Electrohydraulic Shock-Induced Plasma Pinch Dynamics and Fast Neutron Generation Using Novel Composite Refractory Electrodes
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि हाइड्रोस्टैटिक रूप से संघनित टंगस्टन-कार्बाइड/लिथियम-6 हाइड्राइड (या शुद्ध लिथियम-6) मैट्रिक्स से बने मिश्रित रिफ्रैक्टरी इलेक्ट्रोड, जब भारी जल में इलेक्ट्रोहाइड्रोलिक शॉक डिस्चार्ज के अधीन होते हैं, तो 100 GPa और 35 मिलियन केल्विन से अधिक की चरम प्लाज्मा स्थितियाँ उत्पन्न करते हैं जो 14.1 MeV न्यूट्रॉन और हीलियम ऐश की एक मापने योग्य प्राप्ति उत्पन्न करती हैं, जिसमें हाइड्राइड और धात्विक लिथियम दोनों विन्यास समतुल्य परमाणु और तापीय हस्ताक्षर प्रदर्शित करते हैं।
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
उच्च-ऊर्जा भौतिकी की चरम दुनिया में, शोधकर्ता अक्सर उन स्थितियों को फिर से बनाने की कोशिश करते हैं जो तारों के भीतर या परमाणु हथियारों के अंदर पाई जाती हैं, लेकिन एक बहुत ही सूक्ष्म और नियंत्रित पैमाने पर। ऐसा करने के लिए, उन्हें पदार्थ को इतनी हिंसक रूप से संकुचित करना पड़ता है कि वह प्लाज्मा में बदल जाए, जो एक अत्यंत गर्म अवस्था है जहाँ परमाणुओं से उनके इलेक्ट्रॉन अलग हो जाते हैं। इसे प्राप्त करने का एक सामान्य तरीका एक तरल पदार्थ के माध्यम से बिजली का एक विशाल विस्फोट भेजना है, जिससे एक शॉकवेव (आघात तरंग) उत्पन्न होती है जो परिणामी प्लाज्मा को एक तंग, चमकते हुए धागे में सिकोड़ देती है। यह प्रक्रिया, जिसे "पिंच" कहा जाता है, तीव्र ऊष्मा और दबाव उत्पन्न करती है, जो कभी-कभी परमाणु प्रतिक्रियाओं को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त गर्म होती है। चुनौती हमेशा ऐसे सामग्रियाँ खोजने की रही है जो प्रयोग शुरू होने से पहले ही बिजली के शुरुआती विस्फोट के कारण बिखर न जाएं, और साथ ही उन विशिष्ट सामग्रियों को भी थामे रखें जिनकी आवश्यकता उन परमाणु प्रतिक्रियाओं को करने के लिए होती है। वैज्ञानिक लंबे समय से कठोर, ताप-प्रतिरोधी सिरेमिक को हल्के, अस्थिर तत्वों जैसे लिथियम के साथ मिलाने के लिए संघर्ष करते रहे हैं, क्योंकि गर्मी आमतौर पर प्रयोग शुरू होने से पहले ही उन्हें अलग कर देती है या तोड़ देती है।
यूक्रेन और संयुक्त राज्य अमेरिका के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब एक विशेष प्रकार के टंगस्टन कार्बाइड और लिथियम के मिश्रण से बने इलेक्ट्रोड का उपयोग करके इन बाधाओं को दूर करने का एक तरीका प्रदर्शित किया है। उन्होंने टंगस्टन कार्बाइड के औद्योगिक-ग्रेड पाउडर से शुरुआत की, जो एक अत्यंत कठोर सामग्री है, और उन्हें लिथियम-6 हाइड्राइड के साथ मिलाया, जो लिथियम के एक दुर्लभ आइसोटोप वाला यौगिक है। सामान्यतः, इन दोनों को एक साथ पकाने का प्रयास विफल हो जाएगा क्योंकि लिथियम यौगिक सिरेमिक के जुड़ने से बहुत पहले ही वाष्पित हो जाएगा। हालाँकि, टीम ने इस मिश्रण को 7.6 गीगापास्कल के दबाव में गर्म करते हुए एक विशाल हाइड्रोलिक प्रेस का उपयोग करके दबाया। इस अत्यधिक दबाव ने एक ढाल की तरह काम किया, जिसने लिथियम को बाहर निकलने से रोका और सामग्रियों को एक ठोस, नैनो-संरचित ब्लॉक में फ्यूज होने के लिए मजबूर किया, जो लगभग दोषरहित था और जिसमें लगभग कोई सूक्ष्म छिद्र नहीं थे। उन्होंने इन ब्लॉकों के दो संस्करण बनाए: एक जिसमें लिथियम हाइड्राइड यौगिक था और दूसरा जिसमें शुद्ध धात्विक लिथियम था, ताकि यह देखा जा सके कि क्या लिथियम का रासायनिक रूप मायने रखता है।
