उन्नत फोटॉन स्रोत क्या है? अल्ट्रा-ब्राइट एक्स-रे बीम्स कैसे बनते हैं

यह सुबह 4 बजे है, और मैं लगभग 20 घंटे तक सीधे रहा हूँ। लाल रंग की स्ट्रोब लाइट चमकती है, इसके साथ एक ज़ोर का अलार्म बज रहा है। एक कठोर आवाज की घोषणा की, "खोज स्टेशन B. तुरंत बाहर निकलें।" यह एक आपातकाल की तरह लगता है, लेकिन यह नहीं है। वास्तव में, अलार्म पहले ही आज 60 या 70 बार चला गया है। यह एक चेतावनी है, जिससे आसपास के सभी लोगों को पता चलता है कि मैं इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से भरे एक छोटे कमरे में उच्च शक्ति वाले एक्स-रे बीम को विस्फोटित करने और तरल नाइट्रोजन को लुप्त करने के उपायों के बारे में जानता हूं।

इस कमरे के केंद्र में, जिसे स्टेशन बी कहा जाता है, मैंने एक छोटे ग्लास फाइबर की नोक पर एक मानव बाल की तुलना में कोई मोटा नहीं रखा है। मैंने इनमें से दर्जनों क्रिस्टल तैयार किए हैं, और उन सभी का विश्लेषण करने का प्रयास कर रहा हूं।

ये क्रिस्टल कार्बनिक अर्धचालक पदार्थों से बने होते हैं, जिनका उपयोग कंप्यूटर चिप, एलईडी लाइट, स्मार्टफोन स्क्रीन और सौर पैनल बनाने के लिए किया जाता है। मैं ठीक-ठीक यह पता लगाना चाहता हूं कि क्रिस्टल के अंदर प्रत्येक परमाणु कहाँ स्थित है, वे कितने घनी पैक हैं, और वे एक-दूसरे के साथ कैसे बातचीत करते हैं। यह जानकारी मुझे यह अनुमान लगाने में मदद करेगी कि उनके माध्यम से कितनी अच्छी बिजली प्रवाहित होगी।

इन परमाणुओं को देखने और उनकी संरचना का निर्धारण करने के लिए, मुझे एक सिंक्रोट्रॉन की मदद की आवश्यकता है, जो कि एक बड़े पैमाने पर वैज्ञानिक उपकरण है जिसमें प्रकाश की गति के करीब इलेक्ट्रॉनों का एक किलोमीटर लंबा लूप ज़ूम होता है। मुझे एक माइक्रोस्कोप, एक जाइरोस्कोप, तरल नाइट्रोजन, थोड़ा सा भाग्य, एक प्रतिभाशाली सहकर्मी, और एक तिपहिया की आवश्यकता है।

जगह में क्रिस्टल हो रही है

इस प्रयोग के पहले चरण में ग्लास फाइबर की नोक पर सुपर-नन्हे क्रिस्टल को रखना शामिल है। मैं एक गिलास स्लाइड पर एक साथ उनमें से एक ढेर को खुरचने के लिए एक सुई का उपयोग करता हूं और उन्हें एक माइक्रोस्कोप के नीचे रखता हूं। क्रिस्टल सुंदर होते हैं - रंगीन और छोटे रत्न जैसे। मैं अक्सर अपने आप को ट्रांसफ़ेक्टेड पाता हूँ, माइक्रोस्कोप में नींद से वंचित आँखों से घूरता हूँ, और कांच के फ़ाइबर की नोक पर एक-दूसरे को सहलाते हुए पहले अपने टकटकी को हटाता हूं।

एक बार जब मुझे फाइबर से जुड़ा क्रिस्टल मिल जाता है, तो मैं अक्सर स्टेशन बी के अंदर एक गायरोस्कोप की नोक पर क्रिस्टल को केंद्रित करने का निराशाजनक कार्य शुरू कर देता हूं। यह डिवाइस क्रिस्टल को चारों ओर घुमाएगा, धीरे-धीरे और लगातार, मुझे X- प्राप्त करने की अनुमति देगा सभी तरफ से इसके चित्र।

