سائنس اور ٹیکنالوجی میں سپر کنڈکٹیویٹی کا اطلاق
سپر کنڈکٹیویٹی کو کوانٹم فینومینن کہا جاتا ہے، جو اس حقیقت پر مشتمل ہوتا ہے کہ کچھ مواد، جب ان کا درجہ حرارت ایک خاص اہم قدر پر لایا جاتا ہے، صفر برقی مزاحمت کا مظاہرہ کرنا شروع کر دیتے ہیں۔
آج، سائنسدان پہلے ہی کئی سو عناصر، مرکب دھاتیں اور سیرامکس کو جانتے ہیں جو اس طرح برتاؤ کرنے کے قابل ہیں۔ ایک کنڈکٹر جو سپر کنڈکٹنگ حالت میں چلا گیا ہے وہ دکھانا شروع کرتا ہے جسے کہا جاتا ہے۔ Meissner اثر، جب اس کے حجم سے مقناطیسی میدان مکمل طور پر باہر کی طرف بے گھر ہو جاتا ہے، جو یقیناً ایک فرضی آئیڈیل کی شرائط کے تحت عام ترسیل سے وابستہ اثرات کی کلاسیکی وضاحت سے متصادم ہوتا ہے، یعنی صفر مزاحمت۔
1986 سے 1993 کے عرصے میں، بہت سے اعلی درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹرز دریافت ہوئے، یعنی وہ جو سپر کنڈکٹنگ حالت میں گزرتے ہیں اب اتنے کم درجہ حرارت پر مائع ہیلیم (4.2 K) کے ابلتے نقطہ پر نہیں، بلکہ ابلتے ہوئے مائع نائٹروجن کا نقطہ (77 K) - 18 گنا زیادہ، جو لیبارٹری کے حالات میں ہیلیم کے مقابلے میں بہت آسان اور سستا حاصل کیا جا سکتا ہے۔
عملی اطلاق میں دلچسپی میں اضافہ superconductivity 1950 کی دہائی میں اس وقت شروع ہوا جب قسم II کے سپر کنڈکٹرز، اپنی اعلی موجودہ کثافت اور مقناطیسی انڈکشن کے ساتھ، افق پر چمکتے ہوئے آئے۔ پھر وہ زیادہ سے زیادہ عملی اہمیت حاصل کرنے لگے۔
برقی مقناطیسی انڈکشن کا قانون ہمیں بتاتا ہے کہ برقی رو کے ارد گرد ہمیشہ موجود رہتا ہے۔ مقناطیسی میدان... اور چونکہ سپر کنڈکٹرز بغیر مزاحمت کے کرنٹ چلاتے ہیں، اس لیے مناسب درجہ حرارت پر ایسے مواد کو برقرار رکھنا اور اس طرح مثالی برقی مقناطیس بنانے کے لیے پرزے حاصل کرنا کافی ہے۔
مثال کے طور پر، طبی تشخیص میں، مقناطیسی گونج امیجنگ ٹیکنالوجی میں ٹوموگرافس میں طاقتور سپر کنڈکٹنگ برقی مقناطیس کا استعمال شامل ہے۔ ان کے بغیر، ڈاکٹر سکیلپل کے استعمال کا سہارا لیے بغیر انسانی جسم کے اندرونی بافتوں کی ایسی متاثر کن ہائی ریزولوشن تصاویر حاصل نہیں کر پائیں گے۔
سپر کنڈکٹنگ مرکب دھاتیں جیسے کہ نائوبیم-ٹائٹینیم اور نائوبیم-ٹن انٹرمیٹالیکس نے بہت اہمیت حاصل کی ہے، جس سے مستحکم پتلی سپر کنڈکٹنگ فلیمینٹس اور پھنسے ہوئے تاروں کو حاصل کرنا تکنیکی طور پر آسان ہے۔
