Significant effect of neodymium oxide (Nd2O3) into mechanical and structural characteristics of lithium borate glass systems for superior radiation-shielding performance
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि लिथियम बोरेट ग्लास प्रणालियों में Na₂O को Nd₂O₃ से प्रतिस्थापित करने से घनत्व बढ़ाने, BO₃ को BO₄ इकाइयों में परिवर्तित करने और आयनिक अंतःक्रियाओं को मजबूत करने के माध्यम से संरचनात्मक अखंडता, यांत्रिक गुणों और गामा-किरण परिरक्षण प्रदर्शन में वृद्धि होती है, जिसमें 4 मोल% Nd₂O₃ संरचना इष्टतम विकिरण सुरक्षा क्षमता प्रदर्शित करती है।
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पदार्थ विज्ञान की दुनिया में, कांच केवल एक खिड़की के पन्ने या पीने के पात्र से कहीं अधिक है। यह एक बहुमुखी, अमोर्फस (अक्रिस्टलीय) ठोस है जिसे अत्यधिक स्थायित्व से लेकर अदृश्य विकिरण को रोकने की क्षमता तक, विशिष्ट भौतिक गुणों से सुसज्जित करने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है। कांच के कई प्रकारों में, बोरेट ग्लास अपने लचीलेपन के लिए विशिष्ट स्थान रखता है; विभिन्न रासायनिक सामग्रियों को जोड़कर इसकी आंतरिक संरचना को पुनर्गठित किया जा सकता है, जिससे वैज्ञानिकों को विशिष्ट कार्यों के लिए इसके गुणों को ट्यून करने की अनुमति मिलती है। इन उन्नत सामग्रियों के सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक विकिरण सुरक्षा (रेडिएशन शील्डिंग) है। अस्पतालों, परमाणु सुविधाओं और औद्योगिक सेटिंग्स में, लोगों और उपकरणों को हानिकारक गामा किरणों से बचाना एक निरंतर चुनौती है। पारंपरिक रूप रूप से, इस कार्य के लिए लेड (सीसा) मुख्य सामग्री रहा है, लेकिन शोधकर्ता तेजी से हल्के, अधिक पर्यावरण के अनुकूल विकल्पों की तलाश कर रहे हैं जो सुरक्षा से समझौता न करें। एक बेहतर ढाल बनाने की कुंजी यह समझने में निहित है कि कांच के भीतर सूक्ष्म परमाणु एक-दूसरे के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं और कैसे रेसिपी (नुस्खा) बदलने से सामग्री को अधिक सघन और विकिरण को रोकने में अधिक प्रभावी बनाया जा सकता है।
सऊदी अरब और मिस्र के विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं के एक दल ने लिथियम बोरेट ग्लास को सुधारने के एक विशिष्ट तरीके का पता लगाने के लिए काम शुरू किया। उन्होंने कांच के नमूनों के एक परिवार पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ उन्होंने धीरे-धीरे एक सामान्य घटक, सोडियम ऑक्साइड को, नियोडिमियम ऑक्साइड नामक एक दुर्लभ-पृथ्वी तत्व से बदल दिया। लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह प्रतिस्थापन कांच को मजबूत करेगा और विकिरण को रोकने की इसकी क्षमता में सुधार करेगा। टीम ने कांच के पांच अलग-अलग बैच बनाए, जिसमें एक ऐसा बैच था जिसमें कोई नियोडिमियम नहीं था और एक ऐसा जिसमें नियोडिमियम मिश्रण का चार प्रतिशत था। कच्चे पाउडर को आपस में सावधानीपूर्वक पिघलाकर और उन्हें तेजी से ठंडा करके, उन्होंने ठोस कांच के नमूने तैयार किए जिन्होंने अपनी स्पष्ट, गैर-क्रिस्टलीय संरचना को बनाए रखा। फिर उन्होंने इन नमूनों को परीक्षणों की एक श्रृंखला के अधीन किया, जिसमें उनके वजन, आयतन और आंतरिक संरचना को मापा गया, जबकि कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए भी किया गया कि वे गामा किरणों के साथ कैसे परस्पर क्रिया करेंगे।
उनके जांच के परिणामों ने एक स्पष्ट और सकारात्मक प्रवृत्ति का खुलासा किया। जैसे-जैसे शोधकर्ताओं ने अधिक नियोडिमियम ऑक्साइड जोड़ा, कांच स्पष्ट रूप से भारी और सघन होता गया। नमूनों का घनत्व शुरुआती सामग्री के लगभग 3.59 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर से बढ़कर उच्चतम नियोडिमियम सामग्री वाले नमूने में लगभग 3.88 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर हो गया। वजन में यह वृद्धि केवल एक भारी तत्व जोड़ने की बात नहीं थी; यह इस बात का संकेत था कि कांच को कैसे पैक किया गया है इसमें एक मौलिक परिवर्तन आया है। आंतरिक संरचना खुद को पुनर्गठित करती है, जिसमें परमाणु एक-दूसरे के करीब आ गए और उनके बीच के स्थान सिकुड़ गए। इस प्रक्रिया ने कांच को अधिक सघन और मजबूत बना दिया। शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि नियोडिमियम जोड़ने से परमाणुओं की कुछ सपाट, त्रिकोणीय व्यवस्थाओं को अधिक स्थिर, त्रि-आयामी पिरामिड जैसी आकृतियों में बदलने में मदद मिली। इस संरचनात्मक बदलाव ने कांच को थामे रखने वाले बंधों को मजबूत किया, जिससे सामग्री कम लचीली और भौतिक तनाव के प्रति अधिक प्रतिरोधी हो गई।
इन संरचनात्मक सुधारों का सीधा प्रभाव विकिरण को रोकने के मामले में बेहतर प्रदर्शन के रूप में सामने आया। टीम ने पाया कि उच्चतम सांद्रता वाला नियोडिमियम वाला कांच सबसे प्रभावी ढाल था। यह कम नियोडिमियम वाले नमूनों की तुलना में गामा किरणों को अवशोषित करने और बिखेरने में बेहतर था। व्यावहारिक रूप से, इसका अर्थ यह है कि इस उन्नत कांच का एक पतला टुकड़ा पुराने, कम संशोधित कांच के एक मोटे टुकड़े के समान सुरक्षा स्तर प्रदान कर सकता है। शोधकर्ताओं ने गणना की कि उच्चतम नियोडिमियम वाले नमूने में ऊर्जा के एक विस्तृत स्तर पर विकिरण को रोकने की उच्चतम क्षमता थी। उन्होंने यह भी पुष्टि की कि कांच स्थिर बना रहा और क्रिस्टलीय ठोस में नहीं बदला, जो इसके सुरक्षा गुणों को खराब कर देता। अध्ययन सुझाव देता है कि केवल अधिक नियोडिमियम शामिल करने के लिए रेसिपी को समायोजित करके, वैज्ञानिक एक ऐसा कांच बना सकते हैं जो न केवल यांत्रिक रूप से मजबूत है, बल्कि विकिरण के विरुद्ध एक बेहतर अवरोध भी है, जो चिकित्सा और औद्योगिक सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए उपयोग के लिए एक आशाजनक विकल्प प्रदान करता है।
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