अतिचालक चुंबक

सुपरकंडक्टर (अतिचालक) चुंबक अतिचालक तार की कॉइल से बना एक विद्युत चुंबक है। संचालन के समय उन्हें क्रायोजेनिक तापमान में ठंडा किया जाना चाहिए। अतिचालक स्थिति में तार में कोई विद्युत प्रतिरोध नहीं होता है और इसलिए सामान्य तार की तुलना में बहुत अधिक विद्युत धाराओं का संचालन कर सकता है जिससे तीव्र चुंबकीय क्षेत्र बनते हैं। अतिचालक चुंबक सभी की तुलना में मजबूत चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन कर सकते हैं लेकिन सबसे मजबूत अतिचालक विरोधी विद्युत चुंबक और बड़े अतिचालक चुंबक संचालित करने के लिए अल्पमूल्य हो सकते हैं क्योंकि वाइंडिंग (घुमावदार क्वाइल) में गर्मी के रूप में कोई ऊर्जा नष्ट नहीं होती है। इनका उपयोग अस्पतालों में एमआरआई (MRI) उपकरण और NMR स्पेक्ट्रोमीटर (वर्णक्रममापी), मास स्पेक्ट्रोमीटर, संयोजन शक्ति 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।

शीतलन
संचालन के समय चुंबक वाइंडिंग्स को उनके अतिचालकता से नीचे ठंडा किया जाना चाहिए। जिस तापमान पर घुमावदार सामग्री सामान्य प्रतिरोधी स्थिति से बदलती है और एक सुपरकंडक्टर बन जाती है जो क्रायोजेनिक रेंज में कमरे के तापमान से बहुत कम है। वाइंडिंग्स को सामान्य रूप से उनके महत्वपूर्ण तापमान से नीचे के तापमान पर ठंडा किया जाता है क्योंकि तापमान जितना कम होगा उतनी अच्छी प्रकार से सुपरकंडक्टिव वाइंडिंग काम करती है - उच्च धाराएं और चुंबकीय क्षेत्र वे अपने गैर-अतिचालक अवस्था में वापस आए बिना खड़े रह सकते हैं। सुपरकंडक्टिविटी बनाए रखने के लिए पर्याप्त तापमान पर चुंबक वाइंडिंग्स 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 सुपरकंडक्टिव वाइंडिंग के लिए गर्मी पंप के रूप में किया जाता है। इसमें 4.2 K का क्वथनांक होता है जो अधिकांश घुमावदार सामग्रियों के महत्वपूर्ण तापमान से काफी नीचे होता है। चुंबक और शीतलक एक थर्मली इंसुलेटेड कंटेनर (देवर फ्लास्क) में समाहित होते हैं जिसे क्रायोस्टेट कहा जाता है। हीलियम को उबलने से बचाने के लिए cryostat (क्रायोस्टेट) का निर्माण सामान्य रूप से 77 K पर तरल नाइट्रोजन (अल्पमूल्य) युक्त बाहरी आवरण के साथ किया जाता है। वैकल्पिक रूप से प्रवाहकीय सामग्री से बना एक थर्मल शील्ड और 40 K-60 K तापमान श्रेणी में बनाए रखा जाता है जिसे क्रायोकूलर शीत हेड के प्रवाहकीय संयोजन को हीलियम से भरे बर्तन के चारों ओर रखा जाता है ताकि ऊष्मा निवेश 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 अकेले 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।   क्रायोकूलर में जीएम पुनर्जनन चक्र एक पिस्टन प्रकार के डिसप्लेसर और हीट एक्सचेंजर 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 रेफ्रिजरेटर में पहला चरण उच्च शीतलन क्षमता प्रदान करेगा लेकिन 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 क्रायोस्टैट 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 सामग्री सुपरकंडक्टिंग बंद हो जाती है इसका "महत्वपूर्ण क्षेत्र", एचc, जो टाइप- II सुपरकंडक्टर के लिए इसका ऊपरी महत्वपूर्ण क्षेत्र है। एक और महत्वपूर्ण सीमित कारक विधुत Ic है जिस पर वाइंडिंग सामग्री भी अतिचालक होना बंद कर देती है। चुंबक में अग्रिमों ने बेहतर घुमावदार सामग्री बनाने पर ध्यान केंद्रित किया है।

