इटरबियम

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इटरबियम (Ytterbium) एक रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक Yb और परमाणु क्रमांक 70 है। यह एक धातु है, जो लैंथेनाइड श्रेणी का चौदहवां तत्व है, जो इसकी +2 ऑक्सीकरण अवस्था की सापेक्ष स्थिरता का आधार है। अन्य लैंथेनाइड्स की तरह, इसकी सबसे सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था +3 है, जैसा कि इसके ऑक्साइड, हैलाइड और अन्य यौगिकों में होता है। जलीय विलयन में, अन्य बाद के लैंथेनाइड्स के यौगिकों की तरह, घुलनशील इटरबियम यौगिक नौ जल अणुओं के साथ संकुल (complexes) बनाते हैं। अपने बंद-कोश (closed-shell) इलेक्ट्रॉन विन्यास के कारण, इसका घनत्व, गलनांक और क्वथनांक अधिकांश अन्य लैंथेनाइड्स की तुलना में बहुत कम होते हैं।

1878 में, स्विस रसायनज्ञ जीन चार्ल्स गैलिसार्ड डी मारिग्नैक ने दुर्लभ मृदा "एर्बिया" से एक और स्वतंत्र घटक को अलग किया, जिसे उन्होंने "यिटरबिया" (ytterbia) कहा, यह नाम स्वीडन के यिटरबी (Ytterby) गाँव के नाम पर रखा गया, जिसके पास उन्हें एर्बियम का नया घटक मिला था। उन्हें संदेह था कि यिटरबिया एक नए तत्व का यौगिक है जिसे उन्होंने "इटरबियम" कहा। चार तत्वों का नाम इस गाँव के नाम पर रखा गया था, अन्य तीन यिट्रियम, टर्बियम और एर्बियम हैं। 1907 में, यिटरबिया से नई मृदा "लुटेशिया" को अलग किया गया, जिससे जॉर्जेस अर्बेन, कार्ल ऑअर वॉन वेल्सबैक और चार्ल्स जेम्स द्वारा "लुटेशियम" (अब लुटेटियम) तत्व निकाला गया। कुछ चर्चा के बाद, मारिग्नैक का नाम "इटरबियम" बरकरार रखा गया। धातु का अपेक्षाकृत शुद्ध नमूना पहली बार 1953 में प्राप्त किया गया था। वर्तमान में, इटरबियम का उपयोग मुख्य रूप से स्टेनलेस स्टील या सक्रिय लेजर मीडिया के डोपेंट के रूप में किया जाता है, और कम बार गामा किरण स्रोत के रूप में किया जाता है।

प्राकृतिक इटरबियम सात स्थिर समस्थानिकों का मिश्रण है, जो कुल मिलाकर पृथ्वी की पपड़ी में 3 प्रति मिलियन भाग की औसत सांद्रता में मौजूद हैं। यह तत्व चीन, संयुक्त राज्य अमेरिका, ब्राजील और भारत में मोनाज़ाइट, यूक्सेनाइट और ज़ेनोटाइम खनिजों के रूप में खनन किया जाता है। इटरबियम की सांद्रता कम है क्योंकि यह केवल कई अन्य दुर्लभ-मृदा तत्वों के बीच पाया जाता है। यह सबसे कम प्रचुर तत्वों में से एक है। एक बार निकाले और तैयार किए जाने के बाद, इटरबियम आँख और त्वचा के लिए थोड़ा खतरनाक और उत्तेजक होता है। यह धातु आग और विस्फोट का खतरा पैदा करती है।

विशेषताएँ

भौतिक गुण

इटरबियम एक नरम, आघातवर्धनीय और तन्य रासायनिक तत्व है। ताज़ा तैयार होने पर, यह सीज़ियम की तुलना में कम सुनहरा होता है। यह एक दुर्लभ-मृदा तत्व है, और यह मजबूत खनिज अम्ल द्वारा आसानी से घुल जाता है।[1]

इटरबियम के तीन अपररूप हैं जिन्हें ग्रीक अक्षरों अल्फा, बीटा और गामा द्वारा लेबल किया गया है। उनके परिवर्तन तापमान −13 and हैं,[1] हालांकि सटीक परिवर्तन तापमान दबाव और प्रतिबल पर निर्भर करता है।[2] बीटा अपररूप (6.966 g/cm3) कमरे के तापमान पर मौजूद होता है, और इसकी फलक-केंद्रित घनीय क्रिस्टल संरचना होती है। उच्च-तापमान वाला गामा अपररूप (6.57 g/cm3) की काय-केंद्रित घनीय क्रिस्टलीय संरचना होती है।[1] अल्फा अपररूप (6.903 g/cm3) की षट्कोणीय क्रिस्टलीय संरचना होती है और यह कम तापमान पर स्थिर रहता है।[3]

