अंतरिक्ष विकिरण : अगली पीढ़ी की सामग्री ब्रह्मांडीय किरणों से स्वयं ठीक हो सकती है

(अहमद किरमानी, रोचेस्टर इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी)

रोचेस्टर, 22 जून (द कन्वरसेशन) अंतरिक्ष का वातावरण कठोर और अत्यधिक विकिरण से भरा है। अंतरिक्ष यान और उपग्रहों को डिजाइन करने वाले वैज्ञानिकों को ऐसी सामग्री की आवश्यकता होती है जो इन परिस्थितियों का सामना कर सके।

जनवरी 2024 में प्रकाशित एक पेपर में, सामग्री शोधकर्ताओं की मेरी टीम ने प्रदर्शित किया कि मेटल-हैलाइड पेरोव्स्काइट नामक अगली पीढ़ी की अर्धचालक सामग्री वास्तव में विकिरण क्षति से खुद को ठीक कर सकती है।

मेटल-हैलाइड पेरोव्स्काइट 1839 में खोजी गई सामग्रियों का एक वर्ग है जो पृथ्वी की पपड़ी में प्रचुर मात्रा में पाए जाते हैं। वे सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करते हैं और कुशलतापूर्वक इसे बिजली में परिवर्तित करते हैं, जिससे वे अंतरिक्ष-आधारित सौर पैनलों के लिए संभावित रूप से उपयुक्त हो जाते हैं जो उपग्रहों या भविष्य के अंतरिक्ष आवासों को बिजली प्रदान कर सकते हैं।

शोधकर्ता स्याही के रूप में पेरोव्स्काइट बनाते हैं, फिर उसे स्याही का लेप कांच की प्लेटों या प्लास्टिक पर लगाते हैं, जिससे पतले, फिल्म जैसे उपकरण बनते हैं जो हल्के और लचीले होते हैं।

आश्चर्यजनक रूप से, ये पतली-फिल्म सौर सेल प्रयोगशाला प्रदर्शनों में पारंपरिक सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के समान ही प्रदर्शन करते हैं, भले ही वे पारंपरिक सौर कोशिकाओं की तुलना में लगभग 100 गुना पतले हों।

लेकिन नमी या ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर ये फिल्में ख़राब हो सकती हैं।

शोधकर्ता और उद्योग वर्तमान में स्थलीय तैनाती के लिए इन स्थिरता संबंधी चिंताओं को दूर करने पर काम कर रहे हैं।

यह परीक्षण करने के लिए कि वे अंतरिक्ष में कैसे टिके रह सकते हैं, मेरी टीम ने एक विकिरण प्रयोग विकसित किया। हमने पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं को निम्न और उच्च ऊर्जा दोनों पर प्रोटॉन के संपर्क में लाया और एक अद्वितीय, नई सामग्री पाई।

उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन ने कम-ऊर्जा प्रोटॉन से हुई क्षति को ठीक किया, जिससे उपकरण ठीक हो गया और अपना काम करना जारी रखा। अंतरिक्ष इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक अर्धचालक में यह सलाहियत नहीं होती है।

मेरी टीम इस खोज से आश्चर्यचकित थी। एक सामग्री जो ऑक्सीजन और नमी के संपर्क में आने पर नष्ट हो जाती है, वह न केवल अंतरिक्ष के कठोर विकिरण के सामने टिकी रह सकती है, बल्कि पारंपरिक सिलिकॉन अर्धचालकों को नष्ट करने वाले वातावरण में स्वयं ठीक भी हो सकती है?

हमने अपने पेपर में इस रहस्य को उजागर करना शुरू किया।

यह क्यों मायने रखती है

वैज्ञानिकों का अनुमान है कि अगले 10 वर्षों में, पृथ्वी की कक्षा में उपग्रह प्रक्षेपण तेजी से बढ़ेंगे, और नासा जैसी अंतरिक्ष एजेंसियों का लक्ष्य चंद्रमा पर आधार स्थापित करना है।

ऐसी सामग्रियां जो अत्यधिक विकिरण को सहन कर सकती हैं और स्वयं ठीक हो सकती हैं, खेल को बदल देंगी।

शोधकर्ताओं का अनुमान है कि अंतरिक्ष में केवल कुछ पाउंड पेरोव्स्काइट सामग्री तैनात करने से 10,000,000 वाट तक बिजली उत्पन्न हो सकती है। वर्तमान में अंतरिक्ष में सामग्री लॉन्च करने की लागत लगभग 4,000 अमेरिकी डॉलर प्रति किलोग्राम (1,818 प्रति पाउंड) है, इसलिए कुशल सामग्री महत्वपूर्ण हैं।

क्या अभी भी ज्ञात नहीं है

हमारे निष्कर्ष पेरोव्स्काइट्स के एक उल्लेखनीय पहलू पर प्रकाश डालते हैं – क्षति और दोषों के प्रति उनकी सहनशीलता। पेरोव्स्काइट क्रिस्टल एक प्रकार का नरम पदार्थ है, जिसका अर्थ है कि उनके परमाणु विभिन्न अवस्थाओं में जा सकते हैं जिन्हें वैज्ञानिक कंपन मोड कहते हैं।

पेरोव्स्काइट्स में परमाणु आम तौर पर एक जाली संरचना में व्यवस्थित होते हैं। लेकिन विकिरण परमाणुओं को उनकी स्थिति से बाहर कर सकता है और सामग्री को नुकसान पहुंचा सकता है। कंपन परमाणुओं को वापस अपनी जगह पर स्थापित करने में मदद कर सकते हैं, लेकिन हम अभी भी निश्चित नहीं हैं कि यह प्रक्रिया कैसे काम करती है।

आगे क्या होगा?

हमारे निष्कर्ष बताते हैं कि नरम सामग्री अंतरिक्ष सहित चरम वातावरण में विशिष्ट रूप से सहायक हो सकती है।

लेकिन विकिरण ही एकमात्र तनाव नहीं है जिसके कारण अंतरिक्ष में सामग्रियों को मौसम का सामना करना पड़ता है। वैज्ञानिकों को अभी तक यह नहीं पता है कि एक ही बार में विकिरण के साथ-साथ निर्वात स्थितियों और अत्यधिक तापमान भिन्नताओं के संपर्क में आने पर पेरोव्स्काइट्स का प्रदर्शन कैसा होगा। मेरी टीम द्वारा देखे गए उपचार व्यवहार में तापमान एक भूमिका निभा सकता है, लेकिन हमें यह निर्धारित करने के लिए और अधिक शोध करने की आवश्यकता होगी कि कैसे।

ये परिणाम हमें बताते हैं कि नरम सामग्री वैज्ञानिकों को ऐसी तकनीक विकसित करने में मदद कर सकती है जो चरम वातावरण में अच्छी तरह से काम करती है। भविष्य के शोध इस बात पर गहराई से विचार कर सकते हैं कि इन सामग्रियों में कंपन किसी स्व-उपचार गुणों से कैसे संबंधित हैं।

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