Zirconium hydride
জিরকোনিয়াম হাইড্রাইড জিরকোনিয়াম এবং হাইড্রোজেনের সংমিশ্রণে তৈরি একটি খাদকে বর্ণনা করে। হাইড্রোজেন একটি শক্তকরণ এজেন্ট হিসাবে কাজ করে, জিরকোনিয়াম পরমাণু স্ফটিক জালের স্থানচ্যুতি একে অপরের পাশ দিয়ে পিছলে যাওয়া থেকে প্রতিরোধ করে। হাইড্রোজেনের পরিমাণ এবং জিরকোনিয়াম হাইড্রাইড (অবক্ষেপিত পর্যায়)-এ তার উপস্থিতির রূপ পরিবর্তিত হলে ফলস্বরূপ জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডের কঠোরতা, নমনীয়তা এবং প্রসার্য শক্তির মতো গুণাবলী নিয়ন্ত্রণ করে। হাইড্রোজেনের পরিমাণ বৃদ্ধি সহ জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডকে জিরকোনিয়ামের চেয়ে শক্ত এবং শক্তিশালী করা যেতে পারে, তবে এই ধরনের জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডও জিরকোনিয়ামের তুলনায় কম নমনীয়। বস্তুগত বৈশিষ্ট্য জিরকোনিয়াম পৃথিবীর ভূত্বকের মধ্যে শুধুমাত্র একটি আকরিক আকারে পাওয়া যায়, সাধারণত একটি জিরকোনিয়াম সিলিকেট, যেমন জিরকন। জিরকোনিয়াম আকরিক থেকে অক্সিজেন এবং সিলিকা অপসারণ করে জিরকোনিয়াম বের করা হয়। ক্রল প্রক্রিয়া নামে পরিচিত এই প্রক্রিয়াটি প্রথমে টাইটানিয়ামে প্রয়োগ করা হয়েছিল। ক্রল প্রক্রিয়ার ফলে হাফনিয়ামযুক্ত একটি খাদ তৈরি হয়। হাফনিয়াম এবং অন্যান্য অশুচিতা পরবর্তী ধাপে অপসারণ করা হয়। জিরকোনিয়াম হাইড্রাইড হাইড্রোজেনের সাথে পরিশোধিত জিরকোনিয়ামের সংমিশ্রণে তৈরি হয়। টাইটানিয়ামের মতো, কঠিন জিরকোনিয়াম খুব সহজেই হাইড্রোজেন দ্রবীভূত করে। জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডের ঘনত্ব হাইড্রোজেনের উপর ভিত্তি করে পরিবর্তিত হয় এবং 5.56 থেকে 6.52 গ্রাম সেমি-3 এর মধ্যে থাকে। এমনকি জিরকোনিয়াম হাইড্রাইড তৈরি করে এমন ঘনত্বের সংকীর্ণ পরিসরেও, হাইড্রোজেন এবং জিরকোনিয়ামের মিশ্রণগুলি খুব ভিন্ন বৈশিষ্ট্য সহ বিভিন্ন কাঠামো তৈরি করতে পারে। গুণগত মানের জিরকোনিয়াম হাইড্রাইড তৈরির জন্য এই বৈশিষ্ট্যগুলি বোঝা অপরিহার্য। ঘরের তাপমাত্রায়, জিরকোনিয়ামের সবচেয়ে স্থিতিশীল রূপ হল ষড়ভুজাকার ক্লোজ-প্যাকড (এইচসিপি) কাঠামো α-জিরকোনিয়াম। এটি একটি মোটামুটি নরম ধাতব উপাদান যা হাইড্রোজেনের একটি ছোট ঘনত্বকে দ্রবীভূত করতে পারে, 550 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 0.069 wt% এর বেশি নয়। যদি জিরকোনিয়াম হাইড্রাইড তাপমাত্রায় 0.069% এর বেশি হাইড্রোজেন ধারণ করে তবে এটি β-জিরকোনিয়াম নামে একটি দেহ-কেন্দ্রিক ঘন (বিসিসি) কাঠামোতে রূপান্তরিত হয়। এটি 900 