Niobium–tin
નિયોબિયમ-ટિન એ નિયોબિયમ (એન. બી.) અને ટીન (એસ. એન.) નું આંતરધાતુ સંયોજન છે, જેનો ઔદ્યોગિક રીતે પ્રકાર-2 સુપરકન્ડક્ટર તરીકે ઉપયોગ થાય છે. આ આંતરધાતુ સંયોજન એક સરળ માળખું ધરાવે છેઃ A3B. તે નિયોબિયમ-ટાઇટેનિયમ (એન. બી. ટી. આઈ.) કરતાં વધુ મોંઘુ છે, પરંતુ એન. બી. ટી. આઈ. માટે આશરે 15 ટી. ની મર્યાદાની સરખામણીમાં ચુંબકીય પ્રવાહની ઘનતા સુધી સુપરકન્ડક્ટિંગ રહે છે. એન. બી. 3. એસ. એન. ને 1954માં સુપરકન્ડક્ટર તરીકે શોધવામાં આવી હતી. ઉચ્ચ પ્રવાહો અને ચુંબકીય ક્ષેત્રોને ટેકો આપવાની સામગ્રીની ક્ષમતા 1961 માં શોધવામાં આવી હતી અને સુપરકન્ડક્ટિવિટીના મોટા પાયે ઉપયોગોના યુગની શરૂઆત થઈ હતી. નિર્ણાયક તાપમાન છે. ઉપયોગ તાપમાન સામાન્ય રીતે વાતાવરણીય દબાણ પર પ્રવાહી હિલીયમના ઉત્કલન બિંદુની આસપાસ હોય છે. એપ્રિલ 2008માં 12 ટી અને 4.2 કે પર બિન-તાંબાના પ્રવાહની વિક્રમી ઘનતા 2,643 એ. એમ. એમ.-2 હોવાનો દાવો કરવામાં આવ્યો હતો. ઇતિહાસ એન. બી. 3એસ. એન. એ 1954માં સુપરકન્ડક્ટર હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું, જે એ3બી સુપરકન્ડક્ટરનું પ્રથમ ઉદાહરણ વી3એસઆઈની શોધના એક વર્ષ પછી મળ્યું હતું. 1961માં એવું જાણવા મળ્યું હતું કે નિયોબિયમ-ટિન હજુ પણ મોટા પ્રવાહો અને મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રો પર સુપરકન્ડક્ટિવિટી દર્શાવે છે, આમ ઉપયોગી ઉચ્ચ-શક્તિ ચુંબક અને વિદ્યુત શક્તિ મશીનરી બનાવવા માટે જરૂરી ઉચ્ચ પ્રવાહો અને ક્ષેત્રોને ટેકો આપવા માટે પ્રથમ જાણીતી સામગ્રી બની છે. નોંધપાત્ર ઉપયોગો આયોજિત પ્રાયોગિક ITER ફ્યુઝન રિએક્ટર માટે કેન્દ્રીય સોલેનોઇડ અને ટોરોઇડલ ફિલ્ડ સુપરકન્ડક્ટિંગ ચુંબક સુપરકન્ડક્ટર તરીકે નિયોબિયમ-ટિનનો ઉપયોગ કરે છે. કેન્દ્રીય સોલેનોઇડ કોઇલ એક ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરશે. ટોરોઇડલ ફિલ્ડ કોઇલ 11.8 ટનના મહત્તમ ક્ષેત્ર પર કામ કરશે. અંદાજિત ઉપયોગ એન. બી. 3. એસ. એન. સ્ટ્રાન્ડ અને 250 મેટ્રિક ટન એન. બી. ટી. આઈ. સ્ટ્રાન્ડનો છે. સીઇઆરએન ખાતે લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર ખાતે, 2018ના અંતમાં અને 2020ની શરૂઆતમાં પ્રવેગકના મુખ્ય બિંદુઓમાં નિયોબિયમ-ટિનથી બનેલા વધારાના મજબૂત ચતુર્ભુજ ચુંબક (બીમ કેન્દ્રિત કરવા માટે) સ્થાપિત કરવામાં આવી રહ્યા છે. નિઓબિયમ ટીનને 1986માં નિઓબિયમ-ટાઇટેનિયમના વિકલ્પ તરીકે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું, કારણ કે તે શીતકને સુપરફ્લુઇડ હિલીયમ કરતાં ઓછી જટિલ મંજૂરી