अतिचालक चुंबक

एक सुपरकंडक्टिंग चुंबक अतिचालक तार के कॉइल से बना एक इलेक्ट्रोमैग्नेट है। ऑपरेशन के दौरान उन्हें क्रायोजेनिक तापमान में ठंडा किया जाना चाहिए। अपने सुपरकंडक्टिंग राज्य 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। सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट सभी की तुलना में मजबूत चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन कर सकते हैं, लेकिन सबसे मजबूत गैर-सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोमैग्नेट, और बड़े सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट संचालित करने के लिए सस्ता हो सकते हैं क्योंकि वाइंडिंग में गर्मी के रूप में कोई ऊर्जा नष्ट नहीं होती है। उनका उपयोग अस्पतालों में चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग उपकरणों और परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोमीटर, मास स्पेक्ट्रोमीटर, फ्यूजन शक्ति और कण त्वरक जैसे वैज्ञानिक उपकरणों में किया जाता है। उनका उपयोग एससीएमग्लेव|जापान में निर्मित चुंबकीय उत्तोलन (एस.सी. मैग्लेव) रेलवे प्रणाली में उत्तोलन, मार्गदर्शन और प्रणोदन के लिए भी किया जाता है।

शीतलन
ऑपरेशन के दौरान, चुंबक वाइंडिंग्स को उनकी अतिचालकता से नीचे ठंडा किया जाना चाहिए, जिस तापमान पर घुमावदार सामग्री सामान्य प्रतिरोधी स्थिति से बदलती है और एक सुपरकंडक्टिविटी बन जाती है, जो क्रायोजेनिक रेंज में कमरे के तापमान से काफी नीचे है। वाइंडिंग्स को आमतौर पर उनके महत्वपूर्ण तापमान से काफी नीचे के तापमान पर ठंडा किया जाता है, क्योंकि तापमान जितना कम होगा, बेहतर 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 आमतौर पर दो प्रकार की शीतलन प्रणालियों का उपयोग किया जाता है:

तरल-ठंडा
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 का निर्माण आमतौर पर 77 K पर (काफी सस्ता) तरल नाइट्रोजन युक्त बाहरी जैकेट के साथ किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, प्रवाहकीय सामग्री से बना एक थर्मल शील्ड और 40 K-60 K तापमान रेंज में बनाए रखा जाता है, जिसे क्रायोकूलर कोल्ड हेड के प्रवाहकीय कनेक्शन को हीलियम से भरे बर्तन के चारों ओर रखा जाता है ताकि गर्मी इनपुट को बाद में स्वीकार्य स्तर पर रखा जा सके। उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स की खोज के लक्ष्यों में से एक ऐसे चुम्बकों का निर्माण करना है जिन्हें अकेले तरल नाइट्रोजन द्वारा ठंडा किया जा सकता है। क्रायोजेनिक 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 तौर पर दो प्रकार के मैकेनिकल क्रायोकूलर कार्यरत होते हैं जिनमें मैग्नेट को उनके महत्वपूर्ण तापमान से नीचे बनाए रखने के लिए पर्याप्त शीतलन शक्ति होती है। Gifford-McMahon क्रायोकूलर 1960 के दशक से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है और इसका व्यापक उपयोग हुआ है।   क्रायोकूलर में G-M रीजेनरेटर चक्र एक पिस्टन प्रकार के डिसप्लेसर और हीट एक्सचेंजर का उपयोग करके संचालित होता है। वैकल्पिक रूप से, 1999 ने पल्स ट्यूब रेफ्रिजरेटर का उपयोग करते हुए पहला व्यावसायिक अनुप्रयोग चिह्नित किया। कम कंपन और लंबी सेवा अंतराल के कारण क्रायोकूलर का यह डिज़ाइन तेजी से सामान्य हो गया है क्योंकि पल्स ट्यूब डिज़ाइन यांत्रिक विस्थापन के बदले एक ध्वनिक प्रक्रिया का उपयोग करते हैं। एक ठेठ दो-चरण 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, दूसरे चरण में मुख्य रूप से चुंबक को ठंडा करने के लिए उपयोग किया जाता है।

