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Subject – General Science
Topic – Magnetic resonance imaging and Nuclear magnetic resonance, Nuclear fission and fusion
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Q1 Explain the major difference between nuclear fusion and nuclear fission with examples.(2M)
Answer:
| Aspect | Nuclear Fusion | Nuclear Fission |
| Process | Combines lighter atomic nuclei to form a heavier nucleus | Splits heavier atomic nuclei into lighter nuclei |
| Energy Release | Involves the conversion of mass into energy | Involves the release of energy by breaking apart nuclei |
| Energy Source | Powers the sun and stars | Powers nuclear power plants |
| Fuel | Typically involves isotopes of hydrogen (deuterium, tritium) | Typically involves isotopes of uranium or plutonium |
| Reaction Rate | Requires extremely high temperatures and pressure | Occurs at lower temperatures and can be controlled |
| Waste Products | Produces helium and a neutron as byproducts | Produces radioactive waste products and neutrons |
| Safety | Safer in terms of radioactive waste and potential meltdown | Safety concerns due to radioactive waste and meltdown risks |
| Reaction Equation | 2H+3H→4He+n+Energy | 235U+n→92Kr+141Ba+Neutrons+Energy |
Q2 What is MRI, and what advantages does it offer over other imaging modalities?(5M)
Answer
Magnetic resonance imaging (MRI) is a medical imaging technique that uses a magnetic field and computer-generated radio waves to create detailed images of the organs and tissues in the body.
- MRI utilizes proton NMR to image the concentration of protons, making it ideal for imaging soft tissues like the brain and eyes. Tissues with high proton density appear brighter in the images, while those with low proton density, such as bone, appear dark.
Advantages of MRI
- Provides detailed images of soft tissues and organs, aiding in precise diagnosis.
- Does not use ionizing radiation like X-rays, reducing health risks and making it safer for frequent use.
- Provides excellent soft tissue contrast, allowing for better differentiation between healthy and diseased tissues.
- Diagnostic : Find unhealthy tissue in the body, Locate tumors, Bone damage, Assess condition of tissue,neurological disorders, joint injuries Surgery planning
- Research: Neuroscience, Cancer, Understand how the brain works doing tasks
Most MRI machines are large, tube-shaped magnets. When someone lie inside an MRI machine, the magnetic field inside works with radio waves and hydrogen atoms in your body to create cross-sectional images
Q3 What is NMR (Nuclear Magnetic Resonance), and how is it applied in Magnetic Resonance Imaging (MRI) technology?(10M)
Answer:
Like electrons, each proton and neutron possesses an intrinsic spin of 1/2. Therefore, nuclei also have spin angular momentum. When this nuclear magnetic moment associated with a nuclear spin is placed in an external magnetic field, the different spin states are given different magnetic potential energies. A radio frequency signal at the appropriate frequency can induce a transition between spin states (‘spin flip’).
Thus, the phenomenon of resonance, where selective absorption (or emission) of appropriate very high-frequency radio waves causes a spin flip between different energy states of atomic nuclei (with non-zero nuclear spins) in an external magnetic field, is called Nuclear Magnetic Resonance.
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NMR spectroscopy is used to elucidate the structure of organic molecules, study crystals and non-crystals, and can be applied to medical diagnostic imaging (MRI)
Application of NMR Principle to MRI
MRI is a useful non-invasive and non-destructive diagnostic tool for imaging soft tissues such as the brain, heart and muscles, and for discovering tumors in many organs.
- MRI utilizes proton NMR to image the concentration of protons, making it ideal for imaging soft tissues like the brain and eyes. Tissues with high proton density appear brighter in the images, while those with low proton density, such as bone, appear dark.
Component and working of MRI
- Powerful Magnet for Proton Alignment: The MRI scanner contains a powerful magnet (ranging from 0.5 to 3 tesla (T) or higher) that generates a strong external magnetic field. This field aligns the nuclear spins of hydrogen atoms (protons) present in the body’s water molecules.
