Rapid Microanalysis-Based Process for Nuclear Material Characterization for Nuclear Forensics
यह शोध पत्र परमाणु फोरेंसिक के लिए एक तीव्र, सूक्ष्म विश्लेषण-आधारित कार्यप्रवाह प्रस्तुत करता है जो एकल कण नमूनों में आइसोटोपिक विषमता को चित्रित करने के लिए लक्षित कण स्थानीयकरण, स्वचालित सूक्ष्म-विघटन और उन्नत द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री को एकीकृत करता है, जिससे सुव्यवस्थित प्रसंस्करण और अनुकूलन योग्य रिपोर्टिंग के साथ पारंपरिक बल्क विधियों का पूरक बनता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://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
जब कोई परमाणु उपकरण विस्फोट होता है या जब किसी अवैध परमाणु सामग्री को जब्त किया जाता है, तो उससे निकलने वाला मलबा पिघली हुई धातु, मिट्टी और रेडियोधर्मी कणों का एक अराजक मिश्रण होता है। यह समझने के लिए कि क्या हुआ था, यह कहाँ से आया था, और इसे किसने बनाया, वैज्ञानिकों को इस मलबे का विश्लेषण करना चाहिए। यह क्षेत्र, जिसे परमाणु फोरेंसिक (न्यूक्लियर फॉरेंसिक्स) कहा जाता है, सामग्री के भीतर विशिष्ट प्रकार के परमाणुओं को मापने पर निर्भर करता है। पारंपरिक तरीकों में नमूने का एक बड़ा हिस्सा लेना, उसे पूरी तरह से एसिड में घोलना और तत्वों को अलग करने के लिए रासायनिक स्नान की एक श्रृंखला से गुजारना शामिल है। हालांकि यह दृष्टिकोण विश्वसनीय है, लेकिन यह धीमा है और पूरे नमूने को एक ही, समान पदार्थ के रूप में मानता है। समस्या यह है कि परमाणु मलबा शायद ही कभी एकसमान होता है; यह व्यक्तिगत कणों का एक संग्रह है, जिनमें से प्रत्येक में उस घटना के बारे में एक अलग कहानी होने की संभावना होती है जिसने उन्हें बनाया था। यदि कोई वैज्ञानिक पूरे नमूने को एक साथ घोल देता है, तो ये अनूठी भिन्नताएं खो जाती हैं, जो एक एकल औसत में मिल जाती हैं और सत्य को छिपा देती हैं।
पैसिफिक नॉर्थवेस्ट नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को देखने का एक नया तरीका विकसित किया है, जो पूरे ढेर के बजाय व्यक्तिगत कणों पर ध्यान केंद्रित करता है। तुरंत सब कुछ घोलने के बजाय, उनकी नई प्रक्रिया एक हाई-टेक सर्चलाइट की तरह काम करती है, जो नमूने को स्कैन करके उन विशिष्ट रेडियोधर्मी कणों को खोजती है जो सबसे अधिक महत्वपूर्ण हैं। एक बार जब ये "हॉट स्पॉट्स" मिल जाते हैं, तो वैज्ञानिक केवल उन्हीं नन्हे कणों को निकालते हैं, उन्हें तरल की एक बूंद में घोलते हैं, और उन्हें अलग से विश्लेषित करते हैं। यह दृष्टिकोण उन्हें व्यक्तिगत कणों के विशिष्ट रासायनिक फिंगरप्रिंट देखने की अनुमति देता है, जिससे वे भिन्नताएं प्रकट होती हैं जो एक मानक बल्क विश्लेषण में अदृश्य रहती हैं। केवल सबसे दिलचस्प हिस्सों को लक्षित करके और तरल की बहुत कम मात्रा को संभालने के लिए स्वचालित प्रणालियों का उपयोग करके, टीम ने एक ऐसा मार्ग तैयार किया है जो वर्तमान तरीकों की तुलना में बहुत तेजी से महत्वपूर्ण उत्तर दे सकता है।