कुंडल घुमावदार सामग्री
एक सुपरकंडक्टिंग चुंबक में प्राप्त होने वाला अधिकतम चुंबकीय क्षेत्र उस क्षेत्र द्वारा सीमित होता है जिस पर घुमावदार सामग्री अतिचालक होना बंद कर देती है, इसका महत्वपूर्ण क्षेत्र, एचc, जो टाइप- II सुपरकंडक्टर्स के लिए इसका ऊपरी महत्वपूर्ण क्षेत्र है। एक और सीमित कारक महत्वपूर्ण वर्तमान है, Ic, जिस पर वाइंडिंग सामग्री भी अतिचालक होना बंद कर देती है। मैग्नेट में अग्रिमों ने बेहतर घुमावदार सामग्री बनाने पर ध्यान केंद्रित किया है।

अधिकांश वर्तमान चुम्बकों के अतिचालक भाग नाइओबियम टाइटेनियम से बने होते हैं। इस सामग्री में 10 केल्विन की सुपरकंडक्टिविटी है और यह लगभग 15 टेस्ला (यूनिट) तक सुपरकंडक्ट कर सकता है। अधिक महंगा विद्युत चुंबक नाइओबियम-टिन (Nb3एसएन)। इनमें एक अतिचालकता है | टीc18 K का। 4.2 K पर संचालन करते समय वे 25 से 30 टेस्ला तक बहुत अधिक क्षेत्र की ताकत 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 नायब का संयोजन3उच्च-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 Nb से अधिक हो3एसएन प्रबंधित कर सकते हैं। BSCCO, YBCO या मैग्नीशियम लीक का उपयोग करंट लीड्स के लिए भी किया जा सकता है, कमरे के तापमान से ठंडे चुंबक में प्रतिरोधक लीड्स से बड़ी गर्मी के रिसाव के बिना उच्च धाराओं का संचालन करता है।

कंडक्टर संरचना
सुपरकंडक्टिंग चुंबक की कॉइल वाइंडिंग टाइप- II सुपरकंडक्टर (जैसे नाइओबियम-टाइटेनियम या नाइओबियम-टिन) के तारों या टेपों से बनी होती है। तार या टेप स्वयं तांबे के मैट्रिक्स में सुपरकंडक्टिविटी के छोटे विद्युत तंतुओं (लगभग 20 माइक्रोमीटर मोटे) से बना हो सकता है। यांत्रिक स्थिरता को जोड़ने के लिए तांबे की आवश्यकता होती है, और सुपरकंडक्टिविटी से ऊपर तापमान बढ़ने की स्थिति में बड़ी धाराओं के लिए कम प्रतिरोध पथ प्रदान करने के लिए। टीc या धारा I से ऊपर उठती हैcऔर अतिचालकता खो जाती है। इन विद्युत तंतुओं को इतना छोटा होना चाहिए 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 करने (या प्रतिकार) करने के लिए सावधानी से डिज़ाइन किया जाना चाहिए जो अन्यथा तार के फ्रैक्चर या आसन्न घुमावों के बीच इन्सुलेशन के कुचलने का कारण बन सकता है।

बिजली की आपूर्ति
कॉइल वाइंडिंग्स को करंट एक उच्च करंट, बहुत कम वोल्टेज एकदिश धारा पावर सप्लाई 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 करंट में कोई भी परिवर्तन बहुत धीरे-धीरे किया जाना चाहिए, पहले क्योंकि विद्युत रूप से चुंबक एक बड़ा प्रारंभ करनेवाला होता है और एक अचानक करंट परिवर्तन के परिणामस्वरूप वाइंडिंग में एक बड़ा वोल्टेज स्पाइक होता है, और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि करंट में तेजी से बदलाव से एड़ी का कारण बन सकता है। वाइंडिंग्स में धाराएं और यांत्रिक तनाव जो बुझ सकते हैं (नीचे देखें)। इसलिए बिजली की आपूर्ति आमतौर पर माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित होती है, जिसे कोमल रैंप में धीरे-धीरे वर्तमान परिवर्तनों को पूरा करने के लिए प्रोग्राम किया जाता है। आमतौर पर प्रयोगशाला के आकार के चुंबक को सक्रिय या डी-ऊर्जावान करने में कई मिनट लगते हैं।

