سپر کنڈکٹرز اور کرائیو کنڈکٹرز

سپر کنڈکٹرز اور کرائیو کنڈکٹرز

27 خالص دھاتیں اور ایک ہزار سے زیادہ مختلف مرکبات اور مرکبات جن میں سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی ممکن ہے۔ ان میں خالص دھاتیں، مرکب دھاتیں، انٹرمیٹالک مرکبات، اور کچھ ڈائی الیکٹرک مواد شامل ہیں۔

سپر کنڈکٹرز

جب درجہ حرارت گرتا ہے۔ دھاتوں کی مخصوص برقی مزاحمت کم ہو جاتا ہے اور بہت کم (کریوجینک) درجہ حرارت پر، دھاتوں کی برقی چالکتا بالکل صفر تک پہنچ جاتی ہے۔

1911 میں، جب منجمد پارے کی ایک انگوٹھی کو 4.2 K کے درجہ حرارت پر ٹھنڈا کیا گیا تو، ڈچ سائنسدان G. Kamerling-Onnes نے پایا کہ حلقوں کی برقی مزاحمت اچانک بہت کم ہو گئی جس کی پیمائش نہیں کی جا سکتی۔ بجلی کی مزاحمت کی اس طرح کی گمشدگی، یعنی کسی مادے میں لامحدود چالکتا کی ظاہری شکل کو سپر کنڈکٹیویٹی کہتے ہیں۔

کافی کم درجہ حرارت کی سطح پر ٹھنڈا ہونے پر سپر کنڈکٹنگ حالت میں گزرنے کی صلاحیت کے ساتھ مواد کو سپر کنڈکٹرز کہا جانے لگا۔اہم ٹھنڈک درجہ حرارت جس پر مادے کی سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی ہوتی ہے اسے سپر کنڈکٹنگ ٹرانزیشن ٹمپریچر یا کریٹیکل ٹرانزیشن ٹمپریچر Tcr کہا جاتا ہے۔

ایک سپر کنڈکٹنگ منتقلی الٹ سکتی ہے۔ جب درجہ حرارت Tc تک بڑھ جاتا ہے، تو مواد اپنی نارمل (غیر چلتی) حالت میں واپس آجاتا ہے۔

سپر کنڈکٹرز کی ایک خصوصیت یہ ہے کہ ایک بار سپر کنڈکٹنگ سرکٹ میں شامل ہونے کے بعد، برقی رو اس سرکٹ کے ساتھ طویل عرصے (سالوں) تک گردش کرتی رہے گی اور اس کی طاقت میں قابل قدر کمی کے بغیر اور اس کے علاوہ، باہر سے توانائی کی اضافی سپلائی کے بغیر۔ مستقل مقناطیس کی طرح ایسا سرکٹ اردگرد کی جگہ میں تخلیق کرتا ہے۔ مقناطیسی میدان.

1933 میں، جرمن طبیعیات دانوں V. Meissner اور R. Oxenfeld نے یہ قائم کیا کہ سپر کنڈکٹرز سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی کے دوران مثالی ڈائی میگنیٹ بن جاتے ہیں۔ لہذا، بیرونی مقناطیسی میدان سپر کنڈکٹنگ جسم میں داخل نہیں ہوتا ہے۔ اگر مادے کی سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی مقناطیسی میدان میں ہوتی ہے، تو فیلڈ کو سپر کنڈکٹر سے باہر "دھکیل" دیا جاتا ہے۔

معروف سپر کنڈکٹرز میں انتہائی کم اہم منتقلی کا درجہ حرارت Tc ہوتا ہے۔ لہذا، وہ آلات جن میں وہ سپر کنڈکٹرز استعمال کرتے ہیں انہیں مائع ہیلیم ٹھنڈک کے حالات میں کام کرنا چاہیے (عام دباؤ پر ہیلیم کا مائع درجہ حرارت تقریباً 4.2 DA SE ہے)۔ یہ پیچیدہ بناتا ہے اور سپر کنڈکٹنگ مواد کی تیاری اور آپریٹنگ لاگت کو بڑھاتا ہے۔

