Cryogenic Technique in Hindi
Cryogenic Technique in Hindi
क्रायोजेनिक तकनीक ( Cryogenics Technique in Hindi ) ग्रीक शब्द “क्रायोस” से आई है, जिसका अर्थ है “ठंडा”। यह वह क्षेत्र है जिसमें अत्यधिक ठंडे तापमान पर सामग्रियों का उत्पादन, भंडारण, परिवहन और उपयोग किया जाता है। अत्यधिक ठंड दिलचस्प रासायनिक प्रतिक्रियाओं को प्रेरित कर सकती है। उदाहरण के लिए, ठंडा होने पर पदार्थ गैस से तरल में बदल जाते हैं या ठोस रूप धारण कर लेते हैं।
एक प्रसिद्ध तरल पदार्थ जो ठंडा होने पर अपनी अवस्था बदल लेता है वह पानी है। 0 ℃ के तापमान पर पानी तरल से ठोस में बदल जाता है, जिसे बर्फ कहा जाता है। हालाँकि, यह क्रायोजेनिक्स नहीं है। जब तापमान -160 ℃ या उससे कम हो जाता है तभी हम क्रायोजेनिक्स की बात करते हैं। ये वे तापमान हैं जिन पर गैसें तरल हो जाती हैं; इस तकनीक का उपयोग विभिन्न उद्योगों में किया जाता है।
किसी गैस को द्रवित करने के लिए आवश्यक तापमान एक गैस से दूसरी गैस में भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन माइनस 183 ℃ के तापमान पर द्रवीभूत होती है, जबकि हीलियम के लिए कम से कम माइनस 269 ℃ तापमान की आवश्यकता होती है।
क्रायोजेनिक तापमान कैसे प्राप्त किया जाता है? Cryogenic Technique in Hindi
क्रायोजेनिक तापमान प्राप्त करने के लिए चार अलग-अलग तरीकों का उपयोग किया जाता है:-
1. तापीय चालकता :
थर्मल चालन शायद सबसे परिचित विधि है। दो उत्पादों या सामग्रियों को संपर्क में लाने से, गर्मी सबसे गर्म उत्पाद से सबसे ठंडे उत्पाद में स्थानांतरित हो जाती है। क्रायोजेनिक प्रौद्योगिकी के लिए भी यही सिद्धांत लागू होता है। अत्यधिक ठंड किसी गैस, तरल या ठोस को क्रायोजेनिक तरल के संपर्क में लाने से फैलती है। परिणामस्वरूप, गैस, तरल या ठोस भी वांछित क्रायोजेनिक तापमान तक पहुँच जाता है।
2. वाष्पीकरणीय शीतलन :
परमाणुओं या अणुओं में गैसीय रूप की तुलना में तरल रूप में कम ऊर्जा होती है। किसी तरल उत्पाद के वाष्पीकरण के दौरान, सतह पर परमाणुओं या अणुओं को गैसीय अवस्था में परिवर्तित होने के लिए आसपास के तरल से पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त होती है। इसके विपरीत, बचा हुआ तरल कम ऊर्जा बरकरार रखता है, जिससे यह ठंडा हो जाता है। इस प्रकार, वाष्पीकरण प्रक्रिया को प्रेरित करके, तरल को ठंडा किया जा सकता है।
3. तीव्र प्रसार द्वारा शीतलन :
तीसरी विधि जूल-थॉम्पसन प्रभाव का उपयोग है। इसमें आयतन में अचानक विस्तार या समान रूप से तेज़ दबाव ड्रॉप द्वारा गैसों को ठंडा करना शामिल है। इस विधि का उपयोग बड़े पैमाने पर हाइड्रोजन और हीलियम को द्रवित करने में किया जाता है।
4. रुद्धोष्म विचुंबकीकरण :
चौथी और अंतिम विधि गर्मी को अवशोषित करने के लिए पैरामैग्नेटिक लवण का उपयोग है। इस विधि का उपयोग मुख्य रूप से तरल हीलियम को ठंडा करने के लिए क्रायोजेनिक तकनीक के अंतर्गत किया जाता है।