- Gradient Coils for Spatial Encoding: Gradient coils produce varying magnetic field strengths across different spatial dimensions. By applying gradients along the x, y, and z axes, the MRI scanner can localize signals from specific regions of the body, allowing for precise imaging.
- Radiofrequency (RF) Coils for Spin Flipping (Resonance): Transmit coils generate RF pulses that excite the protons in the body, while receive coils detect the resulting signals emitted by the excited protons during relaxation.
- Receiver and Computer for Image Reconstruction: The signals emitted by the aligned protons in response to the RF pulses are detected by receivers in the MRI scanner. These signals are then processed by a computer using fourier transformation, which reconstructs detailed images of the internal structures based on variations in signal intensity and timing.
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Q3 What is NMR (Nuclear Magnetic Resonance), and how is it applied in Magnetic Resonance Imaging (MRI) technology?(10M)
Answer
Like electrons, each proton and neutron possesses an intrinsic spin of 1/2. Therefore, nuclei also have spin angular momentum. When this nuclear magnetic moment associated with a nuclear spin is placed in an external magnetic field, the different spin states are given different magnetic potential energies. A radio frequency signal at the appropriate frequency can induce a transition between spin states (‘spin flip’).
Thus, the phenomenon of resonance, where selective absorption (or emission) of appropriate very high-frequency radio waves causes a spin flip between different energy states of atomic nuclei (with non-zero nuclear spins) in an external magnetic field, is called Nuclear Magnetic Resonance.
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NMR spectroscopy is used to elucidate the structure of organic molecules, study crystals and non-crystals, and can be applied to medical diagnostic imaging (MRI)
Application of NMR Principle to MRI
MRI is a useful non-invasive and non-destructive diagnostic tool for imaging soft tissues such as the brain, heart and muscles, and for discovering tumors in many organs.
- MRI utilizes proton NMR to image the concentration of protons, making it ideal for imaging soft tissues like the brain and eyes. Tissues with high proton density appear brighter in the images, while those with low proton density, such as bone, appear dark.
Component and working of MRI
- Powerful Magnet for Proton Alignment: The MRI scanner contains a powerful magnet (ranging from 0.5 to 3 tesla (T) or higher) that generates a strong external magnetic field. This field aligns the nuclear spins of hydrogen atoms (protons) present in the body’s water molecules.
- Gradient Coils for Spatial Encoding: Gradient coils produce varying magnetic field strengths across different spatial dimensions. By applying gradients along the x, y, and z axes, the MRI scanner can localize signals from specific regions of the body, allowing for precise imaging.
- Radiofrequency (RF) Coils for Spin Flipping (Resonance): Transmit coils generate RF pulses that excite the protons in the body, while receive coils detect the resulting signals emitted by the excited protons during relaxation.
- Receiver and Computer for Image Reconstruction: The signals emitted by the aligned protons in response to the RF pulses are detected by receivers in the MRI scanner. These signals are then processed by a computer using fourier transformation, which reconstructs detailed images of the internal structures based on variations in signal intensity and timing.
