अतिचालक चुंबक

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लम्बवत बोर के साथ 20-टेस्ला सुपरकंडक्टिंग चुंबक का योजनाबद्ध चित्र।

अतिचालक चुंबक, अतिचालक तार की कुण्डली से बना एक विद्युत चुंबक है। संचालन के समय उन्हें परिशीतन तापमान में ठंडा किया जाना चाहिए। अतिचालक स्थिति में तार में कोई विद्युत प्रतिरोध नहीं होता है इसलिए यह सामान्य तार की तुलना में बहुत अधिक विद्युत धाराओं का संचालन कर सकता है जिससे तीव्र चुंबकीय क्षेत्र बनते हैं। अतिचालक चुंबक अन्य चुम्बकों की तुलना में शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन कर सकते हैं लेकिन सबसे शक्तिशाली अतिचालक विरोधी विद्युत चुंबक और बड़े अतिचालक चुंबक आसानी से संचालित हो सकते हैं क्योंकि वाइंडिंग (घुमावदार कुण्डली) में गर्मी के रूप में कोई ऊर्जा नष्ट नहीं होती है। इनका उपयोग अस्पतालों में एमआरआई (MRI) उपकरण और NMR वर्णक्रममापी, द्रव्यमान वर्णक्रममापी, संलयन रिएक्टर और कण त्वरक जैसे वैज्ञानिक उपकरणों में किया जाता है। जापान में निर्मित चुंबकीय उत्तोलन का उपयोग (एस.सी. मैग्लेव) रेलवे प्रणाली में उत्तोलन, मार्गदर्शन और प्रणोदन के लिए भी किया जाता है।

निर्माण

शीतलन

संचालन के समय चुंबक वाइंडिंग्स को उनके अतिचालकता से नीचे ठंडा किया जाना चाहिए। तापमान पर घुमावदार सामग्री सामान्य प्रतिरोधी स्थिति से बदलती है और अतिचालक बन जाती है जोकि परिशीतन श्रेणी में कमरे के तापमान से बहुत कम होता है। घुमावदार कुण्डली को सामान्य रूप से उनके क्रांतिक तापमान से कम तापमान पर ठंडा किया जाता है क्योंकि तापमान जितना कम होगा उतनी अच्छी प्रकार से कुंडली की अतिचालकता कार्य करती है। उच्च धाराएं और चुंबकीय क्षेत्र अपनी पूर्व अवस्था में पुनः आए बिना स्थिर रह सकते हैं। अतिचालकता बनाए रखने हेतु पर्याप्त तापमान पर चुंबक कुंडली को बनाए रखने के लिए सामान्य रूप से दो प्रकार की शीतलन प्रणालियों का उपयोग किया जाता है:

द्रव शीतित

तरल हीलियम का उपयोग कई अतिचालक कुंडलीयों के लिए शीतलक (ठन्डा रखने के लिए तरल पदार्थ) के रूप में किया जाता है। इसमें 4.2 K क्वथनांक होता है जो अधिकांश घुमावदार कुंडलीयों के क्रांतिक तापमान से नीचे होता है। चुंबक और शीतलक एक ऊष्मारोधी कंटेनर (डेवर फ्लास्क) में समाहित होते हैं जिसे क्रायोस्टेट कहा जाता है। हीलियम को उबलने से बचाने के लिए क्रायोस्टेट (निम्‍नतापस्थायी) का निर्माण सामान्य रूप से 77 K पर तरल नाइट्रोजन युक्त बाहरी आवरण (अल्पमूल्य) के साथ किया जाता है। वैकल्पिक रूप से प्रवाहकीय सामग्री से बने ऊष्मा परिरक्षक और 40 K-60 K तापमान श्रेणी में बनाए रखा जाता है, क्रायोकूलर शीत हेड के प्रवाहकीय संयोजन को हीलियम से भरे बर्तन के चारों ओर रखा जाता है ताकि निवेशित ऊष्मा को बाद में स्वीकार्य स्तर पर रखा जा सके। उच्च तापमान अतिचालक की खोज के लक्ष्यों में से एक ऐसे चुम्बकों का निर्माण करना है जिन्हें केवल तरल नाइट्रोजन द्वारा ठंडा किया जा सकता है। क्रायोजेनिक (परिशीतन) तरल पदार्थों को उबाले बिना लगभग 20 K से ऊपर के तापमान पर शीतलन प्राप्त किया जा सकता है।