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে 1.2 শতাংশেরও বেশি হাইড্রোজেন দ্রবীভূত করতে পারে। যখন 0.7 শতাংশেরও কম হাইড্রোজেন সহ জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডগুলি, যা হাইপোয়েউটেক্টয়েড জিরকোনিয়াম হাইড্রাইড নামে পরিচিত, β পর্যায় থেকে শীতল করা হয়, তখন মিশ্রণটি α পর্যায়ে ফিরে যাওয়ার চেষ্টা করে, যার ফলে অতিরিক্ত হাইড্রোজেন হয়। আরেকটি বহুরূপী রূপ হল γ পর্যায়, যা সাধারণত একটি মেটাস্টেবল পর্যায় হিসাবে গৃহীত হয়। জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডগুলি গন্ধহীন, গাঢ় ধূসর থেকে কালো ধাতব গুঁড়ো। এগুলি বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা এবং চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্যের ক্ষেত্রে স্বাভাবিক ধাতুগুলির মতো আচরণ করে (প্যারাম্যাগনেটিক, যদি না ফেরোম্যাগনেটিক অমেধ্য দ্বারা দূষিত হয়)। তাদের গঠন এবং গঠন পরিবেষ্টিত পরিস্থিতিতে স্থিতিশীল। অন্যান্য ধাতব হাইড্রাইডের মতো, জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডের বিভিন্ন স্ফটিকাকার পর্যায়গুলি প্রচলিতভাবে গ্রীক অক্ষর দিয়ে লেবেল করা হয় এবং α ধাতুর জন্য সংরক্ষিত থাকে। পরিচিত ZrHx পর্যায়গুলি হল γ (x = 1), δ (x = 1.5-1.65) এবং ε (x = 1.75-2)। ভগ্নাংশ x মানগুলি প্রায়শই মিশ্রণের সাথে মিলে যায়, তাই x = 0.8-1.5 সহ রচনাগুলিতে সাধারণত α, γ এবং δ পর্যায়গুলির মিশ্রণ থাকে এবং x = 1.65-1.75 এর জন্য δ এবং ε পর্যায়গুলি সহাবস্থান করে। x বৃদ্ধির একটি ফাংশন হিসাবে, δ-Zr এবং ε-Zr এর মধ্যে রূপান্তরটি মুখ-কেন্দ্রিক ঘন δ (ফ্লোরাইট-প্রকার) থেকে মুখ-কেন্দ্রিক টেট্রাগোনাল ε জালিতে ধীরে ধীরে বিকৃতি হিসাবে দেখা যায়। এই বিকৃতিটির সাথে ভিকারের কঠোরতা দ্রুত হ্রাস পায়, যা x <1.6-এর জন্য 260 এইচ. ভি-তে স্থির থাকে, রৈখিকভাবে 1.6 <x <1.75-এর জন্য 160 এইচ. ভি-তে হ্রাস পায় এবং 1.75 <x <2.0-এর জন্য প্রায় 160 এইচ. ভি-তে স্থিতিশীল হয়। এই কঠোরতা হ্রাসের সাথে চৌম্বকীয় সংবেদনশীলতা হ্রাস পায়। ভর ঘনত্ব ক্রমবর্ধমান হাইড্রোজেনের পরিমাণের সাথে ভিন্নভাবে আচরণ করেঃ এটি x = 0-1.6 এর জন্য 6.52 থেকে 5.66 গ্রাম/সেমি3 পর্যন্ত রৈখিকভাবে হ্রাস পায় এবং x = 1.6-2.0 এর জন্য সামান্য পরিবর্তন হয়। হাইড্রোজেন গ্যাসের সঙ্গে ধাতুর মিথস্ক্রিয়ার ফলে জিরকোনিয়াম হাইড্রাইড তৈরি হয়। যদিও এই বিক্রিয়াটি ঘরের তাপমাত্রাতেও ঘটে, তবে সাধারণত কয়েক ঘন্টা থেকে কয়েক সপ্তাহের মধ্যে 400-600 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় অ্যানিলিং