அறிவியல் ஆயிரம்
- விவரங்கள்
- வெ.கந்தசாமி
- பிரிவு: தொழில்நுட்பம்
சூரிய ஒளி பல நூற்றாண்டுகளாக வெண்ணிற ஒளி என்று தான் நம் முன்னோர்களால் பார்க்கப்பட்டது. ஆனால் நியூட்டன் இந்தக் கூற்றினை உடைத்து, சூரிய ஒளி என்கிற வெண்ணிற ஒளி, ஊதா முதல் சிவப்பு வரையிலான ஏழு நிறங்களைக் கொண்ட ஒரு நிறமாலை என முப்பட்டகம் எனும் ஆய்வுக் கருவியின் உதவியால் நிரூபித்தார்.
நியூட்டனின் இந்த ஆய்வு முடிவுகள் வெளிவந்த பிறகு, சூரிய ஒளியின் நிறம் தொடர்பான பல ஆய்வுகள் இன்றளவும் மேற்கொள்ளப்பட்டு வருகின்றன.
சூரிய ஒளியினை முப்பட்டகத்தின் வழியே செலுத்தி, நிறமாலை எனும் ஆய்வு முடிவினை நியூட்டன் பெற்றார். நான் சூரிய ஒளியினை முப்பட்டகத்தின் வழியே செலுத்தாமல், ஒரு நிறமுள்ள ஒளியின் வழியாக செலுத்தி அவ்வெண்ணிற ஒளியில் ஏற்படும் மாற்றத்தினை ஆய்வு முடிவாக வெளியிட்டுள்ளேன். அதுவே “நிறமுள்ள ஒளியால் வெண்ணிற ஒளியில் ஏற்படும் நிறமாற்றம்” என்கிற இவ்வாய்வுக் கட்டுரையாகும்.
நிறமுள்ள ஒளியின் வழியாக வெண்ணிற ஒளி பயணம் செய்யும் போது, அவ்வெண்ணிற ஒளி நிறமுள்ள ஒளியாக மாற்றமடையும். மேலும் மாற்றமடைந்த வெண்ணிற ஒளியின் நிறமானது, அது பயணம் செய்த நிறமுள்ள ஒளியின் நிறமாக இல்லாமல் புதிய நிறமாகாக் காட்சியளிக்கும்.
உதாரணமாக, சிவப்பு நிற ஒளியின் வழியாக வெண்ணிற ஒளி பயணம் செய்யும் போது, அவ்வெண்ணிற ஒளி பச்சை நிற ஒளியாக மாற்றமடையும். நீல நிற ஒளியின் வழியாக வெண்ணிற ஒளி பயணம் செய்யும் போது, அவ்வெண்ணிற ஒளி மஞ்சள் நிற ஒளியாக மாற்றமடையும்.
இது போன்று வெவ்வேறு விதமான நிறமுள்ள ஒளிகளைப் பயன்படுத்தி, வெண்ணிற ஒளியினை வெவ்வேறு நிறமுள்ள ஒளியாக மாற்றலாம்.
நான் வெளியிட்டுள்ள இவ்வாய்வினை நீங்கள் செய்து பார்க்க விரும்பினால், ஒரு வெண்ணிற விளக்கு மற்றும் ஒரு சிவப்பு நிற விளக்கு இரண்டையும் எடுத்துக் கொண்டு ஒரு இருட்டறைக்கு செல்லுங்கள். அங்கு முதலில் சிவப்பு நிற விளக்கினை எரிய விடுங்கள். விளக்கிலிருந்து வெளிவரும் சிவப்பு நிற ஒளியினை உங்கள் விரலால் தடுங்கள். அப்போது உங்கள் விரலின் நிழல் திரையில் கருமை நிறத்தில் தென்படும். இதில் ஆச்சரியப்படுவதற்கு ஒன்றுமில்லை. ஏனெனில் ஒளி செல்லும் பாதையில் தடை ஏற்படும் போது, அந்தத் தடை கருமை நிற நிழலாகத் தென்படும் என்பது நாம் அனைவரும் அறிந்த ஒன்று.
இந்த சூழலில் அதே அறையில் வெண்ணிற ஒளியினை எரிய விடுங்கள். இயற்கை மறைத்து வைத்திருக்கும் அறிவியல் உங்கள் கண் முன்னே தெரிய ஆரம்பிக்கும். எப்படியெனில் வெண்ணிற ஒளி அந்த அறையில் ஒளிர ஆரம்பித்தவுடன், கருமை நிறமாகக் காட்சியளித்த உங்கள் விரலின் நிழல் பச்சை நிற நிழலாக காட்சியளிக்கும்.
நீங்கள் அந்த இருட்டறையில் சிவப்பு நிற ஒளி மற்றும் வெண்ணிற ஒளி மட்டுமே பயன்படுத்தியிருக்கும் போது பச்சை நிற நிழல் அந்த அறையில் எப்படி வந்தது என்பது தான் அறிவியல் மறைத்து வைத்திருக்கும் உண்மை.