यांत्रिक शीतलन

बढ़ती लागत और तरल हीलियम की घटती उपलब्धता के कारण कई अतिचालक प्रणालियों को दो चरणों वाले यांत्रिक प्रशीतन का उपयोग करके ठंडा किया जाता है। सामान्य रूप से दो प्रकार के मैकेनिकल क्रायोकूलर कार्यरत होते हैं जिनमें चुंबक को उनके महत्वपूर्ण तापमान से नीचे बनाए रखने के लिए पर्याप्त शीतलन शक्ति होती है। जिफोर्ड-मैकमोहन क्रायोकूलर 1960 के दशक से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है और इसका व्यापक उपयोग हुआ है। [1][2][3][4] क्रायोकूलर में G-M पुनर्जनन चक्र एक पिस्टन प्रकार के विस्थापक और ताप विनिमयक का उपयोग करके संचालित होता है। वैकल्पिक रूप से सन 1999 में पल्स ट्यूब रेफ्रिजरेटर का उपयोग करते हुए पहला व्यावसायिक अनुप्रयोग चिह्नित किया गया एवं कम कंपन और लंबी सेवा अंतराल के कारण क्रायोकूलर का यह प्रारूप शीघ्रता से सामान्य हो गया है क्योंकि पल्स ट्यूब प्रारूप यांत्रिक विस्थापन के स्थान पर एक ध्वनिक प्रक्रिया का उपयोग करते हैं। दो-चरण विशिष्ट प्रशीतक में पहला चरण उच्च शीतलन क्षमता प्रदान करेगा परन्तु उच्च तापमान (≈77 K) पर दूसरे चरण के साथ ≈4.2 K और <2.0 वाट शीतलन शक्ति तक पहुंच जाएगा। उपयोग में पहले चरण का उपयोग मुख्य रूप से परिशीतक के सहायक शीतलन के लिए किया जाता है तथा दूसरे चरण में मुख्य रूप से चुंबक को ठंडा करने के लिए किया जाता है।

घुमावदार कुंडल सामग्री

अतिचालक चुंबक में प्राप्त करने योग्य अधिकतम चुंबकीय क्षेत्र उस क्षेत्र द्वारा सीमित होता है जिस पर घुमावदार कुंडली अतिचालन "क्रांतिक क्षेत्र", Hc, टाइप- II अतिचालक के लिए इसका ऊपरी क्रांतिक क्षेत्र बंद हो जाता है। एक और महत्वपूर्ण सीमित कारक विधुत Ic है जिस पर वाइंडिंग सामग्री भी अतिचालक होना बंद कर देती है। अग्रिम चुंबको द्वारा अच्छी घुमावदार कुंडली बनाने पर ध्यान केंद्रित किया है।

अधिकांश विधुत चुम्बकों के अतिचालक भाग नाइओबियम टाइटेनियम से बने होते हैं। इस सामग्री में 10 K (केल्विन) की अतिचालकता होती है और यह लगभग 15 टेस्ला (यूनिट) तक अतिचालन कर सकता है। अधिक मूल्य के विद्युत चुंबक नाइओबियम-टिन (Nb3Sn) के बनाए जा सकते हैं। इनमें 18 K की अतिचालकता Tc होती है। 4.2 K पर संचालन करते समय वे 25 से 30 टेस्ला तक बहुत अधिक क्षेत्र की तीव्रता का सामना करने में सक्षम होते हैं। दुर्भाग्य से इस सामग्री से आवश्यक तंतु बनाना कहीं अधिक कठिन है। यही कारण है कि कभी-कभी Nb3Sn का संयोजन उच्च-क्षेत्र अनुभागों के लिए Sn और निचले-क्षेत्र अनुभागों के लिए NbTi का उपयोग किया जाता है। वैनेडियम-गैलियम एक अन्य सामग्री है जिसका उपयोग उच्च-क्षेत्र आवेषण के लिए किया जाता है।

उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्स (जैसे BSCCO या YBCO) का उपयोग उच्च-क्षेत्र आवेषण के लिए किया जा सकता है जब आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र Nb3Sn प्रबंधन कर सकते हैं। BSCCO, YBCO या मैग्नीशियम लीक का उपयोग विधुत तारों के लिए भी किया जा सकता है कमरे के तापमान से ठंडे चुंबक में प्रतिरोधक तारों से अधिक गर्मी के रिसाव के बिना उच्च धाराओं का संचालन करता है।


