सुपरकंडक्टर्स और क्रायोकंडक्टर्स

सुपरकंडक्टर्स और क्रायोकंडक्टर्स

ज्ञात 27 शुद्ध धातुएँ और एक हज़ार से अधिक विभिन्न मिश्र धातुएँ और यौगिक जिनमें एक अतिचालक अवस्था में संक्रमण संभव है। इनमें शुद्ध धातु, मिश्र धातु, इंटरमेटेलिक यौगिक और कुछ ढांकता हुआ पदार्थ शामिल हैं।

अतिचालक

जब तापमान गिरता है धातुओं का विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध घट जाती है और बहुत कम (क्रायोजेनिक) तापमान पर, धातुओं की विद्युत चालकता पूर्ण शून्य तक पहुंच जाती है।

1911 में, जमे हुए पारे के एक छल्ले को 4.2 K के तापमान पर ठंडा करने पर, डच वैज्ञानिक जी. कामेरलिंग-ओन्स ने पाया कि छल्ले का विद्युत प्रतिरोध अचानक बहुत कम मान तक गिर गया जिसे मापा नहीं जा सकता था। विद्युत प्रतिरोध का ऐसा गायब होना, अर्थात। किसी पदार्थ में अनंत चालकता की उपस्थिति को अतिचालकता कहा जाता है।

पर्याप्त रूप से कम तापमान स्तर तक ठंडा होने पर सुपरकंडक्टिंग अवस्था में जाने की क्षमता वाली सामग्री को सुपरकंडक्टर्स कहा जाने लगा।महत्वपूर्ण शीतलन तापमान जिस पर अतिचालक अवस्था में पदार्थ का संक्रमण होता है, उसे अतिचालक संक्रमण तापमान या महत्वपूर्ण संक्रमण तापमान Tcr कहा जाता है।

एक अतिचालक संक्रमण प्रतिवर्ती है। जब तापमान Tc तक बढ़ जाता है, तो सामग्री अपनी सामान्य (गैर-संचालन) अवस्था में लौट आती है।

सुपरकंडक्टर्स की एक विशेषता यह है कि एक बार एक सुपरकंडक्टिंग सर्किट में प्रेरित होने के बाद, विद्युत प्रवाह इस सर्किट के साथ लंबे समय (वर्षों) तक अपनी ताकत में उल्लेखनीय कमी के बिना और इसके अलावा, बाहर से ऊर्जा की अतिरिक्त आपूर्ति के बिना प्रसारित होगा। स्थायी चुम्बक की तरह आसपास के स्थान में ऐसा परिपथ निर्मित हो जाता है चुंबकीय क्षेत्र.

1933 में, जर्मन भौतिकविदों वी. मीस्नर और आर. ऑक्सेनफेल्ड ने स्थापित किया कि सुपरकंडक्टिंग राज्य में संक्रमण के दौरान सुपरकंडक्टर्स आदर्श डायमैग्नेट बन जाते हैं। इसलिए, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र एक सुपरकंडक्टिंग बॉडी में प्रवेश नहीं करता है। यदि सामग्री का अतिचालक अवस्था में संक्रमण एक चुंबकीय क्षेत्र में होता है, तो क्षेत्र को अतिचालक से "धक्का" दिया जाता है।

ज्ञात सुपरकंडक्टर्स में बहुत कम महत्वपूर्ण संक्रमण तापमान Tc होता है। इसलिए, जिन उपकरणों में वे सुपरकंडक्टर्स का उपयोग करते हैं उन्हें तरल हीलियम शीतलन स्थितियों के तहत काम करना चाहिए (सामान्य दबाव पर हीलियम का द्रवीकरण तापमान लगभग 4.2 DA SE है)। यह सुपरकंडक्टिंग सामग्री के निर्माण और संचालन की लागत को जटिल बनाता है और बढ़ाता है।