जैसा कि यह घूमता है, तरल नाइट्रोजन वाष्प का उपयोग इसे ठंडा करने के लिए किया जाता है: कमरे के तापमान पर भी, परमाणु आगे-पीछे कंपन करते हैं, जिससे उनमें से स्पष्ट छवियां प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है। क्रिस्टल को माइनस 196 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा करने पर, लिक्विड नाइट्रोजन का तापमान, परमाणुओं को इतना बढ़ना बंद कर देता है।

एक्स-रे फोटोग्राफी

एक बार जब मैं क्रिस्टल केंद्रित और ठंडा हो जाता हूं, तो मैं स्टेशन बी को बंद कर देता हूं, और इसके बाहर एक कंप्यूटर नियंत्रण केंद्र से, एक्स-रे के साथ नमूना को विस्फोट कर देता हूं। परिणामी छवि, जिसे विवर्तन पैटर्न कहा जाता है, एक नारंगी पृष्ठभूमि पर चमकीले धब्बों के रूप में प्रदर्शित होती है।

मैं जो कर रहा हूं वह कैमरे और फ्लैश के साथ तस्वीरें लेने से बहुत अलग नहीं है। मैं किसी वस्तु पर प्रकाश किरणें भेजने के बारे में हूँ और रिकॉर्ड करता हूँ कि प्रकाश कैसे बंद होता है। लेकिन मैं परमाणुओं की तस्वीर लेने के लिए दृश्यमान प्रकाश का उपयोग नहीं कर सकता - वे बहुत छोटे हैं, और स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में प्रकाश की तरंग दैर्ध्य बहुत बड़ी हैं। एक्स-रे में तरंग दैर्ध्य होते हैं, इसलिए वे परमाणुओं को अलग करेंगे, या उछालेंगे।

हालांकि, एक कैमरे के विपरीत, विचलित एक्स-रे को एक साधारण लेंस के साथ केंद्रित नहीं किया जा सकता है। एक तस्वीर जैसी छवि के बजाय, जो डेटा मैं इकट्ठा करता हूं, वह एक अप्रकाशित पैटर्न है जहां एक्स-रे चले जाने के बाद वे मेरे क्रिस्टल में परमाणुओं को उछाल देते हैं। एक क्रिस्टल के बारे में डेटा का एक पूरा सेट क्रिस्टल के चारों ओर हर कोण से ली गई इन छवियों से बना होता है क्योंकि जाइरोस्कोप इसे घूमता है।

उन्नत गणित

मेरा सहकर्मी, निकोलस डीएर्ड, पास में बैठता है, मैं पहले से ही एकत्र किए गए डेटा सेटों का विश्लेषण करता हूं।वह घंटे के लिए धुंधला अलार्म और चमकती रोशनी को अनदेखा करने में कामयाब रहा है, उसकी स्क्रीन पर विवर्तन छवियों को घूरते हुए, वास्तव में, क्रिस्टल के अंदर परमाणुओं की तस्वीर में क्रिस्टल के सभी पक्षों से एक्स-रे छवियों को चालू करें।

पिछले वर्षों में, इस प्रक्रिया में हाथ से की जाने वाली सावधानियों के वर्षों का समय लग सकता था, लेकिन अब वह सभी टुकड़ों को एक साथ रखने के लिए कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग करता है। वह पहेली के इस भाग में हमारे शोध समूह का अनौपचारिक विशेषज्ञ है और वह इसे प्यार करता है। "यह क्रिसमस की तरह है!" मैं उसे गुनगुना सुनता हूं, क्योंकि वह विवर्तन पैटर्न की टिमटिमाती छवियों के माध्यम से निकलता है।

