विज्ञान और प्रौद्योगिकी में अतिचालकता का अनुप्रयोग
सुपरकंडक्टिविटी को एक क्वांटम घटना कहा जाता है, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि कुछ सामग्री, जब उनका तापमान एक निश्चित महत्वपूर्ण मूल्य पर लाया जाता है, शून्य विद्युत प्रतिरोध प्रदर्शित करना शुरू कर देता है।
आज, वैज्ञानिक पहले से ही इस तरह से व्यवहार करने में सक्षम कई सौ तत्वों, मिश्र धातुओं और सिरेमिक को जानते हैं। एक कंडक्टर जो एक अतिचालक अवस्था में चला गया है, वह दिखाना शुरू कर देता है जिसे कहा जाता है मीस्नर प्रभाव, जब इसके आयतन से चुंबकीय क्षेत्र पूरी तरह से बाहर की ओर विस्थापित हो जाता है, जो निश्चित रूप से एक काल्पनिक आदर्श, यानी शून्य प्रतिरोध की शर्तों के तहत सामान्य चालन से जुड़े प्रभावों के शास्त्रीय विवरण का खंडन करता है।
1986 से 1993 की अवधि में, कई उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्स की खोज की गई, अर्थात, जो तरल हीलियम (4.2 K) के क्वथनांक के रूप में इतने कम तापमान पर अतिचालक अवस्था में नहीं जाते हैं, लेकिन उबलते समय तरल नाइट्रोजन का बिंदु (77 K) - 18 गुना अधिक, जो प्रयोगशाला स्थितियों में हीलियम की तुलना में बहुत आसान और सस्ता प्राप्त किया जा सकता है।
व्यावहारिक अनुप्रयोग में रुचि बढ़ी अतिचालकता 1950 के दशक में शुरू हुआ जब टाइप II सुपरकंडक्टर्स, उनके उच्च वर्तमान घनत्व और चुंबकीय प्रेरण के साथ, क्षितिज पर उज्ज्वल रूप से आए। फिर वे अधिक से अधिक व्यावहारिक महत्व हासिल करने लगे।
विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का नियम हमें बताता है कि विद्युत प्रवाह हमेशा होता है चुंबकीय क्षेत्र... और चूंकि सुपरकंडक्टर्स प्रतिरोध के बिना करंट का संचालन करते हैं, यह केवल सही तापमान पर ऐसी सामग्रियों को बनाए रखने के लिए पर्याप्त है और इस प्रकार आदर्श विद्युत चुम्बक बनाने के लिए पुर्जे प्राप्त करते हैं।
उदाहरण के लिए, चिकित्सा निदान में, चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तकनीक में टोमोग्राफ में शक्तिशाली सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोमैग्नेट का उपयोग शामिल होता है। उनके बिना, डॉक्टर स्केलपेल के उपयोग के बिना मानव शरीर के आंतरिक ऊतकों की ऐसी प्रभावशाली उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियां प्राप्त करने में सक्षम नहीं होंगे।
सुपरकंडक्टिंग एलॉय जैसे नाइओबियम-टाइटेनियम और नाइओबियम-टिन इंटरमेटेलिक्स को काफी महत्व मिला है, जिससे स्थिर पतले सुपरकंडक्टिंग फिलामेंट्स और फंसे हुए तारों को प्राप्त करना तकनीकी रूप से आसान है।
वैज्ञानिकों ने लंबे समय से उच्च शीतलन क्षमता (तरल हीलियम के तापमान स्तर पर) के साथ तरल पदार्थ और रेफ्रिजरेटर बनाए हैं, यह वे थे जिन्होंने यूएसएसआर में सुपरकंडक्टिंग तकनीक के विकास में योगदान दिया था। फिर भी, 1980 के दशक में, बड़े इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिस्टम बनाए गए थे।
दुनिया की पहली प्रायोगिक सुविधा, टी-7, को लॉन्च किया गया था, जिसे संलयन प्रतिक्रिया शुरू करने की संभावना का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जहां टॉरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए सुपरकंडक्टिंग कॉइल की आवश्यकता होती है।बड़े कण त्वरक में, तरल हाइड्रोजन बुलबुला कक्षों में सुपरकंडक्टिंग कॉइल का भी उपयोग किया जाता है।
टर्बाइन जनरेटर विकसित और बनाए गए हैं (पिछली सदी के 80 के दशक में, अल्ट्रा-शक्तिशाली टरबाइन जनरेटर KGT-20 और KGT-1000 सुपरकंडक्टर्स के आधार पर बनाए गए थे), इलेक्ट्रिक मोटर्स, केबल, चुंबकीय विभाजक, परिवहन प्रणाली, आदि।
फ्लोमीटर, लेवल गेज, बैरोमीटर, थर्मामीटर - सुपरकंडक्टर्स इन सभी सटीक उपकरणों के लिए महान हैं। सुपरकंडक्टर्स के औद्योगिक अनुप्रयोग के मुख्य मुख्य क्षेत्र दो हैं: चुंबकीय प्रणाली और विद्युत मशीनें।
चूंकि सुपरकंडक्टर चुंबकीय प्रवाह को पारित नहीं करता है, इसका मतलब है कि इस प्रकार का एक उत्पाद चुंबकीय विकिरण को ढाल देता है। सुपरकंडक्टर्स की इस संपत्ति का उपयोग सटीक माइक्रोवेव उपकरणों में किया जाता है, साथ ही शक्तिशाली विद्युत चुम्बकीय विकिरण जैसे परमाणु विस्फोट के खतरनाक हानिकारक कारक से बचाने के लिए भी किया जाता है।
नतीजतन, कण त्वरक और संलयन रिएक्टर जैसे अनुसंधान उपकरणों में चुम्बकों के निर्माण के लिए कम तापमान वाले अतिचालक अपरिहार्य बने हुए हैं।
मैग्नेटिक लेविटेशन ट्रेनें, जो आज जापान में सक्रिय रूप से उपयोग की जाती हैं, अब 600 किमी / घंटा की गति से आगे बढ़ सकती हैं और लंबे समय से अपनी व्यवहार्यता और दक्षता साबित कर चुकी हैं।
सुपरकंडक्टर्स में विद्युत प्रतिरोध की अनुपस्थिति विद्युत ऊर्जा को स्थानांतरित करने की प्रक्रिया को अधिक किफायती बनाती है। उदाहरण के लिए, भूमिगत रखी गई एक सुपरकंडक्टिंग पतली केबल सैद्धांतिक रूप से शक्ति संचारित कर सकती है जिसे पारंपरिक तरीके से प्रसारित करने के लिए तारों के एक मोटे बंडल की आवश्यकता होगी - एक बोझिल रेखा।
वर्तमान में, केवल सिस्टम के माध्यम से नाइट्रोजन को लगातार पंप करने की आवश्यकता से जुड़े लागत और रखरखाव के मुद्दे प्रासंगिक बने हुए हैं। हालांकि, 2008 में, अमेरिकी सुपरकंडक्टर ने सफलतापूर्वक न्यूयॉर्क में पहली व्यावसायिक सुपरकंडक्टिंग ट्रांसमिशन लाइन लॉन्च की।
इसके अलावा, औद्योगिक बैटरी तकनीक है जो आज एक निरंतर परिसंचारी धारा के रूप में ऊर्जा को संचित और संग्रहीत (संचित) करने की अनुमति देती है।
सुपरकंडक्टर्स को सेमीकंडक्टर्स के साथ जोड़कर, वैज्ञानिक अल्ट्राफास्ट क्वांटम कंप्यूटर बना रहे हैं जो दुनिया को नई पीढ़ी की कंप्यूटिंग तकनीक से परिचित करा रहे हैं।
चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण पर एक अतिचालक अवस्था में किसी पदार्थ के संक्रमण तापमान की निर्भरता की घटना नियंत्रित प्रतिरोधों - क्रायोट्रॉन का आधार है।
फिलहाल, हम उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स प्राप्त करने की दिशा में प्रगति के मामले में महत्वपूर्ण प्रगति के बारे में बात कर सकते हैं।
उदाहरण के लिए, धातु-सिरेमिक संरचना YBa2Cu3Ox नाइट्रोजन के द्रवीकरण तापमान से ऊपर के तापमान पर अतिचालक अवस्था में चली जाती है!
हालाँकि, इनमें से अधिकांश समाधान इस तथ्य के कारण हैं कि प्राप्त नमूने नाजुक और अस्थिर हैं; इसलिए, उपरोक्त नाइओबियम मिश्र अभी भी प्रौद्योगिकी में प्रासंगिक हैं।
सुपरकंडक्टर्स फोटॉन डिटेक्टर बनाना संभव बनाते हैं। उनमें से कुछ एंड्रीव प्रतिबिंब का उपयोग करते हैं, अन्य जोसेफसन प्रभाव का उपयोग करते हैं, एक महत्वपूर्ण धारा की उपस्थिति का तथ्य आदि।
डिटेक्टरों का निर्माण किया गया है जो इन्फ्रारेड रेंज से सिंगल फोटॉन रिकॉर्ड करते हैं, जो अन्य रिकॉर्डिंग सिद्धांतों, जैसे फोटोइलेक्ट्रिक मल्टीप्लायर आदि के आधार पर डिटेक्टरों पर कई फायदे दिखाते हैं।
सुपरकंडक्टर्स में भंवरों के आधार पर मेमोरी सेल बनाए जा सकते हैं। कुछ चुंबकीय सॉलिटॉन पहले से ही इसी तरह से उपयोग किए जाते हैं। द्वि-आयामी और त्रि-आयामी चुंबकीय सॉलिटॉन एक तरल में भंवरों के समान होते हैं, जहां डोमेन संरेखण लाइनों द्वारा स्ट्रीमलाइन की भूमिका निभाई जाती है।
स्क्वीड मिनिएचर रिंग-आधारित सुपरकंडक्टर डिवाइस हैं जो चुंबकीय प्रवाह और विद्युत वोल्टेज में परिवर्तन के बीच संबंध के आधार पर काम करते हैं। इस तरह के सूक्ष्म उपकरण अत्यधिक संवेदनशील मैग्नेटोमीटर में काम करते हैं जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र को मापने में सक्षम होते हैं, साथ ही स्कैन किए गए अंगों के मैग्नेटोग्राम प्राप्त करने के लिए चिकित्सा उपकरणों में भी काम करते हैं।