ஆராய்ச்சியாளர்கள், ஆய்வு மாணவர்கள் என்னுடைய ஆய்வுக் குறிப்புகளை கொண்டு இயற்பியலில் வெண்ணிற ஒளி தொடர்பான பல ஆய்வுகளை புதிய பாதையில் தொடர வழிவகுக்கும் என்று எண்ணி கீற்று இணைய இதழ் முலம் தங்களுடன் இனணக்கின்றேன்
- வெ.கந்தசாமி
- விவரங்கள்
- ப.பிரபாகரன்
- பிரிவு: தொழில்நுட்பம்
நானோ அறிவியலில் வியக்கதக்க கண்டுபிடிப்பான கிராபைனை பற்றி நாம் ஏற்கனவே நன்கு அறிவோம். தண்ணீரைச் சுத்திகரிக்கும் வடிகட்டியாக, தலைமுடியை வண்ணமிடப் பயன்படும் சாயங்களாக, மிக வலிமையான பொருட்களை உற்பத்தி செய்ய எனப் பல வகைகளில் கிராபைன் பயன்பட்டு வருகிறது. நடைமுறையில் கிராஃபைன்களை (graphene) உற்பத்தி செய்யும் அறிவியல் செயல்முறை மிகவும் செலவு பிடித்தது. ஆனால், தற்பொழுது பாக்டீரியாக்களின் உதவியோடு அவற்றை மிக எளிய முறையில் உற்பத்தி செய்ய முடியும் என அறிவியல் அறிஞர்கள் கண்டறிந்துள்ளனர்.
உயிர்வளியேற்றப்பட்ட வன்கரிகளோடு (oxidised graphite) செவனல்லா ஊனாய்டென்சஸ் (Shewanella oneidensis) எனும் பாக்டீரியாவை சேர்க்கும்போது, பாக்டீரியாக்கள் வேதிச்செயல்களில் ஈடுபடுகின்றன. வன்கரியிலுள்ள பெரும்பாலான உயிர்வளிப்பொருட்களை அவை நீக்கிவிடுவதன் மூலம் மின் மற்றும் வெப்ப ஆற்றலைக் கடத்தக்கூடிய கிராபைன்களை அவை உருவாக்குகின்றன. தற்பொழுது நடைமுறையில் இருக்கும் தொழில்நுட்பங்களை பயன்படுத்தி கிராஃபைன்களை உற்பத்தி செய்வதைக் காட்டிலும் இம்முறை சிக்கனமானதாகவும், வேகமானதாகவும், சூழலிசைவு கொண்டதாகவும் இருக்கின்றது.
இந்த புதிய வேதிச்செயல்முறையின் மூலம், பல்வேறு அளவீடுகளில் (sort of scale) கிராபைன்களை நாம் உருவாக்க முடியும். கிராபைன்களோடு சில வேதிப்பொருட்களை சேர்ப்பதன் மூலம் வலிமையான , நெகிழ்வுத் தன்மைமிக்க, வெப்ப மற்றும் மின்னாற்றலைக் கடத்தக்கூடிய பொருட்களை நாம் உற்பத்தி செய்ய முடியும். அவை அடுத்த தலைமுறை கணிப்பொறிகளை வடிவமைக்கவும் மருத்துவக் கருவிகளை வடிவமைக்கவும் நமக்கு உதவும்.
“அறிவியல் கண்டுபிடிப்புகளை அன்றாட நடைமுறைப் பயன்பாட்டிற்கு கொண்டு வருவதற்கு நாம் அதிகத் தொகையை செலவழிக்க வேண்டியிருக்கும்” என நியூயார்க்கில் உள்ள இராச்செஸ்டர் (Rochester) பல்கலைக்கழக உயிரியலாளர் ஆன்னி மயர் (Anne Meyer) குறிப்பிடுகிறார். இவர்தாம் இவ்வாய்வினை மேற்கொண்ட குழுவின் முக்கிய ஆய்வாளர்.
”பெருத்த அளவில் கிராஃபைன்களை உற்பத்தி செய்வது சற்று சவாலானதாகவே இருந்து வந்தது. ஏனெனில் அவ்வாறு உற்பத்தி செய்யப்படும் பொருட்கள் எதிர்பார்த்ததை விட சற்று தடிமனாகவும், குறைதூய்மைப் பண்போடுமே உற்பத்தி செய்யப்பட்டன. இந்நிலையில் தான் நமது இந்தப் புதிய தொழில்நுட்பத்தின் வருகை அமைந்துள்ளது” என்கிறார் அவர்.
பாக்டீரியாக்களைக் கொண்டு புதிய தொழில்நுட்பத்தில் தயாரிக்கப்படும் கிராபைன்களானது, ஏற்கனவே வேதிமுறைகளில் தயாரிக்கப்படும் கிராபைன்களை விட தடிமன் குறைவாகவும், வலிமையானதாகவும் நீடித்து நிலைக்கக்கூடியதாகவும் இருப்பதாக, மயரும் அவர்தம் ஆய்வுக்குழுவும் கண்டறிந்துள்ளனர்.
இந்த அறிவியல் தொழில்நுட்பம்,பாக்டீரியாவின் மூலம் கிராபைன் தயாரித்தல் எனும் புதிய தொழில்நுட்பத்தின் மூலம் என்னென்ன வகையான கிராபைன்களையெல்லாம் உருவாக்க சாத்தியப்படுமோ அவற்றையெல்லாம், சிக்கன செலவின முறையில் உற்பத்தி செய்வதற்கான வாய்ப்புகளை திறந்துவிட்டிருக்கின்றது. இவ்வகை கிராபைன்களைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படும் புலவிளைவு திரிதடய உயிர் உணர்விகள் (field-effect transistor (FET) biosensors) நுண் துகள்களை குறிப்பாக, மருத்துவத்துறையில் உயிர்மூலக்கூறுகளை கண்டறிவதில் இவை அதிகம் பயன்படப் போகின்றன. நீரிழிவு நோயியலில் சர்க்கரையின் அளவை கண்காணிக்கப் பயன்படும் உயிர் உணரி செயல்முறை இதற்கு ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டாகும்.