कंडक्टर (चालक) संरचना

अतिचालक चुंबक की घुमावदार कुंडली टाइप II अतिचालक (जैसे नाइओबियम-टाइटेनियम या नाइओबियम-टिन ) के तारों या टेपों से बनी होती है। तार या टेप स्वयं तांबे के मैट्रिक्स में अतिचालकों के छोटे तंतुओं (लगभग 20 माइक्रोमीटर माइक्रोमीटर मोटे) से बना हो सकता है। ताँबे की आवश्यकता यांत्रिक स्थिरता को जोड़ने के लिए होती है और यदि तापमान Tc से ऊपर बढ़ता है या करंट Ic से ऊपर उठता है और अतिचालकता लुप्त हो जाती है तो बड़ी धाराओं के लिए कम प्रतिरोध पथ प्रदान करने के लिए आवश्यक है। इस तंतु के इतना छोटा होने की आवश्यकता है क्योंकि इस प्रकार के अतिचालकों में धारा केवल एक सतह परत में प्रवाहित होती है जिसकी मोटाई "लंडन वेधन गहराई" तक सीमित होती है। (त्वचा का प्रभाव देखें) कॉइल को चुंबकीय दबाव और लोरेंत्ज़ बलों का सामना करने के लिए सावधानी से रूपित किया जाना चाहिए अन्यथा आसन्न घुमावों के बीच तारों के टूटने या इन्सुलेशन के नष्ट होने का कारण बन सकता है।

ऑपरेशन

7 टेस्ला (यूनिट) क्षैतिज बोर सुपरकंडक्टिंग चुंबक, मास स्पेक्ट्रोमीटर का भाग। बेलनाकार क्रायोस्टेट के अंदर चुंबक होता है।

बिजली की आपूर्ति

घुमावदार कुंडली को विद्युत, एक उच्च धारा के बहुत कम वोल्टेज एकदिश धारा की आपूर्ति द्वारा प्रदान किया जाता है क्योंकि स्थिर अवस्था में चुंबक के पार एकमात्र वोल्टेज फीडर तारों के प्रतिरोध के कारण होता है। चुंबक के माध्यम से विद्युत में कोई भी परिवर्तन बहुत धीरे-धीरे किया जाना चाहिए क्योंकि विद्युत रूप से चुंबक एक बड़ा प्रेरक होता है और अचानक विद्युत परिवर्तन के परिणामस्वरूप घुमावदार कुंडली में एक बड़ा वोल्टेज स्पाइक (वोल्टता प्रोत्कर्ष) होता है और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि विद्युत में शीघ्रता से बदलाव 'एड्डी वैधुत' का कारण बन सकता है, धाराओं और वाइंडिंग में यांत्रिक तनाव जो समाप्त हो सकता है (नीचे देखें)। इसलिए बिजली की आपूर्ति सामान्य रूप से माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित होती है जिसे कोमल रैंप में धीरे-धीरे वर्तमान परिवर्तनों को पूरा करने के लिए योजनाबद्ध किया जाता है। सामान्य रूप से प्रयोगशाला के आकार के चुंबक को सक्रिय या अक्रीय करने में कई मिनट लगते हैं।

स्थाई प्रणाली

अधिकांश अतिचालक चुंबक द्वारा उपयोग किया जाने वाला एक वैकल्पिक संचालक माध्यम, अतिचालक के एक भाग के साथ वाइंडिंग को लघु परिपथ करना है, जब चुंबक सक्रिय हो जाता है। बंद घुमावदार अतिचालक लूप बन जाते हैं तथा बिजली की आपूर्ति बंद कर दी जा सकती है और चुंबकीय क्षेत्र को संरक्षित करते हुए महीनों तक लगातार धाराएं बहती रहती हैं। इस लगातार माध्यम का लाभ यह है कि चुंबकीय क्षेत्र की स्थिरता सर्वोत्तम बिजली आपूर्ति के साथ प्राप्त करने योग्य से अच्छी है और घुमावदार कुंडली को शक्ति देने के लिए किसी ऊर्जा की आवश्यकता नहीं है। लघु परिपथ एक 'सतत स्विच' द्वारा किया जाता है जो घुमावदार सिरों से जुड़े चुंबक के अंदर अतिचालक का एक भाग होता है जो एक छोटे हीटर से जुड़ा होता है।[5] जब चुंबक को पहली बार चालू किया जाता है, तो स्विच के तार को उसके संक्रमण तापमान से ऊपर गर्म किया जाता है इसलिए यह प्रतिरोधक होता है। चूंकि वाइंडिंग में कोई प्रतिरोध नहीं है इसलिए स्विच वायर से कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है। सतत प्रणाली में जाने के लिए वांछित चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त होने तक चालू आपूर्ति समायोजित की जाती है उसके पश्चात हीटर बंद कर दिया जाता है। लगातार स्विच अपने अतिचालक तापमान को ठंडा करता है और वाइंडिंग्स को लघु परिपथीय करता है। तब जाकर बिजली आपूर्ति बंद की जा सकती है। वाइंडिंग विधुत और चुंबकीय क्षेत्र वास्तव में  सदैव के लिए नहीं रहेगा लेकिन एक सामान्य आगमनात्मक (L/R) समय स्थिरांक के अनुसार धीरे-धीरे क्षय होगा:

जहां जोड़ों या फ्लक्स गति प्रतिरोध नामक घटना के कारण घुमावदार अतिचालक में एक छोटा अवशिष्ट प्रतिरोध है। लगभग सभी वाणिज्यिक अतिचालक चुंबक स्थायी स्विच से सुसज्जित होते हैं।

चुंबक शमन

चुंबक शमन संचालन का एक असामान्य समापन है जो तब होता है जब अतिचालक कॉइल का भाग सामान्य (प्रतिरोधक) स्थिति में प्रवेश करता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि चुंबक का आंतरिक का क्षेत्र बहुत बड़ा होता है, क्षेत्र के परिवर्तन की दर बहुत बड़ी है (तांबे के समर्थन मैट्रिक्स में एड्डी की धाराएं और जूल हीटिंग या दोनों का संयोजन) बहुत कम ही चुंबकों में कोई दोष शमन का कारण बन सकता है। जब ऐसा होता है तो वह विशेष स्थान भारी धारा द्वारा तेजी से जूल ताप के अधीन होता है जिससे आसपास के क्षेत्रों का तापमान बढ़ जाता है। यह उन क्षेत्रों को सामान्य अवस्था में भी धकेलता है जिससे श्रृंखला प्रतिक्रिया में अधिक ताप होता है। संपूर्ण चुंबक तेजी से सामान्य हो जाता है (अतिचालक कॉइल के आकार के आधार पर इसमें कई सेकंड लग सकते हैं)। यह एक तीव्र धमाके के साथ होता है क्योंकि चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है और तरल परिशीतक का तेजी से उबलना बंद हो जाता है। विद्युत की अचानक कमी के परिणामस्वरूप किलोवोल्ट इंडक्टिव वोल्टेज स्पाइक्स और आर्किंग हो सकता है। चुंबक को स्थायी क्षति दुर्लभ है लेकिन स्थानीय गर्मी, उच्च वोल्टेज या बड़े यांत्रिक बलों द्वारा घटकों को क्षतिग्रस्त किया जा सकता है। व्यवहार में चुंबक सामान्य रूप से सुरक्षित उपकरण होते हैं जो शमन के आरम्भ का पता चलने पर विद्युत को रोकने या सीमित करने के लिए होते हैं। यदि एक बड़ा चुंबक शमन से गुजरता है तो वाष्पशील परिशीतक तरल पदार्थ द्वारा गठित निष्क्रिय वाष्प सांस लेने वाली हवा को विस्थापित करके संचालकों को एक महत्वपूर्ण श्वासावरोध का संकट प्रस्तुत कर सकता है।

CERN के लार्ज हैड्रान कोलाइडर लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में अतिचालक चुंबक का एक बड़ा भाग 2008 में आरंभिक संचालन के समय अप्रत्याशित रूप से बंद हो गया जिससे कई चुबकों को बदलना पड़ा। [6] संभावित विनाशकारी शमन के विरुद्ध कम करने के लिए LHC बनाने वाले अतिचालक चुंबक शीघ्र-अपेक्षित हीटर से सुसज्जित होते हैं जो जटिल शमन सुरक्षा प्रणाली द्वारा शमन घटना का पता चलने पर सक्रिय हो जाते हैं। चूंकि द्विध्रुवीय झुकने वाले चुंबक श्रृंखला में जुड़े होते हैं। प्रत्येक विधुत परिपथ में 154 अलग-अलग चुंबक सम्मिलित और एक शमन घटना होनी चाहिए तथा इन चुंबकों की संपूर्ण संयुक्त संग्रहित ऊर्जा को तुरंत संग्रहित किया जाना चाहिए। इस संग्रहित ऊर्जा को स्थानांतरित किया जाता है जो धातु के बड़े ब्लॉक होते हैं जो सेकंड के एक मामले में प्रतिरोधक ताप के कारण कई सौ डिग्री सेल्सियस तक गर्म हो जाते हैं। जबकि अवांछनीय कण त्वरक के संचालन के समय चुंबक शमन सामान्य रूप से होने वाली नियमित घटना है।[7]


