भौतिकी, पदार्थ एवं ऊर्जा प्रौद्योगिकियाँ: चिप, प्रकाश, क्वांटम, भंडारण व स्वच्छ ऊर्जा

प्रौद्योगिकी के अधिकांश प्रश्न वास्तव में छद्मवेशी भौतिकी के प्रश्न होते हैं: अपमिश्रित क्रिस्टल विद्युत क्यों चलाता है, प्रकाश काँच के धागे के भीतर क्यों रहता है, पवन की गति दोगुनी करने पर टरबाइन की शक्ति आठ गुनी क्यों हो जाती है, उपग्रह को आपकी स्थिति तय करने हेतु चार संकेत क्यों चाहिए। यह अध्याय प्रत्येक प्रौद्योगिकी के पीछे का कार्य-सिद्धांत और फिर उस पर बना भारतीय कार्यक्रम सिखाता है। यह अर्धचालकों व चिप से आरंभ होता है, LED, लेज़र व प्रकाशीय तंतुओं पर आता है, फिर अतिचालकों, नैनो-पदार्थों व ग्राफ़ीन पर, और क्वांटम प्रौद्योगिकी पर — क्यूबिट हार्डवेयर, क्वांटम कुंजी वितरण और राष्ट्रीय क्वांटम मिशन की संरचना। ऊर्जा वाला भाग बैटरी, ईंधन सेल व विद्युत वाहन; हरित हाइड्रोजन, जैव ऊर्जा व कार्बन प्रग्रहण; तथा सौर, पवन, महासागरीय व भूतापीय ऊर्जा को लेता है। अंत उपग्रह नौवहन व सुदूर संवेदन से होता है। क्षमताएँ व क़ीमतें इतनी तेज़ी से बदलती हैं कि याद करने योग्य नहीं, अतः छोड़ दी गई हैं; संरचनात्मक तथ्य अपने वर्ष के साथ हैं।

अर्धचालक एवं चिप

ठोस में इलेक्ट्रॉन ऊर्जा बैंडों में रहते हैं। धातु में धारा ले जाने वाला बैंड पहले से आंशिक रूप से भरा होता है, अतः वह हर ताप पर चालन करती है; कुचालक में एक चौड़ा बैंड अंतराल (हीरे में लगभग 5.5 eV) भरे बैंड को खाली बैंड से अलग करता है। अर्धचालक में अंतराल छोटा होता है — सिलिकॉन में लगभग 1.1 eV और जर्मेनियम में 0.7 eV — अतः थोड़ी ऊष्मा कुछ इलेक्ट्रॉनों को पार उठा देती है, पीछे होल (कोटर) छोड़ते हुए जो भी धारा ले जाते हैं। इसीलिए शुद्ध अर्धचालक गर्म होने पर बेहतर चालन करता है, धातु के विपरीत, जिसका प्रतिरोध ताप के साथ बढ़ता है।

अपमिश्रण: सिलिकॉन को युक्ति-पदार्थ बनाना
प्रकारअपमिश्रकबहुसंख्यक वाहक
n-प्रकारपंचसंयोजी परमाणु — फ़ॉस्फ़ोरस, आर्सेनिक, एंटीमनी — प्रत्येक एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन देता है (दाता)इलेक्ट्रॉन
p-प्रकारत्रिसंयोजी परमाणु — बोरॉन, ऐलुमिनियम, गैलियम, इंडियम — प्रत्येक एक होल छोड़ता है (ग्राही)होल

p-प्रकार व n-प्रकार सिलिकॉन को साथ रखें तो p-n संधि केवल एक दिशा में चालन करती है: अग्र अभिनति में धारा बहती है, पश्च अभिनति में रुक जाती है। इसी से डायोड बनता है, जो प्रत्यावर्ती धारा को दिष्ट धारा में दिष्टकृत करता है। आमने-सामने दो संधियाँ ट्रांज़िस्टर बनाती हैं (बेल लैब्स, 1947; बार्डीन, ब्रैटेन व शॉकली), बिना गतिमान भागों वाला स्विच या प्रवर्धक। जैक किल्बी (1958) व रॉबर्ट नॉयस (1959) ने अर्धचालक के एक टुकड़े पर अनेक ट्रांज़िस्टर रखे — एकीकृत परिपथ — और मूर के नियम (1965, संशोधित 1975) ने देखा कि चिप पर ट्रांज़िस्टरों की संख्या लगभग हर दो वर्ष में दोगुनी होती है।

  • मूल्य शृंखला। डिज़ाइन (प्रायः बिना कारख़ाने वाली "फ़ैबलेस" फ़र्मों द्वारा) → फ़ैब में निर्माण, जहाँ सिलिकॉन वेफ़रों पर फ़ोटोलिथोग्राफ़ी, निक्षारण, अपमिश्रण व धातु निक्षेपण से परिपथ छापे जाते हैं → ATMP / OSAT (संयोजन, परीक्षण, अंकन व पैकेजिंग, या बाह्यस्रोत अर्धचालक संयोजन व परीक्षण), जहाँ तैयार डाई काटे, पैक व परखे जाते हैं।
  • नोड। "3 nm" जैसा लेबल प्रक्रिया प्रौद्योगिकी की एक पीढ़ी का नाम है; यह अब चिप की किसी एक भौतिक विशेषता को नहीं मापता। सबसे उन्नत चिप चरम पराबैंगनी (EUV) लिथोग्राफ़ी से बनती हैं, जिसकी मशीनें एक ही आपूर्तिकर्ता, डच फ़र्म ASML, से आती हैं।
  • यौगिक अर्धचालक। गैलियम नाइट्राइड (GaN) व सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) के चौड़े बैंड अंतराल होते हैं, अतः वे उच्च वोल्टता, ताप व आवृत्ति सँभालते हैं — EV शक्ति इलेक्ट्रॉनिकी, तीव्र चार्जर, 5G बेस स्टेशन; GaN नीली LED का पदार्थ भी है। गैलियम आर्सेनाइड रेडियो-आवृत्ति व सौर उपयोगों में काम आता है।

भारत का आधार डिज़ाइन प्रतिभा और एक सरकारी फ़ैब है, इलेक्ट्रॉनिकी मंत्रालय के अधीन सेमी-कंडक्टर लेबोरेटरी (SCL), मोहाली, जो पुराने नोडों पर सामरिक उपयोगों हेतु चिप बनाती है। इंडिया सेमीकंडक्टर मिशन, जिसे दिसंबर 2021 में अर्धचालकों व डिस्प्ले हेतु ₹76,000 करोड़ के परिव्यय के साथ स्वीकृति मिली, डिजिटल इंडिया कॉर्पोरेशन के एक प्रभाग के रूप में चलता है और फ़ैब, ATMP/OSAT इकाइयों व डिस्प्ले फ़ैब हेतु राजकोषीय सहायता देता है, साथ में चिप डिज़ाइन हेतु डिज़ाइन-संबद्ध प्रोत्साहन योजना। प्रारंभिक स्वीकृतियों में सानंद में माइक्रॉन की ATMP इकाई (2023) और धोलेरा में टाटा इलेक्ट्रॉनिक्स–PSMC फ़ैब (2024) थे, दोनों गुजरात में। खुले RISC-V निर्देश-समुच्चय पर बने IIT मद्रास के शक्ति (SHAKTI) प्रोसेसर डिज़ाइन पक्ष दिखाते हैं।

⚠️ परीक्षा जाल
n-प्रकार का अर्थ ऋण आवेशित नहीं है। अपमिश्रित क्रिस्टल कुल मिलाकर विद्युत रूप से उदासीन होता है; "n" व "p" बहुसंख्यक वाहक के नाम हैं — n-प्रकार में इलेक्ट्रॉन, p-प्रकार में होल। याद रखें "पाँच देता है, तीन लेता है": पंचसंयोजी अपमिश्रक इलेक्ट्रॉन देता है, त्रिसंयोजी एक लेकर होल छोड़ता है। और ATMP इकाई चिप पैक करती है; उन्हें बनाती नहीं।

LED, लेज़र एवं प्रकाशीय तंतु

प्रकाश-उत्सर्जक डायोड अग्र अभिनति में चलाई गई p-n संधि है। संधि पार करते इलेक्ट्रॉन होलों में गिरकर अपनी ऊर्जा फ़ोटॉन के रूप में छोड़ते हैं — विद्युत-संदीप्ति — और चूँकि हर फ़ोटॉन लगभग बैंड-अंतराल जितनी ऊर्जा ले जाता है, पदार्थ रंग तय करता है। लाल व हरी LED पहले आ गईं; गैलियम नाइट्राइड से बनी दक्ष नीली LED में 1990 के दशक के आरंभ तक का समय लगा और उसने इसामु अकासाकी, हिरोशी अमानो व शूजी नाकामुरा को 2014 का भौतिकी नोबेल दिलाया, क्योंकि नीले ने श्वेत प्रकाश हेतु आवश्यक समुच्चय पूरा किया। अधिकांश श्वेत LED पीले फ़ॉस्फ़र से लेपित नीली LED होती हैं। LED तंतु वाले बल्बों से कहीं कम ऊर्जा ऊष्मा के रूप में गँवाती हैं और, सघन प्रतिदीप्त लैंपों के विपरीत, इनमें पारा नहीं होता। भारत के उजाला कार्यक्रम (जनवरी 2015) ने बड़े पैमाने पर LED बल्ब वितरित किए।