लगातार मोड
अधिकांश सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट द्वारा उपयोग किया जाने वाला एक वैकल्पिक ऑपरेटिंग मोड, सुपरकंडक्टर के एक टुकड़े के साथ वाइंडिंग को शार्ट सर्किट करना है, जब चुंबक सक्रिय हो जाता है। घुमावदार एक बंद सुपरकंडक्टिंग लूप बन जाते हैं, बिजली की आपूर्ति बंद कर दी जा सकती है, और चुंबकीय क्षेत्र को संरक्षित करते हुए महीनों तक लगातार धाराएं बहती रहेंगी। इस लगातार मोड का लाभ यह है कि चुंबकीय क्षेत्र की स्थिरता सर्वोत्तम बिजली आपूर्ति के साथ प्राप्त करने योग्य से बेहतर 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 वायर 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, फिर हीटर बंद कर दिया जाता है। लगातार स्विच अपने सुपरकंडक्टिंग तापमान को ठंडा करता है, वाइंडिंग्स को शॉर्ट-सर्किट करता है। तब जाकर बिजली आपूर्ति बंद की जा सकती है। वाइंडिंग करंट, और चुंबकीय क्षेत्र, वास्तव में हमेशा के लिए नहीं रहेगा, लेकिन एक सामान्य आगमनात्मक (L/R) समय स्थिरांक के अनुसार धीरे-धीरे क्षय होगा:


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

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

चुंबक बुझाना
शमन चुंबक संचालन का एक असामान्य समापन है जो तब होता है जब सुपरकंडक्टिंग कॉइल का हिस्सा सामान्य (प्रतिरोधक) स्थिति में प्रवेश करता है। यह हो सकता है क्योंकि चुंबक के अंदर का क्षेत्र बहुत बड़ा है, क्षेत्र के परिवर्तन की दर बहुत बड़ी है (तांबा समर्थन मैट्रिक्स में एड़ी धाराओं और परिणामी जूल हीटिंग के कारण), 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 से तेजी से जूल ताप के अधीन होता है, जो आसपास के क्षेत्रों के तापमान को बढ़ाता 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 जोरदार धमाके के साथ होता है क्योंकि चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, और क्रायोजेनिक्स द्रव का तेजी से उबलना बंद हो जाता है। करंट 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 में आमतौर पर सुरक्षा उपकरण होते हैं जो शमन की शुरुआत का पता चलने पर करंट 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 ऑपरेटरों को एक महत्वपूर्ण श्वासावरोध का खतरा पेश कर सकता है।

CERN के लार्ज हैड्रान कोलाइडर लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में अतिचालक चुम्बकों का एक बड़ा भाग 2008 में स्टार्ट-अप संचालन के दौरान #Quench घटना, कई चुम्बकों के प्रतिस्थापन की आवश्यकता थी। संभावित विनाशकारी शमन के खिलाफ 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 शामिल होते हैं, और एक शमन घटना होनी चाहिए, 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। हालांकि अवांछनीय है, एक कण त्वरक के संचालन के दौरान एक चुंबक शमन काफी नियमित घटना है।