பாக்டீரியாக்களின் மூலம் உற்பத்திச் செய்யப்படும் கிராபைன்களில், சில வகை ஆக்ஸிஜன் தொகுதிகள் காணப்படுகின்றன. இந்த ஆக்ஸிஜன் தொகுதிகள் (oxygen groups) உடலிலுள்ள உயிர் மூலக்கூறுகளோடு எளிதில் வினைபுரியும் தன்மை கொண்டவை. இதுதான் புலவிளைவு திரிதடய உயிர் உணரிகள் செயல்படுவதற்கான அடிப்படை விதி. உயிர் மூலக்கூறுகள் உயிர் உணரிகளில் உள்ள வினைத்தொகுதிகளோடு பிணையாதபோது பூர்த்தி செய்யப்படாமல் இருந்த மின்சுற்று, அவை வினைபுரியும்போது, புலவிளைவு திரிதடயத்தில் ஒரு முழு மின்சுற்று பூர்த்தி செய்யப்பட்டு மின்சாரம் கடத்தப்படுகிறது. மின்சுற்றில் தூண்டப்பட்ட மின்னோட்டத்தின் அளவை கணக்கிடுவதன் மூலம் வினைபுரிந்த உயிர் மூலக்கூறுகளை அடையாளம் காண முடியும். பாக்டீரியாக்களின் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் கிராபைன்களை அடிப்படையாகக் கொண்டு செயல்படும் உயிர் உணரிகள் திறம்பட செயல்படுவதற்கான தகவமைப்புகளை, வினைத்தொகுதிகளை பாக்டீரியாக்களே உருவாக்கித் தருவதுதான் இதிலுள்ள சிறப்பு.
இந்த வகையான கிராபைன் பொருட்களை, மின்சுற்றுப் பலகைகள் (circuit boards), கணிப்பொறி விசைப்பலகைகள் (computer keyboards) (கார்களில் பனிவுறைவைத் தடுக்கும் காற்று காப்புச்சுற்றுகளிலும் (defrost car windshields) பயன்படும் மைமின் கம்பிகள் (conductive ink) போன்றவைகளாக பயன்படுத்த முடியும். தேவைப்படின் ஒரு பக்கம் மட்டுமே கடத்தக்கூடிய கிராபைன்களையும் இந்த பாக்டீரியா செயல்முறையின் மூலம் உற்பத்தி செய்யலாம்.
முதன்முதலில், பெரிய கிராபைட் பாளங்களிலிருந்து ஒட்டும் நாடாக்களின் உதவியோடுதான் கிராபைன்கள் உருவாக்கப்பட்டன. தற்காலத்தில் பல்வேறு வகையான வேதிமுறைகளின் மூலம் கிராஃபைனும் கிராஃபைன் ஆக்ஸைடும் உற்பத்தி செயப்படுகின்றன. கிராஃபைனை உற்பத்திச் செய்ய ஆய்வாளர்கள் தற்பொழுது கண்டறிந்துள்ள இந்தப் புதிய தொழில்நுட்பம் முன்னேப்போதும் இல்லாத வகையில் அமைந்துள்ளது. குறிப்பாக, கடுமையான நச்சுவேதிப்பொருட்கள் இம்முறையில் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை.
பாக்டீரியா செயல்முறையின் மூலம் கிராஃபைன்களை உற்பத்தி செய்யும் இவ்வணுகுமுறை ஆய்வுலகில் புதிய வரவு ஆதலால், இம்முறையை மேலும் செம்மைப்படுத்த மேலும் பல்வேறு ஆய்வுகள் மேற்கொள்ளப்பட வேண்டியுள்ளன. அவ்வாறு செம்மைப்படுத்தியப் பிறகு தான் அடுத்த தலைமுறை மடிக்கணினிகளை உருவாக்க இத்தொழில்நுட்பத்தை நாம் பயன்படுத்த முடியும். வியக்கத்தக்க இவ்வகையான அறிவியல் பொருட்களின் எதிர்கலாம் மிகப் பிரகாசமாகவே உள்ளது.
பாக்டீரியா செயல்முறையின் மூலம் கிராஃபைன்களை உற்பத்தி செய்யும் தொழில்நுட்பத்தை நாம் கண்டறிந்துள்ளோம். நமது இந்த தொழில்நுட்பத்தின் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் கிராபைன்கள் பொருட்கள் தான், எதிர்கால அறிவியல் பொருளுற்பத்தி சாதனங்களின் பெருக்கத்திற்கும் மேம்பாட்டிற்கும் முன்னுக்கு நின்று வழிக்காட்டப் போகின்றன” என்று மயர் (Meyer) கூறுகிறார்.
(இந்த ஆய்வுக்கட்டுரை ‘ChemistryOpen’ என்னும் ஆய்விதழில் வெளியாகியுள்ளது)
- ப.பிரபாகரன்
- விவரங்கள்
- ப.பிரபாகரன்
- பிரிவு: தொழில்நுட்பம்
அறிவார்ந்த ஒரு புதியவகை சூரிய மின்சக்தி தொழில்நுட்பம், லட்சக்கணக்காண மக்களுக்கு மின்சாரத்தையும் அதேசமயத்தில் தூய்மையான நீரையும் வழங்குவுள்ளது.
சூரிய மின்கல பரண்களால் உற்பத்தி செய்யப்பட்டு, பயனற்று வீணாகும் வெப்ப ஆற்றலை ஆக்கமுறையில் பயன்படுத்திக் கொள்ளும் சவ்வடுக்குகளை அமைப்பதன் மூலம் நீரை தூய்மையாக்க முடியும். இத்தொழில்நுட்பம் உலகில் வாழும் பல லட்சக்கணக்கான மக்களின் வாழ்வியலையே மாற்றியமைக்கும் வல்லமையுடையது.