बीटा अपररूप में सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर धात्विक विद्युत चालकता होती है, लेकिन लगभग 16,000 वायुमंडल (1.6 GPa) के दबाव के संपर्क में आने पर यह एक अर्धचालक बन जाता है। 39,000 वायुमंडल (3.9 GPa) तक संपीड़न पर इसकी विद्युत प्रतिरोधकता दस गुना बढ़ जाती है, लेकिन फिर लगभग 40,000 atm (4.0 GPa) पर यह अपने कमरे के तापमान की प्रतिरोधकता के लगभग 10% तक गिर जाती है।[1][4]

अन्य दुर्लभ-मृदा धातुओं के विपरीत, जिनमें आमतौर पर कम तापमान पर प्रति-लौहचुंबकीय और/या लौहचुंबकीय गुण होते हैं, इटरबियम 1.0 केल्विन से ऊपर के तापमान पर अनुचुंबकीय होता है।[5] हालाँकि, अल्फा अपररूप प्रतिचुंबकीय होता है।[2] 824 °C के गलनांक और 1196 °C के क्वथनांक के साथ, इटरबियम का सभी धातुओं में सबसे छोटा तरल परास (liquid range) होता है।[1]

अधिकांश अन्य लैंथेनाइड्स के विपरीत, जिनकी संरचना षट्कोणीय क्लोज-पैक्ड जाली होती है, इटरबियम फलक-केंद्रित घनीय प्रणाली में क्रिस्टलीकृत होता है। इटरबियम का घनत्व 6.973 g/cm3 है, जो पड़ोसी लैंथेनाइड्स, थुलियम (9.32 g/cm3) और लुटेटियम (9.841 g/cm3) की तुलना में काफी कम है। इसके गलनांक और क्वथनांक भी थुलियम और लुटेटियम की तुलना में काफी कम हैं। यह इटरबियम के बंद-कोश इलेक्ट्रॉन विन्यास ([Xe] 4f14 6s2) के कारण है, जिसके कारण केवल दो 6s इलेक्ट्रॉन ही धात्विक बंधन के लिए उपलब्ध होते हैं (अन्य लैंथेनाइड्स के विपरीत जहाँ तीन इलेक्ट्रॉन उपलब्ध होते हैं) और यह इटरबियम की धात्विक त्रिज्या को बढ़ाता है।[3]

रासायनिक गुण

इटरबियम धातु हवा में धीरे-धीरे धूमिल हो जाती है, और सुनहरा या भूरा रंग ले लेती है। बारीक रूप से फैला हुआ इटरबियम हवा और ऑक्सीजन के तहत आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है। पाउडर इटरबियम का पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन या हेक्साक्लोरोएथेन के साथ मिश्रण पन्ने जैसी हरी लौ के साथ जलता है।[6] इटरबियम हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करके विभिन्न अ-स्टोइकियोमेट्रिक हाइड्राइड बनाता है। इटरबियम पानी में धीरे-धीरे, लेकिन एसिड में जल्दी घुल जाता है, जिससे हाइड्रोजन मुक्त होती है।[3]

इटरबियम काफी विद्युतधनात्मक है, और यह ठंडे पानी के साथ धीरे-धीरे और गर्म पानी के साथ काफी तेजी से प्रतिक्रिया करके इटरबियम(III) हाइड्रॉक्साइड बनाता है:[7]

2 Yb(s) + 6 H2O(l) -> 2 Yb(OH)3(aq) + 3 H2(g)

इटरबियम सभी हैलोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है:[7]

2 Yb(s) + 3 F2(g) -> 2 YbF3(s) [सफेद]
2 Yb(s) + 3 Cl2(g) -> 2 YbCl3(s) [सफेद]
2 Yb(s) + 3 Br2(l) -> 2 YbBr3(s) [सफेद]
2 Yb(s) + 3 I2(s) -> 2 YbI3(s) [सफेद]

इटरबियम(III) आयन निकट-अवरक्त तरंग दैर्ध्य की सीमा में प्रकाश को अवशोषित करता है, लेकिन दृश्य प्रकाश में नहीं, इसलिए यिटरबिया, Yb2O3, रंग में सफेद है और इटरबियम के लवण भी रंगहीन होते हैं। इटरबियम तनु सल्फ्यूरिक अम्ल में आसानी से घुल जाता है और ऐसे घोल बनाता है जिनमें रंगहीन Yb(III) आयन होते हैं, जो नोनाहाइड्रेट संकुल के रूप में मौजूद होते हैं:[7]