पारा के अलावा, अतिचालकता अन्य शुद्ध धातुओं (रासायनिक तत्वों) और विभिन्न मिश्र धातुओं और रासायनिक यौगिकों में निहित है। हालांकि, चांदी और तांबे जैसी अधिकांश धातुओं में, स्थिति विफल होने पर इस समय कम तापमान अतिचालक हो जाता है।

सुपरकंडक्टिविटी की घटना का उपयोग करने की संभावनाएं टीसी के सुपरकंडक्टिंग राज्य और चुंबकीय क्षेत्र की महत्वपूर्ण ताकत के संक्रमण के तापमान के मूल्यों द्वारा निर्धारित की जाती हैं।

सुपरकंडक्टिंग सामग्री को नरम और कठोर में विभाजित किया गया है। शीतल सुपरकंडक्टर्स में नाइओबियम, वैनेडियम, टेल्यूरियम को छोड़कर शुद्ध धातुएं शामिल हैं। सॉफ्ट सुपरकंडक्टर्स का मुख्य नुकसान क्रिटिकल मैग्नेटिक फील्ड स्ट्रेंथ का कम मूल्य है।

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, सॉफ्ट सुपरकंडक्टर्स का उपयोग नहीं किया जाता है, क्योंकि उनमें सुपरकंडक्टिंग स्थिति पहले से ही कमजोर चुंबकीय क्षेत्रों में कम वर्तमान घनत्व पर गायब हो जाती है।

ठोस सुपरकंडक्टर्स में विकृत क्रिस्टल जाली वाले मिश्र धातु शामिल हैं। वे अपेक्षाकृत उच्च वर्तमान घनत्व और मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में भी सुपरकंडक्टिविटी बनाए रखते हैं।

इस सदी के मध्य में ठोस सुपरकंडक्टर्स के गुणों की खोज की गई थी, और अब तक उनके शोध और अनुप्रयोग की समस्या आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी की सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं में से एक है।

ठोस सुपरकंडक्टर्स के कई कार्य हैं:

• ठंडा होने पर, सुपरकंडक्टिंग अवस्था में संक्रमण अचानक नहीं होता है, जैसा कि सॉफ्ट सुपरकंडक्टर्स में और एक निश्चित तापमान अंतराल के लिए होता है;

• कुछ ठोस सुपरकंडक्टर्स में न केवल अपेक्षाकृत उच्च मूल्य महत्वपूर्ण संक्रमण तापमान Tc है, बल्कि अपेक्षाकृत उच्च मूल्य महत्वपूर्ण चुंबकीय प्रेरण Vkr भी है;

• चुंबकीय प्रेरण में परिवर्तन में, अतिचालक और सामान्य के बीच मध्यवर्ती अवस्था देखी जा सकती है;

• उनके माध्यम से प्रत्यावर्ती धारा गुजरने पर ऊर्जा को नष्ट करने की प्रवृत्ति होती है;

• उत्पादन के तकनीकी तरीकों, भौतिक शुद्धता और इसकी क्रिस्टल संरचना की पूर्णता से सुपरकंडक्टिविटी के व्यसनी गुण।

तकनीकी गुणों के अनुसार, ठोस सुपरकंडक्टर्स को निम्न प्रकारों में बांटा गया है:

• तार और स्ट्रिप्स [नाइओबियम, नाइओबियम-टाइटेनियम मिश्र धातु (एनबी-टीआई), वैनेडियम-गैलियम (वी-गा)] के अपेक्षाकृत आसानी से विकृत;

• नाजुकता के कारण विकृत करना मुश्किल है, जिससे उत्पादों को पाउडर धातु विज्ञान विधियों (इंटरमेटेलिक सामग्री जैसे नाइओबियम स्टैनाइड Nb3Sn) द्वारा प्राप्त किया जाता है।

अक्सर सुपरकंडक्टिंग तार तांबे या अन्य अत्यधिक प्रवाहकीय सामग्री से बने "स्थिरीकरण" आवरण से ढके होते हैं बिजली और धातु की गर्मी, जो तापमान में आकस्मिक वृद्धि के साथ सुपरकंडक्टर की आधार सामग्री को नुकसान से बचाना संभव बनाती है।

