूपे आपल्याला रोजच्या पाहण्यात दिसत असतात, हे सगळे अगदी आपल्या दैनंदिन जीवनाचे भाग आहेत. ‘शक्ती’ या मराठी शब्दाचा रूढ अर्थ मोघम आणि व्यापक आहे. मंत्रशक्ती, तंत्रशक्ती, दैवी शक्ती, इच्छाशक्ती वगैरेंचासुद्धा त्यात समावेश होतो. ‘शक्ती’ या शब्दाचा उपयोग ‘बळ’, ‘सामर्थ्य’ यासारख्या आणखी काही मोघम अर्थांनी केला जातो. शक्ती, बळ, ताकत, सामर्थ्य, क्षमता यासारखे समानार्थी वाटणारे अनेक शब्द रूढ आहेत. विज्ञानाच्या परिभाषेत ‘एनर्जी’ या इंग्रजी शब्दाचा अर्थ ऊर्जा असा केला जातो. हा लेख विज्ञानाच्या वळणाने जाणार आहे हे पाहता मी या लेखात शक्यतो ‘एनर्जी’ या अर्थाने ‘ऊर्जा’ या रूढ असलेल्या तांत्रिक शब्दाचा वापर करणार आहे.

ऊन, वारा आणि नदीचा प्रवाह या निसर्गातील शक्तींचा उपयोग करून घेऊन आपले जीवन अधिकाधिक चांगले बनवण्याचे प्रयत्न मानव अनादिकालापासून आजतागायत करत आला आहे. प्रदूषण आणि भूमिगत साधनसंपत्ती यांचा विचार करून आता ऊन, वारा, पाऊस यांचा अधिकाधिक उपयोग करून घेणे आवश्यक झाले आहे. उदाहरणे द्यायची झाल्यास अनादि काळापासून कपडे किंवा धान्य वाळवण्यासाठी उन्हामधील ऊष्णतेचा उपयोग केला जात आला आहे, सोलर हीटर्स आणि फोटोव्होल्टाइक सेल्स वगैरेंचा वापर आता वाढत्या प्रमाणात होऊ लागला आहे. पूर्वीपासून वाऱ्यामधील ऊर्जेवर शिडाची जहाजे चालत असत, आताही यॉट्स नावाच्या नौकांना शिडे असतात, हॉलंडमधले लोक पवनचक्क्यांचा उपयोग पाणी उपसण्यासाठी करत असत आणि विंड टर्बाईन्स हे आता जगभरात वीजनिर्मितीचे एक महत्वाचे साधन झाले आहे. लाकडाचे ओंडके आणि तराफे यांना पूर्वापारपासून नदीच्या पाण्याच्या सहाय्याने पुढे वहात नेले जात असे, मध्ययुगात काही ठिकाणी पाणचक्क्या बसवून त्यांच्या सहाय्याने यंत्रे चालवली गेली आणि आता हैड्रोइलेक्ट्रिक पॉवर स्टेशन्समध्ये विजेची निर्मिती होते.

निसर्गामधील ऊर्जेच्या या साधनांचा उपयोग करून घेण्यासाठी ऊर्जेचे हे नैसर्गिक स्रोत (सोर्सेस) जिथे आणि जेंव्हा उपलब्ध असतील तेंव्हा तिकडे जाऊन त्यांचा उपयोग करून घेणे आवश्यक असते. उदाहरणार्थ रात्रीच्या वेळी किंवा पावसाळ्यात ढगाळ हवा असतांना कडक ऊन नसते. ते जेंव्हा आणि जिथे पडेल तिथेच आपले वाळवण न्यावे लागते. ज्या भागामधून नदी वहात असेल तिथे जाऊनच तिच्या प्रवाहाचा उपयोग करून घेता येतो. दुसरी गोष्ट म्हणजे या नैसर्गिक स्रोतांवर माणसाचे कणभरही नियंत्रण नसते. जेवढे प्रखर ऊन पडेल, जेवढ्या जोराचा वारा सुटेल आणि ज्या वेगाने पाणी वहात असेल त्यानुसार त्याला आपले काम करून घ्यावे लागते. आपल्याला निसर्गामधील ऊर्जांचा फक्त अभ्यास करता येतो, ते कुठे, कधी आणि किती उपलब्ध आहेत हे समजून घेता येते, पण आपल्याला हवे असेल तेंव्हा किंवा हवे तिथे त्यांना निर्माण करता किंवा आणता येत नाही.

