जर...आम्हाला उच्च-तापमानाचे सुपरकंडक्टर मिळाले तर? आशेचे बंधन

लॉसलेस ट्रान्समिशन लाईन्स, कमी-तापमानाचे इलेक्ट्रिकल इंजिनियरिंग, सुपरइलेक्ट्रोमॅग्नेट्स, शेवटी थर्मोन्यूक्लियर अणुभट्ट्यांमध्ये प्लाझ्माचे लाखो अंश हळूवारपणे संकुचित करतात, एक शांत आणि वेगवान मॅग्लेव्ह रेल. आम्हाला सुपरकंडक्टरसाठी खूप आशा आहेत...

सुपरकंडक्टिव्हिटी शून्य विद्युत प्रतिकाराची भौतिक अवस्था म्हणतात. हे अगदी कमी तापमानात काही सामग्रीमध्ये साध्य केले जाते. त्याने ही क्वांटम घटना शोधून काढली कॅमरलिंग ओनेस (1) पारा मध्ये, 1911 मध्ये. शास्त्रीय भौतिकशास्त्र त्याचे वर्णन करण्यात अपयशी ठरले. शून्य प्रतिकाराव्यतिरिक्त, सुपरकंडक्टरचे आणखी एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य आहे चुंबकीय क्षेत्राला त्याच्या आवाजाच्या बाहेर ढकलणेतथाकथित Meissner प्रभाव (प्रकार I सुपरकंडक्टरमध्ये) किंवा चुंबकीय क्षेत्राला "व्हर्टिसेस" (टाईप II सुपरकंडक्टरमध्ये) मध्ये केंद्रित करणे.

बहुतेक सुपरकंडक्टर केवळ शून्याच्या जवळ असलेल्या तापमानावरच काम करतात. ते 0 केल्विन (-273,15 °C) असल्याचे नोंदवले जाते. अणूंची हालचाल या तापमानात ते जवळजवळ अस्तित्वात नाही. ही सुपरकंडक्टरची गुरुकिल्ली आहे. साधारणपणे इलेक्ट्रॉन कंडक्टरमध्ये हालचाल केल्याने इतर कंपन करणाऱ्या अणूंशी टक्कर होते, ज्यामुळे ऊर्जा नुकसान आणि प्रतिकार. तथापि, आम्हाला माहित आहे की उच्च तापमानात सुपरकंडक्टिव्हिटी शक्य आहे. हळुहळू, आम्ही कमी उणे सेल्सिअस तापमानात आणि अलीकडे प्लसवरही हा प्रभाव दाखवणारी सामग्री शोधत आहोत. तथापि, हे पुन्हा सहसा अत्यंत उच्च दाबाच्या अनुप्रयोगाशी संबंधित असते. अवाढव्य दबावाशिवाय खोलीच्या तापमानात हे तंत्रज्ञान तयार करणे हे सर्वात मोठे स्वप्न आहे.

सुपरकंडक्टिव्हिटीची स्थिती दिसण्यासाठी भौतिक आधार आहे कार्गो पकडणाऱ्यांच्या जोडीची निर्मिती - तथाकथित कूपर. अशा जोड्या समान ऊर्जा असलेल्या दोन इलेक्ट्रॉनच्या मिलनाच्या परिणामी उद्भवू शकतात. फर्मी ऊर्जा, म्हणजे सर्वात लहान उर्जा ज्याद्वारे फर्मिओनिक प्रणालीची उर्जा आणखी एक घटक जोडल्यानंतर वाढेल, जरी त्यांना बंधनकारक परस्परसंवादाची उर्जा फारच कमी असेल. यामुळे सामग्रीचे विद्युत गुणधर्म बदलतात, कारण एकल वाहक फर्मियन असतात आणि जोड्या बोसॉन असतात.

सहकार्य करा म्हणून, ही दोन फर्मिअन्सची एक प्रणाली आहे (उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रॉन) क्रिस्टल जाळीच्या कंपनांद्वारे एकमेकांशी संवाद साधतात, ज्याला फोनन्स म्हणतात. घटनेचे वर्णन केले आहे लिओना सहकार्य करते 1956 मध्ये आणि कमी-तापमान सुपरकंडक्टिव्हिटीच्या BCS सिद्धांताचा भाग आहे. कूपर जोडी बनवणाऱ्या फर्मिअन्समध्ये अर्ध्या स्पिन असतात (जे विरुद्ध दिशेने निर्देशित केले जातात), परंतु प्रणालीची परिणामी फिरकी भरलेली असते, म्हणजेच कूपर जोडी बोसॉन असते.

