Multielement absorption-edge complementarity in liquid metal amalgams enables Pb-free, lightweight, and flexible X-ray shielding
यह अध्ययन एक लचीले, लेड-मुक्त तरल धातु अमलगम को प्रस्तुत करता है जो एक Ga-In-Sn मैट्रिक्स और 27 तक बिखरे हुए धात्विक तत्वों से बना है, जो 1–100 keV की सीमा में कमजोर अवशोषण खिड़कियों को समाप्त करता है, और अत्यधिक विरूपण के तहत प्रदर्शन बनाए रखते हुए लेड की तुलना में 39% अधिक शील्डिंग दक्षता प्राप्त करता है।
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एक्स-रे एक शक्तिशाली उपकरण है जो डॉक्टरों को मानव शरीर के अंदर देखने और इंजीनियरों को पुलों और विमानों की अखंडता का निरीक्षण करने की अनुमति देता है। हालाँकि, यह अदृश्य ऊर्जा खतरनाक भी है, जो जीवित ऊतकों और डीएनए को नुकसान पहुँचाने में सक्षम है। दशकों से, इस विकिरण को रोकने का मानक तरीका लेड (सीसा) रहा है, जो एक भारी, कठोर धातु है जिसने अस्पतालों और औद्योगिक सेटिंग्स में स्वर्ण ढाल के रूप में सेवा की है। प्रभावी होने के बावजूद, लेड के महत्वपूर्ण नुकसान हैं: यह विषाक्त है, सुरक्षात्मक गियर पहनने वाले चिकित्सा कर्मियों के लिए शारीरिक तनाव का कारण बनने हेतु पर्याप्त भारी है, और तनाव पड़ने पर टूटने के लिए पर्याप्त कठोर है। इसके अलावा, लेड की एक विशिष्ट कमजोरी है; यह एक निश्चित ऊर्जा सीमा के भीतर एक्स-रे को अवशोषित करने में बहुत अच्छा नहीं है, जो चिकित्सा इमेजिंग में आमतौर पर उपयोग की जाने वाली ऊर्जा रेंज है, जिससे सुरक्षा में एक अंतराल रह जाता है जहाँ विकिरण अभी भी गुजर सकता है। वैज्ञानिक लंबे समय से एक ऐसे पदार्थ की तलाश कर रहे थे जो हल्का, लचीला, गैर-विषाक्त हो और बिना किसी अंतराल के सभी ऊर्जा स्तरों पर विकिरण को रोकने में सक्षम हो।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया पदार्थ विकसित किया है जो एक ठोस ढाल की अवधारणा को तरल ढाल में बदलकर इन चुनौतियों का समाधान करता है। एक एकल तत्व जैसे कि लेड पर निर्भर रहने के बजाय, उन्होंने एक गाढ़ा, पेस्ट जैसा पदार्थ बनाया है जिसे एक तरल धातु मिश्र धातु में चौबीस विभिन्न ठोस धातुओं को मिलाकर बनाया गया है। यह मिश्रण, जिसे वे 'लिक्विड मेटल अमलगम' कहते हैं, एक लचीला मैट्रिक्स के रूप में कार्य करता है जिसे दस्ताने या एप्रन पर फैलाया जा सकता है। इस डिज़ाइन के पीछे का मुख्य विचार कई अलग-अलग धातुओं के अनूठे गुणों को एक साथ उपयोग करना है। प्रत्येक धातु के पास विशिष्ट ऊर्जा स्तर होते हैं जहाँ वह एक्स-रे को अवशोषित करने में असाधारण रूप से अच्छी होती है, जिसे 'एब्जॉर्प्शन एज' (अवशोषण किनारा) कहा जाता है। जबकि एक एकल धातु केवल कुछ विशिष्ट ऊर्जाओं पर ही प्रभावी हो सकती है, बीसों अलग-अलग धातुओं को मिलाने से एक्स-रे ऊर्जाओं के पूरे स्पेक्ट्रम में सैकड़ों ऐसे अवशोषण बिंदु उत्पन्न होते हैं। यह सुनिश्चित करता है कि एक्स-रे की ऊर्जा चाहे जो भी हो, मिश्रण में एक धातु उसे रोकने के लिए तैयार है, जिससे पारंपरिक लेड शील्ड में पाए जाने वाले कमजोर स्थानों को प्रभावी ढंग से समाप्त किया जा सके।