चुंबक प्रशिक्षण

कुछ स्थानों पर बहुत उच्च धाराओं के लिए रूपित किए गए अतिचालक चुम्बकों को व्यापक विस्तार की आवश्यकता होती है ताकि चुम्बक अपने पूर्ण नियोजित धाराओं और क्षेत्रों में कार्य कर सकें। इसे चुंबक को "प्रशिक्षण" के रूप में जाना जाता है और इसमें एक प्रकार का भौतिक स्मृति प्रभाव निहित होता है। सर्न के लार्ज हैड्रोन कोलाइडर जैसे कण कोलाइडर की स्थिति में इसकी आवश्यकता होती है।[8][9] LHC के चुम्बकों को इसके पहले चालन पर 8 TeV (2×4 TeV) और इसके दूसरे चालन पर 14 TeV (2×7 TeV) पर चलने की योजना थी, लेकिन शुरुआत में इन्हें 3.5 TeV और 6.5 TeV की कम ऊर्जा पर संचालित किया गया था। प्रति बीम क्रमशः। सामग्री में प्रारंभिक क्रिस्टलोग्राफिक दोषों के कारण, वे शुरू में अपनी अतिचालक क्षमता (शमन) को अपने डिजाइन वर्तमान से निचले स्तर पर खो देंगे। सीईआरएन का कहना है कि यह विद्युत चुम्बकीय बलों के कारण है जो चुम्बकों में छोटी गतिविधियों का कारण बनता है जिसके कारण अतिचालकता लुप्त हो जाती है तब नियोजित विघुत हेतु आवश्यक उच्च सटीकता पर संचालन होता है।[9]चुम्बकों को बार-बार कम धारा पर चलाने और फिर धारा को थोड़ा बढ़ाकर जब तक वे नियंत्रण में नहीं हो जाते, चुंबक धीरे-धीरे दोनों अपने प्रारूप विनिर्देश के उच्च धाराओं का सामना करने के लिए आवश्यक क्षमता प्राप्त कर लेते हैं और ऐसा न होने पर उन्हें "हिलाया" जाता है जब तक कि वे शमन का अनुभव किए बिना अपने पूर्ण नियोजित प्रवाह पर मज़बूती से काम करने में अंततः सक्षम नहीं हो जाते।[9]


इतिहास

यद्यपि अतिचालक तार के साथ विद्युतचुंबक बनाने का विचार हेइके कामेरलिंग ओन्स द्वारा सन 1911 में अतिचालकता की खोज के तुरंत बाद प्रस्तावित किया गया था। यह एक व्यावहारिक अतिचालक विधुत चुम्बक को अतिचालकता सामग्री की खोज की प्रतीक्षा करनी पड़ी जो उच्च चुंबकीय क्षेत्रों में बड़े महत्वपूर्ण सुपरकरंट घनत्व का समर्थन कर सके। पहला सफल अतिचालक चुंबक G B द्वारा बनाया गया था। 1955 में नाइओबियम तार का उपयोग करके येंटेमा और 4.2 K पर 0.7 T (टेस्ला) का क्षेत्र प्राप्त किया।[10] उसके पश्चात 1961 में जे.ई. कुंजलर, ई. बुहलर, एफ.एस.एल. सू, और जे.एच. वर्निक ने यह खोज की कि नाइओबियम और टिन का एक यौगिक 8.8 टेस्ला के चुंबकीय क्षेत्र में 100,000 एम्पीयर प्रति वर्ग सेंटीमीटर से अधिक क्रांतिक-सुपरकरंट घनत्व का समर्थन कर सकता है।[11] अपनी भंगुर प्रकृति के के बाद भी नाइओबियम-टिन तब से 20 टेस्ला तक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाले अतिचुम्बक में अत्यंत उपयोगी साबित हुए है।

ड्वाइट एडम्स द्वारा सन 1960 में स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में पोस्टडॉक्टोरल सहयोगी के रूप में सतत स्विच का आविष्कार किया गया था। दूसरा सतत स्विच सन 1963 में एमएस छात्र आरडी लिच्टी द्वारा फ्लोरिडा विश्वविद्यालय में बनाया गया था। इसे UF भौतिक भवन में एक शोकेस में संरक्षित किया गया है।

सन 1962 में टी जी बर्लिनकोर्ट और आरआर हेक[12] ने नाइओबियम-टाइटेनियम मिश्र धातुओं के उच्च-महत्वपूर्ण-चुंबकीय-क्षेत्र, उच्च-महत्वपूर्ण-सुपरकरंट-घनत्व गुणों की खोज की। जबकि नाइओबियम-टाइटेनियम मिश्र धातुओं में नाइओबियम-टिन की तुलना में कम अतिचालकता गुण होते हैं और वे अत्यधिक नमनीय, आसानी से निर्मित और कम मूल्य के होते हैं। 10 टेस्ला तक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाले अतिचुम्बक में उपयोगी, नाइओबियम-टाइटेनियम मिश्र धातु सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले अतिचुम्बक पदार्थ हैं।

सन 1986 में, जॉर्ज बेडनोर्ज़ और कार्ल मुलर द्वारा उच्च तापमान अतिचालक की खोज ने इस क्षेत्र को सक्रिय कर दिया जिससे उन चुम्बकों की संभावना बढ़ गई जो हीलियम के साथ काम करने में अधिक कठिन होने के स्थान पर तरल नाइट्रोजन द्वारा ठंडा किया जा सकता था।