2 Yb(s) + 3 H2SO4(aq) + 18 H2O(l) -> 2 [Yb(H2O)9]3+(aq) + 3 SO_{4}2-(aq) + 3 H2(g)

Yb(II) बनाम Yb(III)

हालाँकि आमतौर पर त्रिसंयोजक (trivalent), इटरबियम आसानी से द्विसंयोजक यौगिक बनाता है। यह व्यवहार लैंथेनाइड्स के लिए असामान्य है, जो लगभग विशेष रूप से +3 की ऑक्सीकरण अवस्था वाले यौगिक बनाते हैं। +2 अवस्था में 4f14 का संयोजकता इलेक्ट्रॉन विन्यास होता है क्योंकि पूरी तरह से भरा हुआ f-कोश अधिक स्थिरता देता है। पीला-हरा इटरबियम(II) आयन एक बहुत मजबूत अपचायक है और पानी को विघटित करता है, जिससे हाइड्रोजन निकलती है, और इसलिए जलीय विलयन में केवल रंगहीन इटरबियम(III) आयन ही पाया जाता है। समैरियम और थुलियम भी +2 अवस्था में ऐसा ही व्यवहार करते हैं, लेकिन यूरोपियम(II) जलीय विलयन में स्थिर होता है। इटरबियम धातु यूरोपियम धातु और क्षारीय मृदा धातुओं के समान व्यवहार करती है, जो नीले इलेक्ट्राइड लवण बनाने के लिए अमोनिया में घुल जाती है।[3]

समस्थानिक

प्राकृतिक इटरबियम सात स्थिर समस्थानिकों से बना है: 168Yb, 170Yb, 171Yb, 172Yb, 173Yb, 174Yb, और 176Yb, जिसमें 174Yb सबसे प्रचुर (31.90 % प्राकृतिक प्रचुरता) है। बत्तीस कृत्रिम रेडियोसमस्थानिक देखे गए हैं, जिनमें सबसे स्थिर 169Yb है जिसकी अर्ध-आयु 32.014 दिन है, 175Yb जिसकी अर्ध-आयु 4.185 दिन है, और 166Yb जिसकी अर्ध-आयु 56.7 घंटे है। शेष सभी रेडियोधर्मी समस्थानिकों की अर्ध-आयु 2 घंटे से कम है, जिनमें से अधिकांश की 20 मिनट से कम है। इस तत्व में 18 मेटा अवस्थाएं भी हैं, जिनमें सबसे स्थिर 169mYb (अर्ध-आयु 46 सेकंड) है।ref

इटरबियम के ज्ञात समस्थानिक 149Yb से 187Yb तक हैं।ref[8] सबसे प्रचुर स्थिर समस्थानिक, 174Yb से हल्के समस्थानिकों के लिए प्राथमिक क्षय मोड इलेक्ट्रॉन प्रग्रहण है, जिससे थुलियम समस्थानिक प्राप्त होते हैं; बाद के लिए प्राथमिक मोड बीटा उत्सर्जन है, जिससे लुटेटियम समस्थानिक प्राप्त होते हैं।

प्राप्ति

इटरबियम कई दुर्लभ खनिजों में अन्य दुर्लभ-मृदा तत्वों के साथ पाया जाता है। इसे अक्सर व्यावसायिक रूप से मोनाज़ाइट रेत (0.03 % इटरबियम) से प्राप्त किया जाता है। यह तत्व यूक्सेनाइट और ज़ेनोटाइम में भी पाया जाता है। मुख्य खनन क्षेत्र चीन, संयुक्त राज्य अमेरिका, ब्राजील, भारत, श्रीलंका और ऑस्ट्रेलिया हैं। इटरबियम के भंडार का अनुमान दस लाख टन है। इटरबियम को अन्य दुर्लभ मृदाओं से अलग करना सामान्यतः कठिन होता है, लेकिन 20वीं सदी के मध्य से उत्तरार्ध में विकसित आयन-विनिमय और विलायक निष्कर्षण तकनीकों ने पृथक्करण को सरल बना दिया है। इटरबियम के रासायनिक यौगिक दुर्लभ हैं और अभी तक अच्छी तरह से वर्णित नहीं किए गए हैं। पृथ्वी की पपड़ी में इटरबियम की प्रचुरता लगभग 3 mg/kg है।[4]

एक सम-संख्या वाले लैंथेनाइड के रूप में, ओड्डो-हारकिन्स नियम के अनुसार, इटरबियम अपने तत्काल पड़ोसियों, थुलियम और लुटेटियम की तुलना में काफी अधिक प्रचुर है, जो उसी सांद्रण में लगभग 0.5 % के स्तर पर होते हैं। इटरबियम का विश्व उत्पादन प्रति वर्ष केवल 50 टन है, जो दर्शाता है कि इसके बहुत कम व्यावसायिक अनुप्रयोग हैं। Yb:YAG लेजर में इटरबियम के सूक्ष्म निशान डोपेंट के रूप में उपयोग किए जाते हैं, जो एक ठोस-अवस्था लेजर है जिसमें इटरबियम वह तत्व है जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन से गुजरता है।[9]

इटरबियम अक्सर यिट्रियम खनिजों में सबसे आम विकल्प होता है। बहुत कम ज्ञात मामलों/घटनाओं में इटरबियम यिट्रियम पर हावी होता है, जैसे, ज़ेनोटाइम-(Yb) में। चंद्रमा के रेगोलिथ से देशी इटरबियम की एक रिपोर्ट ज्ञात है।[10]

उत्पादन

इटरबियम को अन्य लैंथेनाइड्स से अलग करना अपेक्षाकृत कठिन है क्योंकि इसके गुण समान होते हैं। परिणामस्वरूप, प्रक्रिया थोड़ी लंबी है। सबसे पहले, मोनाज़ाइट या ज़ेनोटाइम जैसे खनिजों को विभिन्न एसिड, जैसे सल्फ्यूरिक अम्ल में घोला जाता है। इटरबियम को अन्य लैंथेनाइड्स से आयन विनिमय द्वारा अलग किया जा सकता है, जैसा कि अन्य लैंथेनाइड्स के साथ किया जाता है। घोल को फिर एक राल (resin) पर लगाया जाता है, जिससे विभिन्न लैंथेनाइड्स अलग-अलग आकर्षण के साथ जुड़ते हैं। इसे फिर संकुलन एजेंट का उपयोग करके घोला जाता है, और विभिन्न लैंथेनाइड्स द्वारा प्रदर्शित विभिन्न प्रकार के बंधन के कारण, यौगिकों को अलग करना संभव हो जाता है।[11][12]

इटरबियम को अन्य दुर्लभ मृदाओं से या तो आयन विनिमय द्वारा या सोडियम अमलगम के साथ अपचयन द्वारा अलग किया जाता है। बाद वाली विधि में, त्रिसंयोजक दुर्लभ मृदाओं के एक बफर अम्लीय घोल को पिघले हुए सोडियम-पारा मिश्र धातु के साथ उपचारित किया जाता है, जो Yb3+ को अपचयित और घोल देता है। मिश्र धातु को हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ उपचारित किया जाता है। धातु को घोल से ऑक्सालेट के रूप में निकाला जाता है और गर्म करके ऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है। ऑक्साइड को उच्च निर्वात में लैंथेनम, एल्युमिनियम, सीरियम या ज़िरकोनियम के साथ गर्म करके धातु में अपचयित किया जाता है। धातु को उच्चीकरण (sublimation) द्वारा शुद्ध किया जाता है और एक संघनित प्लेट पर एकत्र किया जाता है।[13]

यौगिक

मुख्य लेख: इटरबियम यौगिक

इटरबियम का रासायनिक व्यवहार शेष लैंथेनाइड्स के समान है। अधिकांश इटरबियम यौगिक +3 ऑक्सीकरण अवस्था में पाए जाते हैं, और इस ऑक्सीकरण अवस्था में इसके लवण लगभग रंगहीन होते हैं। यूरोपियम, समैरियम और थुलियम की तरह, इटरबियम के ट्राइहैलाइड्स को हाइड्रोजन, जस्ता धूल, या धात्विक इटरबियम के योग द्वारा डाइहैलाइड्स में अपचयित किया जा सकता है।[3] +2 ऑक्सीकरण अवस्था केवल ठोस यौगिकों में होती है और कुछ मायनों में क्षारीय मृदा धातु यौगिकों के समान प्रतिक्रिया करती है; उदाहरण के लिए, इटरबियम(II) ऑक्साइड (YbO) कैल्शियम ऑक्साइड (CaO) के समान संरचना दिखाता है।[3]