शोधकर्ताओं ने इस नए वर्कफ़्लो का परीक्षण दो अलग-अलग प्रकार के कृत्रिम परमाणु मलबे का उपयोग करके किया। पहले परीक्षण में, उन्होंने लगभग एक मिलीमीटर व्यास वाले कणों का उपयोग किया, जो रेत के दाने के आकार के थे, जिनमें हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम और विखंडन उत्पाद (फिशन प्रोडक्ट्स) शामिल थे। दूसरे परीक्षण में, उन्होंने फ़िल्टर पेपर पर बिखरे हुए लगभग पचास माइक्रोमीटर व्यास वाले बहुत छोटे कणों का उपयोग किया। उनकी प्रक्रिया का पहला चरण इन कणों को खोजना था। उन्होंने आयनकारी-विकिरण क्वांटम इमेजिंग डिटेक्टर (आयनाइजिंग-रेडिएशन क्वांटम इमेजिंग डिटेक्टर) नामक एक विशेष इमेजिंग सिस्टम का उपयोग किया, जो विकिरण के प्रति संवेदनशील कैमरे की तरह कार्य करता है। इस उपकरण ने नमूने की तस्वीर ली, जिससे ठीक से पता चला कि रेडियोधर्मी कण कहाँ स्थित थे। बड़े कणों के लिए, सिस्टम ने उन्हें एक खाली बैकग्राउंड के मुकाबले स्पष्ट रूप से पहचाना। फ़िल्टर पर छोटे कणों के लिए, सिस्टम ने छह विशिष्ट क्षेत्रों की पहचान की, जो उच्च विकिरण वाले स्थानों और केवल बैकग्राउंड स्तर वाले स्थानों के बीच अंतर करता था।
एक बार स्थान की पहचान हो जाने के बाद, टीम निष्कर्षण (एक्सट्रैक्शन) चरण की ओर बढ़ी। बड़े कणों के लिए, उन्होंने उन्हें भौतिक रूप से चुना और एक छोटी धातु की डिस्क पर रखा। फ़िल्टर पर छोटे कणों के लिए, उन्होंने रेडिएशन वाले कागज के विशिष्ट हिस्सों को काटने के लिए एक छोटे होल पंच का उपयोग किया। इन नन्हे नमूनों को एक रोबोटिक लिक्विड हैंडलर का उपयोग करके घोला गया, जिसने सटीक मात्रा में एसिड और गर्मी जोड़ी। लक्ष्य ठोस कणों को तरल रूप में बदलना था, जिसमें अभिकर्मकों (रीजेंट्स) की न्यूनतम संभव मात्रा का उपयोग किया गया। घोलने के बाद, तरल को कस्टम-मेड, 3D-प्रिंटेड कॉलम के माध्यम से गुजारा गया जो सूक्ष्म रासायनिक फिल्टर के रूप में कार्य करते थे। इन कॉलमों ने यूरेनियम, प्लूटोनियम और नेप्ट्यूनियम को अन्य मलबे से अलग कर दिया। अंत में, शुद्ध तरल को सीधे एक मास स्पेक्ट्रोमीटर में भेजा गया, जो यह निर्धारित करने के लिए कि कौन से आइसोटोप मौजूद थे और उनकी मात्रा कितनी थी, परमाणुओं का वजन करता है।
प्रयोगों के परिणामों ने दिखाया कि यह नया तरीका काम करता है और, इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह उन विवरणों को उजागर करता है जो पुराना तरीका छोड़ देता। जब टीम ने व्यक्तिगत बड़े कणों का विश्लेषण किया, तो उन्होंने पाया कि जबकि अधिकांश में प्लूटोनियम आइसोटोप के अनुपात समान थे, एक कण अलग था। इसमें एक विशिष्ट प्लूटोनियम आइसोटोप की उच्च मात्रा और नेप्ट्यूनियम का एक अलग मिश्रण था, जो यह सुझाव देता है कि यह अन्य की तुलना में एक अलग स्रोत या प्रक्रिया से आया था। यदि इन कणों