सन 2007 में, YBCO (वाईबीसीओ) की वाइंडिंग्स वाले एक चुंबक ने 26.8 टेस्ला (यूनिट) का विश्व रिकॉर्ड बनाया।[13] यूनाइटेड स्टेट्स नेशनल रिसर्च काउंसिल का 30-टेस्ला अतिचालक चुंबक बनाने का लक्ष्य है।

सन 2016 में, यून एट अल ने 26 T नो-इन्सुलेशन (अपृथक्कर्ण) अतिचालकता चुंबक की सूचना दी थी जिसे उन्होंने GdBa2Cu3O7–x से बनाया था,[14] एक तकनीक का उपयोग करते हुए उन्होंने पहले 2013 में रिपोर्ट की थी।[15]

सन 2017 में, नेशनल हाई मैग्नेटिक फील्ड लेबोरेटरी (NHMFL) द्वारा बनाए गए YBCO चुंबक ने 32 T की ताकत के साथ पिछले विश्व रिकॉर्ड को तोड़ दिया। यह सभी सुपरकंडक्टिंग उपयोगकर्ता चुंबक है जिसे कई दशकों तक चलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वे 2018 तक रिकॉर्ड रखते हैं।

सन 2019 में इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज (IEE, CAS) द्वारा सर्व - अतिचालक चुंबकों के साथ 32.35 टी का एक नया विश्व-रिकॉर्ड हासिल किया गया है।[16] HTS (एचटीएस) आतंरिक चुंबक के लिए नो-इन्सुलेशन तकनीक का भी उपयोग किया जाता है।

सन 2019 में, NHMFL ने एक प्रतिरोधक चुंबक के साथ संयुक्त एक बिन-अछूता YBCO टेस्ट कॉइल भी विकसित किया और 45.5 T पर चुंबक के किसी भी विन्यास के लिए उच्चतम निरंतर चुंबकीय क्षेत्र के लिए प्रयोगशाला के अपने विश्व रिकॉर्ड को तोड़ दिया।[17] [18]

सन 2022 में हेफ़ेई इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिकल साइंस, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज (एचएफआईपीएस, सीएएस) ने 45.22 टी के सबसे मजबूत स्थिर चुंबकीय क्षेत्र के लिए नए विश्व रिकॉर्ड प्रस्तुत किया[19][20] जबकि 2019 में पिछला नेशनल हाई मैग्नेटिक फील्ड लेबोरेटरी रिकॉर्ड 45.5 T वास्तव में तब पहुंचा था जब एक शमन घटना में चुंबक तुरंत विफल हो गया था।

उपयोग

एक एमआरआई मशीन जो सुपरकंडक्टिंग चुंबक का उपयोग करती है। इसमें चुंबक डोनट के आकार के आवास के अंदर होता है और केंद्र (छेद) के अंदर 3-टेस्ला क्षेत्र बना सकता है।

प्रतिरोधक विद्युत चुम्बकों की तुलना में अतिचालक विद्युत चुम्बकों के कई लाभ हैं। वे चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न कर सकते हैं जो सामान्य लौहचुंबकीय-कोर विधुतचुम्बक द्वारा उत्पन्न की तुलना में दस गुना अधिक मजबूत होते हैं जो लगभग 2 T (टेस्ला) के क्षेत्रों तक सीमित हैं। क्षेत्र सामान्य रूप से अधिक स्थिर होता है जिसके परिणामस्वरूप कम ध्वनि माप होता है। वे छोटे हो सकते हैं और चुंबक के केंद्र का क्षेत्र जहां लोहे की कोर द्वारा अधिकार किए जाने की जगह खाली है, क्षेत्र बनाया गया है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि बड़े चुम्बकों के लिए वे बहुत कम बिजली की खपत कर सकते हैं। स्थिर स्थिति (ऊपर) में चुंबक द्वारा खपत की जाने वाली एकमात्र शक्ति परिशीतन तापमान को बनाए रखने के लिए किसी भी प्रशीतन उपकरण के लिए आवश्यक है। हालांकि उच्च क्षेत्र विशेष ठंडे प्रतिरोधी विद्युत चुम्बकों के साथ प्राप्त किया जा सकता है क्योंकि अतिचालक कॉइल उच्च क्षेत्रों में सामान्य (गैर- अतिचालक) स्थिति (ऊपर शमन देखें) में प्रवेश करेंगे। 40 T से अधिक के स्थिर क्षेत्रों को अब विश्व के कई संस्थानों द्वारा सामान्य रूप से कटु विद्युत चुंबक के एक अतिचालक चुंबक के साथ संयोजन से (कभी-कभी सम्मिलित रूप में) प्राप्त किया जा सकता है।

अतिचालक चुंबक का व्यापक रूप से एमआरआई मशीनों, परमाणु चुंबकीय अनुनाद उपकरण, द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर, चुंबकीय पृथक्करण प्रक्रियाओं और कण त्वरक में उपयोग किया जाता है।

