अतिचालकता के तकनीकी अनुप्रयोग

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सुपरकंडक्टिविटी के कुछ तकनीकी अनुप्रयोगों में सम्मिलित हैं:

निम्न-तापमान अतिचालकता

चुंबकीय प्रतिध्वनि इमेजिंग (एमआरआई) और परमाणु चुंबकीय प्रतिध्वनि (एनएमआर)

सुपरकंडक्टिविटी का सबसे बड़ा अनुप्रयोग एमआरआई और एनएमआर के लिए आवश्यक बड़ी मात्रा, स्थिर और उच्च तीव्रता वाले चुंबकीय क्षेत्रों का उत्पादन करना है। यह ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स और सीमेंस जैसी कंपनियों के लिए अरबों अमेरिकी डॉलर के मार्केट का प्रतिनिधित्व करता है। मैग्नेट सामान्यतः पारंपरिक सुपरकंडक्टर या कम तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स (एलटीएस) का उपयोग करते हैं क्योंकि एलटीएस उपकरणों को तरल में ठंडा करने की आवश्यकता के अक्तिरिक्त, उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स अभी तक इतने सस्ते नहीं हैं कि आवश्यक उच्च, स्थिर और बड़ी मात्रा वाले क्षेत्रों को व्यय प्रभावी विधि से वितरित कर सकते है। हीलियम तापमान सुपरकंडक्टर्स का उपयोग उच्च क्षेत्र के वैज्ञानिक चुम्बकों में भी किया जाता है।

कण त्वरक और चुंबकीय संलयन उपकरण

लार्ज हैड्रान कोलाइडर जैसे कण त्वरक में अनेक उच्च क्षेत्र के विद्युत चुम्बक सम्मिलित हो सकते हैं जिनके लिए बड़ी मात्रा में एलटीएस की आवश्यकता होती है। एलएचसी मैग्नेट के निर्माण के लिए पांच वर्षों में संसार के नाइओबियम टाइटेनियम तार उत्पादन का 28 प्रतिशत से अधिक की आवश्यकता होती है, साथ ही एलएचसी के विशाल प्रयोग डिटेक्टरों के लिए मैग्नेट में बड़ी मात्रा में एनबीटीआई का भी उपयोग किया जाता है।[2]

पारंपरिक फ़्यूज़न मशीनें (जेट, एसटी-40, एनटीएसएक्स-यू और एमएएसटी) तांबे के ब्लॉक का उपयोग करती हैं। इससे उनके क्षेत्र 1-3 टेस्ला तक सीमित हो जाते हैं। 2024-2026 की समयसीमा के लिए अनेक सुपरकंडक्टिंग फ़्यूज़न मशीनों की योजना बनाई गई है। इनमें आईटीईआर, एआरसी संलयन रिएक्टर और एसटी-40 का अगला वर्जन सम्मिलित है। उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स को सम्मिलित करने से टोकामक्स की नई पीढ़ी के लिए खेतों में परिमाण में सुधार (10-13 टेस्ला) प्राप्त होना चाहिए।[3]


उच्च तापमान अतिचालकता (एचटीएस)

उच्च तापमान अतिचालकता (एचटीएस) के लिए अब तक व्यावसायिक अनुप्रयोग सीमित हैं।

सुपरकंडक्टिंग तापमान तक ठंडा करने के लिए एचटीएस को केवल तरल नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है, तरल हीलियम की नहीं है। चूँकि, एचटीएस तकनीक के साथ समस्या यह है कि वर्तमान में ज्ञात उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स भंगुर सिरेमिक हैं जिनका निर्माण करना मूल्यवान है और सरलता से तारों या अन्य उपयोगी आकारों में नहीं बनते हैं।[4]

इसलिए, एचटीएस के लिए आवेदन वहां किए गए हैं जहां इसके कुछ अन्य आंतरिक लाभ हैं, उदाहरण के लिए

  • एलटीएस उपकरणों के लिए कम तापीय हानि धारा लीड (कम तापीय चालकता),
  • आरएफ और माइक्रोवेव फिल्टर (आरएफ के लिए कम प्रतिरोध), और
  • विशेषज्ञ वैज्ञानिक चुम्बकों में तेजी से वृद्धि हो रही है, विशेष रूप से जहां आकार और विद्युत का उपभोग महत्वपूर्ण है (जबकि इन अनुप्रयोगों में एचटीएस तार एलटीएस की तुलना में बहुत अधिक मूल्यवान है, इसे सापेक्ष व्यय और शीतलन की सुविधा द्वारा ऑफसेट किया जा सकता है); क्षेत्र को रैंप करने की क्षमता इच्छित है (एचटीएस के ऑपरेटिंग तापमान की उच्च और व्यापक रेंज का कारण है कि क्षेत्र में तेजी से हो रहे परिवर्तन को प्रबंधित किया जा सकता है); या क्रायोजेन मुक्त ऑपरेशन इच्छित है (एलटीएस को सामान्यतः तरल हीलियम की आवश्यकता होती है जो अधिक विरल और मूल्यवान होती जा रही है)।

