त्रिमितीय छायाचित्रणाला नवा आयाम

डॉ. संजय ढोले

पृथ्वीवर आदळणाऱ्या म्यूऑन मूलकणांची भेदनक्षमता खूपच मोठी आहे. त्याच्याद्वारे अशक्य अशा ठिकाणी खोलवर जाऊन प्रतिमानिर्मितीचे प्रयत्न सुरू आहेत. त्याद्वारे त्रिमितीय प्रतिमानिर्मिती सहज साध्य झाल्यास अनेक क्षेत्रात क्रांती होऊ शकते.

ज  गात मूलभूत विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाची प्रगती झाली त्याला बहुतांशी विद्युत चुंबकीय प्रारणे व मूलभूत मूलकण कारणीभूत असल्याचे सिद्ध झालेले आहे. सारे विश्व या किरणांनी व्यापलेले आहे.

एवढेच काय विद्युत चुंबकीय वर्णपटलातील प्रत्येक किरणे अथवा प्रारणे विविध तंत्रज्ञान मानवी जीवनासाठी विकसित झालेले आहेत. संपूर्ण वर्णपटात असलेल्या दृश्य, सूक्ष्मतरंग, रेडिओ लहरी, अतिनील क्ष-किरणे आणि गॅमा किरणे या सर्वच प्रारणांचा उपयोग औद्योगिक, वैद्यकीय, कृषी यांसारख्या क्षेत्रांमध्ये प्रभावीपणे होतो.

प्रत्येकाची वैशिष्ट्ये आहेत. या व्यतिरिक्त इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉनसारख्या मूलकणांचा उपयोगही पदार्थविज्ञानातच नव्हे तर प्रामुख्याने सर्वच क्षेत्रात होतो आहे. महत्त्वाचे म्हणजे इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, गॅमा यांसारख्या मूलकणांचा उपयोग प्रभावीपणे कर्करोग निवारणासाठी होत असला तरी, आज या मूलकणांचा उपयोग इतरत्रही क्षेत्रात होतो आहे.

मुख्य म्हणजे न्यूट्रॉन व गॅमा किरणांवर आधारित रेडिओग्राफी प्रचलित असून, त्याचा उपयोग कुठल्याही उपकरणातील किंवा वस्तूतील उणिवा जाणण्यासाठी होतोच; त्याशिवाय न्यूट्रॉनच्या आधाराने अतिसूक्ष्म स्फोटके (आरडीएक्स, टीएनटी) रेडिओग्राफीच्या साह्याने शोधून काढता येतात.

इलेक्ट्रॉन हा मूलभूत कण असून, त्याचा वापर इलेक्ट्रॉनिक्सपासून सूक्ष्म व अतिसूक्ष्म घटक आणि संगणकात होतो आहे. इलेक्ट्रॉनचे वस्तूमान नगण्य असून, भेदनक्षमताही बऱ्यापैकी आहे. या इलेक्ट्रॉनच्या पुढच्या टप्प्यातील संशोधनांमध्ये संशोधक व्यग्र असून, अद्भुत अशा म्यूऑन मूलकणांचा पाठपुरावा करून त्या आधारावर आधुनिक रेडिओग्राफी विकसित करण्याचा प्रयत्न आहे.

आकाशातून येणारे म्यूऑन मूलकण मानव जिथे जाऊ शकत नाही तिथे पोहोचून, तेथील माहिती मिळवण्याचा प्रयत्न करणार आहेत. याशिवाय अणुभट्टीच्या एकूण आराखड्याविषयीही माहिती मिळवण्याचे प्रयत्न होत आहेत. किंबहुना २०११मध्ये फुकुशिमा येथील त्सुनामीने घडवून आणलेल्या विध्वंसाची माहिती शास्त्रज्ञांनी या म्यूऑन मूलकणांचा आधार घेऊन घेतली होती. त्याद्वारे मोठा विनाश टाळला होता.

काय आहेत म्यूऑन

इलेक्ट्रॉन हा आपल्या सभोवतालच्या पदार्थांच्या सर्वात सामान्य व लहान भागांपैकी एक आहे. या ज्ञात विश्वातील प्रत्येक अणुमध्ये त्याचे अस्तित्व असते. परंतु याच इलेक्ट्रॉनमध्ये दुर्मिळ आणि गडद असे समकक्ष दर्शविणारे मूलकणही आहेत.