अधिकांश विधुत चुम्बकों के अतिचालक भाग नाइओबियम टाइटेनियम से बने होते हैं। इस सामग्री में 10 केल्विन की सुपरकंडक्टिविटी होती है और यह लगभग 15 टेस्ला (यूनिट) तक सुपरकंडक्ट 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 कॉइल वाइंडिंग टाइप II सुपरकंडक्टर्स (जैसे नाइओबियम-टाइटेनियम या नाइओबियम-टिन ) के तारों या टेपों से बनी होती है। तार या टेप स्वयं तांबे के मैट्रिक्स में सुपरकंडक्टर 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 सुपरकंडक्टिविटी 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 सुपरकंडक्टर में धारा केवल एक सतह परत में प्रवाहित होती है जिसकी मोटाई लंदन प्रवेश गहराई तक सीमित होती है। (त्वचा का प्रभाव देखें) कॉइल को चुंबकीय दबाव और लोरेंत्ज़ बलों का सामना (प्रतिकार) करने के लिए सावधानी से रूपित किया जाना चाहिए अन्यथा आसन्न घुमावों के बीच तारों के टूटने या इन्सुलेशन के कुचलने का कारण बन सकता है।

बिजली की आपूर्ति
कॉइल वाइंडिंग्स को विद्युत एक उच्च धारा 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 प्रारंभ करने वाला होता है और अचानक विद्युत परिवर्तन के परिणामस्वरूप वाइंडिंग में एक बड़ा वोल्टेज स्पाइक होता है और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि विद्युत में तेजी से बदलाव से ईड़ी 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 प्रोग्राम किया जाता है। सामान्य रूप से प्रयोगशाला के आकार के चुंबक को सक्रिय या अक्रीय करने में कई मिनट लगते हैं।

स्थाई प्रणाली
अधिकांश सुपरकंडक्टिंग चुंबक द्वारा उपयोग किया जाने वाला एक वैकल्पिक संचालक माध्यम, सुपरकंडक्टर के एक टुकड़े के साथ वाइंडिंग को शार्ट सर्किट करना होता है जब चुंबक सक्रिय हो जाता है। घुमावदार एक बंद सुपरकंडक्टिंग 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 वाइंडिंग को शक्ति देने के लिए किसी ऊर्जा की आवश्यकता नहीं है। शॉर्ट सर्किट एक 'लगातार स्विच' द्वारा किया जाता है जो घुमावदार सिरों से जुड़े चुंबक के अंदर सुपरकंडक्टर का एक टुकड़ा होता है जो एक छोटे हीटर से जुड़ा होता है। 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। लगातार मोड में जाने के लिए वांछित चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त होने तक आपूर्ति चालू समायोजित की जाती है उसके पश्चात हीटर बंद कर दिया जाता है। लगातार स्विच अपने सुपरकंडक्टिंग तापमान को ठंडा करता है और वाइंडिंग्स को शॉर्ट-सर्किट करता है। तब जाकर बिजली आपूर्ति बंद की जा सकती है। वाइंडिंग करंट और चुंबकीय क्षेत्र वास्तव में  सदैव के लिए नहीं रहेगा लेकिन एक सामान्य आगमनात्मक (L/R) समय स्थिरांक के अनुसार धीरे-धीरे क्षय होगा:


 * $$H(t) = H_0 e^{-(R/L)t}\,$$

जहां $$R\,$$ जोड़ों या फ्लक्स गति प्रतिरोध नामक घटना के कारण सुपरकंडक्टिंग वाइंडिंग्स में एक छोटा अवशिष्ट प्रतिरोध है। लगभग सभी वाणिज्यिक सुपरकंडक्टिंग चुंबक स्थायी स्विच से सुसज्जित होते हैं।

चुंबक शमन
शमन चुंबक संचालन का एक असामान्य समापन है जो तब होता है जब सुपरकंडक्टिंग कॉइल का हिस्सा 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 एड़ी की धाराएं और जूल हीटिंग या दोनों का संयोजन। बहुत कम ही चुंबक 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 (सुपरकंडक्टिंग 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 क्रायोजेनिक्स 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 हीटिंग, 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 की शुरुआत का पता चलने पर विद्युत को रोकने या सीमित करने के लिए होते हैं। यदि एक बड़ा चुंबक शमन से गुजरता है तो वाष्पशील क्रायोजेनिक 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 सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का एक बड़ा भाग 2008 में स्टार्ट-अप संचालन के समय अप्रत्याशित रूप से बंद हो गया जिससे कई चुबकों को बदलना पड़ा। संभावित विनाशकारी शमन के विरुद्ध कम करने के लिए एलएचसी बनाने वाले सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट फास्ट-रैंपिंग हीटर से लैस 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 पावर सर्किट में 154 अलग-अलग चुंबक सम्मिलित और एक शमन घटना होनी चाहिए तथा इन चुंबकों की संपूर्ण संयुक्त संग्रहित ऊर्जा को तुरंत डंप किया जाना चाहिए। इस ऊर्जा को डंप में 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।

