સાયન્સ ફેર : એક એવું મટિરિયલ જે સ્પેસ શટલને રક્ષણાત્મક આવરણ પૂરું પાડશે

જ્વલંત નાયક

કોઈ પણ વાહનની સપાટી પરનું આવરણ કેટલું મહત્વનું છે એ સમજવા નીચેના બે કિસ્સાઓ મમળાવો.

કિસ્સો એક : જે લોકો કારમાં મુસાફરી કરે છે, એમનો અનુભવ છે કે ઉનાળાની કાળઝાળ ગરમીમાં તડકાના સીધા કિરણો વેઠતી ગાડીની બાહ્ય સપાટી એટલી તપી જાય છે કે એના કારણે ગાડીમાં બેઠેલા મુસાફરોને રીતસર ભઠ્ઠીમાં બેઠા હોવાનો અનુભવ થાય છે. આના કારણે કારના એસીની કાર્યક્ષમતાને પણ વિપરીત અસર પહોંચે છે. એક સન્નારીએ કારની સપાટીને ગરમ થતી અટકાવવા માટે આખી કાર પર છાણનું લીપણ કરેલું, જેના ફોટોઝ સોશિયલ મીડિયામાં વાઈરલ થયેલા.

કિસ્સો બે : ‘ફ્લાઈંગ રાણી’ ટ્રેનના મુસાફરોએ રેલ્વે તંત્રને ફરિયાદ કરેલી કે ઉનાળામાં આ ટ્રેન પાટા પર દોડતી અગન-ભઠ્ઠી જેવી બની રહે છે. એક તો ડબલ ડેકર પ્રકારની રચનાને કારણે આ ટ્રેનમાં વધુ પેસેન્જર્સ સમાય છે, પરિણામે કોચમાં ઉચ્છશ્વાસનું પ્રમાણ પણ વધુ હોવાનું, અને બીજું એ કે ડબલ ડેકર કોચની સપાટીનું ક્ષેત્રફળ સામાન્ય કોચની સરખામણીએ વધુ હોવાને કારણે પ્રમાણમાં વધુ ગરમી શોષે! ઘણીવાર તો ‘ફ્લાઈંગ રાણી’ના કોચમાં બહારના તાપમાન કરતા અંદરનું તાપમાન દસેક ડીગ્રી જેટલું વધારે હોવાનું પણ નોંધાયું છે! છેલ્લા સમાચાર મુજબ વિજ્ઞાન રેલ્વે તંત્ર અને મુસાફરોની મદદે આવ્યું છે. કોચની છત પર હીટ રીફ્લેક્ટીવ થર્મલ કંટ્રોલ પેઇન્ટ લગાડવાનો પ્રયોગ કંઈક અંશે કારગર સાબિત થયો છે. અને કોચના તાપમાનમાં ૪-૫ ડીગ્રી જેટલો ઘટાડો થઇ શક્યો છે!

તો વાત આમ છે. વાહનની સપાટી પર પેદા થતી ગરમી વાહનની અંદરનાં તાપમાનને વધારી મૂકે છે. ઉપરના બંને કિસ્સાઓમાં વાહનની સપાટી ઉપર એક્સ્ટ્રા લેયર ચડાવવાની તરકીબને આંશિક સફળતા મળી છે. પરંતુ આ કાયમી સોલ્યુશન નથી. ઉપરના બંને કિસ્સાઓમાં જણાશે કે માત્ર વાતાવરણની ગરમીને કારણે જ આપણા વાહનોની હાલત ભઠ્ઠી જેવી થઇ જાય છે, અને મુસાફરી દુષ્કર બની જાય છે. આવા સમયે ગરમીનું પ્રમાણ બહુ બહુ તો ૫૦ ડીગ્રી હોવાનું. હવે વિચાર કરો, કે જે વાહનો એટલી તેજ ગતિએ મુસાફરી કરતા હોય, કે માત્ર ઘર્ષણબળને કારણે જ સેંકડો ડીગ્રી તાપમાન પેદા થઇ જતું હોય, એ વાહનોમાં મુસાફરી કરનારની હાલત કેવી થાય?! સ્વાભાવિક છે કે આવા વાહનોની બાહ્ય સપાટી ખાસ પ્રકારના મટિરિયલની બનાવેલી હોય, જે ઘર્ષણથી પેદા થતી ગરમી સામે ઝીંક ઝીલી શકે. પરંતુ આવા કોઈ પણ મટિરિયલની તાપમાન સહન કરવા માટેની એક ચોક્કસ મર્યાદા હોવાની, એનાથી વધુ તાપમાન પેદા થાય તો વાહન જરૂર સળગી ઉઠે. આ કારણોસર, એક હદ કરતા વધુ ઝડપી સ્પેસ વિહિકલ બનાવવાનું વિચારી શકાતું નથી! આથી ઘણા નિષ્ણાંતો એવું મટિરિયલ વિકસાવવા પાછળ પડ્યા છે, જે ગમે એવા ઊંચા તાપમાનમાં પણ ટકી રહે.