சவூதி அரேபிய நாட்டின் கண் உள்ள மன்னர் அப்துல்லா பல்கலைக்கழகம் கண்டறிந்தறிக்கும் இது, பழைய தொழில்நுட்பத்தில் ஒரு புதிய அனுகூலமாகும். உலகச் சமுதாயம் எதிர்நோக்கும் முக்கிய இடர்பாடுகளான நீர் மற்றும் மின்சாரத் தேவைகள் என இரண்டையும் ஒரே சமயத்தில் எளிமையாக பெறுவதற்கு இத்தொழில்நுட்பம் உதவுமென அவர்கள் நம்பிக்கை தெரிவித்திருக்கிறார்கள்.
நம்மில் பலர், இந்த இரண்டு முக்கிய ஆதாரங்களும் கிடைக்கப்பெற்றுள்ளோம். ஆனால், உலகில் வாழும் மக்களுள் கிட்டதட்ட 780 மில்லியனுக்கும் மேற்பட்ட மக்களுக்கு தற்சமயத்தில் தூய்மையான நீர் கிடைக்கவில்லை. அதனினும் அதிகமான மக்களுக்கு மின்சாரம் கிடைக்கவில்லை.
தூய்மையான நீரும் மின்சாரமும் ஒரு சமூகத்திற்கு கிடைக்காமல் இருப்பதென்பது, தூய்மைக்கேடு வழியமைந்த நேரடிப் பின்னடைவுகளை மட்டும் ஏற்படுத்துவதில்லை. வேளாண் பயிர் வளர்ப்பு, கால்நடை பராமரிப்பு, எதிர்காலத் தேவைக்கான உணவு மற்றும் மருந்துப் பொருட்களை இருப்பில் சேமித்து வைத்தல் போன்ற பல தொழில்களும் இதனால் பாதிப்படைகின்றன.
தூய்மையான நீருக்கும் மின்சாரத்திற்கும் இடையே இருக்கக்கூடிய மிக நெருங்கிய, தவிர்க்கவே முடியாத சார்புத்தன்மை குறித்து நாம் அரிதாகவே சிந்திக்கிறோம் என்பதும் உண்மையே.
தூய்மையான நீரின்மை, தகுந்த அளவில் மின் உற்பத்தி செய்யும் திறனைக் குறைந்துவிடும். அதேபோன்று தேவையான அளவு மின்னாற்றலின்மையும், நீரை சுத்தகரிக்கும் திறனைக் குறைத்துவிடும்.
சூரிய மின்னுற்பத்தி மூலம், தொலைதூர கிராமங்களுக்கும் வறண்ட நிலப்பகுதிகளுக்கும் மின்சாரத்தின் பயனை கொண்டு போய் சேர்க்க முடியும். ஆனால் அந்தச் சூரிய மின்னாற்றல் உற்பத்தித் தகடுகளை தூய்மையாக்கப்பட வேண்டிய நீர்வழித்தடங்களோடு இணைப்பதென்பது, அவ்வறண்ட நிலங்களில் எளிதில் செய்ய முடியாத செயலாகும்.
ஒரே கல்லில் இரண்டு மாங்காய் என்பதுபோல, சூரிய மின்சக்தியை முழுமையாக பயன்படுத்தும் ஆற்றல் கொண்ட ஃபோட்டோ வோல்டாயிக் மின்கலன்களின் மூலம் ஒரே நேரத்தில் மின்சாரத்தையும் தூய்மையான நீரையும் உருவாக்க முடியும் என்று இந்த ஆய்வை மேற்கொண்ட அறிவியல் ஆய்வாளர்கள் கருதுகிறார்கள்.
ஒளி மின்னழுத்தக் கலன்களோடு (photovoltaics) நீரை சுத்தகரிக்கும் தொழில்நுட்பத்தை இணைப்பது ஒரு புதிய செய்தியல்ல. அமெரிக்க ஐக்கிய நாட்டைச் சார்ந்த ஒரு ஆரம்பகட்ட நிறுவனம், சுழி நீர், அதாவது நீராதாரம் ஏதுமின்றியே, சூரிய ஆற்றலை பயன்படுத்தி நீரை நேரடியாக வளிமண்டலத்திலிருந்து உறிஞ்சும் தொழில்நுட்பத்தை அண்மையில் கண்டறிந்தருப்பதை நாம் நினைவு கூறலாம்.
அந்த தொழில்நுட்பத்தை பயன்படுத்தி இயங்கும் கருவியினை மேலும் செழுமைப்படுத்தவும், கையாளுவதற்கு எளிமையாகவும் அதேசமயத்தில் பொருளாதாரச் சிக்கனமும், நடைமுறை பயன்பாட்டுத் தன்மையுடையதாகும் மாற்ற பல புதிய முன்னேற்றங்கள் அதில் செய்யப்பட வேண்டிய தேவை இருந்தது.
இந்த நவீன மின் உற்பத்திச் சாதனத்தை வடிவமைத்த பொறியாளர்கள், அதன் வினைதிறனை மனதில் வைத்து வடிவமைத்திருக்கிறார்கள். மாசுநீரை தூய்மைப்படுத்தும் அதேவேளையில், மின்னாற்றல் உற்பத்தி திறன் பாதிப்படையாத வகையில் உயர்தரமான சிலிகன் ஒளி மின்னழுத்த மின்கலன்களை இதில் பயன்படுத்யிருக்கிறார்கள்.