पैरामैग्नेटिक नमक को भारी संख्या में छोटे चुम्बकों के रूप में सोचा जा सकता है, जिन्हें जब एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र पर रखा जाता है और विद्युत चुम्बक के साथ संसाधित किया जाता है, तो ऊर्जा उत्पन्न या उपयोग करते हैं। गैस से इन सामग्रियों के साथ ऊर्जा को अवशोषित करने से, गैस और अधिक ठंडी हो जाती है।
क्रायोजेनिक प्रौद्योगिकी का इतिहास | History of Cryogenic Technology | Cryogenic Technique in Hindi
Cryogenic Technology
जब डेमाको को पहली बार 1985 के आसपास क्रायोजेनिक्स से परिचित कराया गया था, तो यह विशेषज्ञता का एक अपेक्षाकृत नया क्षेत्र था।
हालाँकि, 19वीं शताब्दी तक क्रायोजेनिक्स अधिक व्यापक रूप से ज्ञात नहीं हुआ था, क्योंकि तब तक, अधिक से अधिक गैसों को सफलतापूर्वक तरलीकृत किया जा सकता था।
यह सब 1877 में शुरू हुआ जब कैलेटेट और पिक्टेट ऑक्सीजन को द्रवीकृत करने में सफल हुए। उस समय प्रयोग पूरे जोरों पर थे और जल्द ही अन्य गैसों के तरल संस्करण सामने आए।
उदाहरण के लिए, 1884 में, हाइड्रोजन धुंध में परिवर्तित होने वाली पहली गैस थी। 1892 में, सर जेम्स डेवार ने क्रायोजेनिक तरल पदार्थों को संग्रहीत करने के लिए एक वैक्यूम इंसुलेटेड बर्तन विकसित किया , जिससे तरलीकृत गैसों के साथ काम करना आसान हो गया।
अगले वर्षों में, विशेषज्ञ गैसों की बढ़ती संख्या को द्रवीकृत करने में सफल रहे, जिनमें अंतिम पंक्ति में हीलियम भी शामिल थी। इस गैस के तरल रूप का प्रयोग पहली बार 1908 में किया गया था।
विभिन्न उद्योगों में क्रायोजेनिक तकनीकें ( Cryogenic Technology in various Industries ) | Cryogenic Technique in Hindi :
इस बीच, अधिक से अधिक उद्योगों ने क्रायोजेनिक तकनीक की उपयोगिता की खोज की। 1961 में क्रायोसर्जरी का अभ्यास पहली बार संयुक्त राज्य अमेरिका में किया गया था। वैज्ञानिकों ने पाया कि धीमी गति से शीतलन अस्वस्थ मानव ऊतक को नष्ट कर सकता है।
संयुक्त राज्य अमेरिका में, इस उद्देश्य के लिए तरल नाइट्रोजन का उपयोग किया गया था, और कुछ साल बाद, दक्षिण अफ्रीका के चिकित्सकों ने भी वहां इस पद्धति का उपयोग किया। हालाँकि, दक्षिण अफ्रीका में, तरल नाइट्रोजन के बजाय नाइट्रस ऑक्साइड का उपयोग किया गया था।
20वीं सदी में अंतरिक्ष उड़ान उद्योग ने क्रायोजेनिक तकनीक भी पेश की। 1961 में, अमेरिकी एटलस-सेंटौर रॉकेट ने अंतरिक्ष कार्यक्रम में पहली बार तरल हाइड्रोजन और तरल नाइट्रोजन का उपयोग किया। इस घटना को क्रायोजेनिक्स में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर माना जाता है और तुरंत इसी तरह की परियोजनाओं के लिए बड़े पैमाने पर तरल हाइड्रोजन का उत्पादन शुरू हुआ।
