Technological applications of superconductivity
સુપરકન્ડક્ટિવિટીના ટેકનોલોજીકલ ઉપયોગોમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ SQUIDs (સુપરકન્ડક્ટિંગ ક્વોન્ટમ ઇન્ટરફિયરન્સ ડિવાઇસીસ) પર આધારિત સંવેદનશીલ મેગ્નેટોમીટરનું ઉત્પાદન ઝડપી ડિજિટલ સર્કિટ્સ (જોસેફસન જંકશન અને ઝડપી સિંગલ ફ્લક્સ ક્વોન્ટમ ટેકનોલોજી પર આધારિત સહિત), મેગ્લેવ ટ્રેનમાં ઉપયોગમાં લેવાતા શક્તિશાળી સુપરકન્ડક્ટિંગ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ, મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ (MRI) અને ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (NMR) મશીનો, મેગ્નેટિક કન્ફિનમેન્ટ ફ્યુઝન રિએક્ટર (દા. ત. ટોકામૅક્સ), અને કણ પ્રવેગકોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા બીમ-સ્ટીયરિંગ અને ફોકસિંગ ચુંબક લો-લોસ પાવર કેબલ્સ આરએફ અને માઇક્રોવેવ ફિલ્ટર્સ (દા. ત., મોબાઇલ ફોન બેઝ સ્ટેશનો માટે, તેમજ લશ્કરી અલ્ટ્રા-સેન્સિટિવ/સિલેક્ટિવ રીસીવરો માટે) ફાસ્ટ ફોલ્ટ કરંટ ટ્રાન્ઝિશન એજ સેન્સર, સુપરકન્ડક્ટિંગ બોલોમીટર, સુપરકન્ડક્ટિંગ ટનલ જંક્શન ડિટેક્ટર, કાઇનેટિક ઇન્ડક્ટન્સ ડિટેક્ટર અને સુપરકન્ડક્ટિંગ નેનોવાયર સિંગલ-ફોટોન ડિટેક્ટર રેલગન અને કોઇલગન ચુંબક ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ અને જનરેટર લો-ટેમ્પરેચર સુપરકન્ડક્ટિવિટી મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ અને ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ સહિત ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા કણ ડિટેક્ટર્સને મર્યાદિત કરે છે. આ ઓક્સફર્ડ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ અને સિમેન્સ જેવી કંપનીઓ માટે અબજો ડોલરનું બજાર રજૂ કરે છે. ચુંબક સામાન્ય રીતે નીચા-તાપમાનના સુપરકન્ડક્ટર્સ (એલ. ટી. એસ.) નો ઉપયોગ કરે છે કારણ કે એલ. ટી. એસ. ઉપકરણોને પ્રવાહી હિલીયમ તાપમાનમાં ઠંડુ કરવાની જરૂરિયાત હોવા છતાં, ઉચ્ચ-તાપમાનના સુપરકન્ડક્ટર્સ હજુ પણ એટલા સસ્તા નથી કે તે જરૂરી ઉચ્ચ, સ્થિર અને મોટા કદના ક્ષેત્રોને અસરકારક રીતે પહોંચાડી શકે. સુપરકન્ડક્ટર્સનો ઉપયોગ ઉચ્ચ ક્ષેત્રના વૈજ્ઞાનિક ચુંબકમાં પણ થાય છે. પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર અને મેગ્નેટિક ફ્યુઝન ઉપકરણો પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર જેમ કે લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડરમાં ઘણા ઉચ્ચ ક્ષેત્રના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટનો સમાવેશ થઈ શકે છે જેમાં મોટી માત્રામાં એલટીએસની જરૂર પડે છે. એલ. એચ. સી. ચુંબકના નિર્માણ માટે પાંચ વર્ષ માટે વિશ્વના નિયોબિયમ-ટાઇટેનિયમ વાયર ઉત્પાદનના 28 ટકાથી વધુની જરૂર પડે છે, જેમાં એલ. એચ. સી. ના વિશાળ પ્રયોગ ડિટેક્ટર્સ માટે ચુંબકમાં મોટી માત્રામાં એન. બી. ટી. આઈ. નો પણ ઉપયોગ થાય છે. પરંપરાગત ફ્યુઝન મશીનો (જે. ઇ. ટી., એસ. ટી.-40, એન. ટી. એસ. એક્સ.-યુ. અને એમ. એ. એસ. ટી.) તાંબાના બ્લોકનો ઉપયોગ કરે છે. આ તેમના ક્ષેત્રોને 1-3 ટેસ્લા સુધી મર્યાદિત કરે છે. 2024-2026 સમયમર્યાદા માટે કેટલાક સુપરકન્ડક્ટિંગ ફ્યુઝન મશીનોની યોજના બનાવવામાં આવી છે. તેમાં ITER, ARC અને ST-40નું આગામી સંસ્કરણ સામેલ છે. ઉચ્ચ તાપમાનના સુપરકન્ડક્ટર્સના ઉમેરાથી ટોકામક્સની નવી પેઢી માટે ક્ષેત્રોમાં (10-13 ટેસ્લા) તીવ્રતાના સુધારાનો ક્રમ મળવો જોઈએ. ઉચ્ચ-તાપમાન સુપરકન્ડક્ટિવિટી ઉચ્ચ-તાપમાન સુપરકન્ડક્ટર્સ (એચ. ટી. એસ.) માટે અત્યાર સુધીની વ્યાવસાયિક ઉપયોગિતાઓ અત્યાર સુધી શોધાયેલ સામગ્રીના અન્ય ગુણધર્મો દ્વારા મર્યાદિત કરવામાં આવી છે. એચટીએસને સુપરકન્ડક્ટિંગ તાપમાનને ઠંડુ કરવા માટે માત્ર પ્રવાહી નાઇટ્રોજનની જરૂર પડે છે, પ્રવાહી હિલીયમની નહીં. જો કે, હાલમાં જાણીતા ઉચ્ચ-તાપમાનના સુપરકન્ડક્ટર્સ બરડ સિરામિક્સ છે જે ઉત્પાદન માટે ખર્ચાળ છે અને સરળતાથી વાયર અથવા અન્ય ઉપયોગી આકારોમાં રચાતા નથી. તેથી, એચ. ટી. એસ. માટેની એપ્લિકેશનો ત્યાં રહી છે જ્યાં તેનો અન્ય આંતરિક ફાયદો છે, દા. ત. માંઃ એલ. ટી. એસ. ઉપકરણો માટે નીચા થર્મલ લોસ કરંટ લીડ્સ (ઓછી થર્મલ વાહકતા), આર. એફ. અને માઇક્રોવેવ ફિલ્ટર્સ (આર. એફ. માટે ઓછો પ્રતિકાર), અને નિષ્ણાત વૈજ્ઞાનિક ચુંબકમાં વધુને વધુ, ખાસ કરીને જ્યાં કદ અને વીજળીનો વપરાશ મહત્વપૂર્ણ છે (જ્યારે એચ. ટી. એસ. વાયર આ એપ્લિકેશનોમાં એલ. ટી. એસ. કરતાં વધુ મોંઘો છે, આ સંબંધિત ખર્ચ અને ઠંડકની સગવડ દ્વારા સરભર કરી શકાય છે); રેમ્પ ક્ષેત્રની ક્ષમતા ઇચ્છિત છે (એચ. ટી. એસ. ના ઓપરેટિંગ તાપમાનની ઉચ્ચ અને વિશાળ શ્રેણી એટલે ક્ષેત્રમાં ઝડપી ફેરફારોને સંચાલિત કરી શકાય છે); અથવા ક્રાયોજેન મુક્ત કામગીરી ઇચ્છિત છે (એલ. ટી. એસ. માટે સામાન્ય રીતે પ્રવાહી હીલિયમની જરૂર પડે છે, જે વધુ દુર્લભ અને ખર્ચાળ બની રહી છે). એચ. ટી. એસ. આધારિત પ્રણાલીઓ એચ. ટી. એસ. નો ઉપયોગ એન. એમ. આર. અને એમ. આર. આઈ. પ્રણાલીઓમાં ઉપયોગ સહિત વૈજ્ઞાનિક અને ઔદ્યોગિક ચુંબકમાં થાય છે. વાણિજ્યિક પ્રણાલીઓ હવે દરેક શ્રેણીમાં ઉપલબ્ધ છે. એચ. ટી. એસ. નું એક આંતરિક લક્ષણ એ પણ છે કે તે એલ. ટી. એસ. કરતા ઘણા ઊંચા ચુંબકીય ક્ષેત્રોનો સામનો કરી શકે છે, તેથી એલ. ટી. એસ. ચુંબકની અંદર ખૂબ જ ઉચ્ચ-ક્ષેત્ર દાખલ કરવા માટે પ્રવાહી હિલીયમ તાપમાન પર એચ. ટી. એસ. ની શોધ કરવામાં આવી રહી છે. ભવિષ્યની આશાસ્પદ ઔદ્યોગિક અને વ્યાપારી એચટીએસ એપ્લિકેશન્સમાં ઇન્ડક્શન હીટર, ટ્રાન્સફોર્મર્સ, ફોલ્ટ કરંટ લિમિટર્સ, પાવર સ્ટોરેજ, મોટર્સ અને જનરેટર, ફ્યુઝન રિએક્ટર (જુઓ આઇટીઇઆર) અને ચુંબકીય લેવિટેશન ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે. પ્રારંભિક કાર્યક્રમો એવા હશે જ્યાં નાના કદ, ઓછા વજન અથવા ઝડપથી વર્તમાન (ફોલ્ટ વર્તમાન મર્યાદાઓ) બદલવાની ક્ષમતાનો લાભ વધારાના ખર્ચ કરતાં વધારે હોય. વાહકની કિંમતમાં ઘટાડો થતાં લાંબા ગાળાની એચ. ટી. એસ. પ્રણાલીઓ માત્ર ઊર્જા કાર્યક્ષમતાના આધારો પર એપ્લિકેશનોની વધુ વ્યાપક શ્રેણીમાં સ્પર્ધાત્મક હોવી જોઈએ. (પાવર સિસ્ટમ્સમાં એચટીએસ ટેકનોલોજીની રમતની સ્થિતિ અને જનરેશન 2 વાહકની વિકાસની સ્થિતિના પ્રમાણમાં તકનીકી અને યુએસ-કેન્દ્રિત દૃષ્ટિકોણ માટે જુઓ ઇલેક્ટ્રિક સિસ્ટમ્સ 2008 યુએસ ડીઓઇ વાર્ષિક પીઅર સમીક્ષા માટે સુપરકન્ડક્ટિવિટી.) હોલબ્રુક સુપરકન્ડક્ટર પ્રોજેક્ટ, જેને એલ. આઈ. પી. એ. પ્રોજેક્ટ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે વિશ્વની પ્રથમ ઉત્પાદન સુપરકન્ડક્ટિંગ ટ્રાન્સમિશન પાવર કેબલની રચના અને નિર્માણનો પ્રોજેક્ટ છે. લોંગ આઇલેન્ડ પાવર ઓથોરિટી (એલ. આઈ. પી. એ.) દ્વારા જૂન 2008ના અંતમાં આ કેબલ શરૂ કરવામાં આવી હતી. ઉપનગરીય લોંગ આઇલેન્ડ વિદ્યુત સબસ્ટેશનને આશરે 600 મીટર લાંબી ભૂગર્ભ કેબલ સિસ્ટમ દ્વારા ખવડાવવામાં આવે છે, જેમાં અમેરિકન સુપરકન્ડક્ટર દ્વારા ઉત્પાદિત લગભગ ઉચ્ચ-તાપમાનના સુપરકન્ડક્ટર વાયરનો સમાવેશ થાય છે, જે ભૂગર્ભમાં સ્થાપિત અને પ્રવાહી નાઇટ્રોજનથી ઠંડુ હોય છે, જે વધારાના પાવર પહોંચાડવા માટે જરૂરી મોંઘા રાઇટ-ઓફ-વેને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે. વધુમાં, કેબલની સ્થાપન ઓવરહેડ પાવર લાઈનો માટે કડક પરવાનગીની ગૂંચવણોને બાકાત રાખે છે, અને ઓવરહેડ પાવર લાઈનો માટે લોકોની ચિંતાઓ માટે ઉકેલ પ્રદાન કરે છે. અમેરિકન સુપરકન્ડક્ટરને