سائنس دانوں نے طویل عرصے سے مائعات اور ریفریجریٹرز کو اعلی ٹھنڈک کی صلاحیت (مائع ہیلیم کے درجہ حرارت کی سطح پر) کے ساتھ بنایا ہے، یہ وہی تھے جنہوں نے سوویت یونین میں سپر کنڈکٹنگ ٹیکنالوجی کی ترقی میں حصہ لیا. تب بھی 1980 کی دہائی میں بڑے برقی مقناطیسی نظام بنائے گئے۔
دنیا کی پہلی تجرباتی سہولت، T-7، شروع کی گئی تھی، جسے فیوژن ری ایکشن شروع کرنے کے امکان کا مطالعہ کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا، جہاں ٹورائیڈل مقناطیسی میدان بنانے کے لیے سپر کنڈکٹنگ کوائلز کی ضرورت ہوتی ہے۔بڑے پارٹیکل ایکسلریٹر میں، مائع ہائیڈروجن ببل چیمبرز میں سپر کنڈکٹنگ کوائل بھی استعمال ہوتے ہیں۔
ٹربائن جنریٹر تیار اور بنائے جاتے ہیں (پچھلی صدی کے 80 کی دہائی میں، انتہائی طاقتور ٹربائن جنریٹر KGT-20 اور KGT-1000 سپر کنڈکٹرز کی بنیاد پر بنائے گئے تھے)، الیکٹرک موٹرز، کیبلز، مقناطیسی جداکار، ٹرانسپورٹ سسٹم وغیرہ۔
فلو میٹر، لیول گیجز، بیرومیٹر، تھرمامیٹر — ان تمام درست آلات کے لیے سپر کنڈکٹرز بہترین ہیں۔ سپر کنڈکٹرز کے صنعتی استعمال کے اہم اہم شعبے دو ہیں: مقناطیسی نظام اور برقی مشینیں۔
چونکہ سپر کنڈکٹر مقناطیسی بہاؤ کو نہیں گزرتا ہے، اس کا مطلب ہے کہ اس قسم کی مصنوعات مقناطیسی تابکاری کو بچاتی ہے۔ سپر کنڈکٹرز کی یہ خاصیت درست مائیکرو ویو ڈیوائسز میں استعمال ہوتی ہے اور ساتھ ہی طاقتور برقی مقناطیسی تابکاری جیسے ایٹمی دھماکے کے خطرناک نقصان دہ عنصر سے بچانے کے لیے بھی استعمال ہوتی ہے۔
نتیجے کے طور پر، کم درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹرز تحقیقی آلات جیسے پارٹیکل ایکسلریٹر اور فیوژن ری ایکٹر میں میگنےٹ کی تخلیق کے لیے ناگزیر رہتے ہیں۔
مقناطیسی لیویٹیشن ٹرینیں، جو آج کل جاپان میں فعال طور پر استعمال ہوتی ہیں، اب 600 کلومیٹر فی گھنٹہ کی رفتار سے چل سکتی ہیں اور طویل عرصے سے اپنی فزیبلٹی اور کارکردگی کو ثابت کر چکی ہیں۔
سپر کنڈکٹرز میں برقی مزاحمت کی عدم موجودگی برقی توانائی کی منتقلی کے عمل کو زیادہ اقتصادی بناتی ہے۔ مثال کے طور پر، زیر زمین بچھائی گئی ایک سپر کنڈکٹنگ پتلی کیبل اصولی طور پر بجلی کی ترسیل کر سکتی ہے جسے روایتی طریقے سے منتقل کرنے کے لیے تاروں کے ایک موٹے بنڈل — ایک بوجھل لائن — کی ضرورت ہوگی۔
فی الحال، نظام کے ذریعے نائٹروجن کو مسلسل پمپ کرنے کی ضرورت سے وابستہ صرف لاگت اور دیکھ بھال کے مسائل ہی متعلقہ ہیں۔ تاہم، 2008 میں، امریکی سپر کنڈکٹر نے کامیابی کے ساتھ نیویارک میں پہلی تجارتی سپر کنڈکٹنگ ٹرانسمیشن لائن کا آغاز کیا۔
