एक ऐसी फिल्म का आविष्कार किया जो ब्रह्मांडीय विकिरण से बचाता है

अंदर के नमूने में सैकड़ों हजारों नैनोकण शामिल हैं जो संचरित प्रकाश के साथ बातचीत करते हैं। फोटो: स्टुअर्ट हे, ऑस्ट्रेलियाई राष्ट्रीय विश्वविद्यालय

मंगल और किसी भी अन्य मानवयुक्त अंतरिक्ष अभियानों के उपनिवेश के लिए मुख्य बाधाओं में से एक खतरनाक ब्रह्मांडीय विकिरण है। मंगल की उड़ान के दौरान, अंतरिक्ष यात्रियों को उच्च ऊर्जा वाले अत्यधिक आयनित कणों के संपर्क में लाया जाएगा , जिन्हें गेलेक्टिक और सौर उत्पत्ति (जीसीआर और एससीआर) की लौकिक किरणों के रूप में जाना जाता है।

डॉ। मोहम्मद रहमानी के नेतृत्व में एंड्री मिरोशनिचेंको, एंड्री कोमार, सर्गेई क्रायुक, यूरी किविशर और सहयोगियों (ऑस्ट्रेलियाई नेशनल यूनिवर्सिटी में नॉनक्लियर फिजिक्स के केंद्र के लिए सभी) डॉ। मोहम्मद रहमानी ने असामान्य भौतिक के साथ नैनोमीटर का आविष्कार किया । गुण। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि इन गुणों का उपयोग ब्रह्मांडीय विकिरण से अंतरिक्ष यान और उपग्रहों को आंशिक रूप से बचाने के लिए भी किया जा सकता है।

कणों की संख्या से, कॉस्मिक किरणों को प्रोटॉन से 92%, हीलियम नाभिक से 6%, भारी तत्वों से लगभग 1%, और इलेक्ट्रॉनों से लगभग 1% का निर्माण होता है। कॉस्मिक किरणों के ऊर्जा स्पेक्ट्रम में प्रोटॉन की 43% ऊर्जा, हीलियम (अल्फा कणों) की ऊर्जा का 23% और अन्य कणों द्वारा स्थानांतरित ऊर्जा का 34% शामिल है। 10 से अधिक मेव की अत्यधिक उच्च ऊर्जा के कारण, ये कण अंतरिक्ष यान के अस्तर से गुजरते हैं और मस्तिष्क के माध्यम से अंतरिक्ष यात्रियों के नरम ऊतकों के माध्यम से गुजरते हैं। मानव शरीर में, आयनीकृत विकिरण आणविक स्तर पर विभिन्न प्रकार की क्षति का कारण बनता है, जिसमें कोशिका की मरम्मत की प्रक्रिया को बाधित करना और क्षतिग्रस्त ऊतकों के उपचार को धीमा करना शामिल है। जीसीआर तंत्रिका तंत्र में गड़बड़ी का कारण बनता है, जिसमें डेंड्रिटिक संरचना के सरलीकरण के कारण मानसिक क्षमता का लंबे समय तक बिगड़ना , synapses में प्रोटीन के स्तर में परिवर्तन और तंत्रिका ऊतक की सूजन ( प्रयोगों चूहों पर किए गए थे ) शामिल हैं।

नासा और दुनिया भर की शोध टीमें अब अंतरिक्ष विकिरण के खिलाफ सबसे प्रभावी सुरक्षा बनाने के लिए रास्ता तलाश रही हैं। ऐसी सुरक्षा के लिए सबसे प्रत्यक्ष दृष्टिकोण कुछ सामग्री की एक मोटी परत है जो ब्रह्मांडीय किरणों को अवशोषित करती है। ऑस्ट्रेलियाई वैज्ञानिकों का एक समूह एक अलग तरह से प्रस्ताव देता है: उनकी सामग्री अवशोषित नहीं होती है, लेकिन विकिरण को कम कर देती है। वे इसे अपने वैज्ञानिक लेख "ऑल-डाइलेक्ट्रिक मेटासर्फ्स के प्रतिवर्ती थर्मल ट्यूनिंग" में अधिक विस्तार से वर्णित करते हैं।