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Q4. निम्नलिखित विषय पर लगभग 250 शब्दों में निबंध लिखिए –
डिजिटल अर्थव्यवस्था : संभावनाएँ और चुनौतियाँ
Answer:
डिजिटल अर्थव्यवस्था : संभावनाएँ और चुनौतियाँ
डिजिटल अर्थव्यवस्था शब्द पहली बार 1995 में लेखक डॉन टैपस्कोट की पुस्तक ‘द डिजिटल इकोनोमी : प्रोमिस एंड पेरिल इन द एज ऑफ नेटवर्कड इंटेलिजेंस’ में गढ़ा गया था। आर्थिक व्यवस्था का वह स्वरुप जिसमें धन का अधिकांश लेन-देन क्रेडिट कार्ड, डेबिट कार्ड, नेट बैंकिंग, मोबाईल पेमेंट तथा अन्य डिजिटल माध्यमों से किया जाता है, डिजिटल अर्थव्यवस्था कहलाती है। दूसरे शब्दों में, डिजिटल अर्थव्यवस्था को एक ऐसी अर्थव्यवस्था के रूप में परिभाषित किया गया है जो डिजिटल और कम्प्यूटिंग तकनीकों पर आधारित है। यह अनिवार्य रूप से सभी व्यावसायिक, आर्थिक, सामाजिक तथा सांस्कृतिक आदि गतिविधियों को शामिल करता है जो वेब और अन्य डिजिटल संचार तकनीक द्वारा समर्थित है। डिजिटल सेवाएँ 21वीं सदी की अर्थव्यवस्था के लिए महत्वपूर्ण हो गयी है। जब राष्ट्रीय या वैश्विक आपात स्थिति में वाणिज्यिक लेन-देन के तरीके बाधित हुए तब डिजिटल सेवाओं ने ऐसे अंतराल को भरने में सफलता प्राप्त की।
पिछले 15 वर्षों में, हमने डिजिटल प्लेटफॉर्म की जबरदस्त वृद्धि और हमारे जीवन पर उनके प्रभाव को देखा है। अब उपभोक्ता सोशल मीडिया (फेसबुक, ट्विटर, इंस्टाग्राम) और ऐसी अन्य लोकप्रिय वेबसाइटों (यूट्यूब आदि) पर देखी जाने वाली चीजों से प्रभावित होते हैं। यह अर्थव्यवस्था लाभ उठाने के अवसर प्रदान करती है, अब तो यह उपयोगकर्ता के जीवन के साथ घनिष्ठ रूप से जुड़ चुकी है। डिजिटल सेवाएँ स्वास्थ्य सेवाओं तथा खुदरा वितरण से लेकर वित्तीय सेवाओं तक कई क्षेत्रों में विविध प्रकार के उत्पादों की पहुंच और वितरण को सक्षम बनाती है। इस अर्थव्यवस्था के तीन मुख्य घटक हैं, अर्थात, ई-व्यापार, ई-बिजनेस, इंफ्रास्ट्रक्चर तथा ई-कॉमर्स। डिजिटल भुगतान विधियों जैसे डिजिटल पॉइंट ऑफ सेल, यूनिफाइड पेमेंट इंटरफेस, मोबाइल वॉलेट, मोबाइल पॉइंट ऑफ सेल आदि को लागू करके देश एक डिजिटल अर्थव्यवस्था बनाने की ओर बढ़ रहा है जो लोगों और सरकार को विभिन्न ते तरीकों से लाभान्वित करेगा।
जब लेन-देन डिजिटल रूप से किए जाते हैं तो उन पर आसानी से नजर रखी जा सकती है। किसी भी ग्राहक द्वारा किसी भी व्यापारी को किए गए किसी भी भुगतान को रिकॉर्ड किया जाएगा। नकद आधारित लेनदेन को प्रतिबंधित करके और केवल डिजिटल भुगतान का उपयोग करके सरकार प्रभावी रूप से काली अर्थव्यवस्था को बाहर निकाल सकती है। बिक्री और करों की निगरानी से बिल भुगतान की मात्रा में बढ़ोत्तरी हुई है जिससे देश की वित्तीय स्थिति में सुधार आया है, डिजिटल अर्थव्यवस्था की ओर बढ़ने का एक सबसे बड़ा लाभ यह है कि यह नागरिकों को सशक्त बनाता है। रोज़गार के नए अवसरो का निर्माण करता है तथा साथ ही यह ई-गवर्नेस का मार्ग प्रशस्त करता है जहाँ सभी सरकारी सेवाओं की डिलीवरी इलेक्ट्रॉनिक रूप से की जाती है।
जहाँ डिजिटल अर्थव्यवस्था के इतने लाभ हैं वहीं इसके समक्ष कुछ चुनौतियाँ भी हैं। डिजिटल तकनीक तेजी से फैल रही है और अपराध भी हो रहे हैं। डिजिटल क्षेत्र में कार्य करने वाली कुछ कंपनियों अबराजार पर हावी होना शुरू कर दिया है। एकाधिकार की इस प्रनो के चलते अंततः कामगारों के लाभ और उनका कल्याण प्रभावित होत हैं। डिजिटल प्रौद्योगिकियाँ काम करने के तरीके को बदल देंगी, स्वचालन, बिग डेटा और डिजिटल प्रौद्योगिकियों के अनुप्रयोग द्वारा सक्षम कृत्रिम बुद्धिमत्ता विश्व अर्थव्यवस्था के 50% भाग को प्रभावित कर सकती है। इस राह में सबसे प्रमुख और बड़ी चुनौती साइबर अपराध से संबंधित है। चूँकि वर्तमान में अमूमन हर कार्य डिजिटल हो चला है, ऐसे में साइबर अपराध की संख्या में बढ़ोत्तरी होगी। डिजिटल अर्थव्यवस्था पर कर लगाने का मुद्दा अंतर्राष्ट्रीय नीति-निर्माताओं के लिए चिंता का विषय बना हुआ है। इसके अलावा कई प्रकार की बाधाएं हैं जो डिजिटल अर्थव्यवस्था की राह में विद्यमान है, जैसे डिजिटल निरक्षरता, खराब बुनियादी ढांचा, इंटरनेट की धीमी गति आदि। इस दिशा में वर्ष 2015 में डिजिटल इण्डिया कार्यक्रम की शुरुआत की गई थी जिसके अंतर्गत नौ स्तंभों (ब्रॉडबैंड हाइवे, मोबाईल कनेक्टिविटी तक सार्वभौमिक पहुँच, पब्लिक इंटरनेट एक्सेस कार्यक्रम, ई-गवर्नेस, ई-क्रांति, सभी के लिए सूचना, इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण, नौकरियों के लिए आईटी तथा अर्ली हार्वेस्ट कार्यक्रम) के माध्यम से भारत को नई ऊँचाई प्रदान करने की कोशिश की गयी। भुगतान और लेन-देन के मामले में यूपीआई समृद्ध व्यापारियों से लेकर रेहड़ी-पटरी वालों तक सभी की मदद कर रहा है। इतना ही नहीं भारत का भीम यूपीआई अब पड़ोसी देश भूटान में भी लाँच हो चुका है। इस प्रकार डिजिटल इण्डिया एक सशक्त तकनीकी समाधान है जो वर्षों से बुनियादी ढाँचे के निर्माण में सहायक रहा है और आज यह स्टार्ट-अप, डिजिटल शिक्षा, निर्वाध बैंकिंग एवं भुगतान समाधान, एग्रीटेक, स्वास्थ्य तकनीक, स्मार्ट सीटीज, शासन तथा खुदरा प्रबंधन जैसे अन्य उभरते क्षेत्रों के आधार के रूप में कार्य कर रहा है। भारत ने डिजिटल अर्थव्यवस्था की ओर आगे बढ़ने हेतु कई कदम उठाएँ हैं।
उपरोक्त विश्लेषण के आधार पर डिजिटल अर्थव्यवस्था की संभावनाओं तथा चुनौतियों को देखा जा सकता है लेकिन इसे पूर्ण रूप से साकार करने के लिए अभी कई कार्य किए जाने शेष हैं, जैसे सर्वप्रथम ग्रामीण क्षेत्रों में बिजली की पहुँच को सुनिश्चित करना होगा क्योंकि इसके अभाव में इंटरनेट का प्रयोग संभव नहीं हो पाएगा। इस क्षेत्र में निवेश को बढ़ाने हेतु प्रभावी कदम उठाने होंगे, डिजिटली सेवाओं में धोखाधड़ी तथा बढ़ते साइबर अपराध के मामलों ने अविश्वास को बढ़ाया है अतएव इस दिशा में वैश्विक स्तर पर प्रयास करने की आवश्यकता है। इन सभी चुनौतियों के निपटान के बाद ही डिजिटल अर्थव्यवस्था का सही लाभ मिल पाएगा।