हैलाइड

इटरबियम हैलोजन फ्लोरीन, क्लोरीन, ब्रोमीन और आयोडीन के साथ डाइहैलाइड और ट्राइहैलाइड दोनों बनाता है। डाइहैलाइड कमरे के तापमान पर ट्राइहैलाइड में ऑक्सीकरण के प्रति संवेदनशील होते हैं और उच्च तापमान पर ट्राइहैलाइड और धात्विक इटरबियम में असमानुपाती (disproportionate) हो जाते हैं:[3]

3 YbX2 -> 2 YbX3 + Yb (X = F, Cl, Br, I)

कुछ इटरबियम हैलाइड्स का उपयोग कार्बनिक संश्लेषण में अभिकर्मक के रूप में किया जाता है। उदाहरण के लिए, इटरबियम(III) क्लोराइड (YbCl3) एक लुईस अम्ल है और इसे एल्डोल[14] और डिएल्स-एल्डर अभिक्रिया में उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जा सकता है।[15] इटरबियम(II) आयोडाइड (YbI2) का उपयोग, समैरियम(II) आयोडाइड की तरह, युग्मन अभिक्रियाओं के लिए अपचायक के रूप में किया जा सकता है।[16] इटरबियम(III) फ्लोराइड (Yb2F3) का उपयोग एक अक्रिय और गैर-विषाक्त दांत भरने के रूप में किया जाता है क्योंकि यह लगातार फ्लोराइड आयनों को छोड़ता है, जो दंत स्वास्थ्य के लिए अच्छे हैं, और यह एक अच्छा एक्स-रे कंट्रास्ट एजेंट भी है।[17]

ऑक्साइड

इटरबियम ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके इटरबियम(III) ऑक्साइड (Yb2O3) बनाता है, जो "दुर्लभ-मृदा सी-प्रकार सेस्क्यूऑक्साइड" संरचना में क्रिस्टलीकृत होता है जो फ्लोराइट संरचना से संबंधित है जिसमें एक चौथाई आयन हटा दिए जाते हैं, जिससे इटरबियम परमाणु दो अलग-अलग छह समन्वय (गैर-अष्टकोणीय) वातावरण में होते हैं।[18] इटरबियम(III) ऑक्साइड को मौलिक इटरबियम के साथ इटरबियम(II) ऑक्साइड (YbO) में अपचयित किया जा सकता है, जो सोडियम क्लोराइड के समान संरचना में क्रिस्टलीकृत होता है।[3]

बोराइड

इटरबियम डोडेकाबोराइड (YbB12) एक क्रिस्टलीय सामग्री है जिसका अध्ययन कई रासायनिक रूप से संबंधित पदार्थों के विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक और संरचनात्मक गुणों को समझने के लिए किया गया है। यह एक कोंडो इंसुलेटर है।[19] यह एक क्वांटम सामग्री है; सामान्य परिस्थितियों में, थोक क्रिस्टल का आंतरिक भाग एक इंसुलेटर होता है जबकि सतह अत्यधिक चालक होती है।[20] दुर्लभ मृदा तत्वों में, इटरबियम उन कुछ तत्वों में से एक है जो एक स्थिर डोडेकाबोराइड बना सकते हैं, यह गुण इसकी तुलनात्मक रूप से छोटी परमाणु त्रिज्या के कारण है।[21]

इतिहास

1878 में, इटरबियम की खोज स्विस रसायनज्ञ जीन चार्ल्स गैलिसार्ड डी मारिग्नैक द्वारा की गई थी। गैडोलिनाइट के नमूनों की जांच करते समय, मारिग्नैक को उस मृदा में एक नया घटक मिला जिसे तब एर्बिया के रूप में जाना जाता था, और उन्होंने इसका नाम यिटरबिया रखा, जो स्वीडिश गाँव यिटरबी के नाम पर था, जिसके पास उन्हें एर्बियम का नया घटक मिला था। मारिग्नैक को संदेह था कि यिटरबिया एक नए तत्व का यौगिक है जिसे उन्होंने "इटरबियम" कहा।[4][17][22][23][24]

1907 में, फ्रांसीसी रसायनज्ञ जॉर्जेस अर्बेन ने मारिग्नैक की यिटरबिया को दो घटकों में अलग किया: नियोयिटरबिया और लुटेशिया। नियोयिटरबिया बाद में इटरबियम तत्व के रूप में जाना जाने लगा, और लुटेशिया लुटेटियम तत्व के रूप में जाना जाने लगा। ऑस्ट्रियाई रसायनज्ञ कार्ल ऑअर वॉन वेल्सबैक ने लगभग उसी समय यिटरबिया से इन तत्वों को स्वतंत्र रूप से अलग किया, लेकिन उन्होंने उन्हें एल्डेबेरानियम (Ad; एल्डेबरन के नाम पर) और कैसियोपियम कहा।[4] अमेरिकी रसायनज्ञ चार्ल्स जेम्स ने भी लगभग उसी समय इन तत्वों को स्वतंत्र रूप से अलग किया।[25]

