பேராசிரியர் கெ.நாகராஜன் எழுதும் விஞ்ஞானமும் மெய்ஞானமும் - தொடர் 36

விஞ்ஞானமும் மெய்ஞானமும் -பகுதி-36

அன்புச் சொந்தங்களே வணக்கம்!

இன்றைய உலகில் ஆற்றலின் தேவை அதிகரித்து வருகிறது. அதே சமயத்தில் அவற்றால் உண்டாகும் காற்று மாசும் அதிகரித்து வருகிறது. மக்கள் தொகை பெருக்கமும் நாளுக்கு நாள் அதிகரித்து கொண்டு வருகிறது. காற்றில் மாசு கலப்பதால் நிறைய சுவாச கோளாறுகள் உண்டாகிறது. இதனால் பொது சுகாதாரம் பாதிக்கப்பட்டு பொருளாதாரம் வீணடிக்கப் படுகிறது. இதற்கு தீர்வு என்ன என்றால் இயற்கை வளங்களில் இருந்து கிடைக்கும் சூரிய ஆற்றலை பயன்படுத்தி காற்று மாசை கட்டுப்படுத்துவது. காற்றில் இருந்து மின்சாரம் உற்பத்தி செய்வது.

இன்றைய பதிவில் சூரிய ஒளியை பயன்படுத்தி எப்படி அறிவியல் ரீதியாக மின்சாரம் தயாரிக்க படுகிறது என்பதை பார்ப்போம். இன்றைய நிலையில் கூட சூரிய ஒளி ஆற்றல் முழுவதையும் சேமித்து வைத்துக் கொண்டு பயன்படுத்தும் தொழில்நுட்பம் இன்னும் வளரவில்லை. சூரிய ஒளியில் சுமார் 25 முதல் 30 சதவீத ஒளியை மட்டுமே தற்போது உள்ள தொழில்நுட்ப முறையில் சேமிக்க முடியும். 

இதை எப்படி குறைக்கடத்திகள் (Semiconductors) மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது என்பதை பார்ப்போம்.

சூரிய மின்கலம் (solar cell), அல்லது ஒளிமின்னழுத்தக்கலம் (photovoltaic cell) என்பது ஒளி ஆற்றலை நேரடியாக ஒளிமின் விளைவால் (photoelectric effect) மின் ஆற்றலாக மாற்றும் மின் சாதனம் ஆகும். ஒளிமின் விளைவு இயற்பியலும் வேதியியலும் ஒருங்கிணைந்த நிகழ்வாகும். ஒளிமின்கலம் (photoelectric cell) என்பது ஒளி படும்போது மின் இயல்புகளாகிய மின்னோட்டம், மின்னழுத்தம் அல்லது மின்தடை ஆகியவற்றை மாற்றும் சாதனமாகும். இதன்படி சூரிய மின்கலமும் ஒருவகை ஒளிமின்கலமாகும். இவை சூரியப் பலகங்களின் (solar panel) அடிப்படை உறுப்புகள் ஆகும். சூரியப் பலகங்களை ஒளிமின்னழுத்த பெட்டகங்கள் (photovoltaic module) என்றும் கூறுவர். மேல் படும் ஒளி சூரிய ஒளியாயினும் அல்லது செயற்கை ஒளியாயினும் இந்தக்கலங்கள் ஒளிமின்னழுத்தக்கலங்கள் என்றே கூறப்படும்.

இவற்றை மின்னாற்றல் உற்பத்தி செய்வது தவிர, ஒளியையும் மற்ற மின்காந்தக் கதிர்வீச்சுகளையும் (உதாரணத்திற்கு அகச்சிவப்புக் கதிரை (infrared)) கண்டுபிடிக்கும் ஒளி பிரித்தறுவியாகவும் (photodetector) பயன்படுத்தலாம். இது தவிர ஒளிமின்னழுத்தக்கலத்தை ஒளிச்செறிவை (light intensity) அளவிட்டுக் கண்டுகொள்ளவும் உபயோகப்படுத்தலாம்.

ஒளிமின்கல இயக்கத்துக்கு கீழ்வரும் மூன்று இயற்பண்புகள் தேவை:

• ஒளியை உறிஞ்சி அதன் மூலம், மின்-துளை இணையையோ (electron-hole pair) அல்லது கிளரணுக்களையோ (excitons) உருவாக்கல்.

• எதிர்வகை மின்னூட்ட ஊர்திகளத் தனியாகப் பிரித்தல்.

• பிரித்தெடுக்கப்பட்ட இந்த மின்னூட்ட ஊர்திகளை புறச் சுற்றமைவுக்குக் கொண்டுசெல்லல்.

இதற்கு மாறாக, சூரிய வெப்பந் திரட்டி (solar thermal collector) சூரிய ஒளியை உள்ளீர்த்து, நேரடியாக வெப்பத்திற்காகவோ அல்லது மறைமுகமாக மின்னாக்கம் உற்பத்தி செய்வதற்காகவோ, பயன் படுத்துகிறது. மேலும், "ஒளிமின்பகுகலம்" "(photoelectrolytic cell)" (ஒளிமின் வேதியியல் கலம் (photoelectrochemical cell)) என்பது சூரிய ஒளியூட்டத்தால் நீரை நீரியமாகவும் (Hydrogen) உயிரியமாகவும் (Oxygen) பிரிக்கும் அமைப்பையோ அல்லது எட்மண்டு பெக்கரல் (Edmond Becqurel) உருவாக்கிய ஒரு வகையான ஒளிமின்கலத்தையோ குறிக்கிறது. இதன் அமைப்பை கீழே தரப்பட்டுள்ளன வரைபடம் மூலம் அறிந்து கொள்ளலாம். இதன் பயன்பாடு குறித்து அடுத்த பதிவில் காண்போம். மீண்டும் அடுத்த வாரம் சிந்திப்போம். 

நன்றி 

என்றும் அன்புடன் உங்கள்
முனைவர் கெ நாகராஜன்
இயற்பியல் பேராசிரியர்
பூ.ச.கோ.கலை மற்றும் அறிவியல் கல்லூரி 
கோயம்புத்தூர் -14.