एचटीएस आवेदन। एक नए प्रकार के उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स की खोज की गई है। एक नया उद्योग विकसित करें

उच्च तापमान अतिचालकता

1986 के अंत में उच्च तापमान सुपरकंडक्टिंग सामग्री के एक नए वर्ग की खोज ने नई तकनीक के निर्माण के लिए सुपरकंडक्टिविटी के व्यावहारिक उपयोग की संभावनाओं का विस्तार किया और राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के क्षेत्रों की दक्षता पर क्रांतिकारी प्रभाव पड़ेगा।

घटना, जिसमें महत्वपूर्ण तापमान से नीचे ठंडा होने पर एक कंडक्टर के विद्युत प्रतिरोध के पूर्ण गायब होने में शामिल है, की खोज 1911 में हुई थी, लेकिन इस घटना का व्यावहारिक उपयोग साठ के दशक के मध्य में शुरू हुआ, तकनीकी के लिए उपयुक्त सुपरकंडक्टिंग सामग्री के बाद अनुप्रयोगों का विकास किया गया। इस तथ्य के कारण कि इन सामग्रियों का महत्वपूर्ण तापमान 20 K से अधिक नहीं था, सभी बनाए गए सुपरकंडक्टिंग उपकरणों को तरल हीलियम तापमान पर संचालित किया गया था, अर्थात। 4-5 K पर। इस रेफ्रिजरेंट की कमी के बावजूद, इसके द्रवीकरण के लिए उच्च ऊर्जा लागत, थर्मल इन्सुलेशन सिस्टम की जटिलता और उच्च लागत, सुपरकंडक्टिविटी का व्यावहारिक उपयोग कई क्षेत्रों में शुरू हुआ। सुपरकंडक्टर्स के सबसे बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग आवेशित कण त्वरक, थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन और एमएचडी जनरेटर के इलेक्ट्रोमैग्नेट थे। सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रिक जेनरेटर, पावर लाइन, एनर्जी स्टोरेज डिवाइस, मैग्नेटिक सेपरेटर आदि के प्रोटोटाइप बनाए गए। हाल के वर्षों में, विभिन्न पूंजीवादी देशों में सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट के साथ डायग्नोस्टिक मेडिकल एनएमआर टोमोग्राफ का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू हो गया है, जिसके लिए संभावित बाजार का अनुमान है कई अरब डॉलर।

उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स की खोज, जिनमें से महत्वपूर्ण तापमान तरल नाइट्रोजन के क्वथनांक से एक मार्जिन से अधिक हो जाता है, मूल रूप से सुपरकंडक्टिंग उपकरणों के आर्थिक प्रदर्शन को बदल देता है, क्योंकि शीतलक की लागत और आवश्यक तापमान को बनाए रखने की लागत 50 से कम हो जाती है। -100 बार। इसके अलावा, उच्च तापमान अतिचालकता (एचटीएससी) की खोज ने 30 से कमरे के तापमान तक महत्वपूर्ण तापमान में और वृद्धि पर सैद्धांतिक प्रतिबंध हटा दिया। इस प्रकार, इस घटना की खोज के बाद से, क्रांतिक तापमान 30 से 130 K तक बढ़ गया है।

राज्य वैज्ञानिक और तकनीकी कार्यक्रम उच्च तापमान अतिचालकता के तकनीकी कार्यान्वयन की समस्या को हल करने के उद्देश्य से मौलिक और अनुप्रयुक्त अनुसंधान सहित कार्यों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है।

कार्यक्रम की संरचना के अनुसार, कार्य के मुख्य क्षेत्र हैं:

1. एचटीएससी की प्रकृति और गुणों की जांच।

इस क्षेत्र के मुख्य उद्देश्य उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी के तंत्र को स्पष्ट करने के लिए मौलिक शोध हैं, एचटीएससी के सिद्धांत का विकास, उच्च महत्वपूर्ण मानकों वाले नए यौगिकों की खोज की भविष्यवाणी, और उनके भौतिक रासायनिक गुणों का निर्धारण।

2. एचटीएससी सामग्री के गुणों पर बाहरी कारकों का प्रभाव।

इस क्षेत्र में, एचटीएससी सामग्री के गुणों पर उच्च दबाव, यांत्रिक और थर्मल प्रभाव, आयनीकरण विकिरण, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और अन्य बाहरी कारकों के प्रभाव और इष्टतम तकनीकी के साथ एचटीएससी सामग्री के निर्माण पर सिफारिशों के विकास पर अध्ययन किया जाएगा। और तकनीकी विशेषताओं।

