क्या होगा अगर ... हमें उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स मिलते हैं? उम्मीद के बंधन

दोषरहित ट्रांसमिशन लाइनें, कम तापमान वाली इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, सुपरइलेक्ट्रोमैग्नेट्स, अंत में थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों में लाखों डिग्री प्लाज्मा को धीरे से संपीड़ित करना, एक शांत और तेज मैग्लेव रेल। हमें सुपरकंडक्टर्स से बहुत उम्मीदें हैं...

अतिचालकता शून्य विद्युत प्रतिरोध की भौतिक अवस्था कहलाती है। यह कुछ सामग्रियों में बहुत कम तापमान पर हासिल किया जाता है। उन्होंने इस क्वांटम घटना की खोज की कामेरलिंग ओन्नेस (1) पारा में, 1911 में। शास्त्रीय भौतिकी इसका वर्णन करने में विफल है। शून्य प्रतिरोध के अतिरिक्त अतिचालकों की एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता है चुंबकीय क्षेत्र को उसके आयतन से बाहर धकेलेंतथाकथित मीस्नर प्रभाव (टाइप I सुपरकंडक्टर्स में) या चुंबकीय क्षेत्र को "भंवर" (टाइप II सुपरकंडक्टर्स में) में केंद्रित करना।

अधिकांश सुपरकंडक्टर्स केवल परम शून्य के करीब तापमान पर काम करते हैं। यह 0 केल्विन (-273,15 डिग्री सेल्सियस) बताया गया है। परमाणुओं की गति इस तापमान पर यह लगभग न के बराबर है। यह सुपरकंडक्टर्स की कुंजी है। हमेशा की तरह इलेक्ट्रॉनों चालक में गतिमान अन्य कंपन परमाणुओं से टकराते हैं, जिससे ऊर्जा हानि और प्रतिरोध. हालांकि, हम जानते हैं कि उच्च तापमान पर अतिचालकता संभव है। धीरे-धीरे, हम ऐसी सामग्रियों की खोज कर रहे हैं जो इस प्रभाव को कम माइनस सेल्सियस और हाल ही में प्लस पर भी दिखाती हैं। हालांकि, यह फिर से आमतौर पर अत्यधिक उच्च दबाव के आवेदन से जुड़ा होता है। सबसे बड़ा सपना इस तकनीक को बिना किसी दबाव के कमरे के तापमान पर बनाना है।

अतिचालकता की स्थिति के प्रकट होने का भौतिक आधार है कार्गो ग्रैबर्स के जोड़े का गठन - कहा गया कूपर. ऐसे जोड़े समान ऊर्जा वाले दो इलेक्ट्रॉनों के मिलन के परिणामस्वरूप उत्पन्न हो सकते हैं। फर्मी ऊर्जा, अर्थात। सबसे छोटी ऊर्जा जिसके द्वारा एक और तत्व के जुड़ने के बाद एक फर्मोनिक सिस्टम की ऊर्जा में वृद्धि होगी, भले ही उनके बीच बातचीत की ऊर्जा बहुत कम हो। यह सामग्री के विद्युत गुणों को बदलता है, क्योंकि एकल वाहक फर्मियन होते हैं और जोड़े बोसॉन होते हैं।

सहयोग इसलिए, यह दो फर्मियन (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों) की एक प्रणाली है जो क्रिस्टल जाली के कंपन के माध्यम से एक दूसरे के साथ बातचीत करती है, जिसे फोनन कहा जाता है। घटना का वर्णन किया गया है लियोना सहयोग करती है 1956 में और निम्न-तापमान अतिचालकता के बीसीएस सिद्धांत का हिस्सा है। कूपर जोड़ी बनाने वाले फ़र्मियन में आधे स्पिन होते हैं (जो विपरीत दिशाओं में निर्देशित होते हैं), लेकिन सिस्टम का परिणामी स्पिन भरा होता है, यानी कूपर जोड़ी एक बोसॉन होती है।

कुछ तापमानों पर सुपरकंडक्टर्स कुछ तत्व होते हैं, उदाहरण के लिए, कैडमियम, टिन, एल्यूमीनियम, इरिडियम, प्लैटिनम, अन्य केवल बहुत उच्च दबाव (उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन, फास्फोरस, सल्फर, जर्मेनियम, लिथियम) या में अतिचालकता की स्थिति में गुजरते हैं। पतली परतों (टंगस्टन, बेरिलियम, क्रोमियम) के रूप में, और कुछ अभी तक अतिचालक नहीं हो सकते हैं, जैसे कि चांदी, तांबा, सोना, उत्कृष्ट गैसें, हाइड्रोजन, हालांकि सोना, चांदी और तांबा कमरे के तापमान पर सबसे अच्छे संवाहक हैं।