त्यापैकीच एक म्हणजे म्यूऑन आहे. आपण म्यूऑनबद्दल फारसा विचार करू शकत नाही. परंतु ते सतत पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर वातावरणातून येत असतात. इलेक्ट्रॉन जेथे जाऊ शकत नाही अशा विस्तीर्ण खडकालाही भेदण्याची क्षमता म्यूऑनमध्ये असते. म्हणूनच शास्त्रज्ञांसाठी ही पर्वणी आणि आव्हानही आहे.

कारण क्ष-किरणांप्रमाणे वस्तूंच्या प्रतिमा मिळवण्याचे काम म्यूऑन करू शकतात. त्यामुळे गेल्या अनेक दशकांमध्ये, त्यांनी ज्वालामुखीच्या पडद्याला छिद्र पाडण्यासाठी आणि प्राचीन थडग्यांमध्ये डोकावण्यासाठी म्यूऑन वापरले आहेत. पण ही प्रतिमा केवळ द्विमितीमध्ये मिळवता आली आहे.

आता त्रिमितीय प्रतिमेसाठी प्रयत्न असून, सध्या ते छोट्या वस्तूपर्यंतच मर्यादित आहेत. ‘सायन्स ॲडव्हान्स’ या संशोधन नियतकालिकात संशोधकांनी मोठ्या आकाराच्या अणुभट्टीची त्रिमितीय म्यूऑन प्रतिमा तयार केली. त्यामुळे तज्ज्ञांना जुन्या अणुभट्ट्या तसेच अणुकचरा तपासण्याचे नवीन सुरक्षित मार्ग सापडतील.

पॅरिस विद्यापीठातील आण्विक भौतिक शास्त्रज्ञ प्रोक्युरर यांचे म्हणणे आहे की, इतक्या मोठ्या वस्तूंसाठी त्रिमितीमध्ये म्यूऑन इमेजिंग करण्याची ही पहिलीच वेळ आहे. ही महत्त्वपूर्ण घटना आहे, की ज्यात संपूर्ण अणुभट्टीचेच अवलोकन होणार आहे. शिवाय अशा जोखमीच्या ठिकाणी जाणेही टळेल, त्यातील उणिवाही सहजपणे समजतील.

खरंतर १९३६मध्ये वैश्विक किरणांचा अभ्यास करताना अँडरसन आणि सेठ नेडरमेयर यांना म्यूऑनचा शोध लागला. अँडरसन यांना चुंबकीय क्षेत्राद्वारे उद्भवलेल्या इलेक्ट्रॉन आणि इतर ज्ञात कणांपेक्षा वेगळे वक्र असलेले कण लक्षात आले.

ते ऋणभारांकित होते. इलेक्ट्रॉनपेक्षा कमी तीव्रतेने वक्र होत होते. याशिवाय समान वेगाच्या कणांसाठी ते प्रोटॉनपेक्षा अधिक तीव्र होते. असे गृहीत धरण्यात आले की त्याचा ऋणभार इलेक्ट्रॉनच्या बरोबरीचा असून, वक्रतेच्या संबंधाने त्याचे वस्तुमान इलेक्ट्रॉनपेक्षा जास्त आहे; पण प्रोटॉनपेक्षा लहान आहे.

या कणांना सुरुवातीला अँडरसन यांनी मेसोट्रॉन संबोधले. नंतर त्याच्या अस्तित्वाची पुष्टी १९३७मध्ये स्ट्रीट आणि स्टीवनसन यांनी क्लाऊड चेंबरच्या साह्याने केल्यानंतर त्याचे नामकरण म्यूऑन करण्यात आले.

वरदायी म्यूऑन इमेजिंग

म्यूऑन इमेजिंग केवळ वैश्विक किरणांच्या मदतीने शक्य आहे असे शास्त्रज्ञांचे मत आहे. त्याचे अबोध असे नाव असूनही बहुतेक विश्वकिरणे ही हायड्रोजन व हेलियम अणुकेंद्रकांची आहेत जे की दूरच्या आकाशगंगेतून पृथ्वीवर येत असतात.