इन नए इलेक्ट्रोडों को भारी पानी (हेवी वॉटर) से भरे चैंबर में रखा गया और उच्च-वोल्टेज बिजली के अचानक, सब-माइक्रोसेकंड विस्फोट के अधीन किया गया। जब बिजली इलेक्ट्रोड से टकराई, तो उसने सतह को तुरंत वाष्पित कर दिया, जिससे प्लाज्मा का एक चैनल बना जिसे इसके अपने चुंबकीय क्षेत्र द्वारा तुरंत एक छोटे, अत्यंत घने धागे में सिकोड़ दिया गया। यह संपीड़न इतना हिंसक था कि इसने 100 गीगापास्कल से अधिक का दबाव उत्पन्न किया, जो पृथ्वी के वायुमंडल के दबाव के दस लाख गुना से भी अधिक है। इस छोटे, अति-गर्म कोर के भीतर, तापमान लगभग 35 मिलियन केल्विन तक पहुँच गया। इन तापमानों पर, परमाणुओं से उनके इलेक्ट्रॉन अलग हो गए, और प्लाज्मा आवेशित कणों का एक उबलता हुआ सूप बन गया। शोधकर्ताओं ने इस कोर से आने वाले प्रकाश को मापा और पुष्टि की कि इलेक्ट्रॉन परमाणु प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा के साथ गति कर रहे थे।
सबसे महत्वपूर्ण खोज यह थी कि ये प्रतिक्रियाएं वास्तव में हुईं। जब प्लाज्मा बना, तो इसने तेज़ न्यूट्रॉन का एक विस्फोट उत्पन्न किया, जो अविश्वसनीय गति से बाहर उड़ने वाले उप-परमाणु कण हैं। इन कणों के एक छोटी दूरी तय करने के समय को मापकर, टीम ने निर्धारित किया कि उनकी ऊर्जा लगभग 14.1 मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट थी। यह विशिष्ट ऊर्जा हस्ताक्षर ड्यूटेरियम (भारी हाइड्रोजन का एक रूप, जो भारी पानी में पाया जाता है) और इलेक्ट्रोड के भीतर मौजूद लिथियम-6 के बीच होने वाली संलयन (फ्यूजन) प्रतिक्रिया की पहचान है। इस प्रयोग ने प्रत्येक एकल पल्स के साथ लगभग 120,000 ऐसे न्यूट्रॉन उत्पन्न किए। यह पुष्टि करने के लिए कि ये न्यूट्रॉन केवल रैंडम शोर से नहीं बल्कि एक परमाणु प्रतिक्रिया से आए हैं, टीम ने शॉट के बाद चैंबर में बची गैस का भी विश्लेषण किया। उन्हें हीलियम-3 और हीलियम-4 के स्पष्ट प्रमाण मिले, जो वे विशिष्ट "राख" या उपोत्पाद हैं जो लिथियम और ड्यूटेरियम के जुड़ने के बाद छोड़े जाने चाहिए।
शायद सबसे आश्चर्यजनक परिणाम यह था कि लिथियम के रासायनिक रूप ने परिणाम को नहीं बदला। शोधकर्ताओं ने लिथियम हाइड्राइड यौगिक से बने इलेक्ट्रोडों का परीक्षण किया और उनकी तुलना शुद्ध धात्विक लिथियम से बने इलेक्ट्रोडों से की। इस तथ्य के बावजूद कि एक यौगिक के रूप में शुरू हुआ था और दूसरा एक शुद्ध धातु के रूप में, दोनों ने लगभग समान परिणाम दिए। उन्होंने समान अत्यधिक तापमान, समान विनाशकारी दबाव और न्यूट्रॉन की समान संख्या उत्पन्न की। डेटा ने दिखाया कि दोनों सामग्रियों के बीच का अंतर इतना कम था कि वह प्रयोग की प्राकृतिक विविधताओं में खो गया। यह सुझाव देता है कि एक बार जब अत्यधिक शॉकवेव टकराती है, तो लिथियम के प्रारंभिक रासायनिक बंधन इतनी तेज़ी से टूट जाते हैं कि प्लाज्मा इस बात पर ध्यान नहीं देता कि लिथियम हाइड्राइड के रूप में शुरू हुआ था या धातु के रूप में।
अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि ये नए मिश्रित सामग्रियाँ अविश्वसनीय रूप से टिकाऊ हैं। मानक, मोटे-दाने वाले पदार्थों का उपयोग करने वाले पिछले प्रयोगों में, डिस्चार्ज के थर्मल तनाव के कारण इलेक्ट्रोड अक्सर टूट जाते या चटक जाते थे। इसके विपरीत, इन नए नैनो-संरचित इलेक्ट्रोडों ने धीरे-धीरे और समान रूप से क्षरण (इरोशन) किया, जिससे प्रति शॉट केवल एक माइक्रोन सामग्री कम हुई। यह समान घिसाव, न कि हिंसक दरारें, यह सिद्ध करता है कि सामग्री उच्च-ऊर्जा प्लाज्मा उत्पादन के क्रूर वातावरण को सह सकती है। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि इन अद्वितीय कंपोजिट्स को बनाने के लिए उच्च-दबाव समेकन (कंसोलिडेशन) का उपयोग करके, उन्होंने सफलतापूर्वक एक ऐसा घटक बनाया है जो तरल वातावरण में परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं को सक्रिय करने के लिए आवश्यक चरम स्थितियों में जीवित रह सकता है। यह कार्य उच्च-ऊर्जा भौतिकी प्रयोगों के लिए अधिक मजबूत इलेक्ट्रोड बनाने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है, यह दिखाते हुए कि लिथियम का विशिष्ट प्रारंभिक रूप उतना महत्वपूर्ण नहीं है जितना कि प्रारंभिक झटके को सहने और अत्यधिक दबाव के तहत अपनी संरचना बनाए रखने की क्षमता।
अपने क्षेत्र के पेपरों की भीड़ में उलझे हुए हैं?
आपके रिसर्च कीवर्ड से मेल खाने वाले सबसे नए और अलग सोच वाले पेपरों का रोज़ाना Digest पाएँ—तकनीकी सारांश के साथ, आपकी भाषा में।