"उच्च तापमान" के लिए अभी भी बहुत कम तापमान की आवश्यकता होती है

1964 वर्ष में विलियम ए लिटिल में उच्च तापमान अतिचालकता के अस्तित्व की संभावना का सुझाव दिया कार्बनिक बहुलक. यह प्रस्ताव बीसीएस सिद्धांत में फोनन-मध्यस्थता युग्मन के विपरीत एक्साइटन-मध्यस्थ इलेक्ट्रॉन युग्मन पर आधारित है। शब्द "उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स" का उपयोग जोहान्स जी। बेडनोर्ज़ और सी.ए. द्वारा खोजे गए पेरोसाइट सिरेमिक के एक नए परिवार का वर्णन करने के लिए किया गया है। 1986 में मुलर, जिसके लिए उन्हें नोबेल पुरस्कार मिला। ये नए सिरेमिक सुपरकंडक्टर्स (2) तांबे और ऑक्सीजन से अन्य तत्वों जैसे लैंथेनम, बेरियम और बिस्मथ के साथ मिश्रित किए गए थे।

2. सिरेमिक प्लेट शक्तिशाली चुम्बकों पर मँडराती है

हमारे दृष्टिकोण से, "उच्च तापमान" अतिचालकता अभी भी बहुत कम थी। सामान्य दबावों के लिए, सीमा -140 डिग्री सेल्सियस थी, और यहां तक ​​कि ऐसे सुपरकंडक्टर्स को "उच्च तापमान" कहा जाता था। हाइड्रोजन सल्फाइड के लिए सुपरकंडक्टिविटी तापमान -70 डिग्री सेल्सियस अत्यधिक उच्च दबाव पर पहुंच गया है। हालांकि, उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स को ठंडा करने के लिए तरल हीलियम के बजाय अपेक्षाकृत सस्ते तरल नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है, जो आवश्यक है।

दूसरी ओर, यह ज्यादातर भंगुर सिरेमिक है, विद्युत प्रणालियों में उपयोग के लिए बहुत व्यावहारिक नहीं है।

वैज्ञानिक अभी भी मानते हैं कि खोज के लिए एक बेहतर विकल्प है, एक अद्भुत नई सामग्री जो मानदंडों को पूरा करेगी जैसे कि कमरे के तापमान पर अतिचालकताउपयोग करने के लिए किफायती और व्यावहारिक। कुछ शोधों ने तांबे पर ध्यान केंद्रित किया है, एक जटिल क्रिस्टल जिसमें तांबे और ऑक्सीजन परमाणुओं की परतें होती हैं। कुछ विषम लेकिन वैज्ञानिक रूप से अस्पष्ट रिपोर्टों पर शोध जारी है कि पानी से लथपथ ग्रेफाइट कमरे के तापमान पर एक सुपरकंडक्टर के रूप में कार्य कर सकता है।

हाल के वर्षों में उच्च तापमान पर अतिचालकता के क्षेत्र में "क्रांति", "सफलताएं" और "नए अध्याय" की एक वास्तविक धारा रही है। अक्टूबर 2020 में, कमरे के तापमान (15 डिग्री सेल्सियस पर) पर अतिचालकता दर्ज की गई थी कार्बन डाइसल्फ़ाइड हाइड्राइड (3) हालांकि, हरे रंग के लेजर द्वारा उत्पन्न बहुत उच्च दबाव (267 GPa) पर। होली ग्रेल, जो अपेक्षाकृत सस्ती सामग्री होगी जो कमरे के तापमान और सामान्य दबाव पर अतिचालक होगी, अभी तक नहीं मिली है।

3. कार्बन आधारित सामग्री जो 15 डिग्री सेल्सियस पर अतिचालक है।

चुंबकीय युग की सुबह

उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के संभावित अनुप्रयोगों की गणना इलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटर प्रौद्योगिकी, तर्क उपकरणों, मेमोरी तत्वों, स्विच और कनेक्शन, जनरेटर, एम्पलीफायरों, कण त्वरक के साथ शुरू हो सकती है। सूची में अगला: चुंबकीय क्षेत्र, वोल्टेज या धाराओं को मापने के लिए अत्यधिक संवेदनशील उपकरण, के लिए मैग्नेट एमआरआई चिकित्सा उपकरण, चुंबकीय ऊर्जा भंडारण उपकरण, लेविटेटिंग बुलेट ट्रेन, इंजन, जनरेटर, ट्रांसफार्मर और बिजली लाइनें। इन सपनों के सुपरकंडक्टिंग उपकरणों का मुख्य लाभ कम बिजली अपव्यय, उच्च गति संचालन और होगा अत्यधिक संवेदनशीलता.