जेव्हा ते पृथ्वीच्या वातावरणात येऊन धडकतात तेव्हा खऱ्या अर्थाने इतर कणांसोबतच म्यूऑनचीही निर्मिती होते. हा जो विश्व किरणांचा पाऊस आहे यामध्येच म्यूऑनचे अस्तित्व आहे. त्याचे वस्तुमान इलेक्ट्रॉनच्या २०६पटीने जास्त आहे. अस्थिर देखील आहे.

त्याचे आयुष्य २.२ मायक्रोसेकंदांएवढे आहे की जे इतर मूलकणांच्या तुलनेने जास्त आहे. पृथ्वीच्या प्रत्येक चौरस मीटरवर प्रत्येक मिनिटाला सुमारे दहा हजार म्यूऑन येत असतात. ते इलेक्ट्रॉनपेक्षा जड असल्याने अधिक ऊर्जावानही असतात.

त्यांची प्रचंड भेदनक्षमता आहे. अर्धा मैल खडकातून ते सहजपणे आरपार जातात. शास्त्रज्ञ आज हेच म्यूऑन खास डिझाईन केलेल्या डिटेक्टरच्या सहाय्याने पकडून, त्यांची मोजणीही करू शकतात. यात विशिष्ट दिशेकडून अधिक म्यूऑन आढळल्यास त्या मार्गावरील पोकळ जागेचे संकेत मिळतात.

अशा प्रयोगामुळे मानव जेथे जाऊ शकत नाही तेथील डेटा गोळा करणे शक्य होईल. या आधारावर २०१७मध्ये संशोधकांना इजिप्तमधील खुफूच्या पिरॅमिडमध्ये खोलवरील पोकळी सापडली. २०११मध्ये त्सुनामीने फुकुशिमाची अणुऊर्जा केंद्र उद्धवस्त केल्यानंतर याच म्यूऑनच्या सहाय्याने शास्त्रज्ञांनी सुरक्षित अंतरावरून आतील नुकसानीची पाहणी केली.

शिवाय शास्त्रज्ञांनी म्यूऑनद्वारे अणुकचराच्या डब्यांना उघडताना गळती न करता तपासणीही यशस्वीपणे केली. तथापि म्यूऑनची त्रिमितीय प्रतिमा घेणे तसे अवघड व जिकिरीचे आहे. एक तर अवकाशातून पडणाऱ्या रिमझिम म्यूऑनवर शास्त्रज्ञांचे नियंत्रण नाही; जे पृथ्वीवर आदळतात तेही पुरेसे नसतात. पण सक्षम म्यूऑन डिटेक्टरच्या साह्याने मोजून प्रतिमा निर्माण करणे शक्य असल्याचे शास्त्रज्ञ सांगतात.

शास्त्रज्ञांनी आता छोट्या वस्तूंसाठी म्यूऑनद्वारे त्रिमितीय प्रतिमा मिळवली आहे, ही आशादायी बाब आहे. याच आधारावर शास्त्रज्ञ संपूर्ण अणुभट्टीची त्रिमितीय प्रतिमा मिळविण्याच्या प्रयत्नांत आहेत. जर का अशा मोठ्या वस्तूंसाठी प्रतिमा मिळाली तर अणुभट्टीतल्या उणिवाही शोधता येतील.

त्यामुळे वेळीच अपघातही टाळता येतील. शिवाय जर का फुकुशिमासारखा अपघात झालाच तर तात्काळ अणुभट्टीच्या आतील प्रतिमा घेऊन उपाययोजनाही करता येतील. या व्यतिरिक्त मालवाहू कंटेनर, स्फोटके, संरक्षित अण्विक सामग्री, तसेच इतर प्रतिबंधित वस्तू शोधणे शक्य होईल.

यापुढे जाऊन वैद्यकीय क्षेत्रात या म्यूऑनचा उपयोग त्रिमितीय इमेजिंगसाठी होऊ शकेल काय याच्याही प्रयत्नांत शास्त्रज्ञ आहेत. त्याद्वारे शरीरातील सूक्ष्म अवयवांची व रोगाची माहिती घेणे शक्य होईल. तशा अर्थाने म्यूऑन निसर्गाने बहाल केलेला अाविष्कार असून, पृथ्वीवर त्याचे येणे व उपयोग करून घेणे हे सर्वस्वी मानवावर अवलंबून आहे. तसे पाहता निसर्गातील म्यूऑननिर्मिती ही पृथ्वीवरील वैश्विक किरणांचे गुंजनच आहे, असे म्हणायला हरकत नाही.