مرکری کے علاوہ، دیگر خالص دھاتوں (کیمیائی عناصر) اور مختلف مرکبات اور کیمیائی مرکبات میں سپر کنڈکٹیویٹی موروثی ہے۔ تاہم، زیادہ تر دھاتوں جیسے چاندی اور تانبے پر، اس وقت تک پہنچنے والا کم درجہ حرارت اگر حالت ناکام ہو جاتا ہے تو وہ سپر کنڈکٹنگ ہو جاتا ہے۔

سپر کنڈکٹیویٹی کے رجحان کو استعمال کرنے کے امکانات کا تعین Tc کی سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی کے درجہ حرارت کی اقدار اور مقناطیسی میدان کی اہم طاقت سے کیا جاتا ہے۔

سپر کنڈکٹنگ مواد کو نرم اور سخت میں تقسیم کیا گیا ہے۔ نرم سپر کنڈکٹرز میں خالص دھاتیں شامل ہیں، سوائے نیبیم، وینڈیم، ٹیلوریم کے۔ نرم سپر کنڈکٹرز کا بنیادی نقصان اہم مقناطیسی فیلڈ کی طاقت کی کم قیمت ہے۔

الیکٹریکل انجینئرنگ میں، نرم سپر کنڈکٹرز استعمال نہیں کیے جاتے ہیں، کیونکہ ان میں موجود سپر کنڈکٹنگ حالت کمزور مقناطیسی میدانوں میں کم کرنٹ کی کثافت پر پہلے ہی غائب ہو جاتی ہے۔

ٹھوس سپر کنڈکٹرز میں مسخ شدہ کرسٹل جالیوں والے مرکب شامل ہیں۔ وہ نسبتاً زیادہ موجودہ کثافت اور مضبوط مقناطیسی شعبوں میں بھی سپر کنڈکٹیویٹی کو برقرار رکھتے ہیں۔

ٹھوس سپر کنڈکٹرز کی خصوصیات اس صدی کے وسط میں دریافت ہوئیں اور اب تک ان کی تحقیق اور اطلاق کا مسئلہ جدید سائنس اور ٹیکنالوجی کے اہم ترین مسائل میں سے ایک ہے۔

ٹھوس سپر کنڈکٹرز کے کئی کام ہوتے ہیں:

• ٹھنڈک پر، سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی اچانک نہیں ہوتی، جیسا کہ نرم سپر کنڈکٹرز میں اور درجہ حرارت کے ایک خاص وقفے کے لیے؛

• کچھ ٹھوس سپر کنڈکٹرز میں نہ صرف نسبتاً زیادہ قدریں اہم منتقلی درجہ حرارت Tc، بلکہ نسبتاً زیادہ قدریں تنقیدی مقناطیسی انڈکشن Vkr بھی ہیں؛

• مقناطیسی انڈکشن میں تبدیلیوں میں، سپر کنڈکٹنگ اور نارمل کے درمیان درمیانی حالتوں کا مشاہدہ کیا جا سکتا ہے۔

• ان کے ذریعے متبادل کرنٹ گزرتے وقت توانائی کو ضائع کرنے کا رجحان ہوتا ہے۔

• پیداوار کے تکنیکی طریقوں، مادی پاکیزگی اور اس کے کرسٹل ڈھانچے کے کمال سے سپر کنڈکٹیویٹی کی لت کی خصوصیات۔

تکنیکی خصوصیات کے مطابق، ٹھوس سپر کنڈکٹرز کو درج ذیل اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے۔

• جس کے تار اور پٹیاں نسبتاً آسانی سے خراب ہو سکتی ہیں [نیوبیم، نائوبیم-ٹائٹینیم الائے (Nb-Ti)، وینیڈیم-گیلیم (V-Ga)]؛

• نزاکت کی وجہ سے خراب ہونا مشکل ہے، جس سے مصنوعات پاؤڈر میٹالرجی طریقوں سے حاصل کی جاتی ہیں (انٹر میٹالک مواد جیسے کہ نیبیم اسٹینائیڈ Nb3Sn)۔

اکثر سپر کنڈکٹنگ تاروں کو تانبے یا دیگر انتہائی کنڈکٹیو مواد سے بنی "مستحکم" میان سے ڈھانپ دیا جاتا ہے۔ بجلی اور دھات کی حرارت، جو درجہ حرارت میں حادثاتی اضافے کے ساتھ سپر کنڈکٹر کے بنیادی مواد کو نقصان پہنچانے سے بچنا ممکن بناتی ہے۔