सुपरकंडक्टर्स के लिए। एक कारण है कि बिजली संयंत्र अक्सर व्यस्त शहरों के पास बनाए जाते हैं। यहां तक ​​कि 30 प्रतिशत। उनके द्वारा बनाया गया विद्युत ऊर्जा यह ट्रांसमिशन लाइनों पर खो सकता है। बिजली के उपकरणों के साथ यह एक आम समस्या है। अधिकांश ऊर्जा ऊष्मा में जाती है। इसलिए, कंप्यूटर की सतह का एक महत्वपूर्ण हिस्सा शीतलन भागों के लिए आरक्षित है जो सर्किट द्वारा उत्पन्न गर्मी को खत्म करने में मदद करते हैं।

सुपरकंडक्टर्स गर्मी के लिए ऊर्जा के नुकसान की समस्या को हल करते हैं। प्रयोगों के हिस्से के रूप में, वैज्ञानिक, उदाहरण के लिए, जीविकोपार्जन करने का प्रबंधन करते हैं सुपरकंडक्टिंग रिंग के अंदर विद्युत प्रवाह दो साल से अधिक। और यह अतिरिक्त ऊर्जा के बिना है।

करंट रुकने का एकमात्र कारण यह था कि लिक्विड हीलियम तक पहुंच नहीं थी, इसलिए नहीं कि करंट प्रवाहित नहीं हो सकता था। हमारे प्रयोग हमें यह विश्वास दिलाने के लिए प्रेरित करते हैं कि अतिचालक पदार्थों में धाराएं सैकड़ों हजारों वर्षों तक प्रवाहित हो सकती हैं, यदि अधिक नहीं। सुपरकंडक्टर्स में विद्युत प्रवाह हमेशा के लिए प्रवाहित हो सकता है, ऊर्जा को मुफ्त में स्थानांतरित कर सकता है।

в कोई प्रतिरोध नहीं सुपरकंडक्टिंग तार के माध्यम से एक विशाल धारा प्रवाहित हो सकती है, जो बदले में अविश्वसनीय शक्ति के चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। उनका उपयोग मैग्लेव ट्रेनों (4) को लेविटेट करने के लिए किया जा सकता है, जो पहले से ही 600 किमी / घंटा तक की गति तक पहुंच सकती हैं और पर आधारित हैं अतिचालक चुंबक. या पारंपरिक तरीकों की जगह बिजली संयंत्रों में उनका उपयोग करें, जिसमें टरबाइन बिजली पैदा करने के लिए चुंबकीय क्षेत्रों में घूमते हैं। शक्तिशाली सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट संलयन प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने में मदद कर सकते हैं। एक सुपरकंडक्टिंग तार एक बैटरी के बजाय एक आदर्श ऊर्जा भंडारण उपकरण के रूप में कार्य कर सकता है, और सिस्टम में क्षमता एक हजार और एक मिलियन वर्षों तक संरक्षित रहेगी।

क्वांटम कंप्यूटर में, आप एक सुपरकंडक्टर में दक्षिणावर्त या वामावर्त प्रवाह कर सकते हैं। जहाज और कार के इंजन आज की तुलना में दस गुना छोटे होंगे, और महंगी मेडिकल डायग्नोस्टिक एमआरआई मशीनें आपके हाथ की हथेली में फिट होंगी। दुनिया भर के विशाल रेगिस्तानी रेगिस्तानों में खेतों से एकत्रित सौर ऊर्जा को बिना किसी नुकसान के संग्रहीत और स्थानांतरित किया जा सकता है।

4. जापानी मैग्लेव ट्रेन

भौतिक विज्ञानी और विज्ञान के प्रसिद्ध लोकप्रिय के अनुसार, काकूसुपरकंडक्टर्स जैसी प्रौद्योगिकियां एक नए युग की शुरुआत करेंगी। यदि हम अभी भी बिजली के युग में रह रहे होते, तो कमरे के तापमान पर सुपरकंडक्टर्स अपने साथ चुंबकत्व का युग लेकर आते।