اس کے علاوہ، صنعتی بیٹری ٹیکنالوجی موجود ہے جو آج ایک مسلسل گردش کرنے والے کرنٹ کی صورت میں توانائی کو جمع اور ذخیرہ کرنے (جمع) کرنے کی اجازت دیتی ہے۔
سپر کنڈکٹرز کو سیمی کنڈکٹرز کے ساتھ ملا کر، سائنسدان انتہائی فاسٹ کوانٹم کمپیوٹرز بنا رہے ہیں جو دنیا کو کمپیوٹنگ ٹیکنالوجی کی نئی نسل سے متعارف کروا رہے ہیں۔
مقناطیسی میدان کی وسعت پر سپر کنڈکٹنگ حالت میں کسی مادے کے منتقلی کے درجہ حرارت پر انحصار کا رجحان کنٹرولڈ ریزسٹرس - کرائیوٹرون کی بنیاد ہے۔
اس وقت، یقیناً، ہم اعلی درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹرز کے حصول کی طرف پیش رفت کے حوالے سے اہم پیش رفت کے بارے میں بات کر سکتے ہیں۔
مثال کے طور پر، دھاتی سیرامک مرکب YBa2Cu3Ox نائٹروجن کے مائع درجہ حرارت سے اوپر درجہ حرارت پر ایک سپر کنڈکٹنگ حالت میں چلا جاتا ہے!
تاہم، ان میں سے زیادہ تر حل اس حقیقت کی وجہ سے ہیں کہ حاصل کیے گئے نمونے نازک اور غیر مستحکم ہیں۔ لہذا، مذکورہ بالا نوبیم مرکبات ٹیکنالوجی میں اب بھی متعلقہ ہیں۔
سپر کنڈکٹرز فوٹوون ڈیٹیکٹر بنانا ممکن بناتے ہیں۔ ان میں سے کچھ اینڈریو عکاسی کا استعمال کرتے ہیں، دوسرے جوزفسن اثر، ایک اہم کرنٹ کی موجودگی کی حقیقت، وغیرہ کا استعمال کرتے ہیں.
ڈٹیکٹر بنائے گئے ہیں جو انفراریڈ رینج سے سنگل فوٹونز کو ریکارڈ کرتے ہیں، جو دوسرے ریکارڈنگ اصولوں، جیسے فوٹو الیکٹرک ملٹی پلائرز وغیرہ کی بنیاد پر ڈٹیکٹروں پر بہت سے فوائد دکھاتے ہیں۔
یادداشت کے خلیے سپر کنڈکٹرز میں بھنور کی بنیاد پر بنائے جا سکتے ہیں۔ کچھ مقناطیسی سولٹون پہلے ہی اسی طرح استعمال کیے جاتے ہیں۔ دو جہتی اور تین جہتی مقناطیسی سولٹون مائع میں vortices کی طرح ہوتے ہیں، جہاں سٹریم لائنز کا کردار ڈومین الائنمنٹ لائنز کے ذریعے ادا کیا جاتا ہے۔
اسکویڈز چھوٹے رنگ پر مبنی سپر کنڈکٹر ڈیوائسز ہیں جو مقناطیسی بہاؤ اور برقی وولٹیج میں ہونے والی تبدیلیوں کے درمیان تعلق کی بنیاد پر کام کرتے ہیں۔ اس طرح کے مائیکرو ڈیوائسز انتہائی حساس میگنیٹومیٹر میں کام کرتے ہیں جو زمین کے مقناطیسی میدان کی پیمائش کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں، ساتھ ہی ساتھ اسکین شدہ اعضاء کے میگنیٹوگرام حاصل کرنے کے لیے طبی آلات میں بھی۔