विज्ञान आणि तंत्रज्ञानामध्ये सुपरकंडक्टिव्हिटीचा वापर

सुपरकंडक्टिव्हिटीला क्वांटम इंद्रियगोचर म्हणतात, ज्यामध्ये वस्तुस्थिती असते की काही सामग्री, जेव्हा त्यांचे तापमान एका विशिष्ट गंभीर मूल्यावर आणले जाते, तेव्हा शून्य विद्युत प्रतिकार प्रदर्शित करण्यास सुरवात करतात.

आज, शास्त्रज्ञांना आधीच शेकडो घटक, मिश्रधातू आणि सिरेमिक माहित आहेत जे अशा प्रकारे वागण्यास सक्षम आहेत. सुपरकंडक्टिंग अवस्थेत गेलेला कंडक्टर काय म्हणतात ते दर्शवू लागतो Meissner प्रभाव, जेव्हा त्याच्या व्हॉल्यूममधून चुंबकीय क्षेत्र पूर्णपणे बाहेरून विस्थापित होते, जे अर्थातच, काल्पनिक आदर्श, म्हणजेच शून्य प्रतिकाराच्या परिस्थितीत सामान्य वहनांशी संबंधित प्रभावांच्या शास्त्रीय वर्णनाचा विरोधाभास करते.

1986 ते 1993 या कालावधीत, अनेक उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्सचा शोध लागला, म्हणजेच जे सुपरकंडक्टिंग अवस्थेत जातात ते द्रव हीलियम (4.2 के) च्या उकळत्या बिंदूसारख्या कमी तापमानात नसून उकळत्या वेळी. द्रव नायट्रोजनचा बिंदू (77 के) - 18 पट जास्त, जे प्रयोगशाळेच्या परिस्थितीत हेलियमपेक्षा खूपच सोपे आणि स्वस्त मिळवता येते.

व्यावहारिक अनुप्रयोगात रस वाढला अतिवाहकता 1950 च्या दशकात सुरुवात झाली जेव्हा टाइप II सुपरकंडक्टर, त्यांच्या उच्च वर्तमान घनतेसह आणि चुंबकीय प्रेरण, क्षितिजावर चमकदारपणे आले. मग ते अधिकाधिक व्यावहारिक महत्त्व प्राप्त करू लागले.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनचा नियम आपल्याला सांगतो की विद्युत प्रवाहाभोवती नेहमीच असतो चुंबकीय क्षेत्र... आणि सुपरकंडक्टर्स प्रतिकाराशिवाय विद्युत प्रवाह चालवतात म्हणून, योग्य तापमानात अशा सामग्रीची देखभाल करणे आणि अशा प्रकारे आदर्श इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स तयार करण्यासाठी भाग मिळवणे पुरेसे आहे.

उदाहरणार्थ, वैद्यकीय निदानामध्ये, चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तंत्रज्ञानामध्ये टोमोग्राफमध्ये शक्तिशाली सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोमॅग्नेट्सचा वापर समाविष्ट असतो. त्यांच्याशिवाय, डॉक्टर स्केलपेल वापरल्याशिवाय मानवी शरीराच्या अंतर्गत ऊतकांच्या अशा प्रभावी उच्च-रिझोल्यूशन प्रतिमा प्राप्त करण्यास सक्षम नसतील.

नायओबियम-टायटॅनियम आणि निओबियम-टिन इंटरमेटलिक्स सारख्या सुपरकंडक्टिंग मिश्र धातुंना खूप महत्त्व प्राप्त झाले आहे, ज्यातून स्थिर पातळ सुपरकंडक्टिंग फिलामेंट्स आणि अडकलेल्या तारा मिळवणे तांत्रिकदृष्ट्या सोपे आहे.

शास्त्रज्ञांनी बर्याच काळापासून उच्च शीतलक क्षमतेसह (द्रव हीलियमच्या तापमान पातळीवर) लिक्विफियर्स आणि रेफ्रिजरेटर्स तयार केले आहेत, त्यांनीच यूएसएसआरमध्ये सुपरकंडक्टिंग तंत्रज्ञानाच्या विकासास हातभार लावला. त्यानंतरही, 1980 च्या दशकात, मोठ्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक प्रणाली तयार केल्या गेल्या.

जगातील पहिली प्रायोगिक सुविधा, T-7, लाँच करण्यात आली, ज्याची रचना फ्यूजन प्रतिक्रिया सुरू करण्याच्या शक्यतेचा अभ्यास करण्यासाठी केली गेली आहे, जेथे टॉरॉइडल चुंबकीय क्षेत्र तयार करण्यासाठी सुपरकंडक्टिंग कॉइलची आवश्यकता आहे.मोठ्या कण प्रवेगकांमध्ये, द्रव हायड्रोजन बबल चेंबरमध्ये सुपरकंडक्टिंग कॉइल देखील वापरल्या जातात.

टर्बाइन जनरेटर विकसित आणि तयार केले गेले आहेत (गेल्या शतकाच्या 80 च्या दशकात, अति-शक्तिशाली टर्बाइन जनरेटर KGT-20 आणि KGT-1000 सुपरकंडक्टरच्या आधारावर तयार केले गेले होते), इलेक्ट्रिक मोटर्स, केबल्स, चुंबकीय विभाजक, वाहतूक व्यवस्था इ.

फ्लोमीटर, लेव्हल गेज, बॅरोमीटर, थर्मामीटर — या सर्व अचूक उपकरणांसाठी सुपरकंडक्टर उत्कृष्ट आहेत. सुपरकंडक्टरच्या औद्योगिक उपयोगाची मुख्य मुख्य क्षेत्रे दोन आहेत: चुंबकीय प्रणाली आणि इलेक्ट्रिकल मशीन्स.