தெளிவான வானிலையின் போது பெறப்படும் சூரிய ஆற்றலில் 10 விழுக்காட்டிற்கு அதிகமான சூரிய ஆற்றல், இதில் உள்ள ஒளி மின்னழுத்த மின்கலனில் விழுந்தாலே மின் உற்பத்தி தொடங்கிவிடும். இது மரபார்ந்த சூரிய மின் உற்பத்தி தொழில்நுட்பத்தின் செயல்திறனை விட மேம்பட்டுதன்று.
இச்சாதனத்தின் மீது விழும் சூரியக்கதிர்வீச்சின் எஞ்சிய ஒரு பகுதி வெப்ப ஆற்றலாக வீணாகும். இந்த வெப்ப ஆற்றலை உறிஞ்சக்கூடிய வகையில், தட்டையான நீர் வெறுக்கும் சவ்வடுக்கு (hydrophobic membranes) அவற்றிற்கிடையே நிறுவப்பட்டிருக்கிறது. இவ்வடுக்கு, ஆவியாதலையும் ஆவிச்செறிதலிற்கும் உதவுகிறது.
வெப்பம், நீரை நீராவியாக்கத் தூண்டும் எனும் விதியே இங்கு செயல்படுஇறது. இவ்வாறு ஆவியாக்கப்பட்ட நீரை மீண்டும் குளிர்விக்க வேண்டுமெனில், அதில் உள்ள வெப்ப ஆற்றலை உறிஞ்ச வேண்டும். சாதனத்தில் நிறுவப்பட்டுள்ள சவ்வடுக்கினால் வெப்ப ஆற்றல் உறிஞ்சப்பட்டு, கீழடுக்கிற்கு செல்லும்போது, நீராவி, நீராகச் சுருங்குகிறது. இந்த செயல்முறை திரும்பத் திரும்ப நிகழும்போது, மிகத் தூய்மையான நீர் பெறப்படுகிறது.
மரபான சூரிய மின்கல உற்பத்தி முறையில், இத்தகைய சவ்வடுக்குகளை நிறுவுவதன் வழி, ஐந்து மடங்கு தூய்மையான நீரினை உறுதியாகப் பெற முடியும் என ஆய்வாளர்கள் கண்டடைந்திருக்கிறார்கள்.
ஒரு சதுர மீட்டர் அளவுள்ள சூரிய மின்கலத்தில், இத்தகைய பல்லடுக்கு சவ்வினைக் கொண்ட சுத்தகரிப்பு சாதனத்தின் மூலம், ஒரு மணி நேரத்தில் 1.6 லிட்டர் கடல் நீரை சுத்தகரிக்க முடியும் என்பதை ஆய்வாளர்கள் செய்து காட்டியிருக்கிறார்கள். இந்த சுத்தகரிப்பு நிகழும் அதே வேளையில் அதன் மேற்புறத்தில் ஒளி மின்னழுத்தக் கலன்களின் மூலம் மின்னுற்பத்தி நடைபெறுவது எவ்வகையிலும் தடைபடவில்லை என்பது மிகவும் முக்கியமான அம்சமாகும்.
உலக மொத்த மின் உற்பத்தியில் சூரிய மின் உற்பத்தியின் பங்கு 500 ஜிகாவாட் என கடந்தாண்டு கணக்கிடப்பட்டது. இந்த அளவினை எதிர்வரும் 2025-ஆம் ஆண்டிற்குள் இரட்டாப்பாக்கிவிடுவோமென ஆய்வாளர்கள் கருதுகிறார்கள்.
இது நற்செய்தியாயினும், இந்த இலக்கினை எட்டுவதற்கு, 4 பில்லியன் சதுர மீட்டர் நிலம் தேவைப்படுகின்றது. நீர் வடிகட்டும் சவ்வுகளைக் கொண்ட அம்மின்னுற்பத்தி கலன்களை இரட்டிப்பளவில் நிறுவினால், அதன் மூலம் கிடைக்கும் நீரானது, 2017 -ஆம் ஆண்டில் பயன்படுத்தப்பட்ட குடிநீரில் 10 சதவீதத்திற்கு சமமானதாகும்.
அளவீடுகளின் படி இது ஒரு வியப்பூட்டும் கருத்துருவே. இதில் ஆய்வாளர்களின் அடுத்தகட்ட நகர்வென்பது, சாதனத்தின் வினைதிறனையும் (efficiency) அதன் சராசரி பயன்பாட்டுத்தன்மையின் எல்லைகளை விரிவுப்படுத்தும் வழிகளை கண்டறிவதை துரிதப்படுத்துவதாகவும் அமையவுள்ளது.
எதிர்காலச் சமூகத்திற்கு தேவையான மின்னாற்றலையும் தூய்மையான நீரையும் பூர்த்தி செய்யும் தொழில்நுட்பங்கள் அதிக மதிப்புடையதாக உள்ளன.
சான்றாக, உப்புநீக்குதல் எனும் குடிநீராக்கும் செயல்முறைக்குத் தேவையான மின்னாற்றல் கிடைத்தால் ஒழிய பெருந்திரள் மக்கள் கூட்டத்திற்கு அது பயன்படாது. 2016-ஆம் ஆண்டில், மத்திய கிழக்க நாடுகளின் தூய நீர்த்தேவைகளில் 3% கடல்நீரே பூர்த்தி செய்தது. ஆனால் அவற்றை பெற தேவையான மின்னாற்றலின் அளவு 5% என்பது ஆறுதலான செய்தி.
கடல் நீரிலிருந்து உப்பை பிரித்தெடுக்க, அதற்குத் தேவையான மின்னாற்றலோடு, தூய்மைப்படுத்தப்பட்ட நீரின் மிகச்சிறிய பின்னமும் அதற்குத் தேவைப்படும் என்பது இங்கு கூடுதல் செய்தி.