चिकित्सा और एयरोस्पेस उद्योग उन क्षेत्रों के उदाहरण मात्र हैं जहां क्रायोजेनिक तकनीक पहले से ही लंबे समय से उपयोग में है। क्रायोजेनिक्स ने लंबे समय से वैज्ञानिक अनुसंधान, समुद्री उद्योग और वायु पृथक्करण इकाइयों में तरलीकृत गैसों के बड़े पैमाने पर उत्पादन में भी प्रमुख भूमिका निभाई है।
औद्योगिक गैसें :
क्रायोजेनिक तकनीक के व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए मुख्य रूप से औद्योगिक गैसों का उपयोग किया जाता है।
प्रमुख औद्योगिक गैसें नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), आर्गन, हाइड्रोजन, हीलियम और एसिटिलीन हैं।
इनमें से कुछ गैसें दुकानों में बेची जाती हैं और आम जनता के उपयोग के लिए उपलब्ध हैं (गुब्बारे के लिए हीलियम और चिकित्सा क्षेत्र में ऑक्सीजन के बारे में सोचें)। हालाँकि, ज्यादातर मामलों में, क्रायोजेनिक गैसों का उपयोग औद्योगिक कंपनियों द्वारा किया जाता है।
क्रायोजेनिक इंजीनियरिंग कई प्रकार की औद्योगिक गैसों को पहचानती है , जिनमें से कुछ को कई श्रेणियों में सूचीबद्ध किया गया है :-
वायु गैसें :
वायु गैसों को विभिन्न घटकों को विभाजित करके हवा से निकाला जाता है। वायुमंडल में मुख्य रूप से नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, आर्गन और थोड़ी संख्या में उत्कृष्ट गैसें शामिल हैं। तरल नाइट्रोजन का व्यापक रूप से प्रशीतन के लिए उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, खाद्य उद्योग और चिकित्सा पेशे में; तरल ऑक्सीजन का उपयोग अक्सर एयरोस्पेस उद्योग में किया जाता है; तरल आर्गन को प्रकाश बल्बों में भराव गैस के रूप में उपयोग के लिए जाना जाता है।
उत्कृष्ट गैस :
उत्कृष्ट गैसें (हीलियम, नियॉन, आर्गन, क्रिप्टन, क्सीनन और रेडॉन) भी वायुमंडल में न्यूनतम मात्रा में पाई जाती हैं। इन गैसों में एक बात समान है: वे अन्य सामग्रियों के साथ शायद ही प्रतिक्रिया करते हैं। इस प्रकार, इन्हें अक्सर क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है जहां प्रतिक्रिया (जैसे विषाक्तता या ऑक्सीकरण) वांछित नहीं होती है। उदाहरण के लिए, प्रकाश बल्बों और लेजर में, और गोताखोरों के लिए गुब्बारे और एयर टैंक में भी।
हाइड्रोजन :
क्रायोजेनिक तकनीक में भी हाइड्रोजन का नियमित रूप से उपयोग किया जाता है। हाइड्रोजन वह तत्व है जो ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाता है। यह गैस पृथ्वी पर अपने शुद्ध रूप में नहीं पाई जाती है, लेकिन इसका नियमित रूप से ऊर्जा उत्पादन या ईंधन के रूप में उपयोग के लिए उत्पादन किया जाता है।
अन्य गैसें :
उपरोक्त श्रेणियाँ सभी औद्योगिक गैसों को कवर नहीं करती हैं। उदाहरण के लिए, तरल कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) का उपयोग क्रायोजेनिक्स में किया जाता है, लेकिन, हमारी राय में, यह एक अतिरिक्त श्रेणी का गठन करता है। यह गैस नियमित रूप से मुख्य रूप से खाद्य उद्योग में उपयोग की जाती है।