एक मेटासुरफेस तरंग दैर्ध्य की तुलना में कम दूरी पर एक निश्चित कानून के अनुसार अंतरिक्ष में स्थित नैनोकणों या माइक्रोपार्टिकल्स की एक दो-आयामी संरचना है । एक दिए गए कानून के अनुसार घटना विद्युत चुम्बकीय विकिरण के सामने और चरण को बदलने के लिए फोटोनिक्स में मेटासर्फ्स का उपयोग किया जाता है। विशेष रुचि के मेटासर्फ्स होते हैं जिनमें कण बाहरी प्रभाव के आधार पर अपवर्तक सूचकांक को बदलते हैं - प्रकाश, चुंबकीय क्षेत्र या तापमान।

इस मामले में, ढांकता हुआ मेटासुरफेस सिलिकॉन के अपवर्तक सूचकांक के आधार पर प्रकाश को प्रतिबिंबित या प्रसारित करता है, जो तापमान पर निर्भर करता है। यही है, सतह को गर्म या ठंडा करके इसके गुणों को नियंत्रित किया जा सकता है। वैज्ञानिकों ने दिखाया है कि नैनोकणों के विशेष रूप से निर्मित 2 डी जाली में चुंबकीय द्विध्रुवीय और विद्युत चौगुनी मोड के बीच हस्तक्षेप के कारण एक स्पष्ट प्रतिध्वनि कैसे प्राप्त की जाती है।



तापमान को नियंत्रित करके, इस प्रतिध्वनि को नियंत्रित किया जा सकता है और दिशात्मक बिखरना (यानी संकीर्ण कोण में बिखरना) 75 एनएम के वर्णक्रमीय विंडो में मेटासुरफेस से प्रेरित किया जा सकता है। इससे विकिरण अनिसोट्रॉपी (विकिरण दिशात्मकता) में 50 गुना वृद्धि हो सकती है। लेखकों का मानना ​​है कि सामग्री के गुणों में इस तरह के प्रतिवर्ती परिवर्तन विभिन्न क्षेत्रों में उपयोगी हो सकते हैं, जिनमें मेटा-लेंस और मेटा-होलोग्राम शामिल हैं । फिल्म रिफ्रेक्टिव इंडेक्स (पारदर्शी या अपारदर्शी) को बदलती है, जिसमें प्रकाश की दृश्यमान सीमा भी शामिल है, इसलिए इसका उपयोग इंटीरियर डिजाइन में किया जा सकता है - खिड़कियों (पर्दे या अंधा के बजाय) को कवर करने के लिए, कारों आदि में। साथ ही, इन मेटासर्फ्स का इस्तेमाल कम से कम ब्रह्मांडीय किरणों के बिखरने के लिए किया जा सकता है।


एसोसिएट प्रोफेसर आंद्रेई मिरोशनिचेंको (बाएं) और वैज्ञानिक कार्य के प्रमुख लेखक डॉ। मोहसेन रहमानी, नई नैनोमीटर का प्रदर्शन करते हैं। फोटो: स्टुअर्ट हे, ऑस्ट्रेलियाई राष्ट्रीय विश्वविद्यालय

इस मेटामेट्री की एक पतली फिल्म किसी भी सतह पर लागू होती है, जिसमें स्पेससूट भी शामिल है। डॉ। रहमानी कहते हैं , "हमारे आविष्कार के कई संभावित उपयोग हैं, जैसे कि एक अति पतली फिल्म के साथ अंतरिक्ष यात्रियों या उपग्रहों को परिरक्षण करना, जिसे खतरनाक पराबैंगनी या अवरक्त विकिरण को प्रतिबिंबित करने के लिए ट्यून किया जा सकता है," डॉ। रहमानी कहते हैं । "यह तकनीक आधुनिक तकनीकों की तुलना में हानिकारक विकिरण के खिलाफ प्रतिरोध की सीमा को काफी बढ़ा देती है जो [पदार्थ] की एक मोटी परत में विकिरण के अवशोषण पर निर्भर करती है।"

यह कल्पना करना मुश्किल है कि 10 एमवी की ऊर्जा के साथ व्यावहारिक रूप से दो आयामी फिल्म उच्च ऊर्जा गामा कणों से कैसे बचाती है। यह संभव नहीं है। हो सकता है कि फिल्म कम ऊर्जा वाले कणों / तरंगों को प्रतिबिंबित / बिखेरने में सक्षम हो। किसी भी मामले में, सामग्री उपयोगी है अगर यह वास्तव में सीसा या पानी की मोटी परत की तुलना में अधिक प्रभावी है, जैसा कि वैज्ञानिकों का कहना है।

वैज्ञानिक कार्य 3 जुलाई, 2017 को जर्नल एडवांस्ड फंक्शनल मटीरियल (doi: 10.1002 / adfm.201700480) में प्रकाशित हुआ था।