अर्बेन और वेल्सबैक ने एक-दूसरे पर दूसरे पक्ष के परिणामों के आधार पर प्रकाशित करने का आरोप लगाया।[26][27][28] 1909 में, परमाणु द्रव्यमान आयोग, जिसमें फ्रैंक विगल्सवर्थ क्लार्क, विल्हेम ओस्टवाल्ड और जॉर्जेस अर्बेन शामिल थे, जो तब नए तत्व के नामों के श्रेय के लिए जिम्मेदार थे, ने अर्बेन को प्राथमिकता देकर और उनके नामों को आधिकारिक के रूप में अपनाकर विवाद को सुलझाया, इस तथ्य के आधार पर कि मारिग्नैक के इटरबियम से लुटेटियम का पृथक्करण सबसे पहले अर्बेन द्वारा वर्णित किया गया था।[26] अर्बेन के नामों को मान्यता मिलने के बाद, नियोयिटरबियम को वापस इटरबियम कर दिया गया।

धात्विक इटरबियम का उत्पादन पहली बार 1936 में विल्हेम क्लेम और हेनरिक बोमर द्वारा किया गया था।[29]

इटरबियम के रासायनिक और भौतिक गुणों को 1953 तक किसी भी सटीकता के साथ निर्धारित नहीं किया जा सका, जब आयन-विनिमय प्रक्रियाओं का उपयोग करके पहली बार लगभग शुद्ध इटरबियम धातु का उत्पादन किया गया था।[4] इटरबियम की कीमत 1953 और 1998 के बीच लगभग US$1,000/kg पर अपेक्षाकृत स्थिर थी।[30]

अनुप्रयोग

गामा किरणों का स्रोत

169Yb समस्थानिक (32 दिनों की अर्ध-आयु के साथ), जो परमाणु रिएक्टरों में इटरबियम के विकिरण के दौरान न्यूट्रॉन सक्रियण द्वारा अल्पकालिक 175Yb समस्थानिक (अर्ध-आयु 4.2 दिन) के साथ बनाया जाता है, का उपयोग पोर्टेबल एक्स-रे मशीनों में विकिरण स्रोत के रूप में किया गया है। एक्स-रे की तरह, स्रोत द्वारा उत्सर्जित गामा किरणें शरीर के नरम ऊतकों से गुजरती हैं, लेकिन हड्डियों और अन्य घने पदार्थों द्वारा अवरुद्ध हो जाती हैं। इस प्रकार, छोटे 169Yb नमूने (जो गामा किरणें उत्सर्जित करते हैं) छोटी वस्तुओं की रेडियोग्राफी के लिए उपयोगी छोटी एक्स-रे मशीनों की तरह कार्य करते हैं। प्रयोगों से पता चलता है कि 169Yb स्रोत के साथ ली गई रेडियोग्राफ लगभग 250 और 350 keV के बीच ऊर्जा वाले एक्स-रे के साथ ली गई रेडियोग्राफ के बराबर हैं। 169Yb का उपयोग परमाणु चिकित्सा में भी किया जाता है।[31]

उच्च-स्थिरता वाली परमाणु घड़ियाँ

2013 में, राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (NIST) में इटरबियम परमाणुओं पर आधारित प्रयोगात्मक परमाणु घड़ियों की एक जोड़ी ने स्थिरता के लिए एक रिकॉर्ड बनाया। NIST भौतिकविदों ने बताया कि इटरबियम घड़ियों की टिक 1 क्विंटिलियन (1 के बाद 18 शून्य) में दो भागों से कम के भीतर स्थिर हैं, जो अन्य परमाणु घड़ियों के लिए पिछले सर्वोत्तम प्रकाशित परिणामों से लगभग 10 गुना बेहतर है। ये घड़ियाँ ब्रह्मांड की आयु के बराबर अवधि के लिए एक सेकंड के भीतर सटीक होंगी। ये घड़ियाँ लगभग 10,000 इटरबियम परमाणुओं पर निर्भर करती हैं जिन्हें लेजर-ठंडा करके 10 माइक्रोकेल्विन (परम शून्य से 10 मिलियन डिग्री ऊपर) तक लाया गया है और एक ऑप्टिकल जाली में फंसाया गया है—लेजर प्रकाश से बने पैनकेक के आकार के कुओं की एक श्रृंखला। एक अन्य लेजर जो प्रति सेकंड 518 ट्रिलियन बार (518 THz) "टिक" करती है, परमाणुओं में दो ऊर्जा स्तरों के बीच एक संक्रमण को उकसाती है। परमाणुओं की बड़ी संख्या घड़ियों की उच्च स्थिरता की कुंजी है।[32]

