Effects of 3D printed capsule material on activation thin foil irradiation and counting for fusion neutron yield measurements
यह अध्ययन फ्यूजन न्यूट्रॉन यील्ड मापन के लिए एक्टिवेशन फॉइल्स और कैप्सूल सामग्रियों का मूल्यांकन करता है, जो यह प्रदर्शित करता है कि एल्युमीनियम और कॉपर फॉइल्स मल्टी-फॉइल कॉन्फ़िगरेशन के लिए उपयुक्त हैं, 3D-प्रिंटेड थर्मोप्लास्टिक कैप्सूल मामूली गणना (काउंट) कमी के बावजूद नगण्य मापन पूर्वाग्रह पेश करते हैं, और लैंथेनम-आधारित डिटेक्टर हाई-प्योरिटी जर्मेनियम स्पेक्ट्रोमीटर के एक व्यवहार्य विकल्प के रूप में कार्य करते हैं।
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कल्पना कीजिए कि आप एक भीषण तूफान के दौरान एक विशिष्ट स्थान पर गिरने वाली बारिश की बूंदों की गिनती करने की कोशिश कर रहे हैं। फ्यूजन ऊर्जा (वही प्रक्रिया जो सूर्य को शक्ति देती है) की दुनिया में, वैज्ञानिकों को यह जानने के लिए "न्यूट्रॉन बूंदों" को गिनना पड़ता है कि उनके रिएक्टर कितनी ऊर्जा का उत्पादन कर रहे हैं।
यह शोध पत्र उन "बूंदों" को पकड़ने के लिए एक बेहतर बाल्टी और उन्हें गिनने के लिए एक बेहतर छलनी बनाने के बारे में है, विशेष रूप से एक भविष्य के अत्यंत शक्तिशाली रिएक्टर SPARC के लिए।
यहाँ उनके प्रयोग की कहानी दी गई है, जिसे सरल अवधारणाओं में विभाजित किया गया है:
1. समस्या: अदृश्य बूंदों को पकड़ना
न्यूट्रॉन सूक्ष्म, अदृश्य कण हैं। आप उन्हें देख नहीं सकते, और वे कोई गीला निशान भी नहीं छोड़ते। उन्हें गिनने के लिए, वैज्ञानिक "एक्टिवेशन फॉइल्स" (activation foils) का उपयोग करते हैं। इन फॉइल्स को विशेष स्पंज के रूप में समझें।
- जब एक न्यूट्रॉन स्पंज से टकराता है, तो स्पंज "चार्ज" (एक्टिवेटेड) हो जाता है।
- तूफान (न्यूट्रॉन विस्फोट) समाप्त होने के बाद, स्पंज एक हल्की रोशनी (गामा किरणें) के साथ चमकना शुरू कर देता है क्योंकि वह "रिलैक्स" हो रहा होता है।
- यह मापने से कि स्पंज कितनी रोशनी छोड़ रहा है, वैज्ञानिक सटीक रूप से गणना कर सकते हैं कि कितने न्यूट्रॉन उससे टकराए।
2. चुनौती: डिलीवरी बॉक्स
आप इन चमकते हुए स्पंजों को खुले में नहीं छोड़ सकते। उन्हें खतरनाक, रेडियोधर्मी रिएक्टर कोर से एक सुरक्षित काउंटिंग रूम में ले जाने की आवश्यकता है। उन्हें एक सुरक्षात्मक कैप्सूल (एक लंचबॉक्स की तरह) के अंदर यात्रा करनी होगी।
वैज्ञानिकों को इस "लंचबॉक्स" के बारे में दो बड़ी चिंताएं थीं:
- शील्ड (Shield): क्या बॉक्स बहुत अधिक न्यूट्रॉन्स को स्पंज से टकराने से रोक देता है? (जैसे रेन गेज के ऊपर एक मोटा कंबल रख देना)।
- फ़िल्टर (Filter): क्या बॉक्स स्पंज से निकलने वाली रोशनी (गामा किरणें) को रोकता है जब हम उसे गिनने की कोशिश करते हैं? (जैसे एक गंदी खिड़की के माध्यम से चमकते हुए साइन बोर्ड को पढ़ने की कोशिश करना)।
वे जानना चाहते थे: क्या हम इस काम के लिए 3D-प्रिंटेड प्लास्टिक बॉक्स का उपयोग कर सकते हैं? 3D प्रिंटिंग सस्ती और आसान है, लेकिन क्या प्लास्टिक हमारे माप में गड़बड़ी करेगा?