LASER का अर्थ है विकिरण के उद्दीपित उत्सर्जन द्वारा प्रकाश प्रवर्धन (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)। आइंस्टीन ने 1917 में उद्दीपित उत्सर्जन का पूर्वानुमान किया: उत्तेजित परमाणु के पास से गुज़रता फ़ोटॉन उससे तरंगदैर्ध्य, कला व दिशा में समान दूसरा फ़ोटॉन उत्सर्जित करा सकता है। यदि शिथिल से अधिक परमाणु उत्तेजित रखे जाएँ — समष्टि प्रतिलोमन, जो प्रकाश या धारा से "पंपिंग" द्वारा बनाए रखा जाता है — और माध्यम दो दर्पणों के बीच हो, तो प्रकाश एक किरण-पुंज बन जाता है जो एकवर्णी (एक तरंगदैर्ध्य), सुसंगत (तरंगें एक लय में), अत्यंत दिशात्मक व तीव्र होता है। थियोडोर मैमन ने 1960 में माणिक्य (रूबी) क्रिस्टल से पहला लेज़र बनाया।

माध्यम के अनुसार लेज़र
लेज़रमाध्यमप्रमुख उपयोग
रूबी, Nd:YAGठोस क्रिस्टलपहला लेज़र; Nd:YAG काटने, शल्य-क्रिया व दूरी मापन हेतु
हीलियम-नियॉनगैससंरेखण व पुराने बारकोड स्कैनरों हेतु लाल किरण
कार्बन डाइऑक्साइडगैस, अवरक्तऔद्योगिक काटना व वेल्डिंग
एक्साइमरगैस, पराबैंगनीलेसिक नेत्र शल्य-क्रिया; चिप लिथोग्राफ़ी
अर्धचालक डायोडp-n संधिप्रकाशीय-तंतु संचार, लेज़र पॉइंटर, प्रकाशीय ड्राइव

लेज़र मापते भी हैं: LiDAR लेज़र स्पंदों का समय मापकर भूभाग, वनों व सड़कों का मानचित्र बनाता है, और अब तक बना सबसे संवेदी पैमाना एक लेज़र व्यतिकरणमापी है — LIGO संसूचक जिन्होंने 2015 में पहली बार गुरुत्वीय तरंगें पकड़ीं। LIGO-इंडिया, जिसे 2023 में हिंगोली ज़िला, महाराष्ट्र हेतु स्वीकृति मिली, अमेरिकी LIGO प्रयोगशाला के साथ बनने वाला उस तंत्र का तीसरा संसूचक होगा।

प्रकाशीय तंतु पूर्ण आंतरिक परावर्तन से प्रकाश का मार्गदर्शन करता है। इसमें काँच का क्रोड होता है जिसके चारों ओर कम अपवर्तनांक का आवरण (क्लैडिंग) होता है; क्रोड में चलता प्रकाश सीमा पर क्रांतिक कोण से अधिक कोण पर टकराकर हर बार वापस परावर्तित होता है, अतः वह मोड़ों पर भी तंतु के साथ चलता है। पूर्ण आंतरिक परावर्तन हेतु दो शर्तें साथ चाहिए: प्रकाश प्रकाशतः सघन से विरल माध्यम में जाए, और आपतन कोण क्रांतिक कोण से अधिक हो। एकल-मोड तंतुओं का क्रोड अत्यंत संकरा होता है, वे लेज़र प्रकाश का एक पथ ले जाते हैं और लंबी दूरी की कड़ियों हेतु उपयुक्त हैं; बहु-मोड तंतुओं का क्रोड चौड़ा होता है और वे भवनों के भीतर छोटी दूरियों में काम आते हैं। तंतु तांबे से कहीं अधिक डेटा ले जाता है, दूरी पर कम क्षय होता है और विद्युतचुंबकीय व्यतिकरण से अप्रभावित रहता है। चार्ल्स काओ को यह दिखाने हेतु 2009 का भौतिकी नोबेल मिला कि पर्याप्त शुद्ध काँच लंबी दूरी तक प्रकाश ले जा सकता है; नरिंदर सिंह कपानी को प्रकाशीय तंतु का जनक कहा जाता है। यही सिद्धांत एंडोस्कोप में शरीर के भीतर प्रकाश पहुँचाता है।

⚠️ परीक्षा जाल
आवरण का अपवर्तनांक कम होता है, अधिक नहीं — उलट दें तो पूर्ण आंतरिक परावर्तन संभव ही नहीं। और तीनों प्रकाश स्रोत अलग रखें: LED विद्युत-संदीप्ति से उत्सर्जन करती है, विस्तृत व असंगत; लेज़र उद्दीपित उत्सर्जन से, सुसंगत व एकवर्णी; CFL पारद विसर्जन द्वारा फ़ॉस्फ़र को उत्तेजित करके।

अतिचालक, नैनो-पदार्थ एवं ग्राफ़ीन

1911 में हाइके कैमरलिंग ओन्स ने पाया कि लगभग 4.2 K (−269°C) तक ठंडा किया गया पारा अपना सारा विद्युत प्रतिरोध खो देता है। अतिचालक का अपने क्रांतिक ताप से नीचे शून्य प्रतिरोध होता है, अतः लूप में चलाई गई धारा अनिश्चित काल तक घूमती रहती है, और यह अपने भीतर से चुंबकीय क्षेत्र को बाहर निकाल देता है — माइस्नर प्रभाव (1933), जिससे चुंबक उसके ऊपर तैरने लगता है। पारंपरिक अतिचालकों की व्याख्या इलेक्ट्रॉनों के युग्म बनाने से होती है (कूपर युग्म, BCS सिद्धांत, 1957)। 1986 में बेडनॉर्ज़ व म्यूलर ने सिरेमिक कॉपर-ऑक्साइड (क्यूप्रेट) अतिचालक खोजे, और एक वर्ष के भीतर YBCO लगभग 92 K पर अतिचालक हो गया — द्रव नाइट्रोजन के 77 K से ऊपर, जो सस्ता है, उस द्रव हीलियम के विपरीत जो पुराने पदार्थों को चाहिए। फिर भी अब तक कोई पदार्थ कमरे के ताप व सामान्य दाब पर अतिचालक नहीं; 2023 का LK-99 दावा तब ढह गया जब अन्य प्रयोगशालाएँ उसे दोहरा नहीं सकीं।

  • MRI स्कैनर प्रबल, स्थिर क्षेत्र बनाने हेतु अतिचालक चुंबकों (द्रव हीलियम में नायोबियम-टाइटेनियम तार) का प्रयोग करते हैं।
  • CERN के लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर जैसे कण त्वरित्र अतिचालक चुंबकों से किरण-पुंज मोड़ते हैं।
  • संलयन युक्तियाँ: टोकामैक अतिचालक कुंडलियों से प्लाज़्मा को सीमित करते हैं — फ़्रांस में ITER, जिसका भारत सदस्य है, और प्लाज़्मा अनुसंधान संस्थान, गांधीनगर में SST-1 स्थिर-अवस्था अतिचालक टोकामैक।
  • मैग्लेव: जापान की SCMaglev लाइन अतिचालक चुंबकों का प्रयोग करती है; शंघाई मैग्लेव पारंपरिक विद्युतचुंबकों का, अतः चुंबकीय उत्तोलन अपने आप में अतिचालकता नहीं है।
  • अतिचालक क्यूबिट, अनेक क्वांटम कंप्यूटरों का आधार (अगला खंड)।

नैनो-स्तर पर दो बातें बदलती हैं। परमाणुओं का बड़ा अंश सतह पर होता है, अतः एक ग्राम नैनोकणों का पृष्ठ क्षेत्रफल विशाल होता है और वे ढेले से कहीं तेज़ अभिक्रिया या उत्प्रेरण करते हैं; और क्वांटम प्रभाव प्रकाशीय व इलेक्ट्रॉनिक गुण तय करने लगते हैं। सोने के नैनोकण सुनहरे नहीं, लाल दिखते हैं, इसीलिए मध्ययुगीन रंगीन काँच माणिक्य-सा चमकता था। क्वांटम डॉट अर्धचालक नैनोक्रिस्टल हैं जिनका उत्सर्जित रंग उनके आकार पर निर्भर है — छोटे डॉट अधिक नीला प्रकाश, बड़े अधिक लाल — जो QLED डिस्प्ले व चिकित्सीय प्रतिबिंबन में प्रयुक्त होते हैं; उनकी खोज व संश्लेषण ने मौंगी बावेंडी, लुई ब्रस व अलेक्सेई एकिमोव को 2023 का रसायन नोबेल दिलाया। कृषि में IFFCO का द्रव नैनो यूरिया (2021) व नैनो DAP (2023) पत्तियों पर छिड़के जाने वाले नैनोकणों के रूप में पोषक देते हैं। लाभों के साथ बढ़ती चिंता नैनो-विषाक्तता है: कोशिकाओं में घुसने लायक़ छोटे कण उन्हें ऐसे हानि पहुँचा सकते हैं जैसे स्थूल पदार्थ नहीं पहुँचाता।

कार्बन परिवार
रूपसंरचनाजानने योग्य
हीराप्रत्येक कार्बन चार अन्य से एक दृढ़ त्रि-आयामी जाल में बंधासबसे कठोर प्राकृतिक पदार्थ; विद्युत कुचालक
ग्रेफ़ाइटषट्कोणीय कार्बन की ढीली जुड़ी परतों का ढेरविद्युत चालक; नरम व चिकना — लिथियम-आयन सेल का एनोड
फ़ुलरीन (C₆₀)फ़ुटबॉल के आकार का 60 कार्बनों का खोखला पिंजरा1985 में खोजा गया; 1996 का रसायन नोबेल
कार्बन नैनोट्यूबनिर्बाध बेलन में लपेटी गई ग्राफ़ीन परतअत्यधिक शक्ति-भार अनुपात; 1991 में सुमियो इजिमा द्वारा प्रतिवेदित
ग्राफ़ीनषट्कोणीय (मधुकोश) जालक में कार्बन की एकल परत, एक परमाणु मोटी2004 में आंद्रे गेम व कॉन्स्टेंटिन नोवोसेलोव ने चिपकने वाले टेप से पृथक किया; 2010 का भौतिकी नोबेल। अत्यंत प्रबल, ऊष्मा व विद्युत का उत्कृष्ट चालक, लगभग पारदर्शी, लचीला व गैसों के लिए अभेद्य
⚠️ परीक्षा जाल
"उच्च-ताप" अतिचालक का अर्थ है लगभग 77 K से ऊपर — फिर भी लगभग −196°C, कमरे का ताप नहीं। और क्वांटम डॉट का नियम अंतर्ज्ञान के विपरीत है: छोटा डॉट, अधिक नीला प्रकाश, क्योंकि इलेक्ट्रॉन को कम स्थान में दबाने से ऊर्जा अंतराल चौड़ा हो जाता है।

क्वांटम प्रौद्योगिकी: क्यूबिट, सुरक्षित कुंजियाँ एवं राष्ट्रीय क्वांटम मिशन

क्यूबिट अध्यारोपण व उलझाव का लाभ उठाता है, पर उसे किसी चीज़ से बनाना पड़ता है, और हर विकल्प एक समझौता है। अतिचालक परिपथ तेज़ हैं और चिप-निर्माण विधियाँ प्रयुक्त करते हैं पर परम शून्य से एक अंश के कुछ सौवें भाग ऊपर तक ठंडे करने पड़ते हैं; विद्युत क्षेत्रों में थामे पाशित आयन अत्यंत सटीक पर धीमे हैं; फ़ोटॉन कमरे के ताप पर काम करते और अच्छी तरह यात्रा करते हैं, जो संचार के अनुकूल है; लेज़र "चिमटी" में थामे उदासीन परमाणु और सिलिकॉन में स्पिन अन्य मार्ग हैं। सबका एक शत्रु है, विसंबद्धता (decoherence) — परिवेश से किसी भी संपर्क द्वारा नाज़ुक क्वांटम अवस्था का खो जाना — अतः उपयोगी मशीन को त्रुटि सुधार चाहिए, जिसमें एक विश्वसनीय तार्किक क्यूबिट अनेक भौतिक क्यूबिटों पर फैलाया जाता है। इसीलिए केवल क्यूबिटों की संख्या अपने आप में कम बताती है।

क्वांटम कंप्यूटर सुरक्षा के लिए शॉर के एल्गोरिद्म (1994) के कारण महत्वपूर्ण हैं: पर्याप्त बड़ी, त्रुटि-सुधारित मशीन उन बड़ी संख्याओं के गुणनखंड कर सकती है जिन पर RSA व ऐसी ही सार्वजनिक-कुंजी प्रणालियाँ टिकी हैं। सॉफ़्टवेयर पक्ष का उत्तर क्वांटम-पश्चात कूटलेखन है — नई गणितीय योजनाएँ जिन्हें क्वांटम मशीनों के लिए भी कठिन माना जाता है, जिनमें से पहली अमेरिकी मानक निकाय NIST ने 2024 में प्रकाशित कीं। भौतिकी का उत्तर क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) है। दो पक्ष एकल फ़ोटॉनों की क्वांटम अवस्थाओं में कूटबद्ध एक गुप्त कुंजी साझा करते हैं (पहला प्रोटोकॉल, BB84, 1984 का है)। चूँकि क्वांटम अवस्था को मापना उसे विचलित करता है, और अज्ञात क्वांटम अवस्था की प्रतिलिपि नहीं बन सकती (अप्रतिलिपि प्रमेय), गुप्तश्रोता ऐसी त्रुटियाँ छोड़ता है जिन्हें पक्ष पकड़ सकते हैं, और वे कुंजी त्याग देते हैं। QKD कुंजी की रक्षा करता है; संदेश फिर उस कुंजी से कूटबद्ध कर सामान्य चैनल पर भेजा जाता है। कुछ सौ किलोमीटर में तंतु में फ़ोटॉन खो जाते हैं, अतः लंबी कड़ियाँ विश्वसनीय रिले नोड या उपग्रह प्रयुक्त करती हैं — चीन के मिसियस उपग्रह ने 2016 से इसका प्रदर्शन किया।

हाल के दो भौतिकी नोबेल इस क्षेत्र की नींव चिह्नित करते हैं: 2022 में एलेन आस्पे, जॉन क्लॉज़र व एंटन ज़ाइलिंगर को उलझे फ़ोटॉनों के उन प्रयोगों हेतु जिन्होंने क्वांटम सूचना विज्ञान की नींव रखी, और 2025 में जॉन क्लार्क, मिशेल देवोरे व जॉन मार्टिनिस को अतिचालक विद्युत परिपथ में क्वांटम सुरंगन व क्वांटीकृत ऊर्जा स्तर दिखाने हेतु — वही प्रभाव जिस पर अतिचालक क्यूबिट बने हैं। क्वांटम संवेदन — अत्यधिक संवेदी परमाणु घड़ियाँ, चुंबकत्वमापी व गुरुत्वमापी — क्वांटम कंप्यूटिंग से पहले, नौवहन व खनिज अन्वेषण में, दैनिक उपयोग तक पहुँचने की संभावना रखता है।

संरचना के अनुसार राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (अप्रैल 2023 में स्वीकृत)
विशेषतासंरचना
कार्यान्वयन विभाग, अवधि, परिव्ययविज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग; 2023-24 से 2030-31; लगभग ₹6,000 करोड़
संगणनआठ वर्षों में अतिचालक व फ़ोटोनिक जैसे मंचों पर 50 से 1,000 भौतिक क्यूबिट के मध्यम-स्तरीय क्वांटम कंप्यूटर
संचारलगभग 2,000 किमी दूर भू-केंद्रों के बीच उपग्रह-आधारित सुरक्षित क्वांटम संचार, अंतर-नगरीय QKD व क्वांटम स्मृतियों सहित बहु-नोड क्वांटम नेटवर्क
संवेदन व पदार्थउच्च-संवेदी चुंबकत्वमापी, समय व नौवहन हेतु परमाणु घड़ियाँ; अतिचालक व टोपोलॉजिकल पदार्थ जैसे क्वांटम पदार्थ
विषयगत केंद्र (T-हब)संगणन — IISc बेंगलुरु; संचार — IIT मद्रास (C-DOT के साथ); संवेदन व मापिकी — IIT बॉम्बे; पदार्थ व युक्तियाँ — IIT दिल्ली
⚠️ परीक्षा जाल
QKD अपने आप में संदेश को "अभेद्य" नहीं बनाता: यह ऐसी कुंजी बाँटता है जिसका अवरोधन पकड़ा जा सकता है, और डेटा फिर भी चिरसम्मत चैनल पर कूटबद्ध होकर जाता है। न ही क्वांटम कंप्यूटर हर काम तेज़ करता है — इससे गुणनखंडन, अणुओं के अनुरूपण व कुछ अनुकूलन जैसी विशिष्ट समस्याओं में सहायता की अपेक्षा है।

ऊर्जा भंडारण: बैटरी, ईंधन सेल एवं विद्युत वाहन

हर बैटरी सेल में एक ऋण इलेक्ट्रोड (एनोड), एक धन इलेक्ट्रोड (कैथोड), एक विद्युत-अपघट्य जो आयनों को गुज़रने देता है पर इलेक्ट्रॉनों को नहीं, और एक पृथक्कारी होता है। निर्वहन पर इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ से एनोड से कैथोड की ओर जाते हैं — मार्ग में कार्य करते हुए — जबकि आयन भीतर विद्युत-अपघट्य से पार जाते हैं; आवेशन दोनों को वापस धकेलता है। लिथियम-आयन सेल में एनोड सामान्यतः ग्रेफ़ाइट होता है, लिथियम आयन इलेक्ट्रोडों के बीच आते-जाते हैं, और विद्युत-अपघट्य ज्वलनशील कार्बनिक विलायक में लिथियम लवण होता है। जॉन गुडइनफ़, स्टैनली व्हिटिंघम व अकीरा योशिनो ने इसके विकास हेतु 2019 का रसायन नोबेल साझा किया। यदि क्षतिग्रस्त या अधिक गर्म सेल स्व-पोषी अभिक्रिया आरंभ कर दे — तापीय पलायन — तो उसमें आग लग सकती है।

बैटरी रसायनों की तुलना
रसायनशक्तिदुर्बलता
लेड-अम्ल (1859, सबसे पुरानी पुनःआवेश्य)सस्ती, मज़बूत, व्यापक पुनर्चक्रितभारी; प्रति किलोग्राम कम ऊर्जा; सीसा विषैला
लिथियम-आयन, NMC (निकेल-मैंगनीज़-कोबाल्ट कैथोड)उच्च ऊर्जा घनत्व — लंबी ड्राइविंग दूरीकोबाल्ट व निकेल चाहिए; तापीय पलायन की अधिक प्रवृत्ति
लिथियम-आयन, LFP (लिथियम आयरन फ़ॉस्फ़ेट कैथोड)कोबाल्ट या निकेल नहीं; अधिक सुरक्षित, सस्ती, लंबा चक्र-जीवनNMC से कम ऊर्जा घनत्व
सोडियम-आयनसोडियम प्रचुर व सस्ता; ठंड में बेहतर व अधिक सुरक्षित; महँगी तांबे की पन्नी के स्थान पर ऐलुमिनियम प्रयुक्त कर सकती हैलिथियम-आयन से प्रति किलोग्राम कम ऊर्जा — स्थिर भंडारण व छोटे वाहनों के अनुकूल
ठोस-अवस्थाज्वलनशील द्रव का स्थान ठोस विद्युत-अपघट्य लेता है; लिथियम-धातु एनोड व कहीं अधिक ऊर्जा घनत्व संभवबड़े पैमाने पर निर्माण कठिन; डेंड्राइट व अंतरापृष्ठ की समस्याएँ
प्रवाह बैटरी (जैसे वैनेडियम रेडॉक्स)बाहरी टंकियों में द्रव विद्युत-अपघट्यों में ऊर्जा संग्रहीत, अतः भंडारण-घंटे केवल बड़ी टंकियों से बढ़ते हैं; अत्यंत लंबा जीवनभारी-भरकम — ग्रिड हेतु, वाहनों हेतु नहीं

बैटरियाँ महत्वपूर्ण खनिजों को सामरिक प्रश्न बनाती हैं। भारतीय भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण ने 2023 में जम्मू-कश्मीर के रियासी ज़िले में 5.9 मिलियन टन के अनुमानित लिथियम संसाधन प्रतिवेदित किए — अनुमानित संसाधन प्रारंभिक चरण का आकलन है, सिद्ध भंडार नहीं। KABIL (खनिज बिदेश इंडिया लि., 2019) विदेश में लिथियम व कोबाल्ट परिसंपत्तियाँ खोजता है, और 2025 में एक राष्ट्रीय महत्वपूर्ण खनिज मिशन को स्वीकृति मिली। निर्माण पर, उन्नत रसायन सेल बैटरियों हेतु PLI योजना (2021) 50 GWh सेल क्षमता को सहारा देती है, और बैटरी अपशिष्ट प्रबंधन नियम, 2022 संग्रहण व पुनर्चक्रण हेतु विस्तारित उत्पादक उत्तरदायित्व उत्पादकों पर डालते हैं।

ईंधन सेल ऐसी बैटरी है जिसे कभी आवेशित नहीं किया जाता, केवल ईंधन दिया जाता है। सामान्य प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली (PEM) सेल में एनोड पर हाइड्रोजन प्रोटॉनों व इलेक्ट्रॉनों में टूटती है; प्रोटॉन झिल्ली से पार जाते हैं, इलेक्ट्रॉन धारा के रूप में बाहरी परिपथ से घूमते हैं, और कैथोड पर वे ऑक्सीजन से मिलकर जल बनाते हैं — एकमात्र निकास, कुछ ऊष्मा के साथ। चूँकि यह बिना जलाए रासायनिक ऊर्जा को सीधे विद्युत में बदलता है, ईंधन सेल ऊष्मा-इंजन (कार्नो) सीमा से बँधा नहीं, और यह जब तक ईंधन व ऑक्सीजन मिलते रहें चलता रहता है। बैटरी, इसके विपरीत, ऊर्जा की निश्चित मात्रा संग्रहीत करती है और उसे पुनः आवेशित करना पड़ता है।

विद्युत वाहन के प्रकार
प्रकारकैसे चलता हैग्रिड से चार्ज?
बैटरी EV (BEV)केवल बैटरी से चलने वाली विद्युत मोटरहाँ
हाइब्रिड (HEV)पेट्रोल इंजन व एक छोटी बैटरी जो इंजन व ब्रेकिंग से आवेशित होती हैनहीं
प्लग-इन हाइब्रिड (PHEV)छोटी विद्युत यात्राओं हेतु बड़ी बैटरी, इंजन बैकअप के रूप मेंहाँ
ईंधन-सेल EV (FCEV)हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहन पर ही विद्युत बनाता हैनहीं — हाइड्रोजन से ईंधन भरा जाता है

पुनर्योजी ब्रेकिंग में वाहन धीमा होते समय मोटर जनित्र के रूप में चलती है, गतिज ऊर्जा को ब्रेक पैड में ऊष्मा के बजाय वापस आवेश में बदलती है। भारत के माँग प्रोत्साहन 2015 में FAME इंडिया और 2019 में उसके दूसरे चरण से आरंभ हुए, और 2024 की पीएम ई-ड्राइव योजना के अंतर्गत जारी हैं। EV का कोई निकास पाइप नहीं होता, पर इसका जीवन-चक्र उत्सर्जन इस पर निर्भर है कि विद्युत कैसे बनती है — कोयला-प्रधान ग्रिड पर लाभ स्वच्छ ग्रिड से कम होता है।

⚠️ परीक्षा जाल
पारंपरिक हाइब्रिड को प्लग नहीं किया जा सकता — वह अपने इंजन व ब्रेक से "स्व-आवेशित" होता है; केवल प्लग-इन हाइब्रिड व शुद्ध बैटरी EV ग्रिड की विद्युत लेते हैं। और लिथियम-आयन रसायनों में LFP में कोबाल्ट नहीं होता — यही उसकी विशेषता है।

स्वच्छ ईंधन एवं कार्बन प्रग्रहण: हरित हाइड्रोजन, जैव ऊर्जा व CCUS

हाइड्रोजन जलने या अभिक्रिया करने पर केवल जल देती है, पर पृथ्वी पर लगभग स्वतंत्र रूप में नहीं मिलती, अतः यह कैसे बनाई जाती है वही तय करता है कि वह स्वच्छ है या नहीं। उद्योग उत्पादन मार्गों के नाम रंगों से रखता है:

हाइड्रोजन के रंग
रंगकैसे बनती हैकार्बन परिणाम
धूसरप्राकृतिक गैस का भाप मीथेन पुनर्संभावन — आज बनने वाली अधिकांश हाइड्रोजनCO₂ वायु में मुक्त
भूरी / कालीलिग्नाइट या कोयले का गैसीकरणप्रति किलोग्राम सर्वाधिक CO₂
नीलीकार्बन प्रग्रहण व भंडारण सहित भाप मीथेन पुनर्संभावनअधिकांश CO₂ प्रगृहीत; मीथेन रिसाव चिंता बनी रहती है
फ़िरोज़ीमीथेन तापीय अपघटन — ऊष्मा से मीथेन का हाइड्रोजन व ठोस कार्बन में विभाजनकार्बन ठोस के रूप में, गैस नहीं
हरितनवीकरणीय विद्युत से जल का विद्युत-अपघटनलगभग शून्य
गुलाबीनाभिकीय विद्युत से चालित विद्युत-अपघटनलगभग शून्य

इलेक्ट्रोलाइज़र जल को कैथोड पर हाइड्रोजन व एनोड पर ऑक्सीजन में तोड़ता है; मुख्य प्रकार क्षारीय, PEM व उच्च-ताप ठोस ऑक्साइड हैं। सिद्धांततः हर किलोग्राम हाइड्रोजन को लगभग 9 kg जल चाहिए, और हाइड्रोजन का भंडारण कठिन है: यह सबसे हल्की गैस है, सैकड़ों वायुमंडल तक संपीडित या −253°C पर द्रवित किए बिना प्रति लीटर कम ऊर्जा रखती है, और कुछ इस्पातों को भंगुर बनाती है। इसे हरित अमोनिया में बदलना इसके परिवहन का एक तरीक़ा है। इसके पहले उपयोगकर्ता वे हैं जो पहले से धूसर हाइड्रोजन प्रयुक्त करते हैं — रिफ़ाइनरी व उर्वरक संयंत्र — फिर प्रत्यक्ष अपचयन से बना इस्पात, जहाज़रानी व भारी परिवहन। भारत का राष्ट्रीय हरित हाइड्रोजन मिशन (जनवरी 2023; इसका लक्ष्य व प्रोत्साहन उद्योग व अवसंरचना वाले अर्थव्यवस्था अध्याय में हैं) एक हरित हाइड्रोजन मानक (2023) से समर्थित है: हाइड्रोजन तभी हरित मानी जाती है जब कुएँ से उत्पादन द्वार तक उसका उत्सर्जन, बारह महीनों के औसत पर, प्रति kg हाइड्रोजन 2 kg CO₂-समतुल्य से अधिक न हो।

जैव ईंधन की पीढ़ियाँ
पीढ़ीकच्चा मालउदाहरण
प्रथम (1G)शर्करा, स्टार्च व वनस्पति तेल — खाद्य फ़सलेंगन्ने के शीरे, गन्ने के रस, मक्का व क्षतिग्रस्त अनाज से एथेनॉल; तिलहन से बायोडीज़ल
द्वितीय (2G)लिग्नोसेलुलोसी अखाद्य जैवभार — फ़सल अवशेष, खोई, लकड़ी अपशिष्टपानीपत का 2G एथेनॉल संयंत्र (2022 में समर्पित), जो धान की पराली प्रयुक्त करता है — पराली जलाने का भी उपाय
तृतीय (3G)शैवालप्रति हेक्टेयर अधिक उपज, कृषि भूमि की आवश्यकता नहीं; अभी महँगा
चतुर्थ (4G)अभियांत्रिक जीव, या कार्बन प्रग्रहण के साथ संयुक्त जैव ईंधनशोध चरण

राष्ट्रीय जैव ईंधन नीति, 2018 (2022 में संशोधित) ने एथेनॉल हेतु अनुमत कच्चे माल को व्यापक बनाया और पेट्रोल में 20% एथेनॉल (E20) का लक्ष्य रखा, जिसका लक्ष्य वर्ष 2022 में आगे खिसकाकर 2025-26 किया गया। एथेनॉल की ऑक्टेन रेटिंग पेट्रोल से अधिक पर प्रति लीटर ऊर्जा कम होती है, अतः माइलेज थोड़ा घटता है और वाहनों को ऊँचे मिश्रणों के अनुकूल पदार्थ चाहिए। संपीडित बायोगैस कृषि अपशिष्ट, गोबर व नगरीय अपशिष्ट के अवायवीय पाचन से बनी मीथेन-समृद्ध गैस है, जिसे वाहन-ईंधन गुणवत्ता तक शुद्ध किया जाता है; SATAT पहल (2018) CBG संयंत्रों को बढ़ावा देती है और गोबरधन (2018) गोबर व ग्रामीण अपशिष्ट को बायोगैस में बदलता है। प्रयुक्त खाना पकाने के तेल को बायोडीज़ल में बदला जा सकता है। भारत ने सितंबर 2023 में नई दिल्ली में G20 शिखर सम्मेलन में वैश्विक जैव ईंधन गठबंधन आरंभ किया।

कार्बन प्रग्रहण, उपयोग व भंडारण (CCUS) CO₂ को वायु तक पहुँचने से पहले पकड़ता है। दहन-पश्चात प्रग्रहण निकास गैस से CO₂ को, प्रायः ऐमीन विलायकों से, अलग करता है; दहन-पूर्व प्रग्रहण ईंधन का गैसीकरण कर हाइड्रोजन-समृद्ध गैस जलाने से पहले CO₂ हटाता है; ऑक्सी-ईंधन दहन ईंधन को शुद्ध ऑक्सीजन में जलाता है जिससे निकास लगभग पूरा CO₂ व जल होता है। प्रत्यक्ष वायु प्रग्रहण परिवेशी वायु से CO₂ खींचता है, कहीं अधिक लागत पर क्योंकि वह इतनी तनु है। प्रगृहीत CO₂ गहरे लवणीय जलभृतों या रिक्त तेल व गैस क्षेत्रों में भंडारित की जाती है (अधिक तेल निकालने हेतु उसे अंतःक्षेपित करना संवर्धित तेल पुनःप्राप्ति है), बेसाल्ट में खनिजीकृत की जाती है, जहाँ वह कार्बोनेट शैल बन जाती है, या यूरिया, मेथनॉल व भवन सामग्री बनाने में प्रयुक्त होती है। जैव ऊर्जा को भंडारण से जोड़ना (BECCS) ऋणात्मक उत्सर्जन दे सकता है, क्योंकि पौधों ने कार्बन पहले वायु से ही खींचा था। नीति आयोग ने 2022 में भारत हेतु CCUS नीतिगत ढाँचा प्रकाशित किया।

🧠 याद रखने की ट्रिक
हाइड्रोजन के रंग एक पंक्ति में: "धूसर गैस जलाए, नीली कार्बन दबाए, हरित धूप-पवन से जल तोड़े, फ़िरोज़ी कार्बन को कालिख छोड़े।" और जैव ईंधन की पीढ़ियाँ थाली से दूर चढ़ती हैं: भोजन → अवशेष → शैवाल → अभियांत्रिक।

नवीकरणीय विद्युत: सौर, पवन, महासागरीय एवं भूतापीय

सौर प्रकाश-वोल्टीय (PV) सेल एक बड़ी p-n संधि है: बैंड अंतराल से अधिक ऊर्जा वाला फ़ोटॉन एक इलेक्ट्रॉन-होल युग्म मुक्त करता है, संधि का अंतर्निहित क्षेत्र उन्हें अलग करता है, और दिष्ट धारा बहती है — प्रकाश-वोल्टीय प्रभाव, जिसे पहली बार 1839 में एडमंड बेकरेल ने देखा। सेलों को मॉड्यूल व सरणियों में जोड़ा जाता है, और इन्वर्टर उनकी DC को ग्रिड की AC में बदलता है। एकल-संधि सिलिकॉन सेल सूर्य के प्रकाश के लगभग एक-तिहाई से अधिक को विद्युत में नहीं बदल सकता (शॉकली–क्वाइसर सीमा), अतः अधिक दक्षता टैंडम सेलों में पदार्थ परतबद्ध करने से आती है।

सौर प्रौद्योगिकियाँ
प्रौद्योगिकीक्या जानें
एकल-क्रिस्टलीय / बहु-क्रिस्टलीय सिलिकॉनमुख्य आधार; एकल-क्रिस्टलीय अधिक दक्ष व महँगा
पतली परत (कैडमियम टेल्यूराइड, CIGS, अक्रिस्टलीय सिलिकॉन)बहुत कम पदार्थ लगता है, लचीली हो सकती है; सामान्यतः कम दक्ष
पेरोव्स्काइट सेलप्रयोगशाला दक्षता में तीव्र वृद्धि व बनाने में सस्ते, पर ताप व नमी में स्थायित्व अनसुलझी समस्या है; सिलिकॉन के साथ टैंडम में आशाजनक
द्विमुखी मॉड्यूलदोनों सतहों पर प्रकाश एकत्र करते हैं, भूमि से परावर्तित प्रकाश सहित
सौर तापीय — जल तापकसमतल-पट्ट या निर्वातित-नली संग्राहक सीधे जल गर्म करते हैं; विद्युत नहीं बनती
संकेंद्रित सौर ऊर्जा (CSP)दर्पण (परवलयिक द्रोणी, हेलियोस्टैट सहित केंद्रीय टावर, फ़्रेनेल परावर्तक, तश्तरियाँ) सूर्य-प्रकाश संकेंद्रित कर एक तरल गर्म करते हैं जो टरबाइन हेतु भाप बनाता है। प्रबल प्रत्यक्ष धूप व साफ़ आकाश चाहिए, पर ऊष्मा पिघले लवण में संग्रहीत कर सूर्यास्त के बाद उत्पादन संभव

पवन में शक्ति ½ρAv³ है — वायु घनत्व, ब्लेडों द्वारा घेरे गए क्षेत्रफल और पवन गति के घन के समानुपाती। अतः पवन गति दोगुनी करने पर शक्ति आठ गुनी होती है, और ब्लेड की लंबाई दोगुनी करने पर चार गुनी (क्षेत्रफल त्रिज्या के वर्ग के साथ बढ़ता है)। यही घन कारण है कि टरबाइन ऊँचे टावरों, पर्वतश्रेणियों व अपतटीय स्थलों पर लगाए जाते हैं, जहाँ पवन अधिक प्रबल व स्थिर है, यद्यपि अपतटीय नींव व केबल कहीं महँगे हैं। कोई टरबाइन पवन की ऊर्जा का 16/27, लगभग 59%, से अधिक नहीं निकाल सकता — बेट्ज़ सीमा — क्योंकि रोटर छोड़ने हेतु वायु को चलते रहना होता है। भारत ने 2015 में राष्ट्रीय अपतटीय पवन ऊर्जा नीति अपनाई, जिसमें पहली परियोजनाओं हेतु गुजरात व तमिलनाडु के तट चिह्नित हुए, और 2018 में पवन-सौर संकर नीति; अंतर्राष्ट्रीय सौर गठबंधन, जिसे भारत व फ़्रांस ने 2015 में पेरिस जलवायु सम्मेलन में आरंभ किया, अपने सदस्य देशों में सौर ऊर्जा को बढ़ावा देता है।

  • ज्वारीय ऊर्जा समुद्र के चढ़ाव-उतार का प्रयोग करती है, या तो ज्वारनदमुख के आर-पार बैराज से (फ़्रांस में ला रांस, 1966 से कार्यरत) या ज्वारीय धाराओं में जलमग्न टरबाइनों से। यह पूर्णतः पूर्वानुमेय है पर बड़ा ज्वारीय परिसर चाहिए; भारत में खंभात व कच्छ की खाड़ियों और सुंदरवन का अध्ययन हुआ है।
  • तरंग ऊर्जा सतही तरंगों की गति पकड़ती है — प्रचुर पर तूफ़ानों से क्षतिग्रस्त होती है।
  • महासागरीय तापीय ऊर्जा रूपांतरण (OTEC) गर्म सतही जल व ठंडे गहरे जल के अंतर पर ऊष्मा इंजन चलाता है, और लगभग 20°C का अंतर चाहिए, अतः केवल उष्णकटिबंधीय समुद्रों के अनुकूल है। यही ताप-अंतर उन निम्न-ताप तापीय विलवणीकरण संयंत्रों को चलाता है जिन्हें भारत के राष्ट्रीय महासागर प्रौद्योगिकी संस्थान ने लक्षद्वीप में बनाया, पहला कवरत्ती (2005) में।
  • भूतापीय ऊर्जा पृथ्वी की आंतरिक ऊष्मा का दोहन करती है — शुष्क-भाप, फ़्लैश-भाप व द्वि-चक्र संयंत्र — और सूर्य व पवन के विपरीत चौबीसों घंटे चलती है। यह प्लेट सीमाओं व तप्त स्थलों पर सबसे प्रबल है (आइसलैंड इस पर बहुत निर्भर है); भारत में लद्दाख की पुगा घाटी ONGC के नेतृत्व वाली पहली भूतापीय परियोजना का स्थल है।
⚠️ परीक्षा जाल
PV व CSP तीन बिंदुओं पर विपरीत हैं। PV सीधे विद्युत बनाता है और विसरित प्रकाश भी प्रयुक्त करता है; CSP पहले ऊष्मा बनाता है, प्रत्यक्ष धूप चाहता है, और वह ऊष्मा रात के लिए संग्रहीत कर सकता है। और सौर जल तापक सौर तापीय है, प्रकाश-वोल्टीय नहीं। पवन में शक्ति गति के घन के साथ पर ब्लेड लंबाई के वर्ग के साथ बढ़ती है — उलटने की चिरपरिचित जोड़ी।

मुख्य बिंदु

  • बैंड अंतराल: सिलिकॉन ~1.1 eV; शुद्ध अर्धचालक गर्म होने पर बेहतर चालन करता है। n-प्रकार = पंचसंयोजी अपमिश्रक, इलेक्ट्रॉन बहुसंख्यक; p-प्रकार = त्रिसंयोजी, होल बहुसंख्यक — दोनों कुल मिलाकर उदासीन। डायोड दिष्टकरण करता है; ट्रांज़िस्टर 1947; IC किल्बी 1958/नॉयस 1959। मूल्य शृंखला: डिज़ाइन → फ़ैब → ATMP/OSAT। ISM दिसंबर 2021 (₹76,000 करोड़); माइक्रॉन ATMP सानंद 2023, टाटा–PSMC फ़ैब धोलेरा 2024; SCL मोहाली।
  • LED का रंग = बैंड अंतराल; नीली GaN LED, नोबेल 2014; श्वेत LED = नीली + फ़ॉस्फ़र; पारा नहीं (CFL में होता है); उजाला 2015। लेज़र = उद्दीपित उत्सर्जन + समष्टि प्रतिलोमन → एकवर्णी, सुसंगत, दिशात्मक; रूबी 1960; लेसिक हेतु एक्साइमर। तंतु: पूर्ण आंतरिक परावर्तन, क्रोड अपवर्तनांक > आवरण अपवर्तनांक; लंबी दूरी हेतु एकल-मोड; काओ नोबेल 2009। LIGO-इंडिया, हिंगोली (2023)।
  • अतिचालक: Tc से नीचे शून्य प्रतिरोध + माइस्नर प्रभाव (ओन्स 1911, Hg 4.2 K); क्यूप्रेट 1986, YBCO 77 K (द्रव नाइट्रोजन) से ऊपर — फिर भी कमरे का ताप नहीं (LK-99 2023 विफल)। उपयोग: MRI, LHC, ITER/SST-1, SCMaglev, क्यूबिट। ग्राफ़ीन (एक-परमाणु कार्बन परत; गेम व नोवोसेलोव 2004, नोबेल 2010); C₆₀ 1985; CNT 1991। क्वांटम डॉट: छोटा = अधिक नीला (रसायन नोबेल 2023)। नैनो यूरिया 2021।
  • क्यूबिट मंच: अतिचालक (परम शून्य के निकट), पाशित आयन, फ़ोटोनिक, उदासीन परमाणु, स्पिन; शत्रु = विसंबद्धता, उपाय = त्रुटि सुधार (भौतिक पर तार्किक क्यूबिट)। शॉर का एल्गोरिद्म RSA को चुनौती → क्वांटम-पश्चात कूटलेखन (NIST 2024)। QKD (BB84): मापन अवस्था विचलित करता है + अप्रतिलिपि → गुप्तश्रवण पकड़ में; कुंजी की रक्षा, चैनल की नहीं। भौतिकी नोबेल 2022 (उलझाव) व 2025 (परिपथों में स्थूल क्वांटम सुरंगन)।
  • राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (अप्रैल 2023): DST, 2023-24 से 2030-31, ~₹6,000 करोड़; 8 वर्षों में 50–1,000 भौतिक क्यूबिट; 2,000 किमी पर उपग्रह QKD; संवेदन (चुंबकत्वमापी, परमाणु घड़ियाँ) व पदार्थ। T-हब: IISc (संगणन), IIT मद्रास (संचार), IIT बॉम्बे (संवेदन), IIT दिल्ली (पदार्थ)।
  • Li-आयन (नोबेल 2019): ग्रेफ़ाइट एनोड; NMC = दूरी, कोबाल्ट; LFP = कोबाल्ट नहीं, अधिक सुरक्षित; सोडियम-आयन = प्रचुर, कम ऊर्जा घनत्व; ठोस-अवस्था = ठोस विद्युत-अपघट्य; प्रवाह = ग्रिड। रियासी लिथियम अनुमानित 5.9 Mt (2023); KABIL; NCMM 2025; ACC PLI 2021 (50 GWh); बैटरी अपशिष्ट नियम 2022 (EPR)। ईंधन सेल ईंधन मिलने तक चलता है, निकास जल, कार्नो-सीमित नहीं। HEV प्लग नहीं होता; पुनर्योजी ब्रेकिंग; FAME 2015 → पीएम ई-ड्राइव 2024।
  • हाइड्रोजन: धूसर (SMR), नीली (SMR + CCS), हरित (नवीकरणीय विद्युत-अपघटन), फ़िरोज़ी (मीथेन तापीय अपघटन → ठोस कार्बन), गुलाबी (नाभिकीय), भूरी (कोयला)। प्रति kg H₂ ~9 kg जल। हरित हाइड्रोजन मानक 2023: ≤2 kg CO₂e/kg H₂। जैव ईंधन 1G भोजन → 2G अवशेष (पानीपत 2022) → 3G शैवाल; 2025-26 तक E20; SATAT व गोबरधन 2018; वैश्विक जैव ईंधन गठबंधन 2023। CCUS: दहन-पश्चात, दहन-पूर्व, ऑक्सी-ईंधन; DAC; बेसाल्ट खनिजीकरण; BECCS = ऋणात्मक।
  • PV = सीधी DC, विसरित प्रकाश भी, एकल-संधि सीमा ~⅓; CSP = ऊष्मा → भाप टरबाइन, प्रत्यक्ष धूप चाहिए, पिघला-लवण भंडारण। पवन शक्ति ∝ v³ (दोगुनी गति → 8×) व ∝ घेरा गया क्षेत्रफल; बेट्ज़ सीमा ~59%; अपतटीय नीति 2015, संकर नीति 2018। ज्वारीय पूर्वानुमेय; OTEC को ~20°C चाहिए; भूतापीय चौबीसों घंटे (पुगा)। GNSS को 4 उपग्रह चाहिए; NavIC: 7 उपग्रह (3 GEO + 4 GSO), भारत + ~1,500 किमी, NVS-01 2023 (L1, स्वदेशी घड़ी); गगन GPS का संवर्धन। SAR सक्रिय — बादल व रात; GEO 35,786 किमी; प्रतिबिंबन हेतु सूर्य-तुल्यकाली; IRS-1A 1988; NISAR 2025।

अभ्यास प्रश्न (18)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. अर्धचालकों के बारे में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
    1. सिलिकॉन को फ़ॉस्फ़ोरस जैसे पंचसंयोजी तत्व से अपमिश्रित करने पर n-प्रकार का अर्धचालक बनता है।
    2. p-प्रकार के अर्धचालक में बहुसंख्यक आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं।
    3. शुद्ध अर्धचालक की विद्युत चालकता उसका ताप बढ़ने पर बढ़ती है।
    उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. केवल 1 और 3
    2. केवल 1 और 2
    3. केवल 2 और 3
    4. 1, 2 और 3
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — केवल 1 और 3

    कथन 1 व 3 सही हैं: पंचसंयोजी परमाणु एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन देता है, और ऊष्मा सिलिकॉन के छोटे बैंड अंतराल के पार अधिक इलेक्ट्रॉन उठाती है, अतः चालकता बढ़ती है। कथन 2 वाहक उलट देता है — त्रिसंयोजी अपमिश्रक होल छोड़ता है, और p-प्रकार पदार्थ में होल ही बहुसंख्यक वाहक हैं।

  2. अर्धचालक मूल्य शृंखला में एक ATMP (या OSAT) इकाई:

    1. चिप डिज़ाइन करती है पर उसके पास कोई निर्माण संयंत्र नहीं
    2. फ़ोटोलिथोग्राफ़ी से सिलिकॉन वेफ़रों पर परिपथ छापती है
    3. अन्यत्र निर्मित चिपों का संयोजन, परीक्षण व पैकेजिंग करती है
    4. क्वार्ट्ज़ को इलेक्ट्रॉनिक-श्रेणी सिलिकॉन में शोधित करती है
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — अन्यत्र निर्मित चिपों का संयोजन, परीक्षण व पैकेजिंग करती है