क्रायोजेनिक गैसों के साथ काम करने के जोखिम :-
क्रायोजेनिक तापमान के साथ काम करना जोखिम से खाली नहीं है। क्रायोजेनिक प्रौद्योगिकी में लापरवाही से संचालन में आग और विस्फोट के खतरों जैसे महत्वपूर्ण जोखिम शामिल हैं। गैसों का तरल रूप खोने और परिणामस्वरूप बर्बाद होने का भी जोखिम होता है। विशेष रूप से महंगी गैसों के मामले में, इसके महत्वपूर्ण वित्तीय परिणाम होते हैं।
क्रायोजेनिक क्षेत्र में ज्ञात जोखिमों के उदाहरणों में शामिल हैं:-
अत्यधिक ठंड से चोट –
क्रायोजेनिक तरल पदार्थों से निकलने वाली ठंडी वाष्प और गैसें त्वचा पर चोट का कारण बन सकती हैं। क्रायोजेनिक सामग्रियों के साथ लंबे समय तक संपर्क के मामले में, त्वचा पूरी तरह से जम सकती है और पिघलने के बाद, एक चिड़चिड़ा घर्षण छोड़ सकती है जो गंभीर जलन के समान दिखाई देती है।
खतरनाक विष –
अधिकांश गैसें अत्यधिक सांद्रित होने पर स्वास्थ्य पर प्रतिकूल प्रभाव डालती हैं। उदाहरण के लिए, तरल कार्बन मोनोऑक्साइड, कार्बन मोनोऑक्साइड गैस छोड़ सकता है, जो घातक हो सकता है।
आग और विस्फोट का खतरा –
अपेक्षाकृत बड़ी संख्या में गैसें ज्वलनशील होती हैं और आग के संपर्क में आने पर फट जाती हैं। कुछ ज्वलनशील गैसें हाइड्रोजन, मीथेन, तरलीकृत प्राकृतिक गैस (एलएनजी), और कार्बन मोनोऑक्साइड हैं।
तेजी से विस्तार द्वारा विस्फोट –
केवल आग ही नहीं, दबाव के कारण भी तरल गैसें फट सकती हैं। क्रायोजेनिक भंडारण वाहिकाओं पर पर्याप्त रूप से कार्यशील वेंटिलेशन या अत्यधिक दबाव से राहत उपकरणों के बिना, इन भंडारण वाहिकाओं में या पाइपलाइन के भीतर भारी दबाव बन सकता है। इसके परिणामस्वरूप तथाकथित BLEVE (उबलता हुआ तरल पदार्थ फैलने वाला वाष्प विस्फोट) हो सकता है।
उच्च मूल्य वाली गैसों का नुकसान –
क्रायोजेनिक गैसों के साथ काम करते समय एक अंतिम जोखिम उन्हें खोना है। गैस को द्रवीकृत बनाए रखने के लिए इसे लगातार सही तापमान पर रखना चाहिए। जब यह गलती से गर्म हो जाता है या बुनियादी ढांचे में गिरावट आती है, तो गैसीय रूप में नुकसान हो सकता है।
बहुत ही कीमती गैस जो आसानी से बर्बाद हो जाती है उसका एक उदाहरण हीलियम है। कई अन्य प्राकृतिक गैसों के अलावा हीलियम भूमिगत पाया जाता है। हालाँकि, इसका उपयोग करने के लिए, इसे इसके शुद्धतम रूप में सुधारना होगा। यह एक महंगी और श्रमसाध्य प्रक्रिया है। साथ ही, हीलियम एक ऐसी अस्थिर गैस है जो छोड़े जाने पर वायुमंडल से बाहर भी निकल जाती है।
यथासंभव हीलियम के नुकसान को रोकने के लिए, डेमाको अपनी सभी हीलियम परियोजनाओं को बंद प्रणालियों से सुसज्जित करता है। यह अतिरिक्त सुरक्षा गैस बचाने और उसके द्वारा परियोजना की लागत में बड़ा अंतर ला सकती है।
क्रायोजेनिक फ्रीजर ( Cryogenic Freezer ) :