அமெரிக்க ஐக்கிய நாட்டின் நிலைமையை வைத்து பார்க்கும்பொழுது, அடுத்த வரும் பத்தாண்டுகளில் மிடா அளவிலான தண்ணீர் தேவைப் பற்றாக்குறைகள் ஏற்படும், அந்நாடு இதற்கு முன்பு சந்தித்திராத நீர்-மின்னாற்றல் பற்றாக்குறையை அப்பொழுது சந்திக்கும். ஆயினும் அவற்றை தவிர்க்கக்கூடிய வகையில் கண்டறியப்பட்டுள்ள இவ்வகை தொழில்நுட்பம் அவ்வளவு எளிதில் நடைமுறைக்கு வந்துவிடாது.
இவ்வாய்வுக் கட்டுரை ‘நேச்சர் (Nature) இதழில் வெளியாகியுள்ளது.
- ப.பிரபாகரன்
- விவரங்கள்
- ப.பிரபாகரன்
- பிரிவு: தொழில்நுட்பம்
நீர்த்திவலையின் இயல்பை விளக்கும் புதிய அறிவியல் விதியினை கண்டுப்பிடித்ததன் மூலம், இதுகாறும் அதில் நிலவி வந்த கணிதவியல் சமன்பாட்டுச் சிக்கலை, அறிவியல் அறிஞர்கள் தற்செயலாக எளிமைப்படுத்தியிருக்கிறார்கள்.
தனித்ததொரு நீர்த்திவலையினை மின்புலத்திற்கு உட்படுத்தும்போது, அந்த நீர்த்திவலை, அதன் மீது செயல்படுத்தப்படும் மின்புலவிசையின் எந்த எல்லைவரை உடையாமல் தாக்குப் பிடித்து நிற்கும் என்பது இயற்பியல் ஆய்வுலகில் இதுவரை கண்டறிய முடியாத வரம்பெல்லைக்குள் இருந்து வந்தது. ஆனால், தற்பொழுது அந்த இயற்கை அல்லது இயற்பியல் விதி கண்டறியப்பட்டுள்ளது. இதன்மூலம், அந்த இயற்கை நிகழ்வில் இதுகாறும் நிலவிவந்த கோட்ப்பாட்டுச் சிக்கல் எளிமைப்பட்டுள்ளது.
ஆய்வதற்கரிய இந்த இயற்கை நிகழ்வைக் குறித்த பல்வேறு ஆய்வுகள் கடந்த பத்தாண்டுகளாகவே நிகழ்ந்து வருகின்றன. நீர்த்திவலையை மின்புலத்திற்கு உட்படுத்தும்போது, மின்புலத்தின் எந்த அளவுவரை அது உடையாமல் இருக்கிறது என்பது தான் ஆய்வின் அடிப்படை. ஒட்டுமொத்தமாக பார்க்கும்போது இந்நிகழ்வு எண்ணிக் காண்பதற்கு எளிமையாகத் தோன்றினும், இந்நிகழ்வினை விளக்கக்கூடிய நுணுக்கமான கணித விதிகள் ஏதும் இதுவரை கண்டறியப்படாமலேயே இருந்தது. தற்பொழுது அவ்விதி கண்டறியப்பட்டுள்ளது. நீர்த்திவலையைப் பற்றிய இந்தப் புதிய விதி, விண்வெளி ஆய்வு முதல், நிறை நிறமாலையியல் (mass spectroscopy), உயர்தர அச்சு (high resolution printing), காற்றை தூய்மைப்படுத்துதல் (air purification), மூலக்கூறு ஆய்வுகள் (molecular studies) போன்ற பலவற்றிலும் பல்வேறு முன்னேற்றங்களை காண்பதற்கு வழியமைக்கப் போகிறது.
“எங்களுடைய இந்த ஆய்வு முடிவுக்கு முன்னர், மின்புலத்தில் வைக்கப்ப்பட்ட நீர்த்திவலையின் நிலைத்தன்மையை கணக்கிடுவதற்கு மிகவும் கடினமான பல்வேறு முறைகளை அறிவியல்-பொறியியல் அறிஞர்கள் மேற்கொண்டிருந்தார்கள்” என்று மாசச்சூசெட்ஸ் தொழில்நுட்ப நிறுவனத்தில் (MIT – Massachusetts institute of technology), இயற்பியலும் பொறியியலும் பயிலும் மாணவரான ஜஸ்டின் பெரோசு (Justin Beroz) தெரிவித்தார்.
“எளிய தாள்-கோல் உதவியைக் கொண்டே, எவரும் இதனை எளிமையாகக் கணக்கிட்டு உடனடியாகப் புரிந்து கொள்ள முடியும்” என்று அவர் நம்பிக்கைத் தெரிவிக்கிறார். இயற்பியல் துறையறிவு இல்லாதவர்களுக்கு வேண்டுமானால் இச்சமன்பாட்டைப் புரிந்து கொள்வதற்கு சற்றுக் கூடுதல் கால அவகாசம் தேவைப்படலாம்.
பெரோசும் அவரது கூட்டாளிகளும் இணைந்து வெளியிட்டுள்ள அவர்தம் ஆய்வறிக்கையில், குறிப்பிடப்பட்டுள்ளச் செய்திகள் ஏற்கனவே இயற்பியல் ஆய்வுலகில் பல்லாண்டு காலமாகவே ஆய்வு செய்யப்பட்டு வந்த ஒன்றுதான் எனினும், அது பெரும்பாலோனோரால் அறியப்பட்டிருக்கவில்லை.