3. एचटीएससी सामग्री प्राप्त करने के लिए वैज्ञानिक आधार और प्रौद्योगिकी।

इस क्षेत्र में अनुसंधान के मुख्य उद्देश्य वांछित गुणों के साथ उच्च तापमान सुपरकंडक्टिंग सामग्री प्राप्त करने के लिए सैद्धांतिक नींव का विकास, तकनीकी कार्यान्वयन के लिए आवश्यक मानकों के साथ नई सामग्री का संश्लेषण, और उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स प्राप्त करने के लिए प्रौद्योगिकियों का विकास निर्दिष्ट तकनीकी प्रपत्र। इस दिशा में प्रमुख मुद्दे और समग्र रूप से संपूर्ण कार्यक्रम निम्न-वर्तमान प्रौद्योगिकी में कार्यान्वयन के लिए उपयुक्त तकनीकी और स्थिर पतली-फिल्म संरचनाओं का निर्माण है, और विशेष रूप से तारों, टेपों के रूप में उच्च-वर्तमान वर्तमान-वाहक तत्व हैं। उच्च-वर्तमान प्रौद्योगिकी में उपयोग के लिए केबल, आदि।

4. कम-वर्तमान एचटीएस आवेदन।

एचटीएससी सामग्री के आधार पर विशिष्ट तकनीकी उत्पादों का निर्माण निकट भविष्य में कम-वर्तमान तकनीक में सबसे यथार्थवादी है, यानी। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और कंप्यूटर प्रौद्योगिकी में।

कार्यक्रम के ढांचे के भीतर, इलेक्ट्रॉनिक सुपरकंडक्टिंग उपकरणों के तीन वर्गों के बड़े पैमाने पर उत्पादन को विकसित करने और उसमें महारत हासिल करने की योजना है:

SQUIDs (जोसेफसन जंक्शनों पर आधारित उपकरण) दवा (मैग्नेटोएन्सेफलोग्राफी), भूविज्ञान और भूभौतिकी (खनिजों की खोज, पृथ्वी की पपड़ी की भूवैज्ञानिक संरचना का अध्ययन, भूकंप की भविष्यवाणी), सामग्री विज्ञान में उपयोग के लिए कमजोर चुंबकीय क्षेत्रों के डिटेक्टरों के रूप में।
(सामग्री, संरचनाओं का विनाशकारी परीक्षण), सैन्य उपकरण
(चुंबकीय विसंगतियों का पता लगाना, विशेष रूप से, गहरी बैठी पनडुब्बियां), वैज्ञानिक अनुसंधान, संचार और नेविगेशन।

SQUID मैग्नेटोमेट्रिक माप पद्धति का व्यापक विकास और कार्यान्वयन कम समय में कई प्रकार के माप उपकरणों को गुणात्मक रूप से बदलना संभव बना देगा, उपकरणों की संवेदनशीलता और माप सटीकता को सैकड़ों या अधिक बार बढ़ा देगा, एक विस्तृत श्रृंखला की मापने की क्षमता लाएगा। सैद्धांतिक सीमा तक सेंसर, और मापने के उपकरण को उच्चतम गुणात्मक रूप से नए स्तर पर लाते हैं।

एनालॉग-टू-डिजिटल डिवाइस (एडीसी) अल्ट्रा-फास्ट (पिकोसेकंड के अंश) का उपयोग करते हुए जोसेफसन से "गिवर" ऑपरेशन मोड में स्विच करना, नवीनतम संचार प्रणालियों में अनुप्रयोगों के लिए, एनालॉग सिग्नल के प्रसंस्करण और विश्लेषण के लिए डिजिटल कंप्यूटिंग डिवाइस, आदि।

सटीक माप प्रणालियों में उपयोग के लिए, जोसेफसन जंक्शन पर एक निरंतर वोल्टेज की उपस्थिति के प्रभाव पर आधारित उपकरण जब उस पर माइक्रोवेव सिग्नल लगाया जाता है (उदाहरण के लिए, एक मानक
वोल्टा)।

उच्च-तापमान अतिचालकता का कंप्यूटर प्रौद्योगिकी में व्यापक अनुप्रयोग होगा। पहले से ही वर्तमान समय में, मेमोरी सेल के मॉडल, एचटीएससी फिल्मों पर एक अल्ट्रासेंसिटिव रीडआउट तत्व, सेमीकंडक्टर रीडआउट एम्पलीफायरों, अल्ट्राफास्ट संचार लाइनों की तुलना में ऊर्जा रिलीज में कई कमी के साथ, जो सिस्टम के प्रदर्शन को 10 - 100 गुना बढ़ा देगा। पहले से ही विकसित, निर्मित और परीक्षण किया गया है। कंप्यूटर प्रौद्योगिकी में उच्च तापमान अतिचालकता की शुरूआत इसकी गति और एकीकरण की डिग्री में कई वृद्धि देगी। हाँ, पर स्विच कर रहा हूँ
एचटीएससी कनेक्शन और सेमीकंडक्टर सुपरकंप्यूटर के ऑपरेटिंग तापमान को कम करने से उनका प्रदर्शन 10x9 से 10x12 संचालन/सेकंड तक बढ़ जाएगा।

माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी में एचटीएससी के उपयोग की व्यापक संभावनाएं खुल रही हैं और उच्च संवेदनशीलता के साथ दृश्यमान और आईआर रेंज में सेंसर के निर्माण में।

5. एचटीएससी के उच्च वर्तमान आवेदन।

उच्च-वर्तमान प्रौद्योगिकी में एचटीएससी का उपयोग राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के लिए सबसे कट्टरपंथी आर्थिक परिणाम होगा।

इस दिