માઇક્રોવેવ (Microwaves) : એક પ્રકારના વીજચુંબકીય તરંગો (electromagnetic waves). તરંગલંબાઈ મુજબ તેમને ડેસિમીટર તરંગ, સેન્ટિમીટર તરંગ અને મિલિમીટર તરંગ તરીકે વિભાજિત કરવામાં આવે છે. આ આયનીકરણ કરતા ન હોય (non-ionizing) એવા તરંગો છે. તેની શક્તિ 10–5 eVથી 0.01 eV જેટલી હોય છે. વીજચુંબકીય વર્ણપટમાં માઇક્રોવેવની પડોશમાં ઓછી તરંગ-લંબાઈના વિસ્તારમાં પારરક્ત વિકિરણો (infrared radiations) આવે છે અને લાંબી તરંગ-લંબાઈના વિસ્તારમાં રેડિયો તરંગો (radio waves) આવે છે. આ બંને વિસ્તારોની સીમાનું નિશ્ચિત સીમાંકન નથી, પરંતુ સ્વૈર રીતે સીમા નક્કી કરેલ હોય છે.
માઇક્રોવેવનો વિકાસ ક્રમબદ્ધ રીતે થયેલ છે. 1864માં જેમ્સ ક્લાર્ક મૅક્સવેલ નામના વૈજ્ઞાનિકે વીજચુંબકીય ઘટનાઓને આલેખતાં સમીકરણો આપ્યાં. આ સમીકરણોના ઉકેલોએ એક પ્રકારના વીજચુંબકીય તરંગોની ઉપસ્થિતિની શક્યતા દર્શાવી. તે સમયે આ પ્રકારના તરંગોની જાણકારી હતી નહિ. 1888માં હાઇનરિક હર્ટ્ઝ નામના વૈજ્ઞાનિકે પ્રયોગો દ્વારા વીજચુંબકીય તરંગોની ઉપસ્થિતિ સાબિત કરી અને મૅક્સવેલનાં સમીકરણોના ઉકેલ વખતે મળતા વીજચુંબકીય તરંગોનું સમર્થન કર્યું. હર્ટ્ઝે ડેસિમીટર તેમજ મીટરની તરંગલંબાઈઓના વિસ્તારમાં અવમંદન પામેલા વીજચુંબકીય તરંગોનો ઉપયોગ તેના પ્રયોગોમાં કર્યો હતો. 1930માં સતત માઇક્રોવેવ તરંગો ઉત્પન્ન કરતાં ઉદગમસ્થાનોની શોધ થઈ. ત્યારબાદ પોલા વેવગાઇડ્ઝ (hollow waveguides) તેમજ છિદ્ર ધરાવતાં અનુનાદકો (cavity resonators) શોધાયાં.
માઇક્રોવેવ ઉત્પન્ન કરવા માટે અનેક પદ્ધતિઓ છે. માઇક્રોવેવ નલિકાઓ (microwave tubes) મુખ્યત્વે ત્રણ પ્રકારની હોય છે : (1) સામાન્ય ગ્રિડ ધરાવતી ટ્રાયૉડ પ્રકારની નલિકાઓ, જે ઉચ્ચ આવૃત્તિએ આંદોલન કરી શકે છે; (2) બીજા પ્રકારની નલિકાઓ કે જેમાં ટૂંકસમય માટે (ક્યારેક વારંવાર) ઇલેક્ટ્રૉનની કિરણાવલી અને રેડિયો આવૃત્તિ-વોલ્ટેજ વચ્ચે આંતર પ્રક્રિયા (interaction) થાય છે; ક્લિસ્ટ્રૉન (klystron) પ્રકારની નલિકા આનું ઉદાહરણ છે; અને (3) ત્રીજા પ્રકારની નલિકાઓમાં ઇલેક્ટ્રૉનોની કિરણાવલી અને રેડિયો આવૃત્તિ-ક્ષેત્ર વચ્ચેની આંતરપ્રક્રિયા સતત થાય છે. આ પ્રકારની નલિકાઓ બે પેટા વિભાગમાં વહેંચવામાં આવેલ છે : (અ) વીજક્ષેત્રની મદદથી ઇલેક્ટ્રૉનની કિરણાવલી અને રેડિયો-આવૃત્તિ-ક્ષેત્ર (radio frequency field) વચ્ચેની આંતરપ્રક્રિયા સતત પ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે, ઉદાહરણ રૂપે ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યૂબ છે; જ્યારે (બ) ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે ઇલેક્ટ્રૉનની કિરણાવલી અને રેડિયો-આવૃત્તિ-ક્ષેત્ર વચ્ચે સતત આંતરપ્રક્રિયા પ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે; ઉદાહરણમાં મૅગ્નિટ્રૉન (magnetron) પ્રકારની નલિકાઓ છે. અર્ધવાહક (semiconductor) પ્રકારના અમુક ડાયોડો ગન ડાયોડો (Gunn Diodes) તરીકે ઓળખાય છે, જેમાં ઋણ અવરોધની અસર જોવા મળે છે. આ ડાયોડોમાં ગન અસર (Gunn effect) અનુભવવામાં આવે છે. ગન ડાયોડોનો મધ્યમ શક્તિ ધરાવતા માઇક્રોવેવ આંદોલકો તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે IMPATT (Impact Avalanche and Transit Time) ડાયોડ કે જે બેલ ટેલિફોન લૅબોરેટરીએ શોધેલ; તથા TRAPATT (Trapped Plasma Avalanche Triggered Transit) ડાયોડ કે જે રેડિયો-કૉમ્પ્યુનિકેશન ઑવ્ અમેરિકાએ શોધેલ; તે બંને ડાયોડોનો ઉપયોગ માઇક્રોવેવ આંદોલનો ઉત્પન્ન કરવામાં થાય છે. માઇક્રોવેવના પ્રસારણ (transmission) માટે પોલી ધાતુની નળીઓ વાપરવામાં આવે છે, જે વેવ ગાઇડ (wave guide) તરીકે ઓળખાય છે. આ વેવગાઇડ ઍન્ટેના સુધી માઇક્રોવેવ લઈ જાય છે. કોઈ નિશ્ચિત દિશામાં પાતળી કિરણાવલી મોકલવા માટે ખાસ પ્રકારના ઍન્ટેના વાપરવામાં આવે છે; જે દિશાત્મક ઍન્ટેના (directional antenna) કહેવાય છે. પરવલયાકાર, હૉર્ન-પ્રકાર, તેમજ લેન્સ-પ્રકારના ઍન્ટેનાઓ માઇક્રોવેવના પ્રસારણ માટે વપરાય છે.
રેડિયો-સંચારમાધ્યમની ર્દષ્ટિએ માઇક્રોવેવ ઘણા ઉપયોગી છે. તેમનો આવૃત્તિ-પટ્ટ-વિસ્તાર (Band-width) ઘણો વિશાળ છે. S- બૅન્ડ વિસ્તાર (તરંગલંબાઈ = 10 સેમી. જેટલી) અને K-બૅન્ડ વિસ્તાર (તરંગ- લંબાઈ = 1 સેમી. જેટલી, વચ્ચે આવૃત્તિનો તફાવત આશરે 20,000 મેગાહર્ટ્ઝ છે, આ પટ્ટવિસ્તાર રેડિયો અને ટેલિવિઝનના પ્રસારણના સંયુક્ત આવૃત્તિ-વિસ્તાર કરતાં આશરે 100 ગણો મોટો છે. પ્રમાણમાં નાના ઍન્ટેના વડે ચોક્કસ દિશામાં પાતળી કિરણાવલી મોકલી શકાય છે. માઇક્રોવેવ જુદાં જુદાં સંચારમાધ્યમો(communication systems)માં; જેમ કે, મોબાઇલ ફોન, સૅટેલાઇટ કૉમ્યુનિકેશન (ઉપગ્રહીય પરિસંચાર), કમ્પ્યૂટર-જાળતંત્ર (computer networking) (વાયરલેસ LAN– Large Area Network), પહોળા પટ્ટ-વિસ્તાર ધરાવતી અવકાશીય ડેટા-લિંક(Data-Link)માં ઉપયોગી છે. લશ્કરી હેતુઓ માટે રડારમાં (રડાર બેંડ 1,300 – 16,000 મેગાહર્ટ્ઝ); હવાઈ નિરીક્ષણ (air-surveillance), વિમાનવ્યવહાર નિયંત્રણ (air-traffic control), મિસાઇલ-નિયંત્રણ (missile guidance) પ્રણાલી તેમજ ઇલેક્ટ્રૉનિક પ્રતિરક્ષા-પ્રણાલી(electronic countermeasures)માં પણ વપરાય છે. સંચારમાધ્યમોમાં માહિતી (informations) મોકલવા માટે માઇક્રોવેવ ઉત્તમ છે, કારણ કે તે હળવો વરસાદ તેમજ બરફવર્ષા, વાદળાં ધુમાડા કે ધુમ્મસ વચ્ચેથી પસાર થઈ શકે છે.
ટૂંકી તરંગલંબાઈના માઇક્રોવેવ દૂરસંવેદી પ્રણાલી(remot-sensing)માં ઉપયોગી છે. તે વાદળાં તેમજ ધુમાડામાંથી પસાર થતાં હોવાથી અવકાશમાંથી પૃથ્વીને અવલોકવા માટેનું સરળ માધ્યમ બને છે. ERS-1 ઉપગ્રહ 5.7 સેમી. તરંગલંબાઈના C–બૅન્ડ માઇક્રોવેવ વાપરે છે, જ્યારે JERS ઉપગ્રહ 20 સેમી. તરંગલંબાઈ L-બૅન્ડ માઇક્રોવેવ અવલોકન માટે વાપરે છે.
માઇક્રોવેવ ઓવન (ભઠ્ઠી) 2,450 મેગા હર્ટ્ઝ આવૃત્તિએ કામ કરે છે. માઇક્રોવેવ પાણીના અણુને ઝડપી પરિભ્રમણ આપે છે અને તેથી અણુઓ પરસ્પર ઘર્ષણ અનુભવે છે. પરિણામે પાણી ગરમ થાય છે. જે જે પદાર્થોમાં પાણીનો ભાગ રહેલ હોય છે તે આ રીતે ગરમ કરી શકાય છે. ડૉ. પર્સી સ્પેન્સરે (Percy Spencer) લશ્કરી રડાર ઉપર કાર્ય કરતી વખતે અકસ્માતે માઇક્રોવેવ ઓવનની શોધ કરી હતી. 1946 રેથિયોન કૉર્પોરેશન ખાતે આ ઓવન શોધાયું. 1947માં પ્રથમ વખત ‘રડાર રેઇન્જ’ના નામે 3,000 ડૉલરમાં તે બજારમાં મુકાયું.
મોબાઇલ ફોન કે જેની શક્તિ (power) 20 વૉટ હોય છે તેની હાનિકારક અસરના પુરાવાઓ હજુ સાંપડેલ નથી; પરંતુ ઉચ્ચ શક્તિ (500 વૉટથી 1 ગીગા વૉટ) ધરાવતા માઇક્રોવેવ તરંગોની વચ્ચે ખૂબ અલ્પ સમય પણ રહેવાથી શરીરને હાનિ પહોંચે છે. આ તરંગો રડારના ઍન્ટેના કે લશ્કરી વિમાનની સંચારપ્રણાલીમાંથી ઉત્પન્ન થતા હોય છે. શક્તિશાળી માઇક્રોવેવના કારણે શરીરની પેશીઓ, તેમાં પાણીનો ભાગ હોવાથી ગરમ થાય છે, જે આંતરિક ગ્રંથિઓને નુકસાન પહોંચાડે છે : આંખમાં જલ્દીથી મોતિયો આવે છે, ક્યારેક અંધાપો પણ આવે છે. મગજમાં રક્તસ્રાવ થવાથી મૃત્યુ પણ થઈ શકે છે.
માઇક્રોવેવનો ઉપયોગ તબીબી વિજ્ઞાનમાં પણ છે, તે પ્રૉસ્ટેટ (prostate) ગ્રંથિને ગરમીને લીધે ફુલાવે છે અને વધારાની પેશીઓનો નાશ કરે છે. હવાનું પ્રદૂષણ ઘટાડે છે, દવાખાનાંઓમાં કચરાને જંતુમુક્ત (disinfect) કરે છે.
હાઇડ્રોજન પરમાણુના વર્ણપટની સૂક્ષ્મ સંરચના (fine structure)માં જોવા મળતી લૅમ્બ-શિફટ (Lamb-શિફ્ટ) નામની ઘટના માઇક્રોવેવ વડે શોધી શકાઈ. પરમાણુ-ઘડિયાળ(atomic clock)માં સિઝિયમ પરમાણુ અથવા એમોનિયા અણુ સાથે માઇક્રોવેવ તરંગો પ્રક્રિયા કરી અનુનાદ આપે છે. એમોનિયા મેસર(MASER– Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation)ના વિકાસને કારણે ઘન અવસ્થા પ્રકારના મેસરોનો ઉદભવ શક્ય બન્યો, જે એક પ્રકારના વીજાણુ-ઘોંઘાટ (electronic noise) વગરના વિવર્ધક તરીકે કાર્ય કરે છે. આ પ્રકારના મેસર્સ-રેડિયો ખગોળવિજ્ઞાનમાં ઉપયોગી થયા છે. હાઇડ્રોજન વર્ણપટની 1,420 મેગાહર્ટ્ઝ-આવૃત્તિએ તારાઓના વિકિરણમાં જોવા મળતી સૂક્ષ્મ રેખા માઇક્રોવેવ ટૅકનૉલૉજી વડે શોધી શકાઈ. માઇક્રોવેવ ઇલેક્ટ્રૉનિક્સ ઉચ્ચ શક્તિ ધરાવતા રેખીય પ્રવેગકો(high energy linear accelerators)માં ઉપયોગી છે. આ પ્રવેગકો વીજભારિત કણને ઊંચા વેગથી પ્રવેશિત કરે છે.
એક પ્રકારના અર્ધવાહક કૅલકોપાઇરાઇટ (chalcopyrite) બનાવવામાં માઇક્રોવેવ ઉપયોગી છે. માઇક્રોવેવ વડે ભવિષ્યમાં પ્લાઝ્મા ઉત્પન્ન કરીને વાયુઓ વડે ન્યૂક્લિયર સંલયન (fusion) પ્રક્રિયા શરૂ કરવાની શક્યતાઓ તપાસાઈ રહી છે.
1960ના દશકામાં આશ્ર્ચર્યકારક શોધ થઈ. ખાસ ઍન્ટેના દ્વારા બેલ લૅબોરેટરીના વૈજ્ઞાનિકોએ એક પ્રકારનો મંદ પશ્ચાદભૂમિનો માઇક્રોવેવ ઘોંઘાટ (background noise) શોધી કાઢ્યો. આ પ્રકારનો ઘોંઘાટ દરેક દિશામાંથી એક સમાન રીતે આવતો હતો. આ એક પ્રકારનો બ્રહ્માંડમાંથી આવતો મંદ પશ્ચાદભૂમિનો ઘોંઘાટ હતો, જે સમગ્ર બ્રહ્માંડને આવરી લેતો હતો. આ ઘોંઘાટની મદદથી બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિ જે મહાવિસ્ફોટ (Big Bang) દ્વારા થઈ મનાય છે તેની માહિતી મેળવવાનાં વૈજ્ઞાનિકોનાં સંશોધનોને નવી દિશા મળી.
મિહિર જોશી