सुपरकंडक्टर आणि क्रायोकंडक्टर

सुपरकंडक्टर आणि क्रायोकंडक्टर

ज्ञात 27 शुद्ध धातू आणि एक हजाराहून अधिक विविध मिश्रधातू आणि संयुगे ज्यामध्ये सुपरकंडक्टिंग स्थितीत संक्रमण शक्य आहे. यामध्ये शुद्ध धातू, मिश्रधातू, आंतरधातू संयुगे आणि काही डायलेक्ट्रिक पदार्थांचा समावेश होतो.

सुपरकंडक्टर

जेव्हा तापमान कमी होते धातूंचे विशिष्ट विद्युत प्रतिकार कमी होते आणि अत्यंत कमी (क्रायोजेनिक) तापमानात, धातूंची विद्युत चालकता पूर्ण शून्यापर्यंत पोहोचते.

1911 मध्ये, गोठलेल्या पाराच्या रिंगला 4.2 के तापमानापर्यंत थंड करताना, डच शास्त्रज्ञ जी. कॅमरलिंग-ऑन्स यांना असे आढळले की रिंग्सचा विद्युत प्रतिकार अचानक खूप कमी मूल्यापर्यंत घसरला ज्याचे मोजमाप करता येत नाही. विद्युत प्रतिकारशक्तीचे असे गायब होणे, म्हणजे. पदार्थामध्ये असीम चालकता दिसणे याला सुपरकंडक्टिव्हिटी म्हणतात.

पुरेशा कमी तापमानाच्या पातळीवर थंड झाल्यावर सुपरकंडक्टिंग अवस्थेत जाण्याची क्षमता असलेल्या पदार्थांना सुपरकंडक्टर म्हटले जाऊ लागले.ज्या क्रिटिकल कूलिंग तापमानात पदार्थाचे सुपरकंडक्टिंग अवस्थेत संक्रमण होते त्याला सुपरकंडक्टिंग ट्रांझिशन तापमान किंवा गंभीर संक्रमण तापमान Tcr म्हणतात.

एक सुपरकंडक्टिंग संक्रमण उलट करता येण्यासारखे आहे. जेव्हा तापमान Tc पर्यंत वाढते, तेव्हा सामग्री त्याच्या सामान्य (नॉन-वाहक) स्थितीत परत येते.

सुपरकंडक्टर्सचे वैशिष्ट्य म्हणजे एकदा सुपरकंडक्टिंग सर्किटमध्ये प्रवृत्त केल्यावर, विद्युत प्रवाह त्याच्या शक्तीमध्ये लक्षणीय घट न होता आणि त्याशिवाय, बाहेरून उर्जेचा अतिरिक्त पुरवठा न करता या सर्किटमध्ये दीर्घकाळ (वर्षे) फिरतो. कायम चुंबकाप्रमाणे असे सर्किट आसपासच्या जागेत तयार होते चुंबकीय क्षेत्र.

1933 मध्ये, जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ V. Meissner आणि R. Oxenfeld यांनी स्थापित केले की सुपरकंडक्टिंग अवस्थेतील संक्रमणादरम्यान सुपरकंडक्टर हे आदर्श डायमॅग्नेट्स बनतात. म्हणून, बाह्य चुंबकीय क्षेत्र सुपरकंडक्टिंग शरीरात प्रवेश करत नाही. जर सामग्रीचे सुपरकंडक्टिंग स्थितीत संक्रमण चुंबकीय क्षेत्रामध्ये घडते, तर फील्ड सुपरकंडक्टरच्या बाहेर "पुश" केले जाते.

ज्ञात सुपरकंडक्टरमध्ये अत्यंत कमी गंभीर संक्रमण तापमान Tc असते. म्हणून, ज्या उपकरणांमध्ये ते सुपरकंडक्टर्स वापरतात त्यांनी द्रव हीलियम कूलिंग स्थितीत काम केले पाहिजे (सामान्य दाबावर हेलियमचे द्रवीकरण तापमान सुमारे 4.2 DA SE असते). हे गुंतागुंतीचे बनते आणि सुपरकंडक्टिंग मटेरियलचे उत्पादन आणि ऑपरेशनची किंमत वाढवते.

पारा व्यतिरिक्त, सुपरकंडक्टिव्हिटी इतर शुद्ध धातू (रासायनिक घटक) आणि विविध मिश्रधातू आणि रासायनिक संयुगे मध्ये अंतर्निहित आहे. तथापि, चांदी आणि तांबे यांसारख्या बहुतेक धातूंवर, स्थिती अयशस्वी झाल्यास या क्षणी पोहोचलेले कमी तापमान सुपरकंडक्टिंग बनते.