3. प्रयोग: "प्लास्टिक बॉक्स" परीक्षण
MIT और कमनवेल्थ फ्यूजन सिस्टम्स की टीम ने लैब में एक छोटे न्यूट्रॉन जनरेटर (एक मिनी-तूफान) का उपयोग करके इसका परीक्षण करने का निर्णय लिया।
- स्पंज (फॉइल सामग्रियां): उन्होंने दो प्रकार के धातु स्पंजों का परीक्षण किया: एल्युमीनियम और कॉपर।
- उपमा: कल्पना करें कि एल्युमीनियम एक ऐसा स्पंज है जो थोड़े समय के लिए चमकता है, और कॉपर एक ऐसा स्पंज है जो लंबे समय तक चमकता है। उन्होंने पाया कि दोनों ने अच्छा काम किया, लेकिन कॉपर बहुत अधिक "ज़ोरदार" था (अधिक चमकता था), जिससे इसे गिनना आसान हो गया, हालांकि इसका विश्लेषण करना थोड़ा कठिन था।
- बॉक्स (कैप्सूल सामग्रियां): टीम ने तीन अलग-अलग प्लास्टिक से 3D-प्रिंटेड बॉक्स बनाए: PLA (जैसे एक बायोडिग्रेडेबल कॉफी कप), PETG (जैसे पानी की बोतल), और पॉलीकार्बोनेट (जैसे बुलेटप्रूफ खिड़की)।
- काउंटर्स (डिटेक्टर्स): आमतौर पर, वैज्ञानिक एक सुपर-महंगे, सुपर-संवेदनशील कैमरे (जर्मेनियम डिटेक्टर) का उपयोग करते हैं। लेकिन ये महंगे होते हैं और इन्हें बहुत ठंडा रखने की आवश्यकता होती है। टीम ने लैंथेनम (LaBr3 और LaCl3) से बने सस्ते, कमरे के तापमान वाले कैमरों का परीक्षण किया।
- उपमा: जर्मेनियम कैमरा एक हाई-एंड DSLR की तरह है जो हर बारीक विवरण को देखता है। लैंथेनम कैमरा एक स्मार्टफोन कैमरे की तरह है—यह सस्ता और उपयोग में आसान है, लेकिन इसकी तस्वीरें थोड़ी धुंधली हो सकती हैं।
4. परिणाम: उन्हें क्या पता चला?
प्लास्टिक के बॉक्स ठीक हैं!
यह सबसे बड़ी खबर थी। उन्होंने पाया कि 3D-प्रिंटेड प्लास्टिक के बॉक्स लगभग कुछ भी नहीं रोकते हैं।
- न्यूट्रॉन्स: प्लास्टिक इतना पतला और हल्का था कि न्यूट्रॉन्स भूतों की तरह इसके पार निकल गए।
- रोशनी: इसने आने वाली रोशनी को 2% से भी कम रोका।
- निर्णय: यह एक पतली प्लास्टिक रैप के माध्यम से बारिश को मापने जैसा है। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता। इसका मतलब है कि वे SPARC रिएक्टर के लिए सस्ते, 3D-प्रिंटेड कैप्सूल का उपयोग कर सकते हैं, जो पैसा और समय बचाने के लिए बहुत बड़ी बात है।
"धुंधले" कैमरे भी काम करते हैं!
सस्ते लैंथेनम कैमरों ने आश्चर्यजनक रूप से अच्छा काम किया।
- वे जर्मेनियम कैमरे की तरह सूक्ष्म विवरण तो स्पष्ट रूप से नहीं देख सके (तस्वीरें थोड़ी धुंधली थीं), लेकिन वे काम पूरा करने के लिए पर्याप्त चमकदार थे।
- निर्णय: SPARC रिएक्टर के लिए, ये सस्ते कैमरे एक व्यवहार्य विकल्प हैं। यह एक चमकते हुए पटाखे की फोटो लेने के लिए स्मार्टफोन का उपयोग करने जैसा है; आपको विस्फोट देखने के लिए $10,000 के कैमरे की आवश्यकता नहीं है।
स्पंज को स्टैक करना (एक के ऊपर एक रखना) काम करता है
उन्होंने एक ही बॉक्स में अलग-अलग स्पंज (एल्युमीनियम और कॉपर) को एक के ऊपर एक रखकर परीक्षण किया। यह पूरी तरह से काम कर गया! यह महत्वपूर्ण है क्योंकि यह उन्हें केवल कुल बूंदों को गिनने के बजाय तूफान (न्यूट्रॉन ऊर्जा) के बारे में अधिक जानकारी प्राप्त करने में मदद करता है।
5. यह क्यों मायने रखता है?
SPARC रिएक्टर को यह साबित करने के लिए बनाया जा रहा है कि हम स्वच्छ, असीमित ऊर्जा बना सकते हैं। ऐसा करने के लिए, उन्हें यह जानना आवश्यक है कि कितनी ऊर्जा बनाई जा रही है।
यह शोध पत्र कहता है: "डिलीवरी बॉक्स या कैमरे की लागत की चिंता न करें।"
- हम सेंसर को ले जाने के लिए सस्ते 3D-प्रिंटेड प्लास्टिक बॉक्स का उपयोग कर सकते हैं।
- हम परिणामों को गिनने के लिए सस्ते, कमरे के तापमान वाले कैमरों का उपयोग कर सकते हैं।
यह दो प्रमुख बाधाओं को दूर करता है, जिससे SPARC रिएक्टर का डिज़ाइन सरल, सस्ता और अधिक विश्वसनीय बनता है। यह लैब में किया गया एक छोटा सा कदम है जो फ्यूजन ऊर्जा के लिए एक बड़ी छलांग लगाने में मदद करता है।
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