अग्नी चेतवणे आणि विझवणे याचे तंत्र मानवाने अवगत करून घेतल्यानंतर ऊर्जेचे हे साधन मात्र त्याला हवे तेंव्हा, हवे तिथे आणि हव्या तेवढ्या प्रमाणात मिळवणे शक्य झाले. साधे भात शिजवणे असो किंवा खनिजापासून धातू तयार करणे आणि त्याला तापवून आणि ठोकून हवा तसा आकार देणे असो, गरजेप्रमाणे चुली, शेगड्या आणि भट्ट्या वगैरे बांधून आपण आपल्याला पाहिजे असेल तेंव्हा आणि पाहिजे त्या जागी अग्नीचा उपयोग करून घेऊ शकतो. त्यासाठी असंख्य प्रकारचे ज्वलनशील, ज्वालाग्राही आणि स्फोटक पदार्थ मानवाने शोधून काढले, तोफा आणि बंदुकांसारखी शस्त्रास्त्रे निर्माण केली, वाफेवर आणि तेलावर चालणारी इंजिने तयार केली. आता अग्निबाणांच्या सहाय्याने अवकाशात याने पाठवत आहे. या सोयीमुळे आता अग्नि हे माणसासाठी ऊर्जेचे प्रमुख प्राथमिक साधन (प्रायमरी सोर्स) झाले आहे.

आकाशात अचानक चमकणारी वीज हा ऊर्जेचा एक अद्भुत असा प्रकार आहे. कानठळ्या बसवणाऱ्या गडगडाटासह ती अवचितपणे येते, डोळ्यांना दिपवणाऱ्या प्रकाशाने क्षणभरासाठी आकाश उजळून टाकते आणि पुढच्या क्षणी अदृष्य होऊन जाते. एकाद्या घरावर किंवा झाडावर वीज कोसळली तर त्याची पार राखरांगोळी करून टाकते. तिच्या या रौद्र स्वरूपामुळे पूर्वी माणसाला विजेबद्दल फक्त भीती वाटायची. तशी ती अजूनही वाटते कारण आकाशातल्या विजेवर कसलेही नियंत्रण ठेवणे अशक्य आहे. तिच्या तडाख्यामधून वाचण्याचे काही उपाय मात्र आता उपलब्ध झाले आहेत. पण याच अवखळ विजेची कृत्रिमपणे निर्मिती करून तिच्यावर इतक्या चांगल्या प्रकारे नियंत्रण करणे शक्य झाले की त्यामुळे मानवाच्या जीवनात क्रांतीकारक बदल झाले. आजकाल कारखान्यांमधली अवजड यंत्रे विजेवर चालतात आणि त्यातून आपल्याला रोज लागणाऱ्या बहुतेक सगळ्या वस्तू तयार होतात, विजेवर चालणाऱ्या रेल्वेच्या इंजिनांमुळे प्रवास सुखकर झाला आहे. विजेच्या उपयोगामुळेच टेलिफोन, काँप्यूटर्स, इंटरनेट वगैरे अनंत उपकरणे चालतात, आपले रोजचे जीवन आता जवळजवळ पूर्णपणे विजेवर अवलंबून असते. .