विशिष्ट तापमानावरील सुपरकंडक्टर हे काही घटक असतात, उदाहरणार्थ, कॅडमियम, कथील, अॅल्युमिनियम, इरिडियम, प्लॅटिनम, इतर घटक अतिसंवाहक अवस्थेत केवळ उच्च दाबाने जातात (उदाहरणार्थ, ऑक्सिजन, फॉस्फरस, सल्फर, जर्मेनियम, लिथियम) किंवा पातळ थरांचे स्वरूप (टंगस्टन, बेरीलियम, क्रोमियम), आणि काही अद्याप सुपरकंडक्टिंग नसू शकतात, जसे की चांदी, तांबे, सोने, नोबल वायू, हायड्रोजन, जरी सोने, चांदी आणि तांबे खोलीच्या तापमानात सर्वोत्तम कंडक्टर आहेत.

"उच्च तापमान" ला अजूनही खूप कमी तापमान आवश्यक आहे

1964 वर्षी विल्यम ए. लिटल मध्ये उच्च-तापमान सुपरकंडक्टिव्हिटीच्या अस्तित्वाची शक्यता सुचवली सेंद्रिय पॉलिमर. हा प्रस्ताव बीसीएस सिद्धांतातील फोनॉन-मध्यस्थ जोडणीच्या विरूद्ध एक्सिटॉन-मध्यस्थ इलेक्ट्रॉन जोडीवर आधारित आहे. जोहान्स जी. बेडनोर्झ आणि सी.ए. यांनी शोधलेल्या पेरोव्स्काईट-संरचित सिरेमिकच्या नवीन कुटुंबाचे वर्णन करण्यासाठी "उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स" हा शब्द वापरला गेला आहे. 1986 मध्ये म्युलर, ज्यासाठी त्यांना नोबेल पारितोषिक मिळाले. हे नवीन सिरॅमिक सुपरकंडक्टर (2) तांबे आणि ऑक्सिजनपासून इतर घटक जसे की लॅन्थॅनम, बेरियम आणि बिस्मथ मिसळून बनवले गेले.

2. सिरेमिक प्लेट शक्तिशाली चुंबकावर फिरत आहे

आमच्या दृष्टिकोनातून, "उच्च-तापमान" सुपरकंडक्टिव्हिटी अजूनही खूप कमी होती. सामान्य दाबांसाठी, मर्यादा -140 डिग्री सेल्सियस होती आणि अशा सुपरकंडक्टरला देखील "उच्च-तापमान" म्हटले जाते. हायड्रोजन सल्फाइडसाठी -70°C चे सुपरकंडक्टिव्हिटी तापमान अत्यंत उच्च दाबांवर पोहोचले आहे. तथापि, उच्च-तापमान सुपरकंडक्टरला थंड होण्यासाठी द्रव हीलियमऐवजी तुलनेने स्वस्त द्रव नायट्रोजन आवश्यक आहे, जे आवश्यक आहे.

दुसरीकडे, ते बहुतेक ठिसूळ सिरेमिक आहे, इलेक्ट्रिकल सिस्टममध्ये वापरण्यासाठी फारसे व्यावहारिक नाही.

शास्त्रज्ञांचा अजूनही असा विश्वास आहे की शोध लागण्याच्या प्रतीक्षेत एक चांगला पर्याय आहे, एक अद्भुत नवीन सामग्री जी निकष पूर्ण करेल जसे की खोलीच्या तपमानावर सुपरकंडक्टिव्हिटीपरवडणारे आणि वापरण्यास व्यावहारिक. काही संशोधनांमध्ये तांबे, एक जटिल क्रिस्टल ज्यामध्ये तांबे आणि ऑक्सिजन अणूंचे थर असतात यावर लक्ष केंद्रित केले आहे. पाण्यात भिजलेले ग्रेफाइट खोलीच्या तपमानावर सुपरकंडक्टर म्हणून काम करू शकतात अशा काही विसंगत परंतु वैज्ञानिकदृष्ट्या अस्पष्ट अहवालांवर संशोधन चालू आहे.

अलिकडची वर्षे उच्च तापमानात सुपरकंडक्टिव्हिटीच्या क्षेत्रात "क्रांती", "ब्रेकथ्रू" आणि "नवीन अध्याय" यांचा एक सत्य प्रवाह आहे. ऑक्टोबर 2020 मध्ये, खोलीच्या तापमानात (15°C वर) सुपरकंडक्टिव्हिटी नोंदवली गेली कार्बन डायसल्फाइड हायड्राइड (3), तथापि, ग्रीन लेसरद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या अतिशय उच्च दाबावर (267 GPa). होली ग्रेल, जी तुलनेने स्वस्त सामग्री असेल जी खोलीच्या तपमानावर आणि सामान्य दाबावर अतिवाहक असेल, अद्याप सापडलेली नाही.

3. 15°C वर कार्बन-आधारित सामग्री सुपरकंडक्टिव.