    ATMP का अर्थ संयोजन, परीक्षण, अंकन व पैकेजिंग है — पिछला छोर, जहाँ फ़ैब से आए तैयार डाई काटे, पैक व परखे जाते हैं; माइक्रॉन की सानंद इकाई इसी प्रकार की है। पहला विकल्प फ़ैबलेस डिज़ाइन फ़र्म है और दूसरा स्वयं फ़ैब, वह चरण जो भारत के पास केवल SCL मोहाली में था।

  3. निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
    1. LED द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का रंग प्रयुक्त अर्धचालक के बैंड अंतराल पर निर्भर करता है।
    2. श्वेत LED में सामान्यतः फ़ॉस्फ़र से लेपित एक नीली LED होती है।
    3. LED लैंपों में, सघन प्रतिदीप्त लैंपों की तरह, थोड़ी मात्रा में पारा होता है।
    उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. केवल 1 और 3
    2. केवल 1 और 2
    3. केवल 2 और 3
    4. 1, 2 और 3
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — केवल 1 और 2

    कथन 1 व 2 सही हैं: हर फ़ोटॉन लगभग बैंड-अंतराल ऊर्जा ले जाता है, और नीली GaN LED ने पीले फ़ॉस्फ़र के माध्यम से श्वेत प्रकाश संभव किया। कथन 3 जाल है — पारा CFL में होता है, जिसका विसर्जन फ़ॉस्फ़र को उत्तेजित करता है; LED में पारा नहीं होता, जो उनका एक लाभ है।

  4. निम्नलिखित में से कौन-सा लेज़र प्रकाश का सही वर्णन करता है?

    1. एकवर्णी, सुसंगत और अत्यंत दिशात्मक
    2. बहुवर्णी, सुसंगत और व्यापक रूप से फैलने वाला
    3. एकवर्णी, असंगत और व्यापक रूप से फैलने वाला
    4. बहुवर्णी, असंगत और अत्यंत दिशात्मक
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — एकवर्णी, सुसंगत और अत्यंत दिशात्मक

    उद्दीपित उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य, कला व दिशा में समान फ़ोटॉन उत्पन्न करता है, अतः लेज़र प्रकाश एकवर्णी, सुसंगत व कसकर समांतरित होता है। हर विकल्प तीनों गुणों में से एक या दो बदल देता है; असंगत, बहुरंगी, फैलता प्रकाश साधारण बल्ब का वर्णन है, और LED भी असंगत है।

  5. प्रकाशीय तंतुओं के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
    1. तंतु में प्रकाश का मार्गदर्शन पूर्ण आंतरिक परावर्तन से होता है, जिसके लिए क्रोड का अपवर्तनांक आवरण से अधिक होना आवश्यक है।
    2. अत्यंत संकरे क्रोड वाले एकल-मोड तंतु लंबी दूरी की संचार कड़ियों हेतु पसंद किए जाते हैं।
    उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?

    1. केवल 1
    2. केवल 2
    3. 1 और 2 दोनों
    4. न तो 1, न ही 2
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — 1 और 2 दोनों

    दोनों सही हैं। पूर्ण आंतरिक परावर्तन तभी होता है जब प्रकाश क्रांतिक कोण से अधिक पर सघन से विरल माध्यम में जाए, अतः क्रोड दोनों में सघन होना चाहिए; एकल-मोड तंतु लेज़र प्रकाश का एक पथ ले जाता है और स्पंदों के उस फैलाव से बचता है जो दूरी पर बहु-मोड तंतु को सीमित करता है। अपवर्तनांकों को उलटना सामान्य भूल है।

  6. अतिचालकता के बारे में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
    1. अपने क्रांतिक ताप से नीचे अतिचालक अपने भीतर से चुंबकीय क्षेत्र को बाहर निकाल देता है।
    2. कॉपर-ऑक्साइड (क्यूप्रेट) अतिचालक कमरे के ताप व सामान्य दाब पर काम करते हैं।
    3. MRI स्कैनर सामान्यतः अतिचालक चुंबकों का प्रयोग करते हैं।
    उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. केवल 1 और 2
    2. केवल 2 और 3
    3. केवल 1 और 3
    4. 1, 2 और 3
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — केवल 1 और 3

    कथन 1 व 3 सही हैं: माइस्नर प्रभाव परिभाषक चुंबकीय गुण है, और MRI चुंबक द्रव हीलियम में रखी अतिचालक कुंडलियाँ हैं। कथन 2 "उच्च-ताप" को कमरे का ताप समझ लेता है — सर्वोत्तम क्यूप्रेट द्रव नाइट्रोजन के 77 K से ऊपर काम करते हैं, फिर भी लगभग −196°C, और अब तक कोई पदार्थ कमरे के ताप व सामान्य दाब पर अतिचालक नहीं।

  7. निम्नलिखित युग्मों पर विचार कीजिए:
    1. ग्राफ़ीन — षट्कोणीय जालक में व्यवस्थित कार्बन परमाणुओं की एकल परत
    2. फ़ुलरीन C₆₀ — साठ कार्बन परमाणुओं का खोखला, पिंजरे-सदृश अणु
    3. कार्बन नैनोट्यूब — एक दृढ़ त्रि-आयामी जाल जिसमें प्रत्येक कार्बन चार अन्य से बंधा है
    उपर्युक्त में से कितने युग्म सही सुमेलित हैं?

    1. केवल एक
    2. केवल दो
    3. तीनों
    4. कोई नहीं
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — केवल दो

    युग्म 1 व 2 सही हैं। युग्म 3 हीरे की संरचना देता है; कार्बन नैनोट्यूब निर्बाध बेलन में लपेटी गई ग्राफ़ीन परत है, जिसमें हर कार्बन तीन पड़ोसियों से बंधा है। हर नैनो-रूप को "त्रि-आयामी" से जोड़ देना वह चूक है जिस पर यह युग्म बना है।

  8. एक ही अर्धचालक से बने क्वांटम डॉटों में उत्सर्जित प्रकाश का रंग मुख्यतः किस पर निर्भर करता है?

    1. परिवेश का ताप
    2. नैनोक्रिस्टल का आकार
    3. विद्युत आपूर्ति की वोल्टता
    4. तत्व की द्रव्यमान संख्या
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — नैनोक्रिस्टल का आकार

    इलेक्ट्रॉनों को छोटे क्रिस्टल में सीमित करने से ऊर्जा अंतराल चौड़ा होता है, अतः छोटे डॉट अधिक नीला और बड़े अधिक लाल प्रकाश देते हैं — आकार-समायोज्य रंग जो QLED स्क्रीनों व 2023 के रसायन नोबेल के पीछे है। वोल्टता उत्सर्जक की चमक बदलती है, वह रंग नहीं जो यह प्रभाव तय करता है।

  9. निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
    1. क्वांटम कुंजी वितरण की सुरक्षा इस तथ्य पर टिकी है कि क्वांटम अवस्था को मापना उसे विचलित करता है, अतः गुप्तश्रोता पकड़ा जा सकता है।
    2. क्वांटम कुंजी वितरण में संदेश स्वयं उलझे फ़ोटॉनों द्वारा ले जाया जाता है, अतः कोई पारंपरिक कूटलेखन शामिल नहीं होता।
    3. शॉर का एल्गोरिद्म चलाने वाला पर्याप्त बड़ा, त्रुटि-सुधारित क्वांटम कंप्यूटर RSA जैसी सार्वजनिक-कुंजी प्रणालियों को तोड़ सकता है।
    उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. केवल 1 और 2
    2. केवल 1 और 3
    3. केवल 2 और 3
    4. 1, 2 और 3
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — केवल 1 और 3

    कथन 1 व 3 सही हैं। कथन 2 QKD की सामान्य भ्रांत समझ है: क्वांटम चैनल केवल कुंजी बाँटता है, और संदेश फिर उस कुंजी से कूटबद्ध कर सामान्य चैनल पर भेजा जाता है। शॉर का एल्गोरिद्म ही कारण है कि 2024 में क्वांटम-पश्चात कूटलेखन मानक प्रकाशित हुए।

  10. भारत के राष्ट्रीय क्वांटम मिशन के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
    1. इसका कार्यान्वयन विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग करता है।
    2. इसके लक्ष्यों में 50 से 1,000 भौतिक क्यूबिट वाले मध्यम-स्तरीय क्वांटम कंप्यूटर शामिल हैं।
    3. यह क्वांटम संगणन तक सीमित है और क्वांटम संचार या संवेदन को नहीं समेटता।
    उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. केवल 1 और 2
    2. केवल 2 और 3
    3. केवल 1 और 3
    4. 1, 2 और 3
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — केवल 1 और 2

    कथन 1 व 2 सही हैं। मिशन के चार ऊर्ध्वाधर हैं — संगणन, संचार (लगभग 2,000 किमी पर उपग्रह QKD सहित), संवेदन व मापिकी, तथा पदार्थ व युक्तियाँ — प्रत्येक का एक विषयगत केंद्र, अतः कथन 3 ग़लत है। "क्वांटम मिशन" को "क्वांटम कंप्यूटर मिशन" पढ़ लेना जाल है।