விண்ணிலிருந்து மழைத்துளிகள் வீழும்போது, புயல்மேகங்களில் (storm clouds) உருவாகும் மின்புல விசைகள் அவற்றின் மீது செயல்படுவதனால் அவை மின்புலத்திற்கு உட்படுத்தப்படுகின்றன. இதைத்தவிர, உயர் மின்னழுத்த கம்பிகளின் வழியே செல்லும் மின்சாரத்தின் விளைவாக உண்டாகும் மின்புலத்தினாலும் அவை பாதிக்கப்படலாம்.
நீர்த்திவலைகளை கோள வடிவத்தில் இறுக்கி பிணைத்து வைத்திருப்பது நீரின் பரப்பு இழுவிசைதான் (surface tension). திரவத்த்திவலையை மின்புலத்திற்கு உட்படுத்தும்போது, திரவத்துளியின் புறப்பரப்பின் வழியே மின்னழுத்தம் செயல்படுவதனால் நீர் மூலக்கூறு தனது பிணைப்புவிசையை மெல்லவிழக்கிறது. இறுக்குவிசையின் பிடி தளர்வதனால், நீர் மூலக்கூறு (H2O) அதன் கோள வடிவத்திற்கு எதிர்த்திசையில் இயங்கி இரண்டாகப் பிரியும்போது, திரவத்துளிக்குள் மின்னூட்டம் உருவாகிறது.
அண்மைக்காலங்களில், நுண்ணீர்மை அளவுகளின் (microfluidics) அடிப்படையில் (நானோ மீட்டர் அளவில் - 10 -9 லிட்டர்) செயல்படும் அறிவியல் கருவிகளைக் கொண்டு மேற்கொள்ளப்படும் நீரின் இத்தகையப் பண்புகளைப் பற்றி ஆயும் அறிவியல் சோதனைகள் அதிகரித்துள்ளன. ஆனால் நீரின் இந்தப்பண்பினை, அதாவது மின்புலத்திற்கு உட்படும் நீர்த்திவலையின் நிலைப்புத் தன்மையைப் மிகச்சரியாக கணக்கிடுவதில், அறிவியல் அறிஞர்கள் இதுகாறும் எளிமையான வழியைக் கண்டறிய முடியாத நிலையிலேயே உள்ளனர். அதற்கு காரணம், கோட்பாட்டு முடிவுகளுக்கும் (THEORITICAL) சோதனை முடிவுகளுக்கும் (EXPERIMENTAL) இடையேயான வேறுபாடேயாகும். அதாவது, கணிதச் சமன்பாட்டின் மூலம் பெறப்பட்ட முடிவின்படி, ஒரு குறிப்பிட்ட மின்புலத்தில் நீரித்திவலை உடைய வேண்டும். அவ்வாறு உடையும் அந்த மின்புலத்தின் எல்லையை வினைத் தொடங்காற்றல் (threshold energy) என்பர். ஆனால், பரிசோதனை செய்யும்போது, அந்த வினைத்தொடங்காற்றலில் நீர்த் திவலை சில சமயங்களில் உடைந்தும் சில சமயங்களில் உடையாமலும் நிலைத்த கோள வடிவத்திலேயே இருக்கின்றது.
”நீர்த்திவலையின் மீது செயல்படும் மின்புலம் மிக வலிமையாக இருக்கும்போது, அந்த மின்விசையை சமன் செய்யக்கூடிய ஒரு வடிவத்தை திரவத்திவலையினால் கண்டறிய முடியாத நிலையில் அது உடைந்து விடுகின்றது; இதைத்தான் தற்போது நாங்கள் கண்டிறிந்துள்ளோம்” என பெரோசு குறிப்பிடுகிறார்.
இரு உலோகத்தகடுகளின் மின்புலத்திற்கு நடுவே வைக்கப்பட்ட நீர்த்திவலையின் உடையும் பண்பு, அதிவேக காமிராவைக் கொண்டு (high-speed camera) ஆய்வினை படம்பிடித்தபோது கண்டறியப்பட்டுள்ளது.
நீர்த்திவலையின் மீது செயல்படும் மின்புலத்தின் அளவு ஒரு கட்டத்தில் அந்நீர்த்திவலையை உடைக்க முனைகிறது. உடைவதற்கு முன், அந்த நீர்த்திவலையின் வடிவம் கோள வடிவத்திலிருந்து உடையும் நிலைக்கு உருமாறும் (critical stable shape) அந்தக் கடைசிப் புள்ளியை ஆய்வாளர்கள் துல்லியமாகக் கண்டறிந்துள்ளார்கள். நீர்த்திவலையின் அந்தக் கடைசி நிலைப்பு எல்லையை, ஆளும் இயற்கை விதி ஒரு மின்னாற்றல் விதியென (power law) அறிஞர்கள் விளக்குகின்றனர். இந்த மின்னாற்றல் விதியானது, நீர்த்திவலையை உடைக்கும் அந்தச் செயல் தொடங்காற்று மின்புலப்புள்ளியைப் பற்றி விளக்குகிறது.
நீர்த்திவலையின் பருமனையும் ஆரத்தையும் மையமாகக் கொண்டு இந்த மின்னாற்றல் விதி கண்டறியப்பட்டுள்ளதாக ஆய்வாளர்கள் குறிப்பிடுகிறார்கள். இதற்கு முன்னர், நீர்த்திவலையின் உயரத்தையும், ஆரத்தையும் கொண்டு நீர்த்திவலையின் நிலைப்பு எல்லையை விளக்க முயற்சிக்கபட்டது.
கடந்த நூறாண்டு காலமரபில் நீர்த்திவலையின் நிலைப்பு எல்லையை விளக்க அதன் உயரத்தையே தேர்ந்தெடுத்தனர் என பெரோசு குறிப்பிடுகிறார்.