सुपरकंडक्टर चुंबकीय प्रवाह पार करत नसल्यामुळे, याचा अर्थ असा होतो की या प्रकारचे उत्पादन चुंबकीय विकिरणांचे संरक्षण करते. सुपरकंडक्टर्सचा हा गुणधर्म अचूक मायक्रोवेव्ह उपकरणांमध्ये वापरला जातो, तसेच शक्तिशाली इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन सारख्या आण्विक स्फोटाच्या अशा धोकादायक हानिकारक घटकापासून संरक्षण करण्यासाठी.

परिणामी, कण प्रवेगक आणि फ्यूजन अणुभट्ट्यांसारख्या संशोधन उपकरणांमध्ये चुंबकांच्या निर्मितीसाठी कमी-तापमानाचे सुपरकंडक्टर अपरिहार्य राहतात.

आज जपानमध्ये सक्रियपणे वापरल्या जाणार्‍या मॅग्नेटिक लेव्हिटेशन ट्रेन्स आता 600 किमी/तास वेगाने जाऊ शकतात आणि त्यांनी त्यांची व्यवहार्यता आणि कार्यक्षमता दीर्घकाळ सिद्ध केली आहे.

सुपरकंडक्टर्समध्ये विद्युतीय प्रतिकार नसल्यामुळे विद्युत ऊर्जा हस्तांतरित करण्याची प्रक्रिया अधिक किफायतशीर बनते. उदाहरणार्थ, भूगर्भात घातलेली एक सुपरकंडक्टिंग पातळ केबल तत्त्वतः वीज प्रसारित करू शकते ज्याला पारंपारिक मार्गाने प्रसारित करण्यासाठी तारांचे जाड बंडल - एक अवजड रेषा - आवश्यक असते.

सध्या, सिस्टमद्वारे सतत नायट्रोजन पंप करण्याच्या गरजेशी संबंधित केवळ खर्च आणि देखभाल समस्या संबंधित आहेत. तथापि, 2008 मध्ये, अमेरिकन सुपरकंडक्टरने न्यूयॉर्कमध्ये पहिली व्यावसायिक सुपरकंडक्टिंग ट्रान्समिशन लाइन यशस्वीरित्या लाँच केली.

याव्यतिरिक्त, औद्योगिक बॅटरी तंत्रज्ञान आहे जे आज सतत फिरत असलेल्या प्रवाहाच्या स्वरूपात ऊर्जा जमा आणि संचयित (संचयित) करण्यास अनुमती देते.

सेमीकंडक्टरसह सुपरकंडक्टर एकत्र करून, शास्त्रज्ञ अल्ट्राफास्ट क्वांटम संगणक तयार करत आहेत जे जगाला संगणकीय तंत्रज्ञानाच्या नवीन पिढीची ओळख करून देत आहेत.

चुंबकीय क्षेत्राच्या परिमाणावर सुपरकंडक्टिंग अवस्थेत पदार्थाच्या संक्रमण तापमानाच्या अवलंबनाची घटना नियंत्रित प्रतिरोधक - क्रायट्रॉन्सचा आधार आहे.

या क्षणी, अर्थातच, आम्ही उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्स मिळविण्याच्या दिशेने प्रगतीच्या दृष्टीने महत्त्वपूर्ण प्रगतीबद्दल बोलू शकतो.

उदाहरणार्थ, धातू-सिरेमिक रचना YBa2Cu3Ox नायट्रोजनच्या द्रवीकरण तापमानापेक्षा जास्त तापमानात सुपरकंडक्टिंग अवस्थेत जाते!

तथापि, यापैकी बहुतेक उपाय या वस्तुस्थितीमुळे आहेत की प्राप्त केलेले नमुने नाजूक आणि अस्थिर आहेत; म्हणून, उपरोक्त निओबियम मिश्र धातु अजूनही तंत्रज्ञानात संबंधित आहेत.

सुपरकंडक्टर्समुळे फोटॉन डिटेक्टर तयार करणे शक्य होते. त्यापैकी काही अँड्रीव्ह प्रतिबिंब वापरतात, इतर जोसेफसन प्रभाव वापरतात, गंभीर प्रवाहाच्या उपस्थितीची वस्तुस्थिती इ.

इन्फ्रारेड श्रेणीतील एकल फोटॉन रेकॉर्ड करणारे डिटेक्टर तयार केले गेले आहेत, जे फोटोइलेक्ट्रिक मल्टीप्लायर्स इत्यादी इतर रेकॉर्डिंग तत्त्वांवर आधारित डिटेक्टरपेक्षा अनेक फायदे दर्शवतात.

सुपरकंडक्टरमधील व्हर्टिसेसच्या आधारे मेमरी पेशी तयार केल्या जाऊ शकतात. काही चुंबकीय सॉलिटॉन्स आधीपासूनच अशाच प्रकारे वापरले जातात. द्विमितीय आणि त्रि-आयामी चुंबकीय सॉलिटॉन द्रवपदार्थातील व्हर्टिसेससारखेच असतात, जेथे स्ट्रीमलाइनची भूमिका डोमेन संरेखन रेषांद्वारे खेळली जाते.

स्क्विड्स ही सूक्ष्म रिंग-आधारित सुपरकंडक्टर उपकरणे आहेत जी चुंबकीय प्रवाह आणि इलेक्ट्रिक व्होल्टेजमधील बदलांमधील संबंधांवर आधारित कार्य करतात. अशी सूक्ष्म उपकरणे पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र मोजण्यास सक्षम असलेल्या अत्यंत संवेदनशील मॅग्नेटोमीटरमध्ये तसेच स्कॅन केलेल्या अवयवांचे मॅग्नेटोग्राम मिळविण्यासाठी वैद्यकीय उपकरणांमध्ये कार्य करतात.