১৫ মিনিটেই তৈরি হবে হিরা! যে কৌশল আবিষ্কার করলেন বিজ্ঞানীরা

হীরা
  © ফাইল ছবি

প্রকৃতিতে প্রাপ্ত সবচেয়ে মূল্যবান ও বিলাসবহুল ধাতু হলো হীরা। তবে কৃত্রিমভাবে হিরা তৈরি করা হয়। তাই বলে ১৫ মিনিটে? সাধারণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপে ও কোনো স্টার্টার (বীজ) রত্ন ছাড়াই হিরা তৈরির এক যুগান্তকারী কৌশল আবিষ্কার করেছেন বিজ্ঞানীরা। এই প্রক্রিয়ায় মূল্যবান রত্নটি পরীক্ষাগারে মাত্র ১৫ মিনিটের মধ্যে তৈরি করা যাবে! 

ভূপৃষ্ঠের শত শত মাইল নিচে পৃথিবীর ম্যান্টেলে (গভীরের এক স্তর) প্রাকৃতিকভাবে হিরা তৈরি হয়। কয়েক লাখ বছর ধরে উচ্চ চাপ ও ১ হাজার ৫০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসেরও বেশি তাপে গ্রাফাইট (কার্বন) থেকে হিরা তৈরি হয়। পরিবর্তিতে আগ্নেয়গিরির অগ্ন্যুৎপাত বা ভূতাত্ত্বিক কোনো ঘটনার মাধ্যমে হিরাগুলো ভূপৃষ্ঠে কাছাকাছি স্তরে উঠে আসে। 

বর্তমানে যে পদ্ধতিতে কৃত্রিম হিরা তৈরি করা হয় তার ৯৯ শতাংশ সংশ্লেষণের জন্য ব্যবহার করা হয় উচ্চ চাপ ও তাপমাত্রা। এই পদ্ধতিকে হাই প্রেশার অ্যান্ড হাই টেম্পারেচার (এইচপিএইচটি) বলা হয়। এই চরম পরিবেশে তরল লোহার মধ্যে কার্বন দ্রবীভূত করা হয়। সেই সঙ্গে আসল হিরাকে বীজ বা স্টার্টার হিসেবে ব্যবহার করে কার্বনকে কৃত্রিম হিরায় রূপান্তর করা হয়। 

তবে এই উচ্চ চাপ ও উচ্চ তাপমাত্রার অবস্থা তৈরি করা ও বজায় রাখা কঠিন। এই প্রক্রিয়ায় যেসব উপাদান ব্যবহার করা হয় তা কৃত্রিম হিরার আকারের ওপর প্রভাব ফেলে। এভাবে মাত্র এক কিউবিক সেন্টিমিটার বা একটি ব্লুবেরি আকারের হিরা তৈরি হয়। আর এইচপিএইচটি প্রক্রিয়ায় হিরা তৈরিতে অনেক সময়ও লাগে। একটি ক্ষুদ্র হিরা তৈরিতে প্রায় এক থেকে দুই সপ্তাহ লেগে যায়। হিরা তৈরির আরেক প্রক্রিয়া হলো—কেমিক্যাল ভেপর ডিসপোজিশন। এই প্রক্রিয়ায় এইচপিএইচটির মতো পরিবেশ তৈরি করতে হয় না। তবে এর জন্যও আসল হিরার বীজ প্রয়োজন হয়। 

তবে নতুন প্রক্রিয়াটি কৃত্রিম হিরা তৈরির এসব সীমাবদ্ধতা দূর করে। নতুন প্রক্রিয়াটি গত ২৪ এপ্রিল একটি গবেষণাপত্রে প্রকাশ করা হয়। দক্ষিণ কোরিয়ার ইনস্টিটিউট ফর বেসিক সায়েন্সের ভৌত রসায়নবিদ রডনি রুফের নেতৃত্বে পরিচালিত গবেষণার প্রতিবেদন নেচার জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে। 

বিজ্ঞান বিষয়ক ওয়েবসাইট লাইভ সায়েন্সকে রুফ বলেন, এক দশকেরও বেশি সময় ধরে আমি হিরা তৈরির নতুন উপায় সম্পর্কে চিন্তা করছি। একটি অপ্রত্যাশিত (‘প্রচলিত’ চিন্তাভাবনা অনুসারে) উপায়ে হিরা তৈরির নতুন প্রক্রিয়া আবিষ্কার করা সম্ভব বলে আমি মনে করতাম। 