આમ તો આવું મટિરિયલ ઇસ ૨૦૧૬માં જ શોધાઈ ગયું છે, પરંતુ હજી એનો વ્યાપક વપરાશ શરુ નથી થયો. સંશોધકોએ શોધેલ આ મટિરિયલ આશરે ચારેક હજાર ડીગ્રી સેલ્સિયસ જેટલા ઊંચા તાપમાન સામે પણ ટકી શકે છે. આ પ્રકારના મટિરિયલનો સૌથી મોટો ફાયદો સુપરસોનિક ગતિએ ઉડી શકે એવા રોકેટ્સ-સ્પેસ વિહીકલ્સને મળશે.

હેફનિયમ – Hf (Hafnium) એક ખાસ પ્રકારનું રાસાયણિક તત્વ છે, જેનો એટમિક નંબર છે ૭૨. (અર્થાત એના પ્રત્યેક અણુકેન્દ્રમાં ૭૨ પ્રોટોન્સ રહેલા છે.) કાર્બન સાથે મળીને હેફનિયમ એક વિશિષ્ટ સંયોજન બનાવે છે, જે ‘હેફનિયમ કાર્બાઈડ – HfC’ તરીકે ઓળખાય છે. HfC નું ગલનબિંદુ છે ૩૯૦૦ ડીગ્રી સેલ્સિયસ! એક્સ્ટ્રીમ હીટ, પ્રેશર અથવા કેમિકલ એટેકને કારણે આ મટિરિયલ ડી-કમ્પોઝ થતું નથી, જે તેનો સૌથી મહત્વનો ગુણધર્મ છે. વળી મિથેન ગેસ, હાઈડ્રોજન ગેસ અને વરાળ સ્વરૂપે રહેલા હેફનિયમ ક્લોરાઈડ વડે કોઈ પણ સપાટી ઉપર HfC નું આવરણ ચડાવી શકાય છે. HfCનાં આવરણને કારણે આ સપાટી અતિશય ઉંચા તાપમાન સામે રક્ષણ મેળવી શકે છે. જો કે આ પ્રકારનું આવરણ તૈયાર કરવા માટેનો પ્રોસેસિંગ ટાઈમ અતિશય લાંબો અને અતિશય ખર્ચાળ છે. આથી સામાન્ય વપરાશ માટે અથવા ઇન્ડસ્ટ્રીયલ ઉપયોગ માટે સુદ્ધાં તે ફીઝીબલ સાબિત થતું નથી. પરંતુ ખાસ પ્રકારના સ્પેસક્રાફ્ટ બનાવવા માટે તેનો ઉપયોગ થશે એ નક્કી. HfC જેવું જ એક બીજું મટીરીઅલ છે ટેન્ટેલમ કાર્બાઈડ – TaC (Tantalum carbide). TaC નાં ગુણધર્મો પણ HfC જેવા જ છે. વધુમાં, લંડનની ઈમ્પીરીયલ કોલેજના સંશોધકોએ શોધી કાઢ્યું છે, કે જો HfC અને TaC ને એક સંયોજન તરીકે ટેસ્ટ કરવામાં આવે, તો આ સંયોજનના ગલનબિંદુમાં ૧૦૦ ડીગ્રી જેટલો વધારો કરી શકાય છે! એટલે કે માત્ર HfCને બદલે TaC સાથેનું સંયોજન (Ta0.8Hf0.20C) યુઝ કરવામાં આવે તો એનું ગલન બિંદુ ૪,૦૦૦ ડીગ્રી સેલ્સિયસે પહોંચે છે! હાઈપર સોનિક સ્પીડથી ઉડતા સ્પેસક્રાફ્ટ જ્યારે પૃથ્વીના વાતાવરણમાંથી અવકાશમાં પ્રવેશ કરશે, અથવા અવકાશમાંથી પાછા ફરતી વખતે પૃથ્વીના વાતાવરણમાં પ્રવેશ કરશે ત્યારે ઘર્ષણને કારણે જે પ્રચંડ ગરમી પેદા થશે, એનો સામનો કરવા માટે HfC અને TaCનાં સંયોજનનું રક્ષણાત્મક આવરણ સક્ષમ હશે. પરિણામે અવકાશયાત્રા પૂર્ણ કરીને પાછુ ફરેલું સ્પેસ શટલ બળી મરવાને બદલે સાંગોપાંગ સમુદ્રમાં ઉતારી શકાય એમ બને. અને જો આવું થાય તો એ જ સ્પેસ શટલના ઘણા બધા હિસ્સા રી-યુઝ કરી શકાય એમ બને !


શ્રી જ્વલંત નાયકનો સંપર્ક jwalantmax@gmail.com પર થઇ શકે છે.

Facebooktwitterredditpinterestlinkedinmail

Leave a Reply

You have to agree to the comment policy.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.