चुंबकीय युगाची पहाट

उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्सच्या संभाव्य अनुप्रयोगांची गणना इलेक्ट्रॉनिक्स आणि संगणक, लॉजिक उपकरणे, मेमरी घटक, स्विच आणि कनेक्शन, जनरेटर, अॅम्प्लीफायर्स, कण प्रवेगकांसह सुरू होऊ शकते. सूचीमध्ये पुढील: चुंबकीय क्षेत्रे, व्होल्टेज किंवा प्रवाह मोजण्यासाठी अत्यंत संवेदनशील उपकरणे, यासाठी चुंबक एमआरआय वैद्यकीय उपकरणे, चुंबकीय ऊर्जा साठवण उपकरणे, बुलेट ट्रेन, इंजिन, जनरेटर, ट्रान्सफॉर्मर आणि पॉवर लाईन्स. या ड्रीम सुपरकंडक्टिंग उपकरणांचे मुख्य फायदे कमी पॉवर डिसिपेशन, हाय स्पीड ऑपरेशन आणि असतील अत्यंत संवेदनशीलता.

सुपरकंडक्टरसाठी. पॉवर प्लांट बहुतेक वेळा व्यस्त शहरांजवळ बांधले जाण्याचे एक कारण आहे. अगदी 30 टक्के. त्यांनी तयार केले विद्युत ऊर्जा ते ट्रान्समिशन लाईन्सवर हरवले जाऊ शकते. विद्युत उपकरणांमध्ये ही एक सामान्य समस्या आहे. बहुतेक ऊर्जा उष्णतेमध्ये जाते. म्हणून, संगणकाच्या पृष्ठभागाचा एक महत्त्वपूर्ण भाग शीतलक भागांसाठी समर्पित आहे जे सर्किट्सद्वारे निर्माण होणारी उष्णता नष्ट करण्यास मदत करतात.

सुपरकंडक्टर उष्णतेसाठी ऊर्जेच्या नुकसानाची समस्या सोडवतात. प्रयोगांचा भाग म्हणून, शास्त्रज्ञ, उदाहरणार्थ, उदरनिर्वाहासाठी व्यवस्थापित करतात सुपरकंडक्टिंग रिंगच्या आत विद्युत प्रवाह दोन वर्षांपेक्षा जास्त. आणि हे अतिरिक्त उर्जेशिवाय आहे.

विद्युतप्रवाह थांबण्याचे एकमेव कारण म्हणजे द्रव हीलियममध्ये प्रवेश नव्हता, विद्युत प्रवाह चालू राहू शकत नाही म्हणून नाही. आमचे प्रयोग आम्हाला विश्वास देतात की सुपरकंडक्टिंग मटेरियलमधील प्रवाह शेकडो हजारो वर्षे वाहू शकतात, जर जास्त नाहीत. सुपरकंडक्टरमधील विद्युत प्रवाह कायमचा वाहू शकतो, ऊर्जा विनामूल्य हस्तांतरित करू शकतो.

в प्रतिकार नाही सुपरकंडक्टिंग वायरमधून प्रचंड विद्युत प्रवाह वाहू शकतो, ज्यामुळे अविश्वसनीय शक्तीचे चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते. त्यांचा वापर मॅग्लेव्ह ट्रेन्स (4) करण्यासाठी केला जाऊ शकतो, ज्या आधीच 600 किमी/ताशी वेगाने पोहोचू शकतात आणि त्यावर आधारित आहेत सुपरकंडक्टिंग मॅग्नेट. किंवा वीज निर्मितीसाठी चुंबकीय क्षेत्रामध्ये टर्बाइन फिरतात अशा पारंपारिक पद्धतींच्या जागी त्यांचा पॉवर प्लांटमध्ये वापर करा. शक्तिशाली सुपरकंडक्टिंग मॅग्नेट फ्यूजन प्रतिक्रिया नियंत्रित करण्यात मदत करू शकतात. एक सुपरकंडक्टिंग वायर बॅटरीऐवजी एक आदर्श ऊर्जा साठवण यंत्र म्हणून काम करू शकते आणि प्रणालीतील क्षमता हजार आणि एक दशलक्ष वर्षे संरक्षित केली जाईल.

क्वांटम कॉम्प्युटरमध्ये, तुम्ही सुपरकंडक्टरमध्ये घड्याळाच्या दिशेने किंवा घड्याळाच्या उलट दिशेने वाहू शकता. जहाज आणि कारची इंजिने आजच्यापेक्षा दहापट लहान असतील आणि महागडी वैद्यकीय निदानात्मक एमआरआय मशीन तुमच्या हाताच्या तळहातावर बसतील. जगभरातील विस्तीर्ण वाळवंटातील शेतांमधून गोळा केलेली, सौर ऊर्जा कोणत्याही नुकसानाशिवाय संग्रहित आणि हस्तांतरित केली जाऊ शकते.

4. जपानी मॅग्लेव्ह ट्रेन

भौतिकशास्त्रज्ञ आणि विज्ञानाच्या प्रसिद्ध लोकप्रियतेनुसार, काकूसुपरकंडक्टरसारखे तंत्रज्ञान नवीन युगात प्रवेश करेल. जर आपण अजूनही विजेच्या युगात जगत असू, तर खोलीच्या तापमानावरील सुपरकंडक्टर त्यांच्यासोबत चुंबकत्वाचे युग आणतील.