આપે છે, પરંતુ તે સમયે આયોજિત યુએસની આગેવાની હેઠળના સુપરકન્ડક્ટિંગ સુપર કોલાઇડર સાથે સ્પર્ધા કરતી વખતે વિલંબ ટાળવા માટે આનો પીછો કરવામાં આવ્યો ન હતો. સંયુક્ત વાયર યાંત્રિક રીતે, Nb3Sn અત્યંત બરડ હોય છે અને તેથી તેને સરળતાથી વાયરમાં ખેંચી શકાતો નથી, જે વળાંકવાળા સુપરકન્ડક્ટિંગ ચુંબક માટે જરૂરી છે. આને દૂર કરવા માટે, વાયર ઉત્પાદકો સામાન્ય રીતે નરમ અગ્રદૂત ધરાવતા સંયુક્ત વાયરને નીચે ખેંચે છે. "આંતરિક ટીન" પ્રક્રિયામાં એનબી, ક્યુ અને એસએનના અલગ મિશ્રધાતુઓનો સમાવેશ થાય છે. "બ્રોન્ઝ" પ્રક્રિયામાં કોપર-ટીન બ્રોન્ઝ મેટ્રિક્સમાં એનબી હોય છે. બંને પ્રક્રિયાઓ સાથે સ્ટ્રાન્ડને સામાન્ય રીતે અંતિમ કદ તરફ દોરવામાં આવે છે અને ગરમીની સારવાર પહેલાં સોલેનોઇડ અથવા કેબલમાં વીંટાળવામાં આવે છે. તે માત્ર ગરમીની સારવાર દરમિયાન જ છે કે જે એસ. એન. એન. બી. સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને બરડ, સુપરકન્ડક્ટિંગ નિયોબિયમ-ટીન સંયોજન બનાવે છે. પાવડર-ઇન-ટ્યુબ પ્રક્રિયાનો પણ ઉપયોગ થાય છે. આધુનિક એન. એમ. આર. ચુંબકનો ઉચ્ચ ક્ષેત્ર વિભાગ નિયોબિયમ-ટીન વાયરથી બનેલો છે. ચુંબકની અંદર તાણની અસરો વાયરને ઠંડક દરમિયાન ઉચ્ચ લોરેન્ટ્ઝ બળો તેમજ થર્મલ તાણને આધિન હોય છે. નિયોબિયમ ટીનમાં કોઈપણ તાણ સામગ્રીની સુપરકન્ડક્ટિંગ કામગીરીમાં ઘટાડો કરે છે, અને બરડ સામગ્રીને અસ્થિભંગનું કારણ બની શકે છે. આ કારણે, વાયર શક્ય તેટલા સખત હોવા જરૂરી છે. નિયોબિયમ ટીનનું યંગનું મોડ્યુલસ ઓરડાના તાપમાને લગભગ 140 જી. પી. એ. છે. જો કે, જ્યારે સામગ્રીને નીચે ઠંડુ કરવામાં આવે છે ત્યારે જડતા 50 જી. પી. એ. જેટલી ઓછી થઈ જાય છે. તેથી ઇજનેરોએ સામગ્રીની તાકાતમાં સુધારો કરવાની રીતો શોધવી જોઈએ. મજબૂત બનાવતા રેસાને ઘણીવાર તેમની જડતા વધારવા માટે સંયુક્ત નિયોબિયમ ટીન વાયરમાં સામેલ કરવામાં આવે છે. સામાન્ય મજબૂત સામગ્રીમાં ક્રાયોજેનિક તાપમાને તેમની ઊંચી જડતાને કારણે ઇન્કોનેલ, સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ, મોલિબ્ડેનમ અને ટેન્ટેલમનો સમાવેશ થાય છે. મેટ્રિક્સ, ફાઇબર અને નિયોબિયમ ટીનના થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક બધા અલગ અલગ હોવાથી, વાયરને એનેલ કર્યા પછી અને ઓપરેટિંગ તાપમાન સુધી ઠંડુ કર્યા પછી નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં તાણ પેદા કરી શકાય છે. આ તાણને તારમાં પૂર્વ તાણ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. નિયોબિયમ ટીનમાં કોઈપણ તાણ સામાન્ય રીતે સામગ્રીની