जापान में, जापानी राष्ट्रीय रेलवे और बाद में मध्य जापान रेलवे कंपनी (जे आर सेंट्रल) द्वारा एस सी मैग्लेव में दशकों के अनुसंधान और विकास के बाद जापान सरकार ने टोक्यो को नागोया और बाद में ओसाका से जोड़ने वाले चुओ शिंकान्सेन के निर्माण के लिए जे आर सेंट्रल को अनुमति दी।

एलएचसी कण त्वरक में एससी चुंबक का सबसे चुनौतीपूर्ण उपयोग है।[21] नाइओबियम-टाइटेनियम (Nb-Ti) मैग्नेट 1.9 K पर काम करते हैं ताकि वे 8.3 T पर सुरक्षित रूप से चल सकें। प्रत्येक चुंबक 7 MJ एकत्रित करता है। कुल मिलाकर चुंबक 10.4 gigajoules (2.5 tons of TNT) दिन में एक या दो बार एकत्रित करते हैं। जैसे ही प्रोटॉन 450 GeV से 7 TeV तक त्वरित होते हैं तब अतिचालक बेंडिंग चुंबक का क्षेत्र 0.54 T से 8.3 T तक बढ़ जाएगा।

आईटीईआर संलयन रिएक्टर के लिए डिज़ाइन किए गए केंद्रीय सोलेनॉइड और टॉरॉयडल क्षेत्र अतिचालक चुंबक एक अतिचालक के रूप में नाइओबियम-टिन (Nb 3 Sn) का उपयोग करते हैं। सेंट्रल सोलनॉइड कॉइल 46 kA की ऊर्जा लेगा और 13.5 टेस्ला का क्षेत्र उत्पन्न करेगा। 11.8 T के अधिकतम क्षेत्र में 18 टोरॉयडल फील्ड कॉइल्स 41 GJ (कुल) स्टोर करेंगे।[clarification needed] उनका परीक्षण रिकॉर्ड 80 KA पर किया गया है। अन्य निचले क्षेत्र के आईटीईआर चुंबक (पीएफ और सीसी) नाइओबियम-टाइटेनियम का उपयोग करेंगे। अधिकांश ITER चुम्बकों का क्षेत्र प्रति घंटे कई बार भिन्न होगा।

21-टेस्ला SC चुंबक का उपयोग करने के लिए एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन मास स्पेक्ट्रोमीटर की योजना बनाई गई थी।[22] अब 1.2 GHz (28.2Tesla) NMR चुंबक[23] उच्च तापमान अतिचालक चुंबक का उपयोग करके 2020 में हासिल किया गया है। 1.3 GHz NMR चुंबक निर्माणाधीन है।[24]