एचटीएस-आधारित सिस्टम

एचटीएस का उपयोग वैज्ञानिक और औद्योगिक चुम्बकों में होता है, जिसमें एनएमआर और एमआरआई प्रणालियों में उपयोग भी सम्मिलित है। वाणिज्यिक प्रणालियाँ अब प्रत्येक श्रेणी में उपलब्ध हैं।[5]

इसके अतिरिक्त एचटीएस की आंतरिक विशेषता यह है कि यह एलटीएस की तुलना में बहुत अधिक चुंबकीय क्षेत्र का सामना कर सकता है, इसलिए तरल हीलियम तापमान पर एचटीएस को एलटीएस मैग्नेट के अंदर बहुत उच्च-क्षेत्र सम्मिलन के लिए खोजा जा रहा है।

भविष्य के आशाजनक औद्योगिक और वाणिज्यिक एचटीएस अनुप्रयोगों में प्रेरण हीटर , ट्रांसफार्मर, फॉल्ट धारा लिमिटर्स, विद्युत संग्रहण , इलेक्ट्रिक मोटर्स और जेनरेटर, परमाणु संलयन रिएक्टर (आईटीईआर देखें) और चुंबकीय उत्तोलन उपकरण सम्मिलित हैं।

प्रारंभिक अनुप्रयोग ऐसे होंगे जहां छोटे आकार, कम वजन या तेजी से धारा स्विच करने की क्षमता (फॉल्ट धारा लिमिटर्स) का लाभ अतिरिक्त व्यय से अधिक होता है। लंबे समय तक कंडक्टर की मूल्य में गिरावट के कारण एचटीएस सिस्टम को अकेले ऊर्जा दक्षता के आधार पर अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला में प्रतिस्पर्धी होना चाहिए। (विद्युत प्रणालियों में एचटीएस प्रौद्योगिकी की भूमिका और जेनरेशन 2 कंडक्टर के विकास की स्थिति के अपेक्षाकृत तकनीकी और यूएस-केंद्रित दृष्टिकोण के लिए देखें इलेक्ट्रिक सिस्टम के लिए सुपरकंडक्टिविटी 2008 यूएस डीओई वार्षिक सहकर्मी समीक्षा।)

इलेक्ट्रिक पावर ट्रांसमिशन

होलब्रुक सुपरकंडक्टर प्रोजेक्ट

होलब्रुक सुपरकंडक्टर प्रोजेक्ट, जिसे एलआईपीए प्रोजेक्ट के रूप में भी जाना जाता है, संसार के पहले उत्पादन सुपरकंडक्टर विद्युत शक्ति संचरण पावर केबल के डिजाइन और निर्माण की परियोजना है। इस प्रकार केबल को जून 2008 के अंत में लॉन्ग आइलैंड पावर अथॉरिटी (एलआईपीए) द्वारा चालू किया गया था। उपनगरीय लॉन्ग आइलैंड विद्युत सबस्टेशन को लगभग 600 मीटर लंबी भूमिगत केबल सिस्टम द्वारा आपूर्ति की जाती है 99 miles (159 km) उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर या अमेरिकी सुपरकंडक्टर द्वारा निर्मित उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर तार को भूमिगत स्थापित किया जाता है और तरल नाइट्रोजन के साथ ठंडा किया जाता है, इस प्रकार जिससे अतिरिक्त विद्युत देने के लिए आवश्यक मूल्यवान रास्ता कम हो जाता है।[6] इसके अतिरिक्त, केबल की स्थापना ने ओवरहेड विद्युत लाइनों के लिए सख्त अनुमति समिश्रताओ को दूर कर दिया, और ओवरहेड विद्युत लाइनों के लिए जनता की चिंताओं के लिए समाधान प्रस्तुत किया था।[7][8]

ट्रेस एमिगास परियोजना

अमेरिकी सुपरकंडक्टर को संयुक्त राज्य अमेरिका के पहले नवीकरणीय ऊर्जा मार्केट केंद्र, ट्रेस एमिगास प्रोजेक्ट के लिए चुना गया था।[9] ट्रेस अमीगास नवीकरणीय ऊर्जा मार्केट केंद्र सुपरकंडक्टर विद्युत पाइपलाइनों का बहु-मील, त्रिकोणीय विद्युत मार्ग होगा जो तीन अमेरिकी पावर ग्रिड (पूर्वी इंटरकनेक्शन, पश्चिमी इंटरकनेक्शन और टेक्सास इंटरकनेक्शन) के मध्य अनेक गीगावाट विद्युत को स्थानांतरित और संतुलित करने में सक्षम होता है। इस प्रकार पारंपरिक पावरलाइनों के विपरीत, यह एसी धारा के अतिरिक्त डीसी के रूप में विद्युत स्थानांतरित करता है। यह क्लोविस, न्यू मैक्सिको में स्थित है।