मैं उस उत्साह में मुस्कुराता हूं जिसे वह रात में इतनी देर तक बनाए रखने में कामयाब रहता है, क्योंकि मैं स्टेशन बी में क्रिस्टल के अपने चित्रों को प्राप्त करने के लिए सिंक्रोट्रॉन को आग लगाता हूं। मैं स्क्रीन पर पहले कुछ कोणों से विवर्तन पैटर्न के रूप में अपनी सांस पकड़ता हूं। । सभी क्रिस्टल विचलित नहीं होते हैं, भले ही मैंने सब कुछ पूरी तरह से सेट किया हो। अक्सर ऐसा इसलिए होता है क्योंकि प्रत्येक क्रिस्टल एक साथ ढेर सारे छोटे क्रिस्टल से बना होता है, या एक बार फिर से क्रिस्टलीय पैटर्न बनाने के लिए बहुत सी अशुद्धियों वाले क्रिस्टल को हम गणितीय रूप से हल कर सकते हैं।

यदि यह स्पष्ट चित्र वितरित नहीं करता है, तो मुझे शुरू करना होगा और दूसरा स्थापित करना होगा। सौभाग्य से, इस मामले में, पॉप अप करने वाले पहले कुछ चित्र चमकदार, स्पष्ट विवर्तन स्पॉट दिखाते हैं। मैं मुस्कुराता हूं और बाकी डेटा सेट को इकट्ठा करने के लिए वापस बैठ जाता हूं। अब जैसे कि जाइरोस्कोप भंवर हो जाता है और एक्स-रे बीम नमूना विस्फोट कर देता है, मेरे पास आराम करने के लिए कुछ मिनट हैं।

मैं सतर्क रहने के लिए कुछ कॉफी पीता हूं, लेकिन मेरे हाथ पहले से ही कैफीन के अधिभार से हिल रहे हैं। इसके बजाय, मैं निक को फोन करता हूं: "मैं एक गोद लेने वाला हूं।" मैं पास में बैठे तिपहिया के एक समूह पर चलता हूं। आम तौर पर बस सिंक्रोट्रॉन युक्त बड़ी इमारत के चारों ओर पाने के लिए उपयोग किया जाता है, मैं उन्हें कुछ व्यायाम के साथ जागने के लिए एक हताश प्रयास के लिए समान रूप से सहायक लगता हूं।

जैसा कि मैं सवारी करता हूं, मुझे लगता है कि क्रिस्टल माइक्रोस्कोप पर चढ़ा हुआ है। मैंने इसे संश्लेषित करने में महीनों बिताए हैं, और जल्द ही मेरे पास इसकी एक तस्वीर होगी। चित्र के साथ, मुझे इस बात की समझ हो जाएगी कि मैंने जो संशोधन किए हैं, जो इसे पिछले समय में की गई अन्य सामग्रियों की तुलना में थोड़ा भिन्न बनाते हैं, उन्होंने इसे बिल्कुल सुधार लिया है। अगर मुझे बेहतर पैकिंग या बढ़ी हुई इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन के सबूत दिखाई देते हैं, तो इसका मतलब हो सकता है कि अणु इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में परीक्षण के लिए एक अच्छा उम्मीदवार है।

थका हुआ, लेकिन खुश हूं क्योंकि मैं उपयोगी डेटा एकत्र कर रहा हूं, मैं धीरे-धीरे लूप के चारों ओर पेडल करता हूं, यह देखते हुए कि सिंक्रोट्रॉन उच्च मांग में है। जब बीमलाइन चल रही होती है, तो इसका उपयोग 24/7 किया जाता है, यही कारण है कि मैं रात में काम कर रहा हूं। मैं भाग्यशाली था कि मुझे टाइम स्लॉट मिल गया। अन्य स्टेशनों पर, मेरे जैसे अन्य शोधकर्ता देर रात तक काम कर रहे हैं।

यह लेख मूल रूप से केरी रिप्पी द्वारा वार्तालाप पर प्रकाशित किया गया था। मूल लेख यहां पढ़ें।