நீர்த்திவலையின் வடிவம் மாறும்போது, அதன் உயரமும் மாறுகிறது. இது, அதன் நிலைப்பு எல்லையை விளக்கும் கணிதச் சமன்பாட்டை சிக்கலாக்குகிறது. ஆனால், மின்புலத்திற்கு உட்படும் நீர்த்திவலையின் உயரம் எவ்வாறு மாறியமைந்தாலும், அதன் பருமன் மாறாமல் தொடர்ந்து நிலையாகவே இருக்கின்றது.
நீர்த்திவலையின் பரப்பு இழுவிசை (droplet surface tension), மின்புல வலிமை (electric field strength), ஊடக மின்புலவிடுதிறன் (air electric permittivity), நீர்த்திவலையின் ஆரம் (radius) போன்ற நான்கு அளபுருக்களோடு நீர்த்திவலையின் பருமனையும் (volume) சேர்த்து மொத்தம் ஐந்து அளபுருக்களைக் கொண்ட புதியச் சமன்பாட்டின் மூலம், நீர்த்திவலையின் நிலைப்பெல்லை விளக்கப்படுகிறது என ஆய்வுக்குழு குறிப்பிடுகிறது.
பல்வேறு அறிவியல் துறைகளில் எங்களுக்கிருந்த நீண்டகால கோட்பாட்டுப் புரிதல் பயிற்சியின் அடிப்படையிலேயே இத்தகைய சாதனையை புரிய முடிந்தது என்பதனை எவரும் உய்த்தறிய முடியும். மேலும் நீர்த்திவலைப் பற்றிய இந்தப் புதியக் கண்டுபிடிப்பானது, மின்னூற்பு (மின்விசையைக் கொண்டு பாலிமர் இழைகளை உருவாக்கும் முறைக்கு இப்பெயர் கொடுக்கப்படுகிறது - (electrospinning), நிலைமின்னியல் வடிகட்டல் (electrostatic filtration) , பால்மப்பகுத்தல் (demulsification) போன்ற தொழிற்துறை செயல்முறைகளில் பல முன்னேற்றங்களை கொண்டு வரப் போகிறது.
”கோட்பாட்டளவில் பார்க்கும்போது, நீர்த்திவலையின் இந்த மின்புலப்பண்பினை விளக்குவதில் உள்ள கணிதவியல் சிக்கலை, இக்கண்டுபிடிப்பு தற்செயலாக எளிமைப்படுத்தியிருக்கிறது” என்று பெரோசு குறிப்பிடுகிறார். இந்தப் புதியக் கண்டுபிடிப்பு Physical Review Letters எனும் பன்னாட்டு இயற்பியல் ஆய்விதழில் வெளியாகியுள்ளது.
(‘Sciencealert’ இணையதளத்தில், 22 சூன் அன்று வெளியாகியிருந்த கட்டுரையின் தமிழ் மொழிப்பெயர்ப்பு)
தமிழில் : ப.பிரபாகரன்
- கிலோகிராமின் வரையறை மாறுகிறது
- பாலினம் கண்டறியப்பட்ட விந்தணுக்கள்: எச்சரிக்கை தேவை
- கறவை மாட்டுப் பண்ணையத்தில் விந்தணுக்களின் பாலினம் கண்டறியும் தொழில்நுட்பம்
- பால் அருந்தாத வெர்கீஸ் குரியன் வெண்மை புரட்சியின் தந்தையாக உருவெடுத்த வரலாறு (1921-2012)
- கறவை மாட்டுப் பண்ணையத்தில் விந்தணுக்களின் பாலினம் கண்டறியும் தொழில்நுட்பம்: ஓர் அறிமுகம்
- பாலில் ஆக்ஸிடோசின் வர வாய்ப்புள்ளதா?
- ஈர்ப்பலைகள் – இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசு 2017
- கசிவு ரோபோ – நடமாடும் சுத்திகரிப்பு நிலையம் - நெகிழியில்லா நெகிழி
- பித்தாகரசு தேற்றமும் தொடுவானத்தின் தூரமும்
- பாக்டீரியாக்கள் – கழிவறைகள் – தொழிலாளர்கள்
- எரிபொருள் அறிவியல் அறிவோம்! ஏமாளிகளாக ஆகாமல் இருப்போம்!!
- நியூட்டனின் விதிகளும் கிணற்றின் ஆழமும்
- சூரிய சக்திச் சாலை (சோலர் சாலை) - பிரான்ஸ்
- பயர்பாக்ஸ் தரும் பயனுள்ள குறுஞ்செயலிகள்
- ஃபிரீ சாப்ட்வேர் – ஓர் அறிமுகம்
- வாட்சப்பை முந்தும் டெலிகிராம்
- Compression Test என்றால் என்ன? அது எப்படி செய்யப்படுகிறது?
- இணையத் திருவிழா
- ஸ்மார்ட் போனில் தகவல்களை ஸ்மார்ட்டாக வைத்திருக்க 8 கட்டளைகள்
- ஜெட் இன்ஜின் - மனிதனை பறக்க வைத்த இயந்திரம்
✍️ எழுத்தாளர்களின் கவனத்திற்கு
கீற்றில் தங்களது படைப்புகளை / இதழ்களை வெளியிட விரும்பினால், அவற்றை யுனிகோட் எழுத்துருவில் [email protected] என்ற மின்னஞ்சல் முகவரிக்கு அனுப்பவும்.
வேறு எந்த இணையதளத்திலும் வெளிவராத படைப்புகள் மட்டுமே பதிவேற்றத்திற்குப் பரிசீலிக்கப்படும்.