दृश्य प्रकाश तरंगें माइक्रोवेव की तुलना में तेजी से दोलन करती हैं, इसलिए ऑप्टिकल घड़ियाँ सीज़ियम परमाणु घड़ियों की तुलना में अधिक सटीक हो सकती हैं। फिजिकलिश-टेक्निशे बंडेसानस्टाल्ट ऐसी कई ऑप्टिकल घड़ियों पर काम कर रहा है। आयन ट्रैप में फंसाया गया एक एकल इटरबियम आयन वाला मॉडल अत्यधिक सटीक है। उस पर आधारित ऑप्टिकल घड़ी दशमलव बिंदु के बाद 17 अंकों तक सटीक है।[33]

स्टेनलेस स्टील की डोपिंग

इटरबियम का उपयोग स्टेनलेस स्टील के अनाज शोधन, मजबूती और अन्य यांत्रिक गुणों को बेहतर बनाने में मदद करने के लिए डोपेंट के रूप में भी किया जा सकता है। कुछ इटरबियम मिश्र धातुओं का उपयोग दंत चिकित्सा में शायद ही कभी किया गया है।[1][4]

सक्रिय माध्यम के डोपेंट के रूप में येटरबियम

Yb3+ आयन का उपयोग सक्रिय लेजर माध्यमों में, विशेष रूप से सॉलिड स्टेट लेजर और डबल क्लैड फाइबर लेजर में डोपिंग सामग्री के रूप में किया जाता है। येटरबियम लेजर अत्यधिक कुशल होते हैं, इनका जीवनकाल लंबा होता है और ये लघु पल्स उत्पन्न कर सकते हैं; येटरबियम को लेजर बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री में भी आसानी से शामिल किया जा सकता है।[34] येटरबियम लेजर आमतौर पर 1.03–1.12 μm बैंड में विकिरण उत्सर्जित करते हैं, जिन्हें होस्ट और अनुप्रयोग के आधार पर 900 nm–1 μm तरंग दैर्ध्य पर ऑप्टिकली पंप किया जाता है। छोटा क्वांटम डिफेक्ट येटरबियम को कुशल लेजर और पावर स्केलिंग के लिए एक संभावित डोपेंट बनाता है।[35]

येटरबियम-डोपेड सामग्रियों में उत्तेजनाओं की गतिज सरल होती है और इसे प्रभावी क्रॉस-सेक्शन की अवधारणा के भीतर वर्णित किया जा सकता है; अधिकांश येटरबियम-डोपेड लेजर सामग्रियों के लिए (कई अन्य ऑप्टिकली पंप किए गए गेन माध्यमों की तरह), मैककम्बर संबंध लागू होता है,[36][37][38] हालांकि येटरबियम-डोपेड कंपोजिट सामग्री पर इसके अनुप्रयोग पर चर्चा चल रही थी।[39][40]

आमतौर पर, येटरबियम की कम सांद्रता का उपयोग किया जाता है। उच्च सांद्रता पर, येटरबियम-डोपेड सामग्रियां फोटोडार्किंग[41] (ग्लास फाइबर) प्रदर्शित करती हैं या कुशल लेजर क्रिया के बजाय ब्रॉडबैंड उत्सर्जन[42] (क्रिस्टल और सिरेमिक) में बदल जाती हैं। यह प्रभाव न केवल ओवरहीटिंग से संबंधित हो सकता है, बल्कि येटरबियम आयनों की उच्च सांद्रता पर चार्ज कम्पेनसेशन की स्थितियों से भी संबंधित हो सकता है।[43]