প্রাথমিকভাবে একটি গ্রাফাইট ক্রুসিবলে (ধাতু গলানোর পাত্রে) কিছু সিলিকনসহ বৈদ্যুতিকভাবে উত্তপ্ত গ্যালিয়াম ব্যবহার করেছিলেন গবেষকেরা। এই ক্ষেত্রে গ্যালিয়াম ধাতুর ব্যবহার রহস্যময় বলে মনে হতে পারে। তবে আরেক গবেষণায় দেখা গেছে, গ্রাফিনকে মিথেনে পরিণত করতে গ্যালিয়াম একটি অনুঘটক হিসেবে কাজ করে। হিরার মতো গ্রাফিনও খাঁটি কার্বন। তবে এটি হিরার মতো টেট্রাহেড্রাল গঠনের পরিবর্তে এক স্তরে পরমাণু বিন্যস্ত থাকে। 

সমুদ্র–স্তরের বায়ুমণ্ডলীয় চাপে নিজেদের তৈরি চেম্বারে ক্রুসিবলটিকে রাখেন গবেষকেরা। যার মধ্য দিয়ে অনেক উত্তপ্ত কার্বন সমৃদ্ধ মিথেন গ্যাস প্রবেশ করানো যায়। ইনস্টিটিউট ফর বেসিক সায়েন্স–এর ওয়ান কিয়ং সিওং চেম্বারটির নকশা করেন। ৯ লিটার ধারণক্ষমতার চেম্বারটি মাত্র ১৫ মিনিটের মধ্যে পরীক্ষা–নিরীক্ষার জন্য প্রস্তুত করা যেতে পারে। ফলে ধাতু ও গ্যাসের বিভিন্ন ঘনত্ব নিয়ে দ্রুত পরীক্ষা–নিরীক্ষা করতে পারে গবেষক দলটি। 

এসব পরীক্ষার মাধ্যমে গবেষকেরা দেখেন যে, গ্যালিয়াম, নিকেল ও ইস্পাতের সঙ্গে এক চিমটি সিলিকন মিশিয়ে যে অনুঘটক তৈরি হয় তা হিরা তৈরির জন্য সর্বোত্তম উপাদান। এসব উপাদানের সংমিশ্রণে ক্রুসিবল থেকে ১৫ মিনিটের মধ্যে হিরা সংগ্রহ করেন গবেষকেরা। আর দুই থেকে আড়াই ঘণ্টার মধ্যে একটি সম্পূর্ণ ফিল্ম বা ঝিল্লি তৈরি হয়। 

স্পেকট্রোস্কোপিক বিশ্লেষণে দেখা যায়, এতে কয়েকটি সিলিকন পরমাণু ছাড়া ফিল্মটি বিশুদ্ধই ছিল। 

হিরা তৈরির এই প্রক্রিয়া এখনো অনেকাংশে অস্পষ্ট। তাপমাত্রা কমানোর ফলে মিথেন থেকে কার্বনগুলো ক্রুসিবলের তলানিতে কেন্দ্রের দিকে যায়। এর ফলে এগুলো একত্রিত হয়ে হিরায় পরিণত হয়। সিলিকন ছাড়া এই প্রক্রিয়া কাজ করে না। আর কোনো হিরাও তৈরি হবে না। এটি বীজ হিসেবে কাজ করে যাকে ঘিরে কার্বন স্ফটিকাকার ধারণ করে। 

এই প্রক্রিয়ারও বেশ কিছু সীমাবদ্ধতা রয়েছে। এর মাধ্যমে তৈরি হিরাগুলো অনেক ছোট হয়। এর মধ্যে সবচেয়ে বড়গুলোও এইচপিএইচটি প্রক্রিয়ায় তৈরি হিরার চেয়ে হাজারগুণ ছোট। তাই এগুলো গয়না তৈরিতে ব্যবহারের উপযোগী নয়। 

রুফ বলেন, যেহেতু অনেক কম চাপে এই হিরা তৈরি হয় তাই এই প্রক্রিয়া হিরা উৎপাদনের গতি বাড়াতে পারে। এক থেকে দুই বছরের মধ্যে অর্থনীতিতে এর প্রভাব সম্পর্কে একটি স্পষ্ট ধারণা পাবে বিশ্ববাসীরা। 

সূত্র: লাইভ সায়েন্স


মন্তব্য