चुंबक प्रशिक्षण
कुछ मामलों में, बहुत उच्च धाराओं के लिए डिज़ाइन किए गए अतिचालक चुम्बकों को व्यापक बिस्तर की आवश्यकता होती है, ताकि चुम्बक अपने पूर्ण नियोजित धाराओं और क्षेत्रों में कार्य कर सकें। इसे चुंबक के प्रशिक्षण के रूप में जाना जाता है, और इसमें एक प्रकार का भौतिक स्मृति प्रभाव शामिल होता है। सर्न के लार्ज हैड्रोन कोलाइडर जैसे कण कोलाइडर के मामले में इसकी आवश्यकता होती है। LHC के चुम्बकों को इसके पहले रन पर 8 TeV (2×4 TeV) और इसके दूसरे रन 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 छोटे आंदोलनों का कारण बनता है, जिसके कारण सुपरकंडक्टिविटी खो जाती है जब उनके नियोजित वर्तमान के लिए आवश्यक उच्च सटीकता पर संचालन होता है। चुम्बकों को बार-बार कम धारा पर चलाकर और तब तक धारा को थोड़ा बढ़ाते हुए जब तक वे नियंत्रण में नहीं हो जाते, चुंबक धीरे-धीरे दोनों अपने डिजाइन विनिर्देश के उच्च धाराओं का सामना करने की आवश्यक क्षमता हासिल कर लेंगे, बिना शमन के, और इस तरह के किसी भी मुद्दे को हिला दिया जाएगा। उनमें से, जब तक कि वे अंतत: शमन का अनुभव किए बिना अपने पूर्ण नियोजित करंट पर मज़बूती से काम करने में सक्षम नहीं हो जाते।

इतिहास
यद्यपि सुपरकंडक्टिंग वायर के साथ इलेक्ट्रोमैग्नेट बनाने का विचार हेइके कामेरलिंग ओन्स द्वारा 1911 में सुपरकंडक्टिविटी की खोज के तुरंत बाद प्रस्तावित किया गया था, एक व्यावहारिक सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोमैग्नेट को सुपरकंडक्टिंग सामग्री की खोज का इंतजार करना पड़ा 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 का क्षेत्र प्राप्त किया। फिर, 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 बावजूद, नाइओबियम-टिन तब से 20 टेस्ला तक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाले सुपरमैग्नेट में अत्यंत उपयोगी साबित हुआ है।

ड्वाइट एडम्स द्वारा 1960 में स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में पोस्टडॉक्टोरल सहयोगी के रूप में लगातार स्विच का आविष्कार किया गया था। दूसरे लगातार स्विच का निर्माण फ्लोरिडा विश्वविद्यालय में एम.एस. 1963 में छात्र आर.डी. लिच्छी। इसे यूएफ फिजिक्स बिल्डिंग में एक शोकेस में संरक्षित किया गया है।

1962 में, टी.जी. बर्लिनकोर्ट और आरआर हेक नाइओबियम-टाइटेनियम मिश्र धातुओं के उच्च-महत्वपूर्ण-चुंबकीय-क्षेत्र, उच्च-महत्वपूर्ण-अतिधारा-घनत्व गुणों की खोज की। हालांकि नाइओबियम-टाइटेनियम मिश्र धातुओं में नाइओबियम-टिन की तुलना में कम शानदार सुपरकंडक्टिंग गुण होते हैं, वे अत्यधिक नमनीय, आसानी से निर्मित और किफायती 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।

1986 में, जॉर्ज बेडनोर्ज़ और कार्ल अलेक्जेंडर मुलर द्वारा उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स की खोज। कार्ल मुलर ने क्षेत्र को सक्रिय कर दिया, चुम्बकों की संभावना को बढ़ा दिया, जो हीलियम के साथ काम करने में अधिक कठिन होने के बजाय तरल नाइट्रोजन द्वारा ठंडा किया जा सकता था।

2007 में, YBCO की वाइंडिंग्स वाले एक चुंबक ने 26.8 टेस्ला (यूनिट) का विश्व रिकॉर्ड क्षेत्र हासिल किया। यूनाइटेड स्टेट्स नेशनल रिसर्च काउंसिल का 30-टेस्ला सुपरकंडक्टिंग चुंबक बनाने का लक्ष्य है।

2016 में, यून एट अल ने एक 26T 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। 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 मार्च 2018 तक वर्तमान रिकॉर्ड रखते हैं।