सुपरकंडक्टिव्हिटीची घटना वापरण्याची शक्यता Tc च्या सुपरकंडक्टिंग अवस्थेतील संक्रमणाच्या तापमानाची मूल्ये आणि चुंबकीय क्षेत्राच्या गंभीर सामर्थ्याद्वारे निर्धारित केली जाते.

सुपरकंडक्टिंग मटेरियल मऊ आणि हार्ड मध्ये विभागलेले. मऊ सुपरकंडक्टरमध्ये निओबियम, व्हॅनेडियम, टेल्युरियम वगळता शुद्ध धातूंचा समावेश होतो. सॉफ्ट सुपरकंडक्टरचा मुख्य तोटा म्हणजे गंभीर चुंबकीय क्षेत्र शक्तीचे कमी मूल्य.

इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीमध्ये, सॉफ्ट सुपरकंडक्टर वापरले जात नाहीत, कारण त्यातील सुपरकंडक्टिंग अवस्था कमी वर्तमान घनतेवर कमकुवत चुंबकीय क्षेत्रांमध्ये आधीच अदृश्य होते.

सॉलिड सुपरकंडक्टरमध्ये विकृत क्रिस्टल जाळीसह मिश्रधातूंचा समावेश होतो. ते तुलनेने उच्च वर्तमान घनता आणि मजबूत चुंबकीय क्षेत्रांवर देखील सुपरकंडक्टिव्हिटी टिकवून ठेवतात.

या शतकाच्या मध्यभागी घन सुपरकंडक्टरचे गुणधर्म शोधले गेले आणि आतापर्यंत त्यांच्या संशोधन आणि अनुप्रयोगाची समस्या ही आधुनिक विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाची सर्वात महत्त्वाची समस्या आहे.

सॉलिड सुपरकंडक्टरची अनेक कार्ये आहेत:

• थंड झाल्यावर, सुपरकंडक्टिंग स्थितीत संक्रमण अचानक होत नाही, जसे की सॉफ्ट सुपरकंडक्टरमध्ये आणि विशिष्ट तापमानाच्या अंतरासाठी;

• काही सॉलिड सुपरकंडक्टरमध्ये केवळ तुलनेने उच्च मूल्ये गंभीर संक्रमण तापमान Tc नसतात, परंतु तुलनेने उच्च मूल्ये गंभीर चुंबकीय प्रेरण Vkr देखील असतात;

• चुंबकीय प्रेरणातील बदलांमध्ये, सुपरकंडक्टिंग आणि सामान्य दरम्यानच्या मध्यवर्ती अवस्था पाहिल्या जाऊ शकतात;

• त्यांच्यामधून पर्यायी विद्युत् प्रवाह जात असताना ऊर्जा नष्ट करण्याची प्रवृत्ती असते;

• उत्पादनाच्या तांत्रिक पद्धती, भौतिक शुद्धता आणि त्याच्या क्रिस्टल स्ट्रक्चरची परिपूर्णता यामधून सुपरकंडक्टिव्हिटीचे व्यसनाधीन गुणधर्म.

तांत्रिक गुणधर्मांनुसार, घन सुपरकंडक्टर खालील प्रकारांमध्ये विभागले गेले आहेत:

• तुलनेने सहजपणे विकृत होण्यायोग्य कोणत्या वायर आणि पट्ट्या [नायोबियम, नायओबियम-टायटॅनियम मिश्र धातु (Nb-Ti), व्हॅनेडियम-गॅलियम (V-Ga)];

• नाजूकपणामुळे विकृत होणे कठीण आहे, ज्यापासून उत्पादने पावडर धातूशास्त्र पद्धतींद्वारे प्राप्त केली जातात (निओबियम स्टॅनाइड Nb3Sn सारखी आंतरधातू सामग्री).

अनेकदा तांबे किंवा इतर उच्च प्रवाहकीय सामग्रीपासून बनवलेल्या "स्थिरीकरण" आवरणाने झाकलेल्या सुपरकंडक्टिंग तारा. वीज आणि धातूची उष्णता, ज्यामुळे तापमानात अपघाती वाढ झाल्याने सुपरकंडक्टरच्या बेस मटेरियलचे नुकसान टाळणे शक्य होते.

