Superionic water
સુપરિયોનિક પાણી, જેને સુપરિયોનિક બરફ અથવા બરફ XVIII પણ કહેવાય છે, તે પાણીનો એક તબક્કો છે જે અત્યંત ઊંચા તાપમાન અને દબાણ પર અસ્તિત્વ ધરાવે છે. સુપરિયોનિક પાણીમાં, પાણીના અણુઓ તૂટી જાય છે અને ઓક્સિજન આયન સમાન અંતરે જાળીમાં સ્ફટિકીકરણ કરે છે જ્યારે હાઇડ્રોજન આયન ઓક્સિજન જાળીમાં મુક્તપણે ફરતા હોય છે. મુક્તપણે ગતિશીલ હાઇડ્રોજન આયન સુપરઆયનિક પાણીને સામાન્ય ધાતુઓની જેમ લગભગ વાહક બનાવે છે, જે તેને સુપરઆયનિક વાહક બનાવે છે. તે બરફના 19 જાણીતા સ્ફટિકીય તબક્કાઓમાંથી એક છે. સુપરિયોનિક પાણી આયનીય પાણીથી અલગ છે, જે એક કાલ્પનિક પ્રવાહી સ્થિતિ છે જે હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન આયનોના અવ્યવસ્થિત સૂપ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. દાયકાઓ સુધી સિદ્ધાંતિત હોવા છતાં, તે 1990 ના દાયકા સુધી ન હતું કે સુપરિયોનિક પાણી માટે પ્રથમ પ્રાયોગિક પુરાવા ઉભરી આવ્યા. પ્રારંભિક પુરાવા હીરાના એન્વિલ કોષમાં લેસર-ગરમ પાણીના ઓપ્ટિકલ માપનમાંથી અને અત્યંત શક્તિશાળી લેસર દ્વારા આઘાત પામેલા પાણીના ઓપ્ટિકલ માપનમાંથી આવ્યા હતા. સુપરિયોનિક પાણીમાં ઓક્સિજન જાળીના સ્ફટિક માળખા માટેનો પ્રથમ નિર્ણાયક પુરાવો લેસર-આઘાતગ્રસ્ત પાણી પરના એક્સ-રે માપનમાંથી આવ્યો હતો, જે 2019માં નોંધવામાં આવ્યો હતો. જો તે પૃથ્વીની સપાટી પર હાજર હોત, તો સુપરિયોનિક બરફ ઝડપથી વિઘટિત થતો. મે 2019 માં, લોરેન્સ લિવરમોર નેશનલ લેબોરેટરી (એલ. એલ. એન. એલ.) ના વૈજ્ઞાનિકો સુપરિયોનિક બરફનું સંશ્લેષણ કરવામાં સક્ષમ હતા, જે પુષ્ટિ કરે છે કે તે સામાન્ય બરફ કરતાં લગભગ ચાર ગણો ગાઢ અને કાળા રંગનો છે. યુરેનસ અને નેપ્ચ્યુન જેવા વિશાળ ગ્રહોના આવરણમાં સુપરિયોનિક પાણી હાજર હોવાનું માનવામાં આવે છે. ગુણધર્મો, એવું માનવામાં આવે છે કે સુપરિયોનિક બરફમાં બે સ્ફટિકીય રચનાઓ હોઈ શકે છે. તેનાથી વધુ દબાણ પર આગાહી કરવામાં આવે છે કે સુપરિયોનિક બરફ શરીર-કેન્દ્રિત ઘન માળખું લેશે. જો કે, 3,140 ડિગ્રી ફેરનહીટથી વધુ દબાણ અને તાપમાનમાં, એવી આગાહી કરવામાં આવે છે કે માળખું વધુ સ્થિર ચહેરો-કેન્દ્રિત ઘન જાળીમાં બદલાઈ જશે. બરફનો રંગ કાળો દેખાય છે. સૈદ્ધાંતિક અને પ્રાયોગિક પુરાવાઓનો ઇતિહાસ ડેમોન્ટિસ એટ અલ. તેમણે 1988માં શાસ્ત્રીય મોલેક્યુલર ડાયનેમિક્સ સિમ્યુલેશનનો ઉપયોગ કરીને સુપરિયોનિક પાણી માટે પ્રથમ આગાહી કરી હતી. 