अतिचालकता (Superconductivity) क्या है? अतिचालक (Superconductor) पदार्थ कौन कौनसे हैं?

अतिचालकता की खोज एक डच भौतिकशास्त्री कैमरलिंग ओनिस द्वारा 1911 में की गयी। अत्यन्त निम्न ताप पर कुछ पदार्थों का विद्युत प्रतिरोध शून्य हो जाता है। इन्हें ‘अतिचालक’ (Super-conductor) कहते हैं और इस गुण को ‘अतिचालकता’ कहते हैं।

4.2 k (– 268.8°C) पर पारा अतिचालक बन जाता है, अर्थात् उसका विद्युत प्रतिरोध शून्य हो जाता है, यदि उस समय उसमें धारा प्रवाहित की जाए तो वह अनन्त काल तक बहती रहेगी, उसमें कोई कमी नहीं आएगी। कुछ मिश्र धातुएं, जैसे—नियोबियस्टन काफी ऊंचे ताप पर भी अतिचालकता प्राप्त कर लेती है

अतिचालक का दूसरा महत्त्वपूर्ण गुण यह होता है, कि वह पूर्णतः प्रतिचुम्बकीय होता है, अर्थात् वह पूर्ण ‘चुम्बकीय कवच’ होता है जिसे कोई चुम्बकीय बल-रेखा भेदकर उसके अन्दर नहीं जा सकती है। कोई पदार्थ जिस ताप पर अतिचालक बनता है उसे उसका ‘क्रांतिक ताप’ (Critical temperature) कहते हैं।

सामान्य अतिचालक व उनके क्रांतिक ताप (Tc)

सामान्य अतिचालकों की सूची दी गई है, जिसमें उनके क्रांतिक तापमान (Tc) शामिल हैं:

धातुTc (K)Tc (°C)
पारा (Hg)4.2-268.95
टैंटलम (Ta)4.5-268.65
वेनेडियम (V)5.4-267.75
सीसा (Pb)7.2-265.95
नीओबियम (Nb)9.2-264.95
टाइटेनियम (Ti)0.39-272.76
मोलिब्डेनम (Mo)0.92-272.23
लोहा (Fe)0.08-272.97
सामान्य अतिचालक व उनके क्रांतिक ताप (Tc)

अतिचालकता के प्रकार

अतिचालकता को दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: प्रकार I और प्रकार II.

प्रकार I अतिचालक वे होते हैं जो एक निश्चित क्रांतिक चुंबकीय क्षेत्र के नीचे अतिचालक होते हैं। जब चुंबकीय क्षेत्र को क्रांतिक मान से अधिक बढ़ाया जाता है, तो सामग्री अपनी अतिचालकता खो देती है। प्रकार I अतिचालक आमतौर पर शुद्ध धातुएं होती हैं, जैसे कि सीसा, पारा और एल्यूमीनियम।

प्रकार II अतिचालक वे होते हैं जो दो क्रांतिक चुंबकीय क्षेत्रों के बीच अतिचालक होते हैं। निचले क्रांतिक क्षेत्र (Hcl) पर, सामग्री में पूर्ण अतिचालकता में प्रवेश करती है। ऊपरी क्रांतिक क्षेत्र (Hc2) पर, सामग्री अपनी अतिचालकता खो देती है। Hcl और Hc2 के बीच, सामग्री एक मिश्रित अवस्था में है जिसमें सामान्य और अतिचालक क्षेत्र दोनों मौजूद हैं। प्रकार II अतिचालक आमतौर पर मिश्र धातु और यौगिक होते हैं, जैसे कि NbTi, Nb3Sn और YBa2Cu3O7.

टाइप I और टाइप II सुपरकंडक्टर के बीच कुछ प्रमुख अंतर यहां दिए गए हैं:

विशेषताटाइप I सुपरकंडक्टरटाइप II सुपरकंडक्टर
क्रांतिक चुंबकीय क्षेत्रएकल मानदो मान (Hcl और Hc2)
सामान्य अवस्था में संक्रमणतीव्रक्रमिक
मिश्रित अवस्थाअनुपस्थितमौजूद
उदाहरणसीसा, पारा, एल्यूमीनियमNbTi, Nb3Sn, YBa2Cu3O7

अतिचालकता के उपयोग

अतिचालकता का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

  • चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई): एमआरआई एक चिकित्सा इमेजिंग तकनीक है जो मजबूत चुंबकीय क्षेत्र और रेडियो तरंगों का उपयोग शरीर के अंदर की छवियों का निर्माण करने के लिए करती है। एमआरआई मशीन में सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।
  • कण त्वरक: कण त्वरक ऐसे उपकरण हैं जिनका उपयोग उप-परमाणु कणों को उच्च गति तक पहुंचाने के लिए किया जाता है। कण त्वरक में सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग कणों को केंद्रित और त्वरित करने के लिए किया जाता है।
  • विद्युत शक्ति संचरण: सुपरकंडक्टिंग केबल का उपयोग विद्युत शक्ति को कम नुकसान के साथ संचारित करने के लिए किया जा सकता है। सुपरकंडक्टिंग केबल पारंपरिक तांबे के केबल की तुलना में बहुत अधिक धारा ले जा सकते हैं।