वारविक विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नई विधि विकसित की है जो यह अनुमान लगाना संभव बनाती है कि अनियमित आकार के नैनोकण हवा में कैसे घूमते हैं। ये कण वायु प्रदूषण की एक प्रमुख श्रेणी हैं और इनका सटीक मॉडल बनाना लंबे समय से कठिन है। नया दृष्टिकोण पहला है जो सरल और पूर्वानुमानित दोनों है, जो वैज्ञानिकों को अत्यधिक जटिल मान्यताओं पर भरोसा किए बिना कण गति की गणना करने की अनुमति देता है।
प्रत्येक दिन, लोग लाखों सूक्ष्म कणों को अपने अंदर लेते हैं, जिनमें कालिख, धूल, पराग, माइक्रोप्लास्टिक्स, वायरस और इंजीनियर्ड नैनोकण शामिल हैं। इनमें से कुछ कण इतने छोटे होते हैं कि वे फेफड़ों में गहराई तक प्रवेश कर सकते हैं और यहां तक कि रक्तप्रवाह में भी प्रवेश कर सकते हैं। एक्सपोज़र को हृदय रोग, स्ट्रोक और कैंसर सहित गंभीर स्वास्थ्य समस्याओं से जोड़ा गया है।
अधिकांश वायुवाहित कणों में चिकनी या सममित आकृतियाँ नहीं होती हैं। हालाँकि, पारंपरिक गणितीय मॉडल आमतौर पर मानते हैं कि ये कण पूर्ण गोले हैं क्योंकि गोलाकार आकार समीकरणों को हल करना आसान बनाते हैं। यह सरलीकरण वैज्ञानिकों की सटीक रूप से ट्रैक करने की क्षमता को सीमित करता है कि वास्तविक दुनिया के कण कैसे व्यवहार करते हैं, विशेष रूप से अनियमित आकार वाले कण जो अधिक स्वास्थ्य जोखिम पैदा कर सकते हैं।
आधुनिक विज्ञान के लिए एक सदी पुराने समीकरण को पुनर्जीवित करना
वारविक विश्वविद्यालय के एक शोधकर्ता ने अब पहली सीधी विधि पेश की है जो यह अनुमान लगा सकती है कि वस्तुतः किसी भी आकार के कण हवा में कैसे चलते हैं। अध्ययन, में प्रकाशित द्रव यांत्रिकी रैपिड्स जर्नल100 वर्ष से अधिक पुराने फॉर्मूले को अद्यतन करता है और एरोसोल विज्ञान में एक बड़े अंतर को संबोधित करता है।
पेपर के लेखक, प्रोफेसर डंकन लॉकरबी, स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग, वारविक विश्वविद्यालय ने कहा: “प्रेरणा सरल थी: यदि हम सटीक रूप से भविष्यवाणी कर सकते हैं कि किसी भी आकार के कण कैसे चलते हैं, तो हम वायु प्रदूषण, रोग संचरण और यहां तक कि वायुमंडलीय रसायन विज्ञान के लिए मॉडल में काफी सुधार कर सकते हैं। यह नया दृष्टिकोण एक बहुत पुराने मॉडल पर आधारित है – जो सरल लेकिन शक्तिशाली है – जो इसे जटिल और अनियमित आकार के कणों पर लागू करता है।”
एरोसोल भौतिकी में एक प्रमुख निरीक्षण को ठीक करना
यह सफलता एरोसोल विज्ञान के मूलभूत उपकरणों में से एक, जिसे कनिंघम सुधार कारक के रूप में जाना जाता है, पर नए सिरे से विचार करने से मिली। पहली बार 1910 में पेश किया गया, सुधार कारक यह समझाने के लिए डिज़ाइन किया गया था कि छोटे कणों पर ड्रैग बल शास्त्रीय द्रव व्यवहार से कैसे भिन्न होते हैं।
1920 के दशक में, नोबेल पुरस्कार विजेता रॉबर्ट मिलिकन ने सूत्र को परिष्कृत किया। उस प्रक्रिया के दौरान, एक सरल और अधिक सामान्य सुधार को नजरअंदाज कर दिया गया था। इस वजह से, समीकरण के बाद के संस्करण उन कणों तक ही सीमित रहे जो पूरी तरह से गोलाकार थे, जिससे वास्तविक दुनिया की स्थितियों के लिए उनकी उपयोगिता सीमित हो गई।
प्रोफेसर लॉकरबी का काम कनिंघम के मूल विचार को व्यापक और अधिक लचीले रूप में पुनर्गठित करता है। इस संशोधित ढांचे से, उन्होंने एक “सुधार टेंसर” पेश किया – एक गणितीय उपकरण जो गोले और पतली डिस्क सहित किसी भी आकार के कणों पर ड्रैग और प्रतिरोध कार्य के लिए जिम्मेदार है। महत्वपूर्ण बात यह है कि यह विधि अनुभवजन्य फिटिंग मापदंडों पर निर्भर नहीं करती है।
प्रोफेसर डंकन लॉकरबी ने कहा: “यह पेपर कनिंघम के 1910 के काम की मूल भावना को पुनः प्राप्त करने के बारे में है। उनके सुधार कारक को सामान्यीकृत करके, अब हम लगभग किसी भी आकार के कणों के लिए सटीक भविष्यवाणियां कर सकते हैं – गहन सिमुलेशन या अनुभवजन्य फिटिंग की आवश्यकता के बिना।
“यह सटीक भविष्यवाणी करने के लिए पहला ढांचा प्रदान करता है कि गैर-गोलाकार कण हवा के माध्यम से कैसे यात्रा करते हैं, और चूंकि ये नैनोकण वायु प्रदूषण और कैंसर के खतरे से निकटता से जुड़े हुए हैं, यह पर्यावरणीय स्वास्थ्य और एयरोसोल विज्ञान दोनों के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है।”
प्रदूषण, जलवायु और स्वास्थ्य अनुसंधान के लिए इसका क्या अर्थ है
नया मॉडल यह समझने के लिए एक मजबूत आधार प्रदान करता है कि हवाई कण वैज्ञानिक क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला में कैसे चलते हैं। इनमें वायु गुणवत्ता निगरानी, जलवायु मॉडलिंग, नैनोटेक्नोलॉजी और चिकित्सा शामिल हैं। यह दृष्टिकोण इस बात की भविष्यवाणी में सुधार कर सकता है कि शहरों में प्रदूषण कैसे फैलता है, जंगल की आग का धुआं या ज्वालामुखी की राख वायुमंडल में कैसे फैलती है, और इंजीनियर नैनोकण औद्योगिक और चिकित्सा अनुप्रयोगों में कैसे व्यवहार करते हैं।
इस काम का विस्तार करने के लिए, वारविक स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग ने एक नई अत्याधुनिक एयरोसोल पीढ़ी प्रणाली में निवेश किया है। यह सुविधा शोधकर्ताओं को नियंत्रित परिस्थितियों में विभिन्न प्रकार के गैर-गोलाकार कणों को बनाने और बारीकी से अध्ययन करने की अनुमति देगी, जिससे नई पूर्वानुमान पद्धति को मान्य और परिष्कृत करने में मदद मिलेगी।
वारविक विश्वविद्यालय के इंजीनियरिंग स्कूल के प्रोफेसर जूलियन गार्डनर, जो प्रोफेसर लॉकरबी के साथ सहयोग कर रहे हैं, ने कहा: “यह नई सुविधा हमें यह पता लगाने की अनुमति देगी कि वास्तविक दुनिया के वायुजनित कण नियंत्रित परिस्थितियों में कैसे व्यवहार करते हैं, इस सैद्धांतिक सफलता को व्यावहारिक पर्यावरणीय उपकरणों में अनुवाद करने में मदद मिलेगी।”