कुछ मामलों में, समग्र अतिचालक तारों का उपयोग किया जाता है, जिसमें बड़ी संख्या में अतिचालक सामग्री के पतले तंतु तांबे या अन्य गैर-प्रवाहकीय सामग्री के ठोस म्यान में संलग्न होते हैं।

सुपरकंडक्टिंग फिल्म सामग्री में विशेष गुण होते हैं:

• महत्वपूर्ण संक्रमण तापमान Tcr कुछ मामलों में Tcr थोक सामग्री से काफी अधिक है;

• सुपरकंडक्टर के माध्यम से पारित सीमित धाराओं के बड़े मूल्य;

• अतिचालक अवस्था में संक्रमण की कम तापमान सीमा।

सुपरकंडक्टर्स का निर्माण करते समय उपयोग किया जाता है: उच्च दक्षता कारक वाले छोटे द्रव्यमान और आयामों के साथ विद्युत मशीनें और ट्रांसफार्मर; लंबी दूरी पर बिजली संचरण के लिए बड़ी केबल लाइनें; विशेष रूप से कम क्षीणन वेवगाइड्स; पावर और मेमोरी डिवाइस ड्राइव करता है; इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी के चुंबकीय लेंस; मुद्रित तारों के साथ अधिष्ठापन कॉइल।

फिल्म के आधार पर सुपरकंडक्टर्स ने कई स्टोरेज डिवाइस बनाए और स्वचालन तत्व और कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकी।

सुपरकंडक्टर्स से इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कॉइल चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के अधिकतम संभव मान प्राप्त करना संभव बनाते हैं।

क्रायोप्रोब्स

कुछ धातुएं कम (क्रायोजेनिक) तापमान पर विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध पी के बहुत कम मूल्य तक पहुंच सकती हैं, जो सामान्य तापमान पर विद्युत प्रतिरोध से सैकड़ों और हजारों गुना कम है। इन गुणों वाली सामग्री को क्रायोकंडक्टर्स (हाइपरकंडक्टर्स) कहा जाता है।

भौतिक रूप से, क्रायोकंडक्टिविटी की घटना सुपरकंडक्टिविटी की घटना के समान नहीं है। ऑपरेटिंग तापमान पर क्रायोकंडक्टर्स में वर्तमान घनत्व सामान्य तापमान पर उनमें वर्तमान घनत्व से हजारों गुना अधिक है, जो उच्च-वर्तमान विद्युत उपकरणों में उनके उपयोग को निर्धारित करता है जो विश्वसनीयता और विस्फोट सुरक्षा के लिए उच्च आवश्यकताओं के अधीन हैं।

विद्युत मशीनों, केबलों आदि में क्रायोकंडक्टर्स का अनुप्रयोग। सुपरकंडक्टर्स पर एक महत्वपूर्ण लाभ है।

यदि सुपरकंडक्टिंग उपकरणों में तरल हीलियम का उपयोग किया जाता है, तो उच्च क्वथनांक और सस्ते रेफ्रिजरेंट - तरल हाइड्रोजन या तरल नाइट्रोजन के कारण क्रायोकंडक्टर्स का संचालन सुनिश्चित होता है। यह डिवाइस के निर्माण और संचालन की लागत को सरल और कम करता है। हालांकि, तरल हाइड्रोजन का उपयोग करते समय उत्पन्न होने वाली तकनीकी कठिनाइयों पर विचार करना आवश्यक है, घटकों के एक निश्चित अनुपात में, हवा के साथ एक विस्फोटक मिश्रण।

क्रायोप्रोसेसर के रूप में कॉपर, एल्युमिनियम, सिल्वर, गोल्ड का उपयोग किया जाता है।

स्रोत जानकारी: "इलेक्ट्रोमैटेरियल्स" ज़ुरावलेवा एल.वी.