क्रायोजेनिक फ्रीजर एक प्रकार का उपकरण या उपकरण है जो कुछ सामग्रियों या पदार्थों को फ्रीज करने के लिए बेहद कम तापमान (क्रायोजेनिक) उत्पन्न करने का प्रभारी होता है।
सामान्यतया, क्रायोजेनिक तापमान -150°C और -273°C के बीच होता है , जिस पर गैसों के रासायनिक गुण बदल जाते हैं । ऐसा वातावरण तैयार करने के लिए, और जैसा कि हम इस लेख में नीचे देखेंगे, यह विभिन्न तकनीकों का उपयोग करता है जो अधिक पारंपरिक यांत्रिक फ्रीजिंग प्रक्रियाओं से भिन्न होती हैं।
यह जानने के लिए पढ़ते रहें कि क्रायो फ़्रीज़र कैसे काम करता है, विभिन्न प्रकार की प्रणाली और यह उपकरण आज विभिन्न उद्योगों में किस प्रकार की प्रगति की सुविधा प्रदान कर रहा है ।
क्रायोजेनिक फ्रीजर के प्रकार और उनके अनुप्रयोग :
क्रायोजेनिक फ्रीजर के विभिन्न प्रकार इन प्रणालियों के काम करने के विभिन्न तरीकों से मेल खाते हैं।
इस प्रकार, इनके बीच अंतर करना संभव है:
एक क्रायो फ्रीजर जो क्रिस्टलीकृत संरक्षण के माध्यम से काम करता है । यह उपकरण एक सीलबंद टैंक में तरल नाइट्रोजन का छिड़काव करके कार्य करता है। जैसे ही नाइट्रोजन वाष्पीकृत होती है , यह गर्मी को अवशोषित करने में सक्षम होती है और छोटे क्रिस्टल के आकार में जमे हुए पदार्थ की सतह पर बनी रहती है ।
यह विधि विशेष रूप से खाद्य संरक्षण के लिए उपयुक्त है, क्योंकि यह स्वाद, बनावट और नमी जैसे गुणों को बनाए रखने की अनुमति देती है। इसे एक फ़्रीज़र के रूप में भी जाना जाता है जो तरल नाइट्रोजन, या LN2 फ़्रीज़र का उपयोग करता है।
क्रायोजेनिक फ्रीजर नाजुक जैविक सामग्रियों या नमूनों के संरक्षण से समझौता किए बिना तेजी से जमने वाले मॉडल का भी पालन कर सकते हैं ।
इसके अतिरिक्त, क्रायोजेनिक फ्रीजर के वास्तविक आकार के आधार पर , अन्य विकल्पों के बीच कैबिनेट फ्रीजर, व्यक्तिगत मॉड्यूल, सुरंग या सर्पिल-आकार के उपकरण के बीच अंतर करना संभव है।
क्रायो फ्रीजर के कुछ प्रमुख अनुप्रयोग निम्न हैं:-
० उच्च गुणवत्ता वाले धातु उत्पादों में हेरफेर करें।
० ऊतक नमूनों के संबंध में वैज्ञानिक प्रयोग।
० टीकों का संरक्षण।
० रॉकेट का ईंधन।
० ताजा खाद्य उत्पादों को फ्रीज करें।
कोर सेक्टर इंडस्ट्रीज | Core Sector Industries in Hindi | Core Sector Industries UPSC in Hindi
क्रायोजेनिक इंजन क्या है? Cryogenic Engine :
क्रायोजेनिक इंजन / क्रायोजेनिक चरण अंतरिक्ष प्रक्षेपण वाहनों का अंतिम चरण है जो क्रायोजेनिक्स का उपयोग करता है। क्रायोजेनिक्स भारी वस्तुओं को उठाने और अंतरिक्ष में रखने के लिए बेहद कम तापमान (-150 डिग्री सेंटीग्रेड से नीचे) पर सामग्रियों के उत्पादन और व्यवहार का अध्ययन है।