ટ્રેસ એમિગાસ પ્રોજેક્ટ માટે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું, જે યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સનું પ્રથમ નવીનીકરણીય ઊર્જા બજાર કેન્દ્ર છે. ટ્રેસ એમિગાસ રિન્યુએબલ એનર્જી માર્કેટ હબ સુપરકન્ડક્ટર વીજળી પાઈપલાઈનનો બહુ-માઇલ, ત્રિકોણાકાર વીજળી માર્ગ હશે, જે ત્રણ યુ. એસ. પાવર ગ્રીડ (ઇસ્ટર્ન ઇન્ટરકનેક્શન, વેસ્ટર્ન ઇન્ટરકનેક્શન અને ટેક્સાસ ઇન્ટરકનેક્શન) વચ્ચે ઘણા ગીગાવોટ વીજળીનું પરિવહન અને સંતુલન કરવામાં સક્ષમ હશે. પરંપરાગત પાવરલાઇનથી વિપરીત, તે એસી કરંટને બદલે ડીસી તરીકે પાવર ટ્રાન્સફર કરશે. તે ક્લોવિસ, ન્યૂ મેક્સિકોમાં સ્થિત હશે. જર્મનીના એસેનમાં 1 કિલોમીટરના ઉત્પાદનમાં વિશ્વની સૌથી લાંબી સુપરકન્ડક્ટિંગ પાવર કેબલ છે. તે 10 કેવી પ્રવાહી નાઇટ્રોજન કૂલ્ડ કેબલ છે. આ કેબલ સમકક્ષ 110 કેવી નિયમિત કેબલ કરતાં નાની છે અને નીચલા વોલ્ટેજમાં નાના ટ્રાન્સફોર્મર્સનો વધારાનો ફાયદો છે. જર્મનીના વોર્ડેમાં એક એલ્યુમિનિયમ પ્લાન્ટ 200 કેએ વહન કરતા કેબલ માટે સુપરકન્ડક્ટર્સનો ઉપયોગ કરવાની યોજના ધરાવે છે, જેમાં ઓછા વોલ્યુમ અને સામગ્રીની માંગને ફાયદા તરીકે દર્શાવવામાં આવી છે. મેગ્નેશિયમ ડાયબોરાઇડ એ એલટીએસ જેવા જ બોલપાર્કમાં લંબાઈ દીઠ વર્તમાન વહન ક્ષમતા (કિંમત/(કેએ * એમ)) ની કિંમતની દ્રષ્ટિએ બીએસસીસીઓ અથવા વાયબીસીઓ કરતાં ઘણું સસ્તું સુપરકન્ડક્ટર છે, અને આ આધારે ઘણા ઉત્પાદિત વાયર પહેલેથી જ તાંબા કરતા સસ્તા છે. વધુમાં, એમ. જી. બી. 2 એલ. ટી. એસ. કરતા વધુ તાપમાને સુપરકન્ડક્ટ કરે છે (તેનું નિર્ણાયક તાપમાન 39 કેલ્વિન છે, જ્યારે એન. બી. ટી. આઈ. માટે 10 કેલ્વિન અને એન. બી. 3એસ. એન. માટે 18.3 કેલ્વિન કરતાં ઓછું છે), જે ક્રાયોજન-મુક્ત ચુંબકમાં અથવા કદાચ આખરે પ્રવાહી હાઇડ્રોજનમાં <આઇ. ડી. 1 કેલ્વિન પર તેનો ઉપયોગ કરવાની શક્યતા રજૂ કરે છે. જો કે MgB2 ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મર્યાદિત છે જે આ ઊંચા તાપમાને સહન કરી શકે છે, તેથી ઉચ્ચ ક્ષેત્રના ઉપયોગોમાં તેની સ્પર્ધાત્મકતા દર્શાવવા માટે વધુ સંશોધન જરૂરી છે. ફસાયેલા ક્ષેત્ર ચુંબક સુપરકન્ડક્ટિંગ સામગ્રીને સંક્ષિપ્ત ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ખુલ્લા પાડવાથી જનરેટર જેવા મશીનોમાં ઉપયોગ માટે ક્ષેત્રને ફસાવવામાં આવી શકે છે. કેટલાક ઉપયોગોમાં તેઓ પરંપરાગત કાયમી ચુંબકને બદલી શકે છે. સુપરકન્ડક્ટિવિટી નોંધે છે