बिटर विद्युत चुंबक

बिटर इलेक्ट्रोमैग्नेट या बिटर सोलनॉइड एक प्रकार का इलेक्ट्रोमैग्नेट है जिसका आविष्कार 1933 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी फ्रांसिस बिटर ने किया था जिसका उपयोग वैज्ञानिक अनुसंधान में अत्यंत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए किया गया था। 45 टेस्ला (यूनिट) तक पृथ्वी पर सबसे मजबूत निरंतर मानव निर्मित चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने के लिए बिटर विद्युत चुम्बकों का उपयोग 2011 तक किया गया है।

लाभ
बिटर विद्युत चुम्बकों का उपयोग वहां किया जाता है जहां अत्यधिक मजबूत क्षेत्रों की आवश्यकता होती है। पारंपरिक इलेक्ट्रोमैग्नेट्स संतृप्ति (चुंबकीय) में उपयोग किए जाने वाले चुंबकीय कोर, और लगभग 2 टेस्ला के क्षेत्र तक सीमित हैं। अतिचालकता सुपरकंडक्टिंग चुंबक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न कर सकते हैं किन्तु फ्लक्स रेंगने के कारण 10 से 20 टेस्ला के क्षेत्र तक सीमित हैं, यद्यपि सैद्धांतिक सीमाएं अधिक हैं। मजबूत क्षेत्रों के लिए बिटर डिजाइन के प्रतिरोधक solenoid इलेक्ट्रोमैग्नेट का उपयोग किया जाता है। उनका हानि यह है कि उन्हें बहुत अधिक ड्राइव धाराओं की आवश्यकता होती है और बड़ी मात्रा में गर्मी को नष्ट कर देते हैं।

निर्माण
बिटर चुम्बकों का निर्माण सर्कुलर कंडक्टिंग धातु प्लेट्स और विद्युतीय इन्सुलेशन स्पेसर्स से होता है, जो तार के कॉइल के अतिरिक्त कुंडलित वक्रता कॉन्फ़िगरेशन में स्टैक्ड होते हैं। वर्तमान प्लेटों के माध्यम से एक पेचदार पथ में प्रवाहित होता है। इस डिजाइन का आविष्कार 1933 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी फ्रांसिस बिटर ने किया था। उनके सम्मान में, प्लेटों को बिटर प्लेट्स के रूप में जाना जाता है। स्टैक्ड प्लेट डिज़ाइन का उद्देश्य प्लेट में गतिमान विद्युत आवेशों पर कार्य करने वाले चुंबकीय क्षेत्र के कारण लोरेंत्ज़ बलों के माध्यम से उत्पन्न भारी बाहरी यांत्रिक दबाव का सामना करना है, जो चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के वर्ग के साथ बढ़ता है। इसके अतिरिक्त, पानी एक शीतलक के रूप में प्लेटों में छिद्रों के माध्यम से प्रसारित होता है, जिससे उनके माध्यम से बहने वाली बड़ी धाराओं के माध्यम से जूल हीटिंग के कारण प्लेटों में बनाई गई भारी गर्मी को दूर किया जा सके। चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के वर्ग के साथ गर्मी अपव्यय भी बढ़ता है।

1990 के दशक के मध्य में तल्हासी में फ्लोरिडा स्टेट यूनिवर्सिटी में राष्ट्रीय उच्च चुंबकीय क्षेत्र प्रयोगशाला (एनएचएमएफएल) के शोधकर्ताओं ने इस मूल डिजाइन में सुधार किया और इसे फ्लोरिडा बिटर के रूप में संदर्भित किया। माउंटिंग और कूलिंग होल को लंबा करने से सिस्टम में विकसित होने वाले स्ट्रेस में अधिक कमी आती है और कूलिंग दक्षता में सुधार होता है। जैसे ही मूल कड़वी प्लेटों में तनाव बढ़ता है, वे थोड़ा मुड़ जाते हैं जिससे छोटे सर्कुलर कूलिंग होल संरेखण से बाहर निकल जाते हैं जिससे कूलिंग सिस्टम की प्रभावकारिता कम हो जाती है। फ़्लोरिडा की कड़वी प्लेटें कम तनाव के कारण कम मुड़ेंगी, और डिस्क के किसी भी मोड़ के अनुभव के अतिरिक्त लंबे समय तक ठंडा करने वाले छेद हमेशा आंशिक संरेखण में रहेंगे। इस नए डिजाइन ने दक्षता में 40% की वृद्धि की अनुमति दी और बिटर प्लेट आधारित प्रतिरोधी चुंबकों के लिए पसंद का डिजाइन बन गया है।