করে সমজাতীয় বাল্ক হাইড্রোজেনেশন অর্জন করা হয়। ঘরের তাপমাত্রায়, জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডগুলি বাতাসে এবং এমনকি উচ্চ ভ্যাকুয়ামেও দ্রুত জারিত হয়। অক্সাইডের গঠিত ন্যানোমিটার-পাতলা স্তরটি উপাদানটিতে আরও অক্সিজেন বিস্তার বন্ধ করে দেয় এবং এইভাবে জারণের কারণে গঠনের পরিবর্তনকে সাধারণত অবহেলা করা যেতে পারে। যাইহোক, জারণ ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে বাল্কের গভীরে অগ্রসর হয়। জেডআর এবং এইচ-এর মধ্যে তড়িৎঋণাত্মকতার পার্থক্যের কারণে হাইড্রোজেন আয়নিক। যখন পাতলা ফিল্ম হিসাবে প্রস্তুত করা হয়, তখন স্ফটিক কাঠামো উন্নত করা যেতে পারে এবং পৃষ্ঠের জারণ হ্রাস করা যেতে পারে। জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডগুলি হাইড্রোফ্লোরিক অ্যাসিড বা অ্যালকোহলে দ্রবণীয়; তারা জল, অ্যাসিড, অক্সিডাইজার বা হ্যালোজেনেটেড যৌগগুলির সাথে হিংস্রভাবে প্রতিক্রিয়া জানায়। বিভিন্ন ধরনের পারমাণবিক চুল্লির পরিচালনায় জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডের গঠন একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়, যেমন ফুটন্ত জলের চুল্লি ফুকুশিমা 1ম এবং 2য়, যা 2011 সালের তোহোকু ভূমিকম্প এবং সুনামির কারণে একাধিক বিস্ফোরণে ক্ষতিগ্রস্ত হয়েছিল। তাদের ইউরেনিয়াম জ্বালানী গোলাগুলি জিরকালয় থেকে তৈরি ধাতব রডগুলিতে আবদ্ধ থাকে-সাধারণত প্রায় 98.25% জিরকোনিয়ামের একটি খাদ যার সাথে 1.5% টিন এবং সামান্য পরিমাণে অন্যান্য ধাতু থাকে। জিরকালয় তাপীয় নিউট্রনের জন্য তার ছোট শোষণ ক্রস-সেকশন এবং জিরকোনিয়াম সহ বেশিরভাগ ধাতুর তুলনায় উচ্চতর যান্ত্রিক ও ক্ষয় বৈশিষ্ট্যের জন্য ব্যবহৃত হয়। রডগুলি প্রবাহিত জল দ্বারা শীতল করা হয় যা ধীরে ধীরে জিরকোনিয়ামকে জারিত করে, হাইড্রোজেন মুক্ত করে। ফুকুশিমা চুল্লিতে, সুনামির কারণে চুল্লির শীতলকরণ ব্যবস্থা ব্যর্থ হয়। ফলস্বরূপ তাপমাত্রা বৃদ্ধি রাসায়নিক বিক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করে এবং উল্লেখযোগ্য পরিমাণে হাইড্রোজেন জমা করে, যা বায়ুমণ্ডলে গ্যাস ছেড়ে দেওয়ার সময় অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়ায় বিস্ফোরিত হয়। নিয়মিত ক্রিয়াকলাপে, বেশিরভাগ হাইড্রোজেন চুল্লির সিস্টেমে নিরাপদে নিরপেক্ষ হয়; তবে, 5-20% এর একটি ভগ্নাংশ জিরকালয় রডগুলিতে ছড়িয়ে পড়ে জিরকোনিয়াম হাইড্রাইড তৈরি করে। এই প্রক্রিয়াটি যান্ত্রিকভাবে রডগুলিকে দুর্বল করে দেয় কারণ ধাতুর তুলনায় হাইড্রাইডগুলির কঠোরতা