बेहद कम तापमान पर प्रणोदक के उपयोग के कारण क्रायोजेनिक चरण तकनीकी रूप से ठोस या तरल प्रणोदक (पृथ्वी पर संग्रहीत) चरणों के संबंध में बहुत अधिक जटिल प्रणाली है। एक क्रायोजेनिक इंजन ठोस और तरल प्रणोदक रॉकेट इंजन जैसे अन्य प्रणोदक की तुलना में उपयोग किए जाने वाले प्रत्येक किलोग्राम क्रायोजेनिक प्रणोदक के साथ अधिक बल प्रदान करता है और अधिक कुशल होता है।
क्रायोजेनिक इंजन प्रणोदक के रूप में तरल ऑक्सीजन (LOX) और तरल हाइड्रोजन (LH2) का उपयोग करता है जो क्रमशः -183 डिग्री C और -253 डिग्री C पर द्रवित होता है। LOX और LH2 को उनके संबंधित टैंकों में संग्रहीत किया जाता है। वहां से उन्हें दहन/जोर कक्ष के अंदर प्रणोदकों की उच्च प्रवाह दर सुनिश्चित करने के लिए व्यक्तिगत बूस्टर पंपों द्वारा टर्बो पंप में पंप किया जाता है। क्रायोजेनिक रॉकेट इंजन के प्रमुख घटक दहन/जोर कक्ष, इग्नाइटर, ईंधन इंजेक्टर, ईंधन क्रायो पंप, ऑक्सीडाइज़र क्रायो पंप, गैस टरबाइन, क्रायो वाल्व, नियामक, ईंधन टैंक और एक रॉकेट इंजन नोजल हैं।
क्रायोजेनिक इंजीनियरिंग में अच्छा बुनियादी ढांचा ( Cryogenic Engineering ) :-
स्पष्ट रूप से, क्रायोजेनिक इंजीनियरिंग विशेषज्ञता का एक अत्यंत विशिष्ट क्षेत्र है, जिसके लिए उच्चतम स्तर पर ज्ञान और कौशल की आवश्यकता होती है। अच्छे बुनियादी ढांचे के साथ, तरल गैस के साथ काम करना सुरक्षित है; फिर भी, दुर्घटनाएँ किसी भी समय हो सकती हैं।
इसलिए, यह आवश्यक है कि सभी पाइपिंग, सिस्टम और अन्य उत्पाद एक अनुभवी दल द्वारा डिजाइन, निर्मित और स्थापित किए जाएं जो प्रमाणित हों और क्रायोजेनिक्स के लिए निर्धारित सभी गुणवत्ता और सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा करते हों।
रॉकेटों में ईंधन को तरल अवस्था में प्राप्त करने के लिए क्रायोजेनिक तकनीक का ही इस्तेमाल किया जाता है। माइनस 238 डिग्री फॉरेनहाइट (−238 °F) को क्रायोजेनिक तापमान कहा जाता है। इसी तापमान का उपयोग करने वाली प्रक्रियायों और उपायों का क्रायोजेनिक इंजीनियरिंग के अंतर्गत अध्ययन किया जाता है।
क्रायोजेनिक्स, विज्ञान और इंजीनियरिंग का एक क्षेत्र है, जिसमें -150°C से कम तापमान पर सामग्रियों के व्यवहार और उपयोग का अध्ययन किया जाता है। क्रायोजेनिक तरल पदार्थों का क्वथनांक माइनस 130°F (माइनस 90°C) से नीचे होता है। इन तरल पदार्थों का इस्तेमाल अनुसंधान में जमे हुए भंडारण और प्रयोग के लिए बेहद कम तापमान प्रदान करने के लिए किया जाता है। क्रायोजेनिक्स के कई अनुप्रयोग हैं, जिनमें शामिल हैं:
० अंतरिक्ष यान या रॉकेट इंजन।
० एमआरआई मशीनें।
० बड़ी मात्रा में भोजन का भंडारण।
० विशेष प्रभाव कोहरा।
० पुनर्चक्रण।
० रक्त और ऊतक के नमूनों को जमाना।
० सुपरकंडक्टर्स को ठंडा करना।
० क्रायोप्रिजर्वेशन, यानी -130 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान का इस्तेमाल करके किसी व्यक्ति के मस्तिष्क की जानकारी को संरक्षित करना।
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