येटरबियम (Yb) डोप्ड ऑप्टिकल फाइबर के साथ उत्पादित पावर स्केलिंग लेजर और एम्पलीफायरों में काफी प्रगति हुई है। घटकों के साथ-साथ Yb-डोपेड फाइबर में उन्नति के कारण पावर स्तर 1 kW के दायरे से ऊपर बढ़ गए हैं। लो NA, लार्ज मोड एरिया फाइबर का निर्माण ~1064 nm पर ब्रॉडबैंड कॉन्फ़िगरेशन में 1.5 kW से 2 kW से अधिक के पावर स्तर पर लगभग पूर्ण बीम गुणवत्ता (M2<1.1) प्राप्त करने में सक्षम बनाता है।[44] येटरबियम-डोपेड LMA फाइबर में बड़े मोड फील्ड व्यास का लाभ भी होता है, जो उत्तेजित ब्रिलुइन स्कैटरिंग और उत्तेजित रमन स्कैटरिंग जैसे गैर-रेखीय प्रभावों के प्रभावों को नकार देता है, जो उच्च पावर स्तर प्राप्त करने को सीमित करते हैं, और सिंगल मोड येटरबियम-डोपेड फाइबर की तुलना में एक स्पष्ट लाभ प्रदान करते हैं।

येटरबियम-आधारित फाइबर प्रणालियों में और भी उच्च पावर स्तर प्राप्त करने के लिए, फाइबर के सभी कारकों पर विचार किया जाना चाहिए। इन्हें केवल सभी येटरबियम फाइबर मापदंडों के अनुकूलन के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, जो कोर बैकग्राउंड लॉस से लेकर ज्यामितीय गुणों तक होते हैं, ताकि कैविटी के भीतर स्प्लिस लॉस को कम किया जा सके। पावर स्केलिंग के लिए ऑप्टिकल कैविटी के भीतर मैचिंग पैसिव फाइबर के अनुकूलन की भी आवश्यकता होती है।[45] विभिन्न डोपेंट के होस्ट ग्लास संशोधन के माध्यम से येटरबियम-डोपेड ग्लास का अनुकूलन भी ग्लास के बैकग्राउंड लॉस को कम करने, फाइबर की स्लोप दक्षता में सुधार और बेहतर फोटोडार्किंग प्रदर्शन में एक बड़ी भूमिका निभाता है, जो सभी 1 μm प्रणालियों में बढ़े हुए पावर स्तरों में योगदान करते हैं।

क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए आयन क्यूबिट्स

आवेशित आयन ^{171}Yb+ का उपयोग कई शैक्षणिक समूहों और कंपनियों द्वारा क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए ट्रैप्ड-आयन क्यूबिट के रूप में किया जाता है।[46][47][48] एंटैंगलिंग गेट्स, जैसे कि मोलमर-सोरेंसन गेट, को मोड-लॉक्ड पल्स लेजर के साथ आयनों को संबोधित करके प्राप्त किया गया है।[49]

अन्य

येटरबियम धातु उच्च तनाव के अधीन होने पर अपनी विद्युत प्रतिरोधकता बढ़ा लेती है। इस गुण का उपयोग भूकंप और विस्फोटों से होने वाले जमीनी विरूपण की निगरानी के लिए तनाव गेज में किया जाता है।[50]

वर्तमान में, येटरबियम की जांच काइनेमैटिक इन्फ्रारेड डिकॉय फ्लेयर्स के लिए उच्च घनत्व वाले पायरोटेक्निक पेलोड में मैग्नीशियम के संभावित प्रतिस्थापन के रूप में की जा रही है। चूंकि येटरबियम(III) ऑक्साइड में मैग्नीशियम ऑक्साइड की तुलना में इन्फ्रारेड रेंज में काफी अधिक उत्सर्जकता होती है, इसलिए आमतौर पर मैग्नीशियम/टेफ्लॉन/विटॉन (MTV) पर आधारित पेलोड की तुलना में येटरबियम-आधारित पेलोड के साथ उच्च विकिरण तीव्रता प्राप्त होती है।[51]

सावधानियां

शुष्क हवा में कमरे के तापमान पर, येटरबियम की सतह धीरे-धीरे ऑक्सीकृत हो जाती है; पाउडर के रूप में यह हवा में स्वतः प्रज्वलित हो जाता है।[52]:974 इसे हवा और नमी से बचाने के लिए एयरटाइट कंटेनरों में और नाइट्रोजन से भरे ड्राई बॉक्स जैसे अक्रिय वातावरण में संग्रहित किया जाता है।[53] येटरबियम के सभी यौगिकों को अत्यधिक विषाक्त माना जाता है, हालांकि अध्ययन यह संकेत देते हैं कि खतरा न्यूनतम है। फिर भी, येटरबियम यौगिक मानव त्वचा और आंखों में जलन पैदा करते हैं, और कुछ टेराटोजेनिक हो सकते हैं।[54]

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अतिरिक्त पठन

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बाहरी कड़ियाँ

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Ytterbium" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Ytterbium यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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