સુપરકન્ડક્ટિંગ કામગીરીમાં ઘટાડો કરે છે, તેથી આ મૂલ્યને ઘટાડવા માટે સામગ્રીના યોગ્ય સંયોજનનો ઉપયોગ કરવો આવશ્યક છે. સંયુક્ત વાયરમાં પૂર્વ-તાણની ગણતરી સૂત્ર દ્વારા કરી શકાય છે જ્યાં εm એ પૂર્વ-તાણ છે, αL/Lc અને αL/Lf એ અનુક્રમે નિયોબિયમ ટીન નળીના થર્મલ વિસ્તરણ અને મજબૂત ફાઇબરને કારણે લંબાઈમાં ફેરફાર છે; Vc, Vf, Vsu, અને Vbz એ નળી, ફાઇબર, કોપર અને બ્રોન્ઝના કદના અપૂર્ણાંકો છે; σsu, y, અને σbz, y એ કોપર અને બ્રોન્ઝના ઉપજ તાણ છે; અને Ec, અને Ef એ નળી અને ફાઇબરના યંગ મોડ્યુલસ છે. કોપર અને બ્રોન્ઝ મેટ્રિક્સ ઠંડક દરમિયાન પ્લાસ્ટિકની રીતે વિકૃત થઈ જાય છે, તેથી તેઓ તેમના ઉપજના દબાણ જેટલું સતત દબાણ લાગુ કરે છે. જોકે, નળી અને રેસા ડિઝાઇન દ્વારા સ્થિતિસ્થાપક રીતે વિકૃત થાય છે. કાંસાની પ્રક્રિયા દ્વારા ઉત્પાદિત વાણિજ્યિક સુપરકન્ડક્ટર્સમાં સામાન્ય રીતે પૂર્વ-તાણ મૂલ્ય લગભગ 0.2% થી 0.40% હોય છે. કહેવાતી તાણની અસર નિયોબિયમ ટીન સહિત ઘણી સામગ્રીના સુપરકન્ડક્ટિંગ ગુણધર્મોમાં ઘટાડો કરે છે. નિર્ણાયક તાણ, મહત્તમ સ્વીકાર્ય તાણ કે જેના પર સુપરકન્ડક્ટિવિટી ખોવાઈ જાય છે, તે સૂત્ર દ્વારા આપવામાં આવે છે જ્યાં εc એ નિર્ણાયક તાણ છે, εco એ નિયોબિયમ ટીન માટે તણાવમાં 1.5% (સંકોચનમાં −1.8%) જેટલું સામગ્રી આધારિત પરિમાણ છે, B એ લાગુ કરેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર છે, અને Bc2m એ સામગ્રીનું મહત્તમ ઉપલા નિર્ણાયક ક્ષેત્ર છે. નિયોબિયમ ટીનમાં તાણ સ્ફટિક જાળીમાં ટેટ્રાગોનલ વિકૃતિઓનું કારણ બને છે, જે ઇલેક્ટ્રોન-ફોનોન ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વર્ણપટને બદલે છે. આ A15 સ્ફટિક માળખામાં અવ્યવસ્થામાં વધારા સમાન છે. પૂરતી ઊંચી તાણ પર, લગભગ 1 ટકા, નિયોબિયમ ટીન નળીમાં અસ્થિભંગ થશે અને વાયરની વર્તમાન વહન ક્ષમતાને ઉલટાવી ન શકાય તેવું નુકસાન થશે. મોટાભાગના સંજોગોમાં, ઉચ્ચ ક્ષેત્રની પરિસ્થિતિઓ સિવાય, નિયોબિયમ ટીન નળી નિર્ણાયક તાણ સુધી પહોંચે તે પહેલાં તૂટી જશે. વિકાસ અને ભવિષ્યના ઉપયોગો નિયોબિયમ-ટિનમાં ઉમેરાયેલા હાફ્નિયમ અથવા ઝિર્કોનિયમ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મહત્તમ વર્તમાન ઘનતામાં વધારો કરે છે. આ તેને CERN ના આયોજિત ફ્યુચર સર્ક્યુલર કોલાઇડર માટે 16 ટેસ્લા પર ઉપયોગમાં લેવાની મંજૂરી આપી શકે છે. નિઓબિયમ-ટાઇટેનિયમ પણ જુઓ, જે એન. બી.-એસ. એન. સંદર્ભો કરતાં વધુ નરમ છે બાહ્ય કડીઓ યુરોપિયન અદ્યતન સુપરકન્ડક્ટર્સ સુપરકન્ડક્ટર્સ નિઓબિયમ સંયોજનો ટીન સંયોજનો ઇન્ટરમેટેલિક્સ