بعض صورتوں میں، جامع سپر کنڈکٹنگ تاروں کا استعمال کیا جاتا ہے، جس میں سپر کنڈکٹنگ مواد کے پتلے تنتوں کی ایک بڑی تعداد تانبے یا دیگر غیر کنڈکٹنگ مواد کی ٹھوس میان میں بند ہوتی ہے۔

سپر کنڈکٹنگ فلم مواد میں خاص خصوصیات ہیں:

• اہم منتقلی کا درجہ حرارت کچھ معاملات میں Tcr نمایاں طور پر Tcr بلک مواد سے زیادہ ہے۔

• محدود کرنٹ کی بڑی قدریں سپر کنڈکٹر سے گزرتی ہیں۔

• سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی کی کم درجہ حرارت کی حد۔

تخلیق کرتے وقت سپر کنڈکٹرز کا استعمال کیا جاتا ہے: برقی مشینیں اور ٹرانسفارمرز چھوٹے بڑے پیمانے پر اور اعلی کارکردگی کے عنصر کے ساتھ طول و عرض؛ طویل فاصلے پر بجلی کی ترسیل کے لیے بڑی کیبل لائنیں؛ خاص طور پر کم کشینن ویو گائیڈز؛ ڈرائیوز پاور اور میموری ڈیوائسز؛ الیکٹران خوردبین کے مقناطیسی لینس؛ پرنٹ شدہ وائرنگ کے ساتھ انڈکٹنس کنڈلی۔

فلم کی بنیاد پر سپر کنڈکٹرز نے متعدد اسٹوریج ڈیوائسز بنائے اور آٹومیشن عناصر اور کمپیوٹنگ ٹیکنالوجی۔

سپر کنڈکٹرز سے برقی مقناطیسی کنڈلی مقناطیسی میدان کی طاقت کی زیادہ سے زیادہ ممکنہ قدروں کو حاصل کرنا ممکن بناتی ہے۔

کریوپروبس

کچھ دھاتیں کم (کریوجینک) درجہ حرارت پر مخصوص برقی مزاحمت پی کی بہت چھوٹی قدر تک پہنچ سکتی ہیں، جو عام درجہ حرارت پر برقی مزاحمت سے سینکڑوں اور ہزاروں گنا کم ہوتی ہے۔ ان خصوصیات والے مواد کو کرائیو کنڈکٹرز (ہائپرکنڈکٹرز) کہا جاتا ہے۔

جسمانی طور پر، cryoconductivity کا رجحان سپر کنڈکٹیویٹی کے رجحان سے ملتا جلتا نہیں ہے۔ آپریٹنگ درجہ حرارت پر کرائیو کنڈکٹرز میں موجودہ کثافت عام درجہ حرارت پر ان میں موجودہ کثافت سے ہزاروں گنا زیادہ ہے، جو ہائی کرنٹ برقی آلات میں ان کے استعمال کا تعین کرتی ہے جو قابل اعتماد اور دھماکے کی حفاظت کے لیے اعلی تقاضوں کے تابع ہیں۔

الیکٹریکل مشینوں، کیبلز وغیرہ میں کرائیو کنڈکٹرز کا اطلاق۔ سپر کنڈکٹرز پر ایک اہم فائدہ ہے.

اگر مائع ہیلیم کو سپر کنڈکٹنگ آلات میں استعمال کیا جاتا ہے تو، اعلی ابلتے ہوئے نقطہ اور سستے ریفریجرینٹ — مائع ہائیڈروجن یا یہاں تک کہ مائع نائٹروجن کی وجہ سے کرائیو کنڈکٹرز کا آپریشن یقینی بنایا جاتا ہے۔ یہ آلہ کی تیاری اور چلانے کی لاگت کو آسان اور کم کرتا ہے۔ تاہم، مائع ہائیڈروجن کا استعمال کرتے وقت پیدا ہونے والی تکنیکی دشواریوں پر غور کرنا ضروری ہے، اجزاء کے ایک خاص تناسب سے، ہوا کے ساتھ ایک دھماکہ خیز مرکب بنتا ہے۔

جیسا کہ کریو پروسیسر کاپر، ایلومینیم، چاندی، سونا استعمال کرتے ہیں۔

ماخذ کی معلومات: "الیکٹرومیٹریلز" Zhuravleva L. V.