2019 में, इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज (IEE, CAS) द्वारा ऑल-सुपरकंडक्टिंग चुंबक के साथ 32.35 T का एक नया विश्व-रिकॉर्ड हासिल किया गया है। एचटीएस डालने वाले चुंबक के लिए नो-इन्सुलेशन तकनीक का भी उपयोग किया जाता है।

2019 में, NHMFL ने एक प्रतिरोधक चुंबक के साथ संयुक्त एक गैर-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 लैब का अपना विश्व रिकॉर्ड तोड़ दिया। 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 का दावा किया है, जबकि 2019 में पिछला NHMFL 45.5T रिकॉर्ड वास्तव में तब पहुंचा था जब एक शमन घटना में चुंबक तुरंत विफल हो गया था।

उपयोग करता है
सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट के विद्युत प्रतिरोध कड़वा विद्युत चुंबक पर कई फायदे हैं। वे ऐसे चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न कर सकते हैं जो सामान्य इलेक्ट्रोमैग्नेट|फेरोमैग्नेटिक-कोर इलेक्ट्रोमैग्नेट्स द्वारा उत्पन्न की तुलना में दस गुना अधिक मजबूत होते हैं, जो लगभग 2 टी के क्षेत्र तक सीमित होते हैं। क्षेत्र आमतौर पर अधिक स्थिर होता है, जिसके परिणामस्वरूप कम शोर माप होता है। वे छोटे हो सकते हैं, और चुंबक के केंद्र में क्षेत्र जहां क्षेत्र बनाया गया है, लोहे की कोर द्वारा कब्जा किए जाने के बजाय 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। उच्च क्षेत्र, हालांकि विशेष ठंडा 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 टी से अधिक के स्थिर क्षेत्रों को अब दुनिया भर के कई संस्थानों द्वारा आमतौर पर एक सुपरकंडक्टिंग चुंबक (अक्सर एक डालने के रूप में) के साथ एक कड़वे इलेक्ट्रोमैग्नेट के संयोजन से प्राप्त किया जा सकता है।

सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट 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 (JR Central) द्वारा SCMaglev 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 JR सेंट्रल को अनुमति दी।

एलएचसी कण त्वरक में एससी मैग्नेट 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 स्टोर करता है। कुल मिलाकर मैग्नेट स्टोर 10.4 GJ. दिन में एक या दो बार, जैसे ही प्रोटॉन 450 GeV से 7 TeV तक त्वरित होते हैं, सुपरकंडक्टिंग बेंडिंग मैग्नेट का क्षेत्र 0.54 T से 8.3 T तक बढ़ जाएगा।

आईटीईआर फ्यूजन रिएक्टर के लिए डिज़ाइन किए गए केंद्रीय सोलनॉइड और टोरॉयडल क्षेत्र सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट नाइओबियम-टिन (एनबी) का उपयोग करते हैं।3एसएन) एक सुपरकंडक्टर के रूप में। सेंट्रल सोलनॉइड कॉइल 46 kA ले जाएगा और 13.5 टेस्ला का क्षेत्र पैदा करेगा। 11.8 टी के अधिकतम क्षेत्र में 18 टोरॉयडल फील्ड कॉइल्स 41 जीजे (कुल?) स्टोर करेंगे। उनका रिकॉर्ड 80 kA पर परीक्षण किया गया है। अन्य निचले क्षेत्र के ITER चुम्बक (PF और CC) नाइओबियम-टाइटेनियम का उपयोग करेंगे। अधिकांश ITER चुम्बकों का क्षेत्र प्रति घंटे कई बार भिन्न होगा।

एक 21-टेस्ला एससी 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 मैग्नेट निर्माणाधीन है। वैश्विक स्तर पर 2014 में, लगभग पाँच बिलियन यूरो की आर्थिक गतिविधि हुई, जिसके परिणामस्वरूप सुपरकंडक्टिविटी अपरिहार्य है। एमआरआई सिस्टम, जिनमें से अधिकांश नाइओबियम-टाइटेनियम का उपयोग करते हैं, उस कुल का लगभग 80% हिस्सा है।

यह भी देखें

 * दोष वर्तमान सीमक
 * 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