अतिचालक पदार्थ क्या है?

जब तापमान एक निश्चित महत्वपूर्ण तापमान तक गिर जाता है, तो कुछ सामग्रियों का प्रतिरोध पूरी तरह से गायब हो जाता है। इस घटना को अतिचालकता कहा जाता है, और इस घटना वाली सामग्री को अतिचालक सामग्री कहा जाता है। सुपरकंडक्टर्स की एक अन्य विशेषता यह है कि जब प्रतिरोध गायब हो जाता है, तो चुंबकीय प्रेरण लाइनें सुपरकंडक्टर से नहीं गुजरेंगी। इस घटना को प्रतिचुंबकत्व कहा जाता है।

तापमान में कमी के साथ सामान्य धातुओं (जैसे तांबा) की प्रतिरोधकता धीरे-धीरे कम हो जाती है। जब तापमान 0K के करीब होता है, तो इसका प्रतिरोध एक निश्चित मान तक पहुंच जाता है। 1919 में, डच वैज्ञानिक ओन्स ने पारा को ठंडा करने के लिए तरल हीलियम का इस्तेमाल किया। जब तापमान गिरकर 4.2K (यानी -269°C) हो गया, तो उन्होंने पाया कि पारे का प्रतिरोध पूरी तरह से गायब हो गया।

अतिचालकता और प्रतिचुंबकत्व अतिचालकों की दो महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं। वह तापमान जिस पर अतिचालक का प्रतिरोध शून्य होता है, क्रांतिक तापमान (TC) कहलाता है। सुपरकंडक्टिंग सामग्री के अनुसंधान में समस्या जीजी को तोड़ना है, तापमान बाधा जीजी quot;, यानी उच्च तापमान सुपरकंडक्टिंग सामग्री को खोजने के लिए।

NbTi और Nb3Sn द्वारा प्रस्तुत व्यावहारिक सुपरकंडक्टिंग सामग्री का व्यावसायीकरण किया गया है, और कई क्षेत्रों में लागू किया गया है जैसे कि परमाणु चुंबकीय अनुनाद मानव इमेजिंग (NMRI), सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट और बड़े त्वरक मैग्नेट; SQUID का उपयोग सुपरकंडक्टर कमजोर वर्तमान अनुप्रयोगों के मॉडल के रूप में किया गया है। यह कमजोर विद्युत चुम्बकीय संकेतों के मापन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और इसकी संवेदनशीलता किसी अन्य गैर-अतिचालक उपकरण द्वारा अप्राप्य है। हालांकि, क्योंकि पारंपरिक निम्न-तापमान सुपरकंडक्टर्स का महत्वपूर्ण तापमान बहुत कम है, उन्हें महंगे और जटिल तरल हीलियम (4.2K) सिस्टम में उपयोग किया जाना चाहिए, जो कम तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग अनुप्रयोगों के विकास को गंभीर रूप से सीमित करता है।

उच्च तापमान ऑक्साइड सुपरकंडक्टर्स के उद्भव ने तापमान अवरोध को तोड़ दिया है और तरल हीलियम (4.2K) से तरल नाइट्रोजन (77K) तक सुपरकंडक्टिविटी के अनुप्रयोग तापमान को बढ़ा दिया है। तरल हीलियम की तुलना में, तरल नाइट्रोजन एक बहुत ही किफायती रेफ्रिजरेंट है और इसमें उच्च ताप क्षमता होती है, जो इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए बहुत सुविधा प्रदान करती है। इसके अलावा, उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स में बहुत अधिक चुंबकीय गुण होते हैं और इसका उपयोग 20T से ऊपर मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

सुपरकंडक्टिंग सामग्री के सबसे आकर्षक अनुप्रयोग बिजली उत्पादन, बिजली पारेषण और ऊर्जा भंडारण हैं। सुपरकंडक्टिंग जनरेटर के कॉइल चुंबक बनाने के लिए सुपरकंडक्टिंग सामग्री का उपयोग जनरेटर की चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को 50,000 से 60,000 गॉस तक बढ़ा सकता है, और लगभग कोई ऊर्जा हानि नहीं होती है। पारंपरिक जनरेटर की तुलना में, सुपरकंडक्टिंग जनरेटर की एकल क्षमता 5 ~ 10 गुना बढ़ जाती है, बिजली उत्पादन क्षमता 50% बढ़ जाती है; सुपरकंडक्टिंग ट्रांसमिशन लाइन और सुपरकंडक्टिंग ट्रांसफॉर्मर बिना किसी नुकसान के उपयोगकर्ताओं को बिजली पहुंचा सकते हैं। आंकड़ों के अनुसार कॉपर या एल्युमीनियम वायर ट्रांसमिशन में होने वाली बिजली की हानि का लगभग 15% ट्रांसमिशन लाइन पर होता है। चीन में, वार्षिक बिजली हानि 100 अरब डिग्री से अधिक है। यदि इसे सुपरकंडक्टिंग पावर ट्रांसमिशन में बदल दिया जाता है, तो बचाई गई ऊर्जा नए दर्जनों बड़े पैमाने के बिजली संयंत्रों के बराबर होती है; सुपरकंडक्टिंग मैग्लेव ट्रेनों का कार्य सिद्धांत सुपरकंडक्टिंग सामग्री को कम करने के लिए सुपरकंडक्टिंग सामग्री के प्रतिचुंबकीय गुणों का उपयोग करना है। प्रवाहकीय सामग्री को स्थायी चुंबक (या चुंबकीय क्षेत्र) के ऊपर रखा जाता है। सुपरकंडक्टर के प्रतिचुंबकत्व के कारण, चुंबक की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं सुपरकंडक्टर से नहीं गुजर सकती हैं। चुंबक (या चुंबकीय क्षेत्र) और सुपरकंडक्टर के बीच प्रतिकारक बल उत्पन्न होगा, जिससे सुपरकंडक्टर इसके ऊपर उत्तोलन करेगा। इस तरह के चुंबकीय उत्तोलन प्रभाव का उपयोग हाई-स्पीड सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय उत्तोलन ट्रेनों को बनाने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि शंघाई पुडोंग अंतर्राष्ट्रीय हवाई अड्डे पर हाई-स्पीड ट्रेनें; सुपरकंडक्टिंग कंप्यूटरों के लिए, उच्च गति वाले कंप्यूटरों को एकीकृत सर्किट चिप्स पर घटकों और कनेक्टिंग लाइनों की सघन व्यवस्था की आवश्यकता होती है, लेकिन सघन रूप से व्यवस्थित सर्किट ऑपरेशन के दौरान बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है। यदि शून्य के करीब प्रतिरोध वाली सुपरकंडक्टिंग सामग्री का उपयोग कनेक्टिंग वायर या अल्ट्रा-माइक्रो हीटिंग के साथ सुपरकंडक्टिंग डिवाइस बनाने के लिए किया जाता है, तो कोई गर्मी अपव्यय समस्या नहीं होगी और कंप्यूटर की गति में काफी सुधार हो सकता है।