নিওডিমিয়াম চুম্বক

নিওডিমিয়াম চুম্বক (NdFeB, NIO বা নিয় হিসেবেও পরিচিত) হলো সবচেয়ে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত বিরল মৃত্তিকা চুম্বক। এটি একটি স্থায়ী চুম্বক যা নিওডিমিয়াম, লোহা এবং বোরনের সংকর হতে NdFeB-এর চতুষ্কোণাকার কেলাসের মাধ্যমে গঠিত। ১৯৮৪ সালে জেনারেল মোটর্স এবং সুমিতোমো মেটাল ইন্ডাস্ট্রিস স্বাধীনভাবে এর বিকাশ ঘটায়। এটি বাণিজ্যিকভাবে লভ্য সবচেয়ে শক্তিশালী স্থায়ী চুম্বক। বিভিন্ন উৎপাদন প্রক্রিয়ার কারণে এগুলোকে সিন্টারড NdFeB চুম্বক এবং জোড়া NdFeB চুম্বক নামক দুইটি শ্রেণিতে ভাগ করা হয়। বর্তমানে এগুলো বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যবহৃত অন্যান্য ধরনের চুম্বকের স্থান দখল করে নিয়েছে যার মধ্যে তারবিহীন যন্ত্রের বৈদ্যুতিক মোটর, হার্ড ডিস্ক ড্রাইভ এবং চুম্বকীয় আবদ্ধকারী উল্লেখযোগ্য।
নিউডিমিয়াম একটি মৌলিক পদার্থ। ১৮৮৫ সালে এটিকে আবিষ্কার করা হয়। মৌলটির পারমাণবিক সংখ্যা ৬০। রূপালী-সাদা ধাতব বর্ণের মৌলটি পর্যায় সারণির ল্যান্থানাইড দলের বিরল মৃত্তিকা মৌলসমূহের উপদলটির (পারমাণবিক সংখ্যা ৫৭-৭১) অন্তর্ভুক্ত। এটি বাতাসে খুব দ্রুত জারিত হয়। ল্যান্থানাইড মৌলগুলি নতুন প্রযুক্তির উন্নয়নে খুবই গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রেখেছে, যেমন বায়ুকল, বৈদ্যুতিক সংকর মোটরগাড়ি এবং প্রতিরক্ষা শিল্পে। প্রকৃতিতে নিওডিমিয়াম বিশুদ্ধ অবস্থায় পাওয়া যায় না, বরং অন্যান্য ল্যান্থানাইড মৌলগুলির খনিক আকরিকের সাথে (যেমন: মোনাজাইট ও বাস্টনাসাইটের মধ্যে) পাওয়া যায়। ভূপৃষ্ঠে এটির প্রাচুর্য তামার মতো হলেও এটি নিষ্কাশন ও শোধন করা অত্যন্ত কঠিন। ব্রাজিল, চীন, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, শ্রীলঙ্কা, ভারত ও অস্ট্রেলিয়াতে এই খনিজের প্রধান মজুদগুলো অবস্থিত।
১৯৮০-র দশকে জেনারেল মোটর্স ও হিতাচি নিউডিমিয়াম-লোহা-বোরন চুম্বক প্রস্তুত করে। খুব কম পরিমাণ নিউডিমিয়ামের চুম্বকও অত্যন্ত উচ্চ চৌম্বক শক্তি সরবরাহ করতে পারে। এ কারণে বিরল মৃত্তিকা ধাতুর তৈরি স্থায়ী শক্তিশালী চুম্বকের শিল্পোৎপাদন প্রক্রিয়াতে নিওডিমিয়ামের গুরুত্ব অনেক বৃদ্ধি পেয়েছে। তথ্য প্রযুক্তি ক্ষেত্রে নিউডিমিয়াম চুম্বকগুলি হার্ড ডিস্ক (শক্ত চাকতি), মুঠোফোন, টেলিভিশনের ভিডিও (চলমান চিত্র) ও অডিও (শব্দ-সংক্রান্ত) যন্ত্রাংশগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
বিশ্বে নিওডিনিয়াম চুম্বকের বাৎসরিক ব্যবহার ১৯৮৩ সালে ১ টন থেকে ২০০৭ সালে ৬০ হাজার টনে পৌঁছে। ১৯৯০ সাল থেকে চীন বিরল মৃত্তিকা খনন, নিষ্কাশন ও শোধনে অগ্রণী ভূমিকা পালন করে আসছে। এই শিল্প প্রক্রিয়াগুলি পরিবেশের উপর অত্যন্ত বিরূপ প্রভাব ফেলে বলে বহু দেশই এ-সংক্রান্ত খননকাজ বন্ধ করে দিয়েছে, কিন্তু চীন ঝুঁকি নিয়েও কাজটি করে চলেছে এবং এ কারণে বিশ্বের প্রায় সব দেশ বর্তমানে চীন থেকে এই মৌলগুলি আমদানি করে থাকে।
নিওডিমিয়াম একটি ফেরোচৌম্বকীয় ধাতু (আরো সঠিক ভাবে, প্রতিফেরোচৌম্বকীয় ধাতু) যার অর্থ, একে লোহার মত চুম্বকীকরণ করে চুম্বকে পরিণত করে ফেলা সম্ভব, কিন্তু এর কিউরী তাপমাত্রা (তাপমাত্রা, যার উপরে ফেরোচুম্বকত্ব হারিয়ে যায়) ১৯ কেলভিন (-২৫৪.২° সেলসিয়াস; -৪২৫.৫° ফারেনহাইট) হওয়ায় বিশুদ্ধ অবস্থায় এর চুম্বকত্ব শুধুমাত্র অতি নিম্ন তাপমাত্রায় প্রতীয়মান হয়। তবে, এর সাথে অবস্থান্তর ধাতু যেমন লোহা মিশিয়ে যৌগ তৈরি করা হলে এর কিউরি তাপমাত্রা সর্বোপরি কক্ষ তাপমাত্রার উপরেই থাকতে পারে এবং তাই এই যৌগ গুলিকেই নিওডিমিয়াম চুম্বক তৈরিতে ব্যবহার করা হয়।
নিওডিমিয়াম চুম্বকের এমন শক্তির পেছনে বিভিন্ন কারণ রয়েছে। সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কারণটি হলো NdFeB-এর চতুষ্কোণাকার কেলাসের গঠন যা অতি উচ্চ একাক্ষিক চুম্বকাধারচ্ছ অ্যানিস্ট্রপি ("H" ≈ 7T – A/m একক সম্পন্ন চৌম্বক ক্ষেত্র চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রাবল্য H বনাম A.m একক সম্পন্ন চৌম্বকীয় মুহুর্ত)। এর অর্থ হলো, এই উপাদানের তৈরি স্ফটিক একটি নির্দিষ্ট স্ফটিক অক্ষে পক্ষপাতিকভাবে মোটামুটি সহজেই চুম্বকিত হলের অন্যান্য অক্ষে একে চুম্বকিত করা খুবই কঠিন। অন্যান্য চুম্বকের মতই, নিওডিমিয়াম চুম্বকের সংকর ক্ষুদ্রচ্ছ দ্বারা গঠিত যা উৎপাদনের সময় একটি শক্তিশালী চুম্বক ক্ষেত্রে বিন্যস্ত করা হয় যার ফলে এদের চুম্বক অক্ষ সকল বিন্দুতে একই দিকে থাকে। চৌম্বকত্বের দিকের পরিবর্তনের ক্ষেত্রে কেলাসের রোধ যৌগটিকে একটি অত্যন্ত শক্তিশালী বাধ্যকারী বল বা বিচুম্বকায়ন বিরোধী রোধ দান করে।
ইলেক্ট্রন বিন্যাসে লোহার তিনটি বিজোড় ইলেক্ট্রনের (গড়ে) বিপরীতে নিওডিমিয়ামে চারটি বিজোড় ইলেক্ট্রন থাকায়, নিওডিমিয়াম পরমাণুর একটি বৃহৎ চুম্বক দ্বিমেরু মুহুর্ত থাকতে পারে। একটি চুম্বকে, এই বিজোড় ইলেক্ট্রনগুলি সারিবদ্ধ থাকায় তারা একটি নির্দিষ্ট অভিমুখে আবর্তীত হয় যা এর চুম্বক ক্ষেত্রের উৎপত্তি ঘটায়। ইহা NdFeB-কে একটি উচ্চ পরিপৃক্তি চুম্বকীকত্ব ("J" ≈ 1.6T or 16kG) ও একটি ১.৩ টেসলার অবশেষ চুম্বকত্ব দান করে। কাজেই, সর্বচ্চ শক্তি ঘনত্ব "J" এর আনুপাতিক হওয়ায় এই চুম্বকীয় দশার একটি বিশাল পরিমাণ চুম্বক শক্তি ("BH" ≈ 512kJ/m বা 64MG·Oe) ধারণের ক্ষমতা রয়েছে। এর চুম্বক শক্তির মান সাধারণ লৌহ চুম্বকের আয়তনের তুলনায় ১৮ গুণ এবং ভরের তুলনায় ১২ গুণ। NdFeB সংকরের এই চুম্বক শক্তির বৈশিষ্ট্য সামেরিয়াম-কোবাল্ট চুম্বক, যাদের প্রথম বিরল মৃত্তিকা চুম্বক হিসেবে বাজারজাত করা হয় তাদের চেয়েও বেশী। কার্যক্ষেত্রে, নিওডিমিয়াম চুম্বকের শক্তি এর সংকরের গঠন, আণুবীক্ষণিক গঠন এবং প্রয়োগকৃত উৎপাদন প্রণালির উপর নির্ভর করে।
NdFeB-এর কেলাসের গঠনকে লোহার পরমাণুর স্তর এবং নিওডিমিয়াম-বোরন যৌগের স্তরের পর্যায়ক্রম হিসেবে বর্ণনা করা যায়। ডায়াচৌম্বকীয় বোরন পরমাণু চুম্বকত্বে সরাসরি অবদান না রাখলেও শক্তিশালী সমযোজী বন্ধনের মাধ্যমে সংসক্তি বৃদ্ধি করে। সামেরিয়াম এবং কোবাল্টের তুলনায় নিওডিমিয়াম এবং লোহা আপেক্ষিক ভাবে কম বিরল মৃত্তিকা উপাদান হওয়ায় (আয়তনের ১২%) এবং আপেক্ষিক প্রাচুর্য থাকায় নিওডিমিয়াম চুম্বকের মূল্য সামেরিয়াম-কোবাল্ট চুম্বকের তুলনায় কম হয়।