इस सामग्री को बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने गैलियम, इंडियम और टिन से बनी एक तरल धातु मिश्र धातु से शुरुआत की, जो कमरे के तापमान पर तरल रहती है। इस तरल में, उन्होंने सोने, प्लैटिनम, टंगस्टन और बिस्मथ जैसी तत्वों सहित चौबीस ठोस धातु पाउडर को सावधानीपूर्वक बिखेरा। उन्होंने सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए विषाक्त या रेडियोधर्मी तत्वों को बाहर रखा, और इसके बजाय उन धातुओं पर ध्यान केंद्रित किया जो संभालने में सुरक्षित और विकिरण को रोकने में प्रभावी हैं। परिणाम एक ऐसा पदार्थ है जो दिखने और महसूस करने में एक भारी पेस्ट जैसा है लेकिन एक गाढ़े तरल की तरह बहता और खिंचता है। क्योंकि ठोस धातु के कण तरल के भीतर निलंबित (सस्पेंडेड) हैं, इसलिए इस सामग्री को घुटने के घुमावदार हिस्से से लेकर एक सपाट दीवार तक किसी भी आकार में ढाला जा सकता है, बिना टूटे। शोधकर्ताओं ने पाया कि इस मिश्रण में 208 विशिष्ट बिंदु हैं जहाँ यह एक्स-रे ऊर्जा के साथ प्रतिध्वनित होता है, जो लेड में पाए जाने वाले नौ बिंदुओं की संख्या से कहीं अधिक है। अवशोषण बिंदुओं की यह विशाल संख्या इस सामग्री को समान वजन के लेड की तुलना में विकिरण को बहुत अधिक कुशलता से रोकने की अनुमति देती है।
जब टीम ने इस सामग्री का परीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि यह उल्लेखनीय रूप से प्रभावी थी। सिमुलेशन और मेडिकल एक्स-रे मशीनों का उपयोग करके किए गए वास्तविक दुनिया के परीक्षणों में, इस नए अमलगम ने लेड की समान मोटाई की तुलना में काफी अधिक विकिरण को रोका। विशेष रूप से, इसने लेड के समान द्रव्यमान की तुलना में विकिरण को गुजरने से रोकने में 39 प्रतिशत सुधार दिखाया। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इस सामग्री ने अपनी सुरक्षात्मक शक्ति बनाए रखी, भले ही इसे इसकी मूल लंबाई के दस गुना तक खींचा गया हो या बार-बार मोड़ा गया हो। पारंपरिक लचीली ढालों के विपरीत, जो अक्सर एक प्लास्टिक आधार का उपयोग करती हैं जो समग्र सुरक्षा को कमजोर कर देता है, यह तरल धातु मिश्रण विकृत होने के बाद भी मजबूत और प्रभावी रहता है। यह सामग्री उच्च खुराक वाले विकिरण और विभिन्न तापमानों के तहत भी स्थिर रही, जिसमें टूटने या एक्स-रे को रोकने की अपनी क्षमता खोने के कोई संकेत नहीं मिले।
जीवित जीवों में इस खोज के संभावित प्रभाव का प्रदर्शन किया गया। चूहों से जुड़े प्रयोगों में, शोधकर्ताओं ने जानवरों को एक्स-रे की उच्च खुराक से बचाने के लिए इस नए पदार्थ का उपयोग किया। परिणामों ने दिखाया कि इस अमलगम द्वारा संरक्षित चूहों को कोई डीएनए क्षति नहीं हुई, उनके रक्त कोशिका गणना सामान्य रही, और उनमें ऊतक की चोट के कोई लक्षण नहीं दिखे, जबकि असुरक्षित चूहों को गंभीर नुकसान हुआ। यह सामग्री इतनी प्रभावी थी कि इसने जानवरों तक पहुँचने वाले विकिरण के स्तर को सीधे नुकसान पहुँचाने की दहलीज से बहुत नीचे कर दिया। लैब से परे, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि इस सामग्री को मानक मेडिकल दस्ताने और एप्रन पर आसानी से लगाया जा सकता है। ये नए सुरक्षात्मक परिधान वर्तमान लेड-आधारित गियर के आधे वजन के होंगे, जो डॉक्टरों और रोगियों के लिए बेहतर सुरक्षा प्रदान करते हुए एक अधिक आरामदायक अनुभव प्रदान करेंगे। यह कार्य विकिरण सुरक्षा के लिए एक नया मार्ग सुझाता है, जो भारी, विषाक्त धातुओं से हटकर एक लचीले, हल्के और अत्यधिक कुशल समाधान की ओर बढ़ता है, जो मानव शरीर के आकार के अनुकूल हो सके।
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