A radon emanation measurement system at the Carleton Noble Liquid Detector Laboratory
कार्लटन नोबल लिक्विड डिटेक्टर लेबोरेटरी (COLD Lab) ने DEAP-3600 जैसे दुर्लभ घटना खोज प्रयोगों में बैकग्राउंड को कम करने के लिए सामग्रियों और गैसों से होने वाले रेडॉन संदूषण को लक्षणबद्ध करने हेतु एक स्टेनलेस स्टील चैंबर, ZnS(Ag) सेल और चारकोल ट्रैप से युक्त एक व्यापक रेडॉन उत्सर्जन मापन प्रणाली विकसित और अंशांकित की है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
समस्या: मशीन के अंदर का अदृश्य "भूत"
कल्पना कीजिए कि आप एक बहुत ही शांत कमरे में एक बहुत ही धीमी, नन्ही सी फुसफुसाहट सुनने की कोशिश कर रहे हैं। अब, कल्पना कीजिए कि कोई पास में ही फर्श पर लगातार कंचे (marbles) गिरा रहा है। कंचों की आवाज़ (शोर) उस फुसफुसाहट (वह संकेत जिसे आप ढूंढ रहे हैं) को दबा देती है।
भौतिक विज्ञान की दुनिया में, वैज्ञानिक ब्रह्मांड से आने वाली "फुसफुसाहटों" की तलाश कर रहे हैं, जैसे कि डार्क मैटर (Dark Matter) या दुर्लभ न्यूट्रिनो (neutrinos)। ये घटनाएँ अविश्वसनीय रूप से दुर्लभ होती हैं—कभी-कभी साल में केवल एक बार होती हैं। सबसे बड़ी समस्या जो उनके सामने आती है, वह है रेडॉन (Radon)।
रेडॉन एक रेडियोधर्मी गैस है जो प्राकृतिक रूप से उन सूक्ष्म यूरेनियम अंशों से पैदा होती है जो लगभग हर चीज़ में पाए जाते हैं: चट्टानों, कंक्रीट और यहाँ तक कि डिटेक्टरों के प्लास्टिक और धातु के हिस्सों में भी। क्योंकि रेडॉन एक गैस है, इसलिए यह सामग्रियों से बाहर निकल सकती है, हवा में तैर सकती है और संवेदनशील उपकरणों से चिपक सकती है। जब यह क्षय (decay) होती है, तो यह एक "खड़खड़ाहट" (बैकग्राउंड शोर) पैदा करती है जो बिल्कुल उसी "फुसफुसाहट" जैसी दिखती है जिसे वैज्ञानिक खोजने की कोशिश कर रहे हैं।
समाधान: एक "रेडॉन स्निफर" बनाना
इसे ठीक करने के लिए, कार्लटन यूनिवर्सिटी की टीम ने एक विशेष मशीन बनाई जिसे रेडॉन एमेनेशन सिस्टम (Radon Emanation System) कहा जाता है। इस सिस्टम को एक हाई-टेक "स्निफर डॉग" (सूंघने वाला कुत्ता) या एक विशेष वैक्यूम क्लीनर समझें, जिसे विशेष रूप से सामग्रियों से निकलने वाली अदृश्य रेडियोधर्मी गैस को खींचने और गिनने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
यहाँ बताया गया है कि उनकी मशीन कैसे काम करती है, चरण-दर-चरण:
1. वैक्यूम चैंबर (द "सेंट ट्रैप" - गंध का जाल)
सबसे पहले, वे एक सामग्री (जैसे कि रबर का गास्केट या धातु का हिस्सा) को एक चमकदार, स्टेनलेस स्टील के बॉक्स के अंदर रखते हैं। वे बॉक्स से सारी हवा निकाल देते हैं ताकि एक वैक्यूम बन सके।
- उपमा: कल्पना कीजिए कि आप एक सीलबंद, खाली कमरे में एक बदबूदार मोज़ा रख देते हैं। यदि मोज़ा बदबूदार है, तो वह गंध अंततः कमरे में भर जाएगी। यहाँ, "गंध" वह रेडॉन गैस है जो सामग्री से बाहर निकल रही है।
2. कोल्ड ट्रैप (द "आइस क्यूब फिल्टर" - बर्फ का फिल्टर)
एक बार जब बॉक्स के अंदर रेडॉन जमा हो जाता है, तो उन्हें इसे पकड़ने की आवश्यकता होती है। वे एक्टिवेटेड चारकोल (activated charcoal) (वही चीज़ जिसका उपयोग वाटर फिल्टर में किया जाता है, लेकिन यह बहुत अधिक शक्तिशाली है) से बने एक विशेष फिल्टर का उपयोग करते हैं, जिसे लिक्विड नाइट्रोजन और इथेनॉल के मिश्रण का उपयोग करके लगभग -122°C के तापमान पर जमा दिया जाता है।