वैश्विक स्तर पर 2014 में लगभग पाँच बिलियन यूरो की आर्थिक गतिविधि हुई जिसके परिणामस्वरूप अतिचालकता अपरिहार्य है।[25] एमआरआई प्रणाली जिनमें से अधिकांश नाइओबियम-टाइटेनियम का उपयोग करते हैं उसका लगभग 80% हिस्सा है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Gifford, W. E.; Longsworth, R. C. (1964), Pulse tube refrigeration (PDF), Trans. ASME, J. Eng. Ind. 63, 264
  2. ↑ Gifford, W. E.; Longsworth, R. C. (1965), Surface heat pumping, Adv. Cryog. Eng. 11, 171
  3. ↑ Longsworth, R. C. (1967), An experimental investigation of pulse tube refrigeration heat pumping rate, Adv. Cryog. Eng. 12, 608
  4. ↑ Matsubara, Yoichi (1994), "Pulse Tube Refrigerator", Transactions of the Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Transactions of the Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Volume 11, Issue 2, pp. 89-99, 11 (2): 89, Bibcode:2011TRACE..11...89M
  5. ↑ 1. Adams, E.D.; Goodkind, J.M. (1963) "Cryostat for Investigations to Temperatures below 0.02 K." Cryogenics 3, 83 (1963)
  6. ↑ "Interim Summary Report on the Analysis of the 19 September 2008 Incident at the LHC" (PDF). CERN.
  7. ↑ Peterson, Tom. "Explain it in 60 seconds: Magnet Quench". Symmetry Magazine. Fermilab/SLAC. Retrieved 15 February 2013.
  8. ↑ Restarting the LHC: Why 13 Tev? | CERN. Home.web.cern.ch. Retrieved on 2015-12-19.
  9. ↑ 9.0 9.1 9.2 First LHC magnets prepped for restart. symmetry magazine. Retrieved on 2015-12-19.
  10. ↑ Yntema, G.B. (1955). "Superconducting winding for electromagnets". Physical Review. APS. 98 (4): 1197. Bibcode:1955PhRv...98.1144.. doi:10.1103/PhysRev.98.1144.
  11. ↑ Kunzler, J.E.; Buehler, E.; Hsu, F.S.L.; Wernick, J.H. (1961). "Superconductivity in Nb3Sn at High Current Density in a Magnetic Field of 88 kilogauss". Physical Review Letters. APS. 6 (5): 890. Bibcode:1961PhRvL...7..215K. doi:10.1103/physrevlett.7.215.
  12. ↑ Berlincourt, T.G.; Hake, R.R. (1962). "Pulsed-Magnetic-Field Studies of Superconducting Transition Metal Alloys at High and Low Current Densities". Bulletin of the American Physical Society. APS. II (7): 408.
  13. ↑ "New mag lab record promises more to come". News Release. National High Magnetic Field Laboratory, USA. August 7, 2007. Retrieved 2008-10-23.
  14. ↑ Yoon, Sangwon; Kim, Jaemin; Cheon, Kyekun; Lee, Hunju; Hahn, Seungyong; Moon, Seung-Hyun (2016). "26 T 35 mm all-GdBa2Cu3O7–xmulti-width no-insulation superconducting magnet". Superconductor Science and Technology. 29 (4): 04LT04. doi:10.1088/0953-2048/29/4/04LT04. S2CID 124134119.
  15. ↑ Hahn, Seungyong; Kim, Youngjae; Keun Park, Dong; Kim, Kwangmin; Voccio, John P.; Bascuñán, Juan; Iwasa, Yukikazu (2013). "No-insulation multi-width winding technique for high temperature superconducting magnet". Applied Physics Letters. 103 (17): 173511. doi:10.1063/1.4826217. PMC 3820593. PMID 24255549.
  16. ↑ Liu, Jianhua; Wang, Qiuliang; Qin, Lang; Zhou, Benzhe; Wang, Kangshuai; Wang, Yaohui; Wang, Lei; Zhang, Zili; Dai, Yinming; Liu, Hui; Hu, Xinning; Wang, Hui; Cui, Chunyan; Wang, Dangui; Wang, Hao (2020-02-12). "World record 32.35 tesla direct-current magnetic field generated with an all-superconducting magnet". Superconductor Science and Technology (in English). 33 (3): 03LT01. doi:10.1088/1361-6668/ab714e. ISSN 0953-2048. S2CID 213171620.
  17. ↑ Larbalestier, David (June 12, 2019). "With mini magnet, National MagLab creates world-record magnetic field". News Release. National High Magnetic Field Laboratory, USA. Retrieved 2020-07-31.
  18. ↑ Hahn, S. (June 12, 2019). "45.5-tesla direct-current magnetic field generated with a high-temperature superconducting magnet". Journal Article. Nature. 570 (7762): 496–499. doi:10.1038/s41586-019-1293-1. PMID 31189951. S2CID 186207595. Retrieved 2020-07-31.
  19. ↑ Xiaomin, Huang; Shu, Zhou; Sciences, Chinese Academy of. "China claims new world record for strongest steady magnetic field". phys.org (in English). Retrieved 2022-08-16.
  20. ↑ "刷新世界纪录！国家稳态强磁场实验装置产生最高稳态磁场". m.thepaper.cn. Retrieved 2022-08-16.
  21. ↑ Operational challenges of the LHC. cea.fr
  22. ↑ "Bruker Daltonics Chosen to Build World's First 21.0 Tesla FT-ICR Magnet". 29 October 2010.
  23. ↑ "GHz Class NMR | Ultra High Magnetic Field". www.bruker.com (in English). Retrieved 2022-08-16.
  24. ↑ Park, Dongkeun; Bascuñán, Juan; Li, Yi; Lee, Wooseung; Choi, Yoonhyuck; Iwasa, Yukikazu (August 2021). "Design Overview of the MIT 1.3-GHz LTS/HTS NMR Magnet with a New REBCO Insert". IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 31 (5): 1–6. doi:10.1109/TASC.2021.3064006. ISSN 1558-2515. PMC 8078478. PMID 33927545.
  25. ↑ "Conectus - Market". www.conectus.org. Retrieved 2015-06-22.


आगे की पढाई

  • Martin N. Wilson, Superconducting Magnets (Monographs on Cryogenics), Oxford University Press, New edition (1987), ISBN 978-0-19-854810-2.
  • Yukikazu Iwasa, Case Studies in Superconducting Magnets: Design and Operational Issues (Selected Topics in Superconductivity), Kluwer Academic / Plenum Publishers, (October 1994), ISBN 978-0-306-44881-2.
  • Habibo Brechna, Superconducting magnet systems, New York, Springer-Verlag New York, Inc., 1973, ISBN 3-540-06103-7, ISBN 0-387-06103-7


बाहरी संबंध

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