सुपरकंडक्टर क्या है? परिभाषा, प्रकार और उपयोग

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एक सुपरकंडक्टर एक ऐसी सामग्री है, जिसे महत्वपूर्ण तापमान कहे जाने वाले तापमान से नीचे ठंडा किया जाता है, अचानक अपने सभी विद्युत प्रतिरोध को खो देता है, जिससे यह ऊर्जा के नुकसान के बिना बिजली का संचालन करने की अनुमति देता है । ये सामग्रियां एक बहुत ही अजीबोगरीब चुंबकीय गुण भी प्रदर्शित करती हैं: वे पूरी तरह से प्रतिचुंबकीय पदार्थ हैं, यानी वे चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को बाहर करते हैं। इसका मतलब यह है कि जब चुंबक के पास रखा जाता है, तो चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं पक्षों से गुजरती हैं, लेकिन सामग्री में प्रवेश नहीं करती हैं।

जब एक सुपरकंडक्टिंग सामग्री, जैसे कि एक गोलाकार तार में एक विद्युत प्रवाह प्रेरित होता है, तब तक यह धारा अनिश्चित काल तक प्रवाहित होती रहती है, जब तक कि सामग्री ठंडी रहती है। प्रतिरोध के बिना इस धारा को सुपरकरंट कहा जाता है और इसका उपयोग, अन्य चीजों के अलावा, बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

सुपरकंडक्टिविटी, यानी किसी सामग्री का महत्वपूर्ण तापमान से नीचे सुपरकंडक्टर बनने का गुण, 1911 में खोजा गया था और उस समय के भौतिकविदों को पूरी तरह से स्तब्ध कर दिया था। इसके प्रतिचुंबकीय गुणों (जिसे मीस्नर प्रभाव कहा जाता है) की खोज में दो दशक से अधिक समय लगा , और लगभग आधी सदी पहले भौतिकविदों ने यह समझाया कि अतिचालकता क्यों होती है। यह 1957 में था जब जॉन बार्डीन, लियोन कूपर और बॉब श्राइफ़र ने इस समस्या को हल किया, जिसने उन्हें 1972 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार दिया।

महत्वपूर्ण तापमान और उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स

खोजे जाने वाले पहले सुपरकंडक्टर का तापमान केवल 3.6 K है, जो -269.6 °C के बराबर है। इस तरह के कम तापमान को उत्पन्न करना और बनाए रखना बेहद मुश्किल है, जिसने सुपरकंडक्टर्स के उपयोग को मुट्ठी भर विशिष्ट अनुप्रयोगों तक सीमित कर दिया है, जैसा कि हम इस लेख में बाद में देखेंगे।

इस कारण से, दुनिया भर में सैकड़ों वैज्ञानिक हैं जो कमरे के तापमान के करीब एक महत्वपूर्ण तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के विकास पर लगातार काम कर रहे हैं। इन सामग्रियों को उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स कहा जाता है।

शुरुआती प्रगति ने महत्वपूर्ण तापमान को कुछ दसियों डिग्री तक बढ़ा दिया, लेकिन हाल ही में 14.5 डिग्री सेल्सियस के महत्वपूर्ण तापमान वाला एक सुपरकंडक्टर पहली बार विकसित किया गया है।

सुपरकंडक्टर्स के प्रकार

मूल रूप से दो प्रकार के सुपरकंडक्टर्स होते हैं, जो उनकी संरचना और चुंबकीय क्षेत्र के साथ बातचीत करने के तरीके पर निर्भर करता है।

टाइप I सुपरकंडक्टर्स

ये सबसे पहले खोजे गए थे। ये शुद्ध तत्व हैं जो मीस्नर प्रभाव प्रदर्शित करते हैं, अर्थात जब वे महत्वपूर्ण तापमान से नीचे होते हैं तो वे चुंबकीय क्षेत्र को पीछे हटाते हैं। सामान्य तौर पर, उनके पास एक महत्वपूर्ण तापमान होता है जो प्रत्येक सामग्री की विशेषता होती है, और महत्वपूर्ण तापमान के नीचे विद्युत प्रतिरोध में गिरावट अचानक होती है।