  11. बैटरी प्रौद्योगिकियों के बारे में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
    1. लिथियम आयरन फ़ॉस्फ़ेट (LFP) सेलों के कैथोड में कोबाल्ट होता है।
    2. सोडियम-आयन बैटरियाँ लिथियम-आयन बैटरियों से अधिक प्रचुर तत्व प्रयुक्त करती हैं पर सामान्यतः प्रति किलोग्राम कम ऊर्जा संग्रहीत करती हैं।
    3. ठोस-अवस्था बैटरियाँ ज्वलनशील द्रव विद्युत-अपघट्य के स्थान पर ठोस विद्युत-अपघट्य प्रयुक्त करती हैं।
    उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. केवल 1 और 2
    2. केवल 1 और 3
    3. केवल 2 और 3
    4. 1, 2 और 3
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — केवल 2 और 3

    कथन 2 व 3 सही हैं। कथन 1 असत्य है और यही LFP की विशेषता है: इसका आयरन-फ़ॉस्फ़ेट कैथोड न कोबाल्ट प्रयुक्त करता है न निकेल, जो इसे कुछ ऊर्जा घनत्व की क़ीमत पर NMC से सस्ता व सुरक्षित बनाता है। सोडियम-आयन ऊर्जा घनत्व के बदले प्रचुरता व कम लागत देता है।

  12. हाइड्रोजन ईंधन सेल पुनःआवेश्य बैटरी से इस अर्थ में भिन्न है कि यह:

    1. ऊर्जा की निश्चित मात्रा संग्रहीत करता है और उसे ग्रिड से पुनः आवेशित करना पड़ता है
    2. हाइड्रोजन जलाकर भाप बनाता है जो एक छोटा टरबाइन चलाती है
    3. उपयोग स्थल पर कार्बन डाइऑक्साइड व जल छोड़ता है
    4. जब तक ईंधन व ऑक्सीजन मिलते रहें, विद्युत बनाता रहता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — जब तक ईंधन व ऑक्सीजन मिलते रहें, विद्युत बनाता रहता है

    ईंधन सेल हाइड्रोजन व ऑक्सीजन की निरंतर आपूर्ति की रासायनिक ऊर्जा को सीधे विद्युत में बदलता है, जल एकमात्र निकास के साथ। पहला विकल्प बैटरी का, दूसरा ऊष्मा इंजन का वर्णन है — और ईंधन सेल दहन से पूरी तरह बचता है, इसीलिए कार्नो सीमा से बँधा नहीं।

  13. निम्नलिखित युग्मों पर विचार कीजिए:
    1. धूसर हाइड्रोजन — कार्बन प्रग्रहण के बिना प्राकृतिक गैस का भाप मीथेन पुनर्संभावन
    2. नीली हाइड्रोजन — कार्बन प्रग्रहण व भंडारण के साथ भाप मीथेन पुनर्संभावन
    3. हरित हाइड्रोजन — नवीकरणीय विद्युत से जल का विद्युत-अपघटन
    4. फ़िरोज़ी हाइड्रोजन — कोयले का गैसीकरण
    उपर्युक्त में से कितने युग्म सही सुमेलित हैं?

    1. केवल एक
    2. केवल दो
    3. केवल तीन
    4. चारों
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — केवल तीन

    युग्म 1, 2 व 3 सही हैं। फ़िरोज़ी हाइड्रोजन मीथेन तापीय अपघटन से आती है, जो मीथेन को हाइड्रोजन व ठोस कार्बन में तोड़ता है; कोयले का गैसीकरण भूरी या काली हाइड्रोजन देता है, सबसे कार्बन-सघन मार्ग। कम परिचित रंगों में ही अदला-बदली की जाती है।

  14. निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
    1. द्वितीय-पीढ़ी का एथेनॉल धान की पराली जैसे लिग्नोसेलुलोसी जैवभार से बनता है।
    2. राष्ट्रीय जैव ईंधन नीति के अंतर्गत पेट्रोल में 20% एथेनॉल मिश्रण का लक्ष्य वर्ष आगे खिसकाकर 2025-26 किया गया।
    3. जैव ऊर्जा को कार्बन प्रग्रहण व भंडारण से जोड़ना सिद्धांततः शुद्ध रूप से वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड हटा सकता है।
    उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. केवल 1 और 2
    2. केवल 2 और 3
    3. केवल 1 और 3
    4. 1, 2 और 3
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — 1, 2 और 3

    तीनों सही हैं। 2G एथेनॉल अखाद्य अवशेष प्रयुक्त करता है (पानीपत संयंत्र धान की पराली पर चलता है); E20 का लक्ष्य वर्ष 2022 में 2030 से 2025-26 हुआ; और BECCS शुद्ध-ऋणात्मक हो सकता है क्योंकि पौधों ने कार्बन पहले वायु से ही खींचा था। अभ्यर्थी प्रायः यह मानकर कथन 3 अस्वीकार कर देते हैं कि हर दहन CO₂ जोड़ता ही है।

  15. यदि किसी टरबाइन पर पवन गति दोगुनी हो जाए और शेष सब समान रहे, तो पवन में उपलब्ध शक्ति हो जाती है:

    1. दो गुनी
    2. चार गुनी
    3. छह गुनी
    4. आठ गुनी
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — आठ गुनी

    पवन शक्ति ½ρAv³ है, अतः v दोगुना करने पर शक्ति 2³ = 8 गुनी होती है। चार गुनी ब्लेड की लंबाई दोगुनी करने का उत्तर है, क्योंकि घेरा गया क्षेत्रफल त्रिज्या के वर्ग के साथ बढ़ता है — ये दोनों संबंध भ्रमित होने वाली सामान्य जोड़ी हैं।

  16. निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
    1. सौर प्रकाश-वोल्टीय सेल सीधे विद्युत बनाते हैं, जबकि संकेंद्रित सौर ऊर्जा पहले ऊष्मा बनाती है जो टरबाइन चलाती है।
    2. संकेंद्रित सौर ऊर्जा को प्रबल प्रत्यक्ष धूप चाहिए, जबकि प्रकाश-वोल्टीय पैनल विसरित प्रकाश भी प्रयुक्त कर सकते हैं।
    3. संकेंद्रित सौर ऊर्जा संयंत्र पिघले लवण में ऊष्मा संग्रहीत कर सूर्यास्त के बाद भी उत्पादन जारी रख सकते हैं।
    उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. केवल 1 और 2
    2. केवल 2 और 3
    3. केवल 1 और 3
    4. 1, 2 और 3
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — 1, 2 और 3

    तीनों सही हैं, और मिलकर यही पूरा अंतर हैं: PV प्रकाश को सीधे DC में बदलता है और बादलों में घटे उत्पादन पर भी काम करता है; CSP प्रत्यक्ष धूप को ऊष्मा में संकेंद्रित करता है, जिसे पिघले लवण में जमा किया जा सकता है। यह मान लेना कि हर सौर संयंत्र सूर्यास्त पर रुक जाता है, अभ्यर्थियों से कथन 3 छुड़वा देता है।

  17. उपग्रह नौवहन के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
    1. NavIC एक क्षेत्रीय प्रणाली है जिसका प्राथमिक सेवा क्षेत्र भारत व उसकी सीमाओं से लगभग 1,500 किमी आगे तक है।
    2. अभिग्राही को अपनी त्रि-आयामी स्थिति तय करने और अपनी घड़ी-त्रुटि सुधारने हेतु कम से कम चार उपग्रहों के संकेत चाहिए।
    3. गगन GPS का स्थान लेने हेतु बना एक स्वतंत्र वैश्विक नौवहन तारामंडल है।
    उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. केवल 1 और 2
    2. केवल 2 और 3
    3. केवल 1 और 3
    4. 1, 2 और 3
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — केवल 1 और 2

    कथन 1 व 2 सही हैं: तीन दूरियाँ केवल पूर्ण घड़ी के साथ पर्याप्त होतीं, अतः चौथा उपग्रह अभिग्राही की घड़ी-त्रुटि हल करता है। कथन 3 ग़लत है — गगन उपग्रह-आधारित संवर्धन प्रणाली है जो नागर विमानन हेतु GPS के सुधार प्रसारित करती है; उसका अपना कोई तारामंडल नहीं।

  18. मानसून में बाढ़ के मानचित्रण हेतु संश्लिष्ट द्वारक रडार उपग्रहों को मुख्यतः क्यों पसंद किया जाता है?

    1. दृश्य बैंड में परावर्तित सूर्य-प्रकाश को अत्यधिक विभेदन पर दर्ज करते हैं
    2. अपना सूक्ष्म-तरंग संकेत भेजते हैं, जो दिन हो या रात बादलों से पार जाता है
    3. खड़े जल द्वारा उत्सर्जित तापीय अवरक्त विकिरण मापते हैं
    4. भूस्थिर कक्षा में रहकर बिना रुके भारत को देखते हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — अपना सूक्ष्म-तरंग संकेत भेजते हैं, जो दिन हो या रात बादलों से पार जाता है

    SAR सक्रिय संवेदक है: यह अपना सूक्ष्म-तरंग प्रदीपन स्वयं देता है, और सूक्ष्म तरंगें मानसूनी बादलों को भेदती हैं, अतः यह रात में व घने बादलों में बाढ़ का प्रतिबिंबन करता है। प्रकाशीय व तापीय संवेदक निष्क्रिय हैं और बादलों से अंधे हो जाते हैं, और RISAT, EOS-04 व NISAR जैसे प्रतिबिंबन रडार निम्न कक्षाओं में उड़ते हैं, भूस्थिर में नहीं।