1999 માં, કેવાઝોની એટ અલ. એવી આગાહી કરવામાં આવી હતી કે યુરેનસ અને નેપ્ચ્યુન જેવી પરિસ્થિતિઓમાં એમોનિયા અને પાણી માટે આવી સ્થિતિ અસ્તિત્વમાં હશે. 2005માં લોરેન્સ ફ્રીડે સુપરિયોનિક પાણીની રચનાત્મક પરિસ્થિતિઓને ફરીથી બનાવવા માટે લોરેન્સ લિવરમોર નેશનલ લેબોરેટરી ખાતે એક ટીમનું નેતૃત્વ કર્યું હતું. હીરાની વચ્ચે પાણીના અણુઓને તોડવા અને તેને લેસરોથી વધુ ગરમ કરવાની તકનીકનો ઉપયોગ કરીને તેઓએ આવર્તનમાં ફેરફારનું નિરીક્ષણ કર્યું જે સૂચવે છે કે તબક્કાનું સંક્રમણ થયું છે. ટીમે કોમ્પ્યુટર મોડેલ્સ પણ બનાવ્યાં જે સૂચવે છે કે તેઓએ ખરેખર સુપરિયોનિક પાણી બનાવ્યું હતું. 2013 માં યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, બર્કલે ખાતે હ્યુગ એફ. વિલ્સન, માઈકલ એલ. વોંગ અને બુર્ખાર્ડ મિલિટઝરે એક પેપર પ્રકાશિત કર્યું હતું જેમાં ચહેરા-કેન્દ્રિત ઘન જાળીની રચનાની આગાહી કરવામાં આવી હતી જે ઉચ્ચ દબાણ પર ઉભરી આવશે. વધારાના પ્રાયોગિક પુરાવા મારિયસ મિલોટ અને સહકર્મીઓ દ્વારા 2018 માં હીરા વચ્ચેના પાણી પર ઉચ્ચ દબાણને પ્રેરિત કરીને અને પછી લેસર પલ્સનો ઉપયોગ કરીને પાણીને આઘાત પહોંચાડીને મળી આવ્યા હતા. 2018-2019 પ્રયોગો 2018માં, એલ. એલ. એન. એલ. ના સંશોધકોએ હીરાના બે ટુકડાઓ વચ્ચેનું પાણી દબાવ્યું હતું. પાણીને સાતમા પ્રકારનાં બરફમાં સંકોચાઈ ગયું હતું, જે સામાન્ય પાણી કરતાં 60 ટકા વધુ ગાઢ છે. કોમ્પ્રેસ્ડ બરફને પછી રોચેસ્ટર યુનિવર્સિટીમાં લઈ જવામાં આવ્યો હતો જ્યાં તેને લેસર લાઇટના પલ્સ દ્વારા વિસ્ફોટ કરવામાં આવ્યો હતો. આ પ્રતિક્રિયાએ એક સેકન્ડના માત્ર 10 થી 20 અબજમાં પૃથ્વીના વાતાવરણ કરતાં દસ લાખ ગણા વધુ દબાણ હેઠળ બરફને હજારો ડિગ્રી ગરમ કરીને યુરેનસ અને નેપ્ચ્યુન જેવા બરફના દિગ્ગજોની અંદર જેવી પરિસ્થિતિઓ ઊભી કરી. આ પ્રયોગે તારણ કાઢ્યું હતું કે વાહક પાણીમાં પ્રવાહ ખરેખર ઇલેક્ટ્રોનને બદલે આયનો દ્વારા વહન કરવામાં આવતો હતો અને આમ પાણી સુપરિયોનિક હોવાનું સૂચવ્યું હતું. તે જ લોરેન્સ લિવરમોર નેશનલ લેબોરેટરી ટીમના તાજેતરના પ્રયોગોએ લેસર-આઘાત પામેલા પાણીના ટીપાં પર એક્સ-રે ક્રિસ્ટલોગ્રાફીનો ઉપયોગ કર્યો હતો તે નક્કી કરવા માટે કે ઓક્સિજન આયનો ચહેરા-કેન્દ્રિત-સમઘન તબક્કામાં પ્રવેશ કરે છે, જેને બરફ XVIII નામ આપવામાં આવ્યું હતું અને મે 2019 માં નેચર જર્નલમાં અહેવાલ આપ્યો હતો. બરફના વિશાળ ગ્રહોમાં અસ્તિત્વ એવું માનવામાં આવે છે કે બરફના વિશાળ ગ્રહો યુરેનસ અને નેપ્ચ્યુન સુપરિયોનિક પાણીનું એક સ્તર ધરાવે છે. મશીન લર્નિંગ અને ફ્રી-એનર્જી પદ્ધતિઓ આગાહી કરે છે કે ક્લોઝ-પેક્ડ સુપરિયોનિક તબક્કાઓ વિશાળ તાપમાન અને દબાણ શ્રેણી પર સ્થિર રહેશે, અને શરીર-કેન્દ્રિત ક્યુબિક સુપરિયોનિક તબક્કાને ગતિશીલ રીતે પસંદ કરવામાં આવશે, પરંતુ પરિમાણોની નાની બારી પર સ્થિર રહેશે. બીજી બાજુ, એવા અભ્યાસો પણ છે જે સૂચવે છે કે આ ગ્રહોની અંદરના ભાગમાં હાજર અન્ય તત્વો, ખાસ કરીને કાર્બન, સુપરિયોનિક પાણીની રચનાને અટકાવી શકે છે. ઉપયોગો પાણી તેના અસ્તિત્વ માટે વ્યાપકપણે ત્રણ જુદા જુદા તબક્કાઓ એટલે કે ઘન, પ્રવાહી અને ગેસમાં અન્ય કોઈપણ પદાર્થ અથવા ઘટકની જેમ અસ્તિત્વ માટે જાણીતું છે. જોકે, વાંગ. વગેરે લોકોએ પાણીના બરફના ઉચ્ચ દબાણવાળા આયનીય તબક્કાની શોધ કરી છે. આ બરફ ઊંચા અને નીચા તાપમાન અનુસાર તેની માળખાકીય રચનામાં ફેરફાર કરવા માટે જાણીતો છે. કેટલીક સૌથી મોટી સમસ્યાઓ ઉદ્યોગોને પાણીની આ ત્રણ પ્રમાણભૂત સ્થિતિઓના અસ્તિત્વનો ઉપયોગ કરીને સંબોધવામાં આવે છે પરંતુ ઘણીવાર કામગીરી ખૂબ જ ઊંચા અને નીચા દબાણ અને તાપમાન પર હાથ ધરવામાં આવે છે અને પાણીના બરફના આ ભૌતિક/માળખાકીય ગુણધર્મનું જ્ઞાન આપણને સામગ્રી અને ઊર્જાના વિનિમયને વધુ વિગતવાર અને સચોટ રીતે સમજવામાં મદદ કરી શકે છે. તે સમજી શકાય છે કે રૂપરેખાંકનમાં આ ફેરફાર ઓપરેશનના પરિણામને કેવી રીતે અસર કરે છે અને કેટલી અસર કરે છે. તે ખૂબ જ સંભવ છે કે આ ઉદ્યોગોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સુપરક્રિટિકલ પાણીની ઊંડી સમજ પ્રદાન કરી શકે છે. આ ઘટનાની સારી રીતે વિકસિત સમજણ આપણને ઘણા નુકસાનને ટાળીને વધુ કાર્યક્ષમ રીતે પ્રક્રિયાઓ/કામગીરીની રચના કરવામાં મદદ કરી શકે છે. સંદર્ભો એસ્ટ્રોફિઝિક્સ પાણીના સ્વરૂપો પાણી બરફ