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। 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 सुपरकंडक्टिंग 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 सुपरकंडक्टिविटी खो जाती है जब नियोजित विघुत हेतु आवश्यक उच्च सटीकता पर संचालन होता है। 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 हासिल 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।

इतिहास
यद्यपि अतिचालक तार के साथ विद्युतचुंबक बनाने का विचार हेइके कामेरलिंग ओन्स द्वारा सन 1911 में सुपरकंडक्टिविटी की खोज के तुरंत बाद प्रस्तावित किया गया था। यह एक व्यावहारिक सुपरकंडक्टिंग विधुत चुम्बक को सुपरकंडक्टिंग सामग्री की खोज की प्रतीक्षा करनी पड़ी जो उच्च चुंबकीय क्षेत्रों में बड़े महत्वपूर्ण सुपरकरंट घनत्व का समर्थन कर सके। पहला सफल सुपरकंडक्टिंग चुंबक जी.बी. 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। 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 महत्वपूर्ण-सुपरकरंट घनत्व का समर्थन कर सकता है। अपनी भंगुर प्रकृति के के बाद भी नाइओबियम-टिन तब से 20 टेस्ला तक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाले सुपरमैग्नेट में अत्यंत उपयोगी साबित हुआ है।

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

सन 1962 में टीजी बर्लिनकोर्ट और आरआर हेक 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 सुपरकंडक्टिंग गुण होते हैं और वे अत्यधिक नमनीय, आसानी से निर्मित और कम मूल्य के होते हैं। 10 टेस्ला तक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाले सुपरमैग्नेट में उपयोगी, नाइओबियम-टाइटेनियम मिश्र धातु सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले सुपरमैग्नेट सामग्री हैं।

सन 1986 में, जॉर्ज बेडनोर्ज़ और कार्ल मुलर द्वारा उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स 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। यूनाइटेड स्टेट्स नेशनल रिसर्च काउंसिल का 30-टेस्ला सुपरकंडक्टिंग चुंबक बनाने का लक्ष्य है।

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

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 ऑल-सुपरकंडक्टिंग चुंबक के साथ 32.35 टी का एक नया विश्व-रिकॉर्ड हासिल किया गया है। एचटीएस (HTS) आतंरिक चुंबक के लिए नो-इन्सुलेशन तकनीक का भी उपयोग किया जाता है।

सन 2019 में, ने एक प्रतिरोधक चुंबक के साथ संयुक्त एक बिन-अछूता वाईबीसीओ 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।

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 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
प्रतिरोधक विद्युत चुम्बकों की तुलना में अतिचालक विद्युत चुम्बकों के कई लाभ हैं। वे चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न कर सकते हैं जो सामान्य फेरोमैग्नेटिक-कोर इलेक्ट्रोमैग्नेट 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 में क्षेत्र जहां क्षेत्र बनाया गया है लोहे की कोर द्वारा अधिकार किए जाने की जगह खाली 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 क्रायोजेनिक 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 सुपरकंडक्टिंग कॉइल उच्च क्षेत्रों में सामान्य (गैर-सुपरकंडक्टिंग) स्थिति (ऊपर शमन देखें) में प्रवेश करेंगे। 40 T से अधिक के स्थिर क्षेत्रों को अब विश्व के कई संस्थानों द्वारा सामान्य रूप से एक कटु विद्युत चुंबक के एक अतिचालक चुंबक के साथ संयोजन से (कभी-कभी सम्मिलित रूप में) प्राप्त किया जा सकता है।

सुपरकंडक्टिंग 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। 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 GJ दिन में एक या दो बार एकत्रित करते हैं। जैसे ही प्रोटॉन 450 GeV से 7 TeV तक त्वरित होते हैं तब सुपरकंडक्टिंग 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 सुपरकंडक्टिंग चुंबक एक सुपरकंडक्टर 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। 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। अब 1.2 GHz (28.2Tesla) NMR चुंबक उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी चुंबक का उपयोग करके 2020 में हासिल किया गया है। 1.3 GHz NMR चुंबक निर्माणाधीन है।

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

यह भी देखें

 * विधुत सीमक दोष
 * फ्लक्स पंपिंग

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

 * Making Superconducting Magnets From the National High Magnetic Field Laboratory
 * 1986 evaluation of NbTi and Nb3Sn for particle accelerator magnets.

Supraconductivité