ऊन, वारा यासारखे ऊर्जेचे नैसर्गिक स्रोत पूर्णपणे निसर्गाच्या मर्जीनुसारच उपलब्ध होतात. इंधनाच्या ज्वलनातून मिळणारी ऊष्णता आणि प्रकाश काही प्रमाणात हवे तेंव्हा आपल्या नियंत्रणाखाली निर्माण करता येतात. पण ही ऊर्जा जिथे निर्माण होते तिथेच तिचा वापर करावा लागतो. खिचडी शिजवायची असेल तर पातेले चुलीवरच ठेवावे लागते, बिरबलाने केले त्याप्रमाणे ती हंडी उंचावर टांगून ठेवली तर तिच्यातली खिचडी कधीच शिजणार नाही. समयीचा मंद उजेड खोलीच्या एका कोपऱ्यात पडेल, बाहेरच्या अंगणात तो दिसणार नाही. विजेच्या बाबतीत मात्र एका जागी असलेल्या वीजनिर्मितीकेंद्रात (पॉवर स्टेशनमध्ये) मोठ्या प्रमाणावर तयार झालेली वीज तारांमधून शेकडो किलोमीटर दूरपर्यंत नेता येते आणि तितक्या दूरवर पसरलेल्या शेकडो गावांमधल्या हजारो घरातले दिवे, पंखे वगैरेंना पुरवता येते. याच्या उलट पाहता मनगटी घड्याळासारख्या (रिस्टवॉचसारख्या) आणि सेलफोनसारख्या लहानशा यंत्राला लागणारी अत्यल्प वीज नखाएवढ्या बटनसेलमधून तयार करून त्याला पुरवता येते. विजेच्या या गुणामुळे तिचा उपयोग अनंत प्रकारांनी केला जातो.

वीज या प्रकारच्या ऊर्जेचे आणखी एक वैशिष्ट्य असे आहे की ध्वनी, प्रकाश, ऊष्णता, प्रवाह यांच्यासारख्या ऊर्जेच्या इतर रूपांमध्ये तिचे परिवर्तन करणे सुलभ असते. मायक्रोफोनमध्ये ध्वनी पासून विजेचा प्रवाह तयार होतो आणि स्पीकरमध्ये याच्या उलट होते, विजेच्या बल्बमधून प्रकाशकिरण बाहेर पडतात आणि सोलर सेलमध्ये त्याच्या उलट होते, विजेद्वारे चक्र फिरवता येते आणि त्या चक्राला पाती जोडून त्याचा पंखा किंवा पंप केला की त्यांच्या उपयोगाने हवेचा किंवा पाण्याचा प्रवाह तयार करता येतो. यांच्या उलट वॉटरटर्बाइन्समधील पाण्याच्या प्रवाहामुळे एक चाक फिरते आणि त्या चाकाला जोडलेल्या जनरेटरमध्ये वीज तयार होते. ओव्हन, हीटर, गीजर वगैरेंमध्ये विजेपासून ऊष्णता निर्माण होते तर स्टीम टर्बाइन किंवा गॅस टर्बाइन्समध्ये ऊष्णतेचे परिवर्तन विजेमध्ये केले जाते. घरकामात, ऑफीसांमध्ये किंवा अनेक प्रकारच्या कारखान्यांमध्ये विजेचा वापर करणे सोयिस्कर आणि किफायतशीर झालेले असल्यामुळे अन्य मार्गांनी उपलब्ध झालेल्या ऊर्जेचे विजेमध्ये परिवर्तन करून तिचा कामासाठी उपयोग करणे आता रूढ झाले आहे. दुर्गम अशा अरण्यांमध्ये किंवा पर्वतशिखरांवर जिथे वीज नेऊन पोचवणे फार कठीण आहे असे अपवाद वगळल्यास बाकीच्या बहुतेक सगळ्या जगात आता विजेचा उपयोग हा माणसाच्या रोजच्या जीवनाचा भाग झाला आहे. एकाद्या देशाचा किंवा विभागाचा किती विकास झाला आहे याचे मोजमाप आता तिथे होत असलेल्या विजेच्या वापराशी निगडित झाले आहे.

. . . . . . . . . . . . (क्रमशः)