वर्तमान घनत्व और चुंबकीय प्रवाह घनत्व
तांबे के तार के विपरीत, एक वर्तमान ले जाने वाली डिस्क का वर्तमान घनत्व उसके पार-अनुभागीय क्षेत्र में समान नहीं है, उचित रूप से डिस्क के आंतरिक व्यास के अनुपात का एक कार्य है जो डिस्क के भीतर एक इच्छानुसार त्रिज्या है। इस संबंध का निहितार्थ यह है कि वर्तमान घनत्व त्रिज्या में वृद्धि के साथ घटता है। जैसे, करंट का बड़ा हिस्सा डिस्क की आंतरिक त्रिज्या के करीब बह रहा है। बड़ी डिस्क (अर्थात, उनके आंतरिक और बाहरी त्रिज्या के बीच बड़े अंतर वाली डिस्क) में डिस्क के आंतरिक और बाहरी भागों के बीच वर्तमान घनत्व में बड़ी विसंगति होगी। यह दक्षता को कम करेगा और सिस्टम में अतिरिक्त जटिलताएं उत्पन्न करेगा क्योंकि डिस्क के साथ अधिक पर्याप्त तापमान और तनाव प्रवणता होगी। इस प्रकार, नेस्टेड कॉइल्स की एक श्रृंखला का अधिकांशतः उपयोग किया जाता है क्योंकि यह बड़े डिस्क वाले एकल कॉइल के विपरीत एक बड़े संयुक्त क्षेत्र में अधिक समान रूप से वर्तमान वितरित करेगा।

चुंबकीय प्रवाह घनत्व की गणना करते समय गैर-समान वर्तमान घनत्व पर भी विचार किया जाना चाहिए। तार के एक बुनियादी वर्तमान ले जाने वाले लूप के लिए एम्पीयर का नियम यह देता है कि ऑन-एक्सिस चुंबकीय प्रवाह तार के माध्यम से चलने वाली धारा के समानुपाती होता है और लूप की मूल ज्यामिति से संबंधित होता है, किन्तु इसका क्रॉस सेक्शन की ज्यामिति से कोई सरोकार नहीं है। तार। एक तार के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र में वर्तमान घनत्व समान है। बिटर डिस्क के स्थितियों में ऐसा नहीं है। इस प्रकार, वर्तमान शब्द को डिस्क के क्रॉस-आंशिक क्षेत्र और वर्तमान घनत्व पर चर्चा करने वाली शर्तों के साथ प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। परिणाम के रूप में एक कड़वी डिस्क के ऑन-एक्सिस चुंबकीय प्रवाह घनत्व के लिए समीकरण अधिक जटिल हो जाता है।

अंतर प्रवाह घनत्व वर्तमान घनत्व और अंतर क्षेत्र से संबंधित है। कूलिंग और माउंटिंग होल से संबंधित डिस्क में बदलाव की भरपाई के लिए स्पेस फैक्टर की प्रारंभिक को सम्मलित किया जाना चाहिए।

बिटर मैग्नेट रिकॉर्ड करें
पृथ्वी पर सबसे मजबूत निरंतर चुंबकीय क्षेत्र बिटर चुम्बकों के माध्यम से निर्मित किए गए हैं। कमरे के तापमान चुंबक के माध्यम से प्राप्त किया गया सबसे मजबूत निरंतर क्षेत्र 37.5 टी  है जो  निज्मेजेन, नीदरलैंड में रेडबौड विश्वविद्यालय हाई फील्ड मैगनेट लेबोरेटरी में एक बिटर इलेक्ट्रोमैग्नेट के माध्यम से उत्पादन किया गया। सबसे मजबूत सतत मानव निर्मित चुंबकीय क्षेत्र, 45टी, अतिचालक चुंबक के अंदर बिटर चुंबक से मिलकर संकर डिवाइस के माध्यम से निर्मित किया गया था। प्रतिरोधक चुंबक 33.5 टी उत्पन्न करता है और सुपरकंडक्टिंग कॉइल शेष 11.5 टी का उत्पादन करते हैं। पूर्व चुंबक को 30 एम डब्ल्यू शक्ति की आवश्यकता होती है मेगावाट बिजली, बाद में रखा जाना चाहिए 1.8 K तरल हीलियम का उपयोग करना, ठंडा होने में 6 सप्ताह लगना। पूर्ण क्षेत्र में चलाने के लिए प्रति घंटे $ 1452 का खर्च आता है। 2019 में, एक और आंशिक रूप से सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोमैग्नेट ने स्थिर डीसी चुंबकीय क्षेत्र के लिए विश्व रिकॉर्ड प्राप्त किया: 45.5टी।

यह भी देखें

 * अतिचालक चुंबक

बाहरी संबंध

 * National High Magnetic Field Laboratory Magnet Projects Page at Florida State University
 * Magnets at Nijmegen High Field Magnet Laboratory
 * The Frog That Learned to Fly and a ball of water inside a Bitter solenoid at the High Field Magnet Laboratory
 * Diagrams and description of the Bitter solenoid used in the frog levitation demonstration
 * Bitter magnet designs: NHMFL Bitter Magnet and Radbound University Bitter Solenoid