- उपमा: कल्पना कीजिए कि रेडॉन गैस एक कमरे में उड़ते हुए पतंगे (moth) की तरह है। जमा हुआ चारकोल ट्रैप एक विशाल, चिपचिपे बर्फ के टुकड़े की तरह है। जब हवा इसके ऊपर से गुजरती है, तो पतंगा (रेडॉन) जम जाता है और बर्फ से चिपक जाता है, जबकि साफ हवा (नाइट्रोजन गैस) सीधे बगल से निकल जाती है।
3. लुकास सेल (द "लाइट बल्ब काउंटर")
एक बार जब रेडॉन बर्फ पर पकड़ा जाता है, तो वे इसे गर्म करते हैं ताकि यह वापस गैस में बदल जाए और फिर इसे लुकास सेल (Lucas cell) नामक एक विशेष कांच के कटोरे में ले जाते हैं। इस कटोरे के अंदर जिंक सल्फाइड (Zinc Sulfide) नामक एक चमकने वाला पाउडर लगा होता है।
- उपमा: जब रेडॉन क्षय होता है, तो यह छोटे कण (अल्फा कण) बाहर निकालता है। जब ये कण कटोरे की दीवार पर लगे चमकने वाले पाउडर से टकराते हैं, तो वे रोशनी की छोटी चमक पैदा करते हैं, जैसे जुगनू टिमटिमा रहे हों। एक संवेदनशील कैमरा (फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब) इन चमकों को गिनता है। इन चमकों को गिनकर, वैज्ञानिक सटीक रूप से जानते हैं कि सामग्री में कितना रेडॉन था।
उन्होंने क्या पाया
टीम ने इस मशीन का उपयोग उन सामग्रियों का परीक्षण करने के लिए किया जिन्हें वे DEAP-3600 (डार्क मैटर की तलाश के लिए लिक्विड आर्गन का एक विशाल टैंक) नामक एक बड़े प्रयोग में उपयोग करने वाले थे।
- परिणाम: उन्होंने रबर सील्स, दस्ताने और ओ-रिंग्स (O-rings) जैसी चीजों का परीक्षण किया।
- कुछ सामग्रियां, जैसे कि बुना-एन (Buna-N) नामक एक विशिष्ट प्रकार का रबर, "तेज आवाज" वाले (बहुत अधिक रेडॉन उत्सर्जित करने वाले) थे।
- अन्य सामग्रियां, जैसे कि ब्यूटिल ग्लव्स (Butyl gloves), "शांत" (बहुत कम रेडॉन उत्सर्जित करने वाले) थे।
- ग्लव बॉक्स: उन्होंने उस क्लीन रूम (ग्लव बॉक्स) के अंदर तैरते रेडॉन की मात्रा की भी गणना की जहाँ उन्होंने डिटेक्टर के पुर्जे बनाए थे। उन्होंने पाया कि बॉक्स को शुद्ध करने के लिए इस्तेमाल की गई हवा और श्रमिकों द्वारा पहने गए दस्ताने भी रेडॉन के स्तर में योगदान दे रहे थे।
यह क्यों मायने रखता है
यह मशीन अब उनकी लैब के लिए एक मानक उपकरण है। एक नया, अत्यंत संवेदनशील डिटेक्टर बनाने से पहले, वे हर एक पेंच, गास्केट और प्लास्टिक के टुकड़े का परीक्षण कर सकते हैं ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि वह "शोर मचाने वाला" (noise maker) नहीं है।
"तेज आवाज" वाली सामग्रियों को "शांत" सामग्रियों से बदलकर, वे बैकग्राउंड शोर को शांत कर सकते हैं। इससे डिटेक्टर बहुत अधिक संवेदनशील हो जाता है, जिससे ब्रह्मांड के बाकी हिस्सों से आने वाली डार्क मैटर की हल्की "फुसफुसाहट" को सुनने की उनकी संभावना बेहतर हो जाती है।
संक्षेप में: उन्होंने निर्माण सामग्री से लीक होने वाली अदृश्य रेडियोधर्मी गैस को खोजने और मापने के लिए एक सुपर-सेंसिटिव काउंटर बनाया है, ताकि उनके भविष्य के प्रयोग गलत अलार्म से धोखा न खा जाएं।
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