एसेन इनर शहर

एस्सेन, जर्मनी में संसार की सबसे लंबी सुपरकंडक्टिंग पावर केबल है जिसका उत्पादन 1 किलोमीटर है। यह 10 kV लिक्विड नाइट्रोजन कूल्ड केबल है। केबल समकक्ष 110 केवी नियमित केबल से छोटी है और कम वोल्टेज में छोटे ट्रांसफार्मर का अतिरिक्त लाभ होता है।[10][11]

वोर्डे एल्युमीनियम प्लांट

वोर्डे, जर्मनी में एल्यूमीनियम संयंत्र ने कम मात्रा और पदार्थ की मांग को लाभ के रूप में उद्धृत करते हुए 200 केए वाले केबलों के लिए सुपरकंडक्टर्स का उपयोग करने की योजना बनाई है।[12][13]

मैग्नीशियम डाइबोराइड

मैग्नीशियम डाइबोराइड एलटीएस के समान बॉलपार्क में प्रति वर्तमान-वहन क्षमता प्रति लंबाई (व्यय/(केए*एम)) के संदर्भ में बीएससीसीओ या वाईबीसीओ की तुलना में बहुत सस्ता सुपरकंडक्टर है, और इस आधार पर अनेक निर्मित तार पहले से ही सस्ते हैं तांबे की तुलना में इसके अतिरिक्त, mgb2 एलटीएस से अधिक तापमान पर सुपरकंडक्ट होता है (इसका महत्वपूर्ण तापमान 39 K है, जबकि NbTi के लिए 10 K से कम और Nb3sn के लिए 18.3 K से कम है), क्रायोजेन-मुक्त मैग्नेट में या संभवतः अंततः तरल हाइड्रोजन में 10-20 K पर इसका उपयोग करने की संभावना का परिचय देता है। चूँकि mgb2 चुंबकीय क्षेत्र में सीमित है, यह इन उच्च तापमानों को सहन कर सकता है, इसलिए उच्च क्षेत्र के अनुप्रयोगों में इसकी प्रतिस्पर्धात्मकता प्रदर्शित करने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है।

ट्रैप्ड क्षेत्र चुम्बक

सुपरकंडक्टिंग पदार्थो को संक्षिप्त चुंबकीय क्षेत्र में प्रदर्शित करने से जनरेटर जैसी मशीनों में उपयोग के लिए क्षेत्र फंस सकता है। कुछ अनुप्रयोगों में वह पारंपरिक स्थायी चुम्बकों का स्थान ले सकते हैं।[14][15][16]

टिप्पणियाँ

  1. ↑ Fischer, Martin. New Path to 10 MW Renewable Energy World, 12 October 2010. Retrieved: 14 October 2010.
  2. ↑ Superconductors Face the Future. 2010
  3. ↑ ITER Magnets
  4. ↑ See for example L. R. Lawrence et al: "High Temperature Superconductivity: The Products and their Benefits" Archived 2014-09-08 at the Wayback Machine (2002) Bob Lawrence & Associates, Inc.
  5. ↑ See for example HTS-110 Ltd and Paramed Medical Systems .
  6. ↑ Gelsi, Steve (2008-07-10). "Power firms grasp new tech for aging grid". Market Watch. Retrieved 2008-07-11.
  7. ↑ Eckroad, S. (December 2012). "सुपरकंडक्टिंग-पावर-उपकरण" (PDF). Technology*Watch*2012 – via EPRI.
  8. ↑ "Cost To Run Overhead Power 500 Feet" (in English). Retrieved 2023-01-23.
  9. ↑ "Superconductor Electricity Pipelines to be Adopted for America's First Renewable Energy Market Hub". 2009-10-13. Retrieved 2009-10-25.
  10. ↑ Williams, Diarmaid (7 January 2016). "एसेन में नेक्सन की सफलता अन्य शहरों में भी लागू हो सकती है". Power Engineering. Retrieved 6 July 2018.
  11. ↑ "Ein Leuchtturmprojekt für den effizienten Stromtransport" (PDF) (in Deutsch). Archived from the original (PDF) on 2014-11-08.
  12. ↑ "Demo200". Retrieved 2020-03-07.
  13. ↑ "वोर्डे में ट्रिमेट टिकाऊ सुपरकंडक्टर तकनीक पर निर्भर करता है" (in Deutsch). 2020-02-04. Retrieved 2020-03-07.
  14. ↑ Trapped field magnet
  15. ↑ Physicists discover flaws in superconductor theory
  16. ↑ Trapped field magnets of high-T/sub c/ superconductors

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