को एक एकल बल्क नमूने के रूप में मिला दिया जाता और घोला जाता, तो यह अनूठा कण औसत में मिल जाता, और उसका विशिष्ट सिग्नेचर खो जाता। इसी तरह, जब उन्होंने फ़िल्टर पेपर के कटे हुए हिस्सों का विश्लेषण किया, तो उन्होंने पाया कि यूरेनियम की आइसोटोपिक संरचना एक स्थान से दूसरे स्थान पर भिन्न थी। कुछ स्थानों में लगभग कोई यूरेनियम नहीं था, जबकि अन्य में महत्वपूर्ण मात्रा थी, और विभिन्न नमूनों में यूरेनियम आइसोटोप का अनुपात बदल रहा था। इस भिन्नता ने सुझाव दिया कि फ़िल्टर पर कण एकसमान नहीं थे, जो संभवतः उस क्षेत्र में विभिन्न प्रसंस्करण गतिविधियों के कारण था जहाँ से नमूना एकत्र किया गया था।
शोधकर्ताओं ने यह भी प्रदर्शित किया कि यह सूक्ष्म-स्तर (माइक्रो-स्केल) का दृष्टिकोण तेज़ हो सकता है। जबकि एक बड़े बल्क नमूने को घोलने में उसके आकार और संरचना के आधार पर बारह से चौबीस घंटे या उससे अधिक समय लग सकता है, उनका लक्षित सूक्ष्म-विश्लेषण प्रक्रिया नमूनों के एक छोटे सेट के लिए कुछ ही घंटों में पूरी की जा सकती है। टीम ने मानवीय हस्तक्षेप को कम करने और समय सीमा को तेज करने के लिए रोबोटिक विघटन से लेकर रासायनिक पृथक्करण तक स्वचालित चरणों को एकीकृत किया। उन्होंने शुरुआती डेटा के आधार पर सर्वोत्तम रासायनिक चरणों का अनुमान लगाने के लिए कंप्यूटर मॉडल भी विकसित किए, जिसका उद्देश्य अनावश्यक चरणों को हटाना और परिणामों के लिए आवश्यक समय को और कम करना है। इसके अतिरिक्त, उन्होंने जटिल ग्राफ की समीक्षा करने के लिए आमतौर पर एक मानव विशेषज्ञ की आवश्यकता होती है, उस कार्य को करने के लिए मशीन लर्निंग एल्गोरिदम का उपयोग किया, जो विकिरण के ऊर्जा हस्ताक्षरों (एनर्जी सिग्नेचर्स) का विश्लेषण करके नमूनों में रेडियोधर्मी तत्वों की स्वचालित रूप से पहचान करता है।
यह कार्य परमाणु फोरेंसिक्स में उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक, मजबूत तरीकों को प्रतिस्थापित नहीं करता है, बल्कि तीव्र प्रारंभिक विश्लेषण के लिए एक पूरक मार्ग प्रदान करता है। सूक्ष्म स्तर पर ध्यान केंद्रित करके, शोधकर्ता पूरे बल्क नमूने के संसाधित होने की प्रतीक्षा किए बिना, आइसोटोपिक अनुपात और विखंडन उत्पादों पर प्रारंभिक डेटा और सबसे महत्वपूर्ण कणों को जल्दी से पहचान सकते हैं। अध्ययन इस बात की पुष्टि करता है कि परमाणु मलबा विषम (हेटरोजीनियस) है, जिसका अर्थ है कि यह विभिन्न इतिहास वाले विविध भागों से बना है, और इन भागों को व्यक्तिगत रूप से देखना घटना की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है। टीम इन विधियों को और परिष्कृत करने, अधिक जटिल पर्यावरणीय नमलों पर परीक्षण करने और भविष्य के परमाणु फोरेंसिक जांचों के लिए एक पूरी तरह से सुव्यवस्थित प्रणाली बनाने के लिए स्वचालित निर्णय लेने वाले उपकरणों को एकीकृत करने की योजना बना रही है।
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