टाइप II सुपरकंडक्टर्स

इनमें विभिन्न तत्वों के मिश्रण होते हैं जो मिश्रधातु या सिरेमिक सामग्री बनाने के लिए गठबंधन करते हैं जो सुपरकंडक्टिविटी प्रदर्शित करते हैं। उन्हें टाइप I सुपरकंडक्टर्स से अलग बनाता है कि विद्युत प्रतिरोध ड्रॉप धीरे-धीरे होता है, इसलिए उनके दो महत्वपूर्ण तापमान होते हैं: एक जब प्रतिरोध गिरना शुरू होता है और दूसरा जब यह शून्य तक पहुंचता है।

इस प्रकार के सुपरकंडक्टर की एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि यदि एक पर्याप्त मजबूत बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लगाया जाता है, तो सामग्री अपनी सुपरकंडक्टिविटी खो देती है।

अतिचालकों का उपयोग

कण त्वरक

सुपरकंडक्टर्स का शायद अब तक का सबसे प्रभावशाली अनुप्रयोग कण भौतिकी के आसपास वैज्ञानिक अनुसंधान के क्षेत्र में है। सुपरकंडक्टर्स का उपयोग इलेक्ट्रोमैग्नेट में किया जाता है जो कण बीम को लार्ज हैड्रोन कोलाइडर में सीमित रखता है, जो मनुष्य द्वारा निर्मित सबसे बड़ी मशीनों में से एक है।

थर्मोन्यूक्लियर पावर

परमाणु संलयन 100 वर्षों से स्वच्छ ऊर्जा का स्वप्न स्रोत रहा है। हालांकि, परमाणु संलयन होने और इसे बनाए रखने के लिए, गैसीय हाइड्रोजन और हीलियम को 100 मिलियन डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने की आवश्यकता होती है क्योंकि यह टोकामक नामक एक खोखले डोनट के अंदर घूमता है, जहां यह सुपरकंडक्टर्स से बने शक्तिशाली इलेक्ट्रोमैग्नेट द्वारा सीमित होता है।

क्वांटम कम्प्यूटिंग

क्वांटम कंप्यूटिंग के सबसे आशाजनक कार्यान्वयनों में से एक सुपरकंडक्टिंग सर्किट का उपयोग करता है, जो इसके संचालन के लिए आवश्यक हैं।

क्वांटम कंप्यूटिंग में सुपरकंडक्टर्स
क्वांटम कंप्यूटिंग में सुपरकंडक्टर्स

चिकित्सा निदान इमेजिंग

सुपरकंडक्टर्स के विकास ने मेडिकल इमेजिंग डायग्नोस्टिक उपकरणों और तकनीकों के निर्माण को सक्षम किया है जो पहले संभव नहीं थे। इन तकनीकों में से एक SQUID मैग्नेटोएन्सेफलोग्राफी है, जो कम्पास सुई को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र के एक अरबवें हिस्से के चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन का पता लगाने में सक्षम है।

सुपरकंडक्टर्स के लिए नई इमेजिंग धन्यवाद
एमआरआई सुरंग

विद्युत उत्पादन

अंत में, एक अन्य हालिया अनुप्रयोग तांबे के तार के बजाय अतिचालक तार से बने बिजली जनरेटर का उपयोग है। ये जनरेटर पारंपरिक लोगों की तुलना में बहुत अधिक कुशल हैं, और बहुत छोटे और हल्के हैं।

संदर्भ

चार्ल्स स्लिच्टर (2007)। सुपरकंडक्टिविटी के इतिहास का परिचय (भौतिकी के छात्रों और वैज्ञानिकों के लिए)। https://history.aip.org/exhibits/mod/superconductivity/01.html से लिया गया

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स्नाइडर, ई., डेसनब्रॉक-गैमन, एन., मैकब्राइड, आर.  एट अल।  (2020)। कार्बोनेसियस सल्फर हाइड्राइड में कमरे के तापमान की अतिचालकता। प्रकृति  586,  373–377। Https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z#citeas से लिया गया

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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