काही प्रकरणांमध्ये, संमिश्र सुपरकंडक्टिंग वायर्स वापरल्या जातात, ज्यामध्ये सुपरकंडक्टिंग मटेरियलच्या मोठ्या प्रमाणात पातळ फिलामेंट्स तांब्याच्या किंवा इतर नॉन-कंडक्टिंग सामग्रीच्या घन आवरणात बंद असतात.

सुपरकंडक्टिंग फिल्म मटेरियलमध्ये विशेष गुणधर्म आहेत:

• काही प्रकरणांमध्ये गंभीर संक्रमण तापमान Tcr लक्षणीयपणे Tcr मोठ्या प्रमाणात सामग्री ओलांडते;

• सुपरकंडक्टरमधून गेलेल्या मर्यादित प्रवाहांची मोठी मूल्ये;

• सुपरकंडक्टिंग स्थितीत संक्रमणाची कमी तापमान श्रेणी.

तयार करताना सुपरकंडक्टर वापरले जातात: इलेक्ट्रिकल मशीन आणि ट्रान्सफॉर्मर्स लहान वस्तुमान आणि उच्च कार्यक्षमता घटकासह परिमाण; लांब अंतरावर वीज प्रसारणासाठी मोठ्या केबल लाईन्स; विशेषतः कमी क्षीणन वेव्हगाइड्स; ड्राइव्ह पॉवर आणि मेमरी डिव्हाइसेस; इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाचे चुंबकीय लेन्स; मुद्रित वायरिंगसह इंडक्टन्स कॉइल्स.

फिल्मच्या आधारे सुपरकंडक्टरने अनेक स्टोरेज उपकरणे तयार केली आणि ऑटोमेशन घटक आणि संगणकीय तंत्रज्ञान.

सुपरकंडक्टर्सच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक कॉइलमुळे चुंबकीय क्षेत्राच्या सामर्थ्याची जास्तीत जास्त संभाव्य मूल्ये प्राप्त करणे शक्य होते.

क्रायोप्रोब्स

काही धातू कमी (क्रायोजेनिक) तापमानात विशिष्ट विद्युत प्रतिरोधक p च्या अगदी लहान मूल्यापर्यंत पोहोचू शकतात, जे सामान्य तापमानाच्या विद्युत प्रतिकारापेक्षा शेकडो आणि हजारो पट कमी असते. या गुणधर्म असलेल्या पदार्थांना क्रायोकंडक्टर (हायपरकंडक्टर) म्हणतात.

भौतिकदृष्ट्या, क्रायोकंडक्टिव्हिटीची घटना सुपरकंडक्टिव्हिटीच्या घटनेसारखी नाही. ऑपरेटिंग तापमानात क्रायोकंडक्टरमधील वर्तमान घनता सामान्य तापमानात त्यांच्यामध्ये असलेल्या वर्तमान घनतेपेक्षा हजारो पट जास्त असते, जे उच्च-वर्तमान विद्युत उपकरणांमध्ये त्यांचा वापर निर्धारित करते जे विश्वसनीयता आणि स्फोट सुरक्षिततेसाठी उच्च आवश्यकतांच्या अधीन आहेत.

इलेक्ट्रिकल मशीन्स, केबल्स इत्यादींमध्ये क्रायकंडक्टर्सचा वापर. सुपरकंडक्टर्सवर लक्षणीय फायदा आहे.

जर द्रव हीलियम सुपरकंडक्टिंग उपकरणांमध्ये वापरला गेला असेल तर, उच्च उकळत्या बिंदूमुळे आणि स्वस्त रेफ्रिजरेंट्स - द्रव हायड्रोजन किंवा अगदी द्रव नायट्रोजनमुळे क्रायोकंडक्टरचे कार्य सुनिश्चित केले जाते. हे डिव्हाइसचे उत्पादन आणि ऑपरेट करण्याची किंमत सुलभ करते आणि कमी करते. तथापि, द्रव हायड्रोजन वापरताना उद्भवणार्‍या तांत्रिक अडचणींचा विचार करणे आवश्यक आहे, घटकांच्या विशिष्ट प्रमाणात, हवेसह स्फोटक मिश्रण तयार करणे.

क्रायोप्रोसेसर तांबे, अॅल्युमिनियम, चांदी, सोने वापरतात.

स्त्रोत माहिती: "इलेक्ट्रोमटेरियल्स" झुरावलेवा एल. व्ही.