हीलियम गुब्बारों को तैराने, आवाज़ों को कर्कश बनाने और एमआरआई मशीनों तथा एयरोस्पेस इंजीनियरिंग के लिए एक महत्वपूर्ण संसाधन के रूप में प्रसिद्ध है। हीलियम महंगा और दुर्लभ है, रिसाव को तुरंत ढूंढना आवश्यक है, लेकिन यह कहना जितना आसान है, करना उतना ही आसान है क्योंकि हीलियम भी रासायनिक रूप से निष्क्रिय है और सेंसर, जो आमतौर पर रासायनिक रिएक्टरों पर निर्भर होते हैं, को इसका पता लगाने में कठिनाई होती है।
एक नए अध्ययन में, चीन में नानजिंग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक सेंसर की सूचना दी है जो हीलियम रिसाव को ‘सुनने’ के लिए रसायन विज्ञान के बजाय ध्वनि तरंगों का उपयोग करता है। अध्ययन पत्र दिसंबर 2025 अंक में प्रकाशित हुआ था अनुप्रयुक्त भौतिकी पत्र.
अधिकांश गैस सेंसर एक स्पंज की तरह काम करते हैं जो किसी विशेष तरल को छूने पर प्रतिक्रिया करता है। वे गैस को अवशोषित करके या विद्युत संकेत को बदलने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके काम करते हैं। चूँकि हीलियम रासायनिक रूप से स्थिर है, यह इन संवेदनशील कोटिंग्स के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है। और जबकि मास स्पेक्ट्रोमेट्री जैसी मौजूदा विधियां हीलियम का पता लगा सकती हैं, वे अक्सर भारी और महंगी होती हैं।
नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एक अलग दृष्टिकोण अपनाया। उन्होंने ध्वनिक टोपोलॉजिकल सामग्रियों के आधार पर एक सेंसर डिजाइन किया। ये ऐसी संरचनाएं हैं जो कागोम जाली नामक एक विशेष ज्यामितीय पैटर्न का उपयोग करके ध्वनि को फंसा सकती हैं।
कागोम जाली परस्पर जुड़े हुए त्रिभुजों और षट्कोणों से बनी है। अपने विशिष्ट डिज़ाइन में, शोधकर्ताओं ने छोटे ट्यूबों से जुड़े कठोर सिलेंडरों का उपयोग किया, जिससे टोपोलॉजिकल कॉर्नर स्टेट्स नामक प्रभाव पैदा हुआ। मूलतः, संरचना में प्रविष्ट ध्वनि तरंगें त्रिभुज के तीन कोनों पर फंस जाती हैं और बीच में या किनारों से बाहर निकलने में असमर्थ होती हैं।
कागोम से प्रेरित हीलियम का पता लगाने वाला उपकरण। बाएं: डिवाइस की त्रिकोणीय संरचना 2डी अंतरिक्ष में हीलियम रिसाव के स्थान को निर्धारित करने में मदद करती है। | फोटो साभार: वांग एट अल।
ध्वनि विभिन्न गैसों के माध्यम से अलग-अलग गति से यात्रा करती है। जब हीलियम सेंसर में लीक होता है और अंदर की हवा के साथ मिश्रित होता है, तो यह उस गति को बदल देता है जिस पर ध्वनि तरंगें ट्यूबों के माध्यम से यात्रा करती हैं। गति में यह परिवर्तन कोनों पर फंसी ध्वनि की आवृत्ति (या पिच) को बदल देता है। तो आवृत्ति में इस बदलाव को मापकर, सेंसर तुरंत मौजूद हीलियम की सांद्रता की गणना कर सकता है।
ध्वनिक दृष्टिकोण पारंपरिक रासायनिक सेंसरों की तुलना में कई लाभ प्रदान करता है। क्योंकि यह नाजुक रासायनिक कोटिंग्स पर निर्भर नहीं करता है, सेंसर अविश्वसनीय रूप से कठिन है। यह आरामदायक 26º C से लेकर शून्य -34º C तक के तापमान में अच्छी तरह से काम करता है। यह आर्द्रता में परिवर्तन को भी नजरअंदाज करता है और इस प्रकार इसे अन्य सेंसर की तरह लगातार पुन: कैलिब्रेट करने की आवश्यकता नहीं होती है।
सेंसर की टोपोलॉजिकल प्रकृति का मतलब है कि ध्वनि को पकड़ने की इसकी क्षमता बहुत स्थिर है। शोधकर्ताओं ने पाया कि गैस को तेजी से अंदर जाने के लिए वे सिलेंडर के किनारों में बड़े छेद कर सकते हैं और ध्वनि जाल अभी भी अच्छी तरह से काम करता है। इसका मतलब है कि सेंसर तेजी से लीक का पता लगा सकता है क्योंकि गैस को धीरे-धीरे अंदर नहीं जाना पड़ता है।
और क्योंकि सेंसर तीन अलग-अलग कोनों वाला एक त्रिकोण है, यह सिर्फ यह बताने के अलावा और भी बहुत कुछ कर सकता है कि हवा में हीलियम मौजूद है या नहीं। तीनों कोनों में से प्रत्येक पर सिग्नल के समय की तुलना करके, सेंसर उस दिशा को त्रिकोणित कर सकता है जहां से गैस आ रही है। उदाहरण के लिए, यदि आवृत्ति कोने 3 से पहले कोने 1 पर शिफ्ट होती है, तो इसका मतलब यह होगा कि रिसाव कोने 1 के करीब है।
शोध के अनुसार, यह उपकरण दवा से लेकर अंतरिक्ष अन्वेषण तक के उद्योगों में मूल्यवान हीलियम आपूर्ति की रक्षा करना बहुत आसान और सस्ता बना सकता है।