এবং নমনীয়তা কম থাকে। মাত্র কয়েক শতাংশ হাইড্রোজেন জিরকোনিয়ামে দ্রবীভূত হতে পারে। অতিরিক্ত হাইড্রোজেন শূন্যস্থান তৈরি করে যা জিরকালয়কে দুর্বল করে দেয়। জিরকালয়দের মধ্যে জিরকালয়-4 হাইড্রোজেন স্ফীতির জন্য সবচেয়ে কম সংবেদনশীল। এটি জেনারেল অ্যাটমিক্স বা সোভিয়েত টপাজ পারমাণবিক চুল্লি দ্বারা নির্মিত ট্রিগা গবেষণা চুল্লির মতো তাপীয়-বর্ণালী পারমাণবিক চুল্লিতে নিউট্রন মডারেটর হিসাবেও ব্যবহৃত হয়। 0. 14 ই. ভি-র উপরে নিউট্রন শক্তিতে এটি মৌলিক হাইড্রোজেনের (সর্বাধিক পরিচিত উপাদান) মতো একটি পারমাণবিক চুল্লীকে সংযত করতে কার্যকর, তবে অনেক বেশি ঘন, এবং তাই প্রতি একক আয়তনে উচ্চ শক্তি সহ কম্প্যাক্ট চুল্লিগুলিকে অনুমতি দেয়। এটিতে নিউট্রন অনুরণন রয়েছে যা 0.14 eV এর নিচে শক্তিতে প্রায় সমস্ত সংযমকে প্রতিরোধ করে। জিরকোনিয়াম ডিউটেরাইড উচ্চতর, কারণ এটির অ্যানিউট্রনিক হাইড্রোজেনের তুলনায় কম নিউট্রন শোষণ ক্রস-সেকশন রয়েছে, যা একটি চুল্লিতে নিউট্রন শোষণ হ্রাস করে। বিশুদ্ধ পাউডার হিসাবে, জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডগুলি হাইড্রোজনীকরণ অনুঘটক হিসাবে, পাউডার ধাতুবিজ্ঞানে এবং ভ্যাকুয়াম টিউব শিল্পে গেটার হিসাবে ব্যবহৃত হয়। ভ্যাকুয়াম সিস্টেমে, জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডগুলি একটি ধাতু এবং সিরামিকের মধ্যে একটি সিল স্থাপন করতে সহায়তা করে। এই পদ্ধতিতে, একটি হাইড্রাইড পাউডার (বিশেষত ZrH4) সীলমোহর ধাতুর সাথে মিশ্রিত করা হয়; মিশ্রণটি গরম করার ফলে হাইড্রাইডের পচন ঘটে। বিবর্তিত হাইড্রোজেন পার্শ্ববর্তী এলাকা পরিষ্কার করে এবং উৎপাদিত ধাতু প্রবাহিত হয় এবং 300 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মতো নিম্ন তাপমাত্রায়ও একটি সিল তৈরি করে। ZrH2 পাউডার ধাতুবিদ্যায়, হাইড্রোজনীকরণ অনুঘটক হিসাবে এবং হ্রাসকারী এজেন্ট, ভ্যাকুয়াম টিউব গেটার এবং ধাতব ফেনা উৎপাদনে একটি ফোমিং এজেন্ট হিসাবে ব্যবহৃত হয়। অন্যান্য ব্যবহারের মধ্যে রয়েছে পাইরোটেকনিক রচনায় জ্বালানী হিসাবে কাজ করা, যেমন পাইরোটেকনিক ইনিশিয়েটর। নিরাপত্তা গুঁড়ো জিরকোনিয়াম হাইড্রাইডগুলি দাহ্য এবং তাপ, আগুন বা স্ফুলিঙ্গের সংস্পর্শে এলে জ্বলতে এবং বিস্ফোরিত হতে পারে। 300 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে উত্তপ্ত হলে এগুলি হাইড্রোজেন গ্যাস নিঃসরণ করে যা দাহ্যও হয়। "পারমাণবিক শিল্পে জিরকোনিয়াম" ধাতব হাইড্রাইড জিরকোনিয়াম মিশ্র ধাতু নিউট্রন মডারেটর নামে নিবেদিত সম্মেলনের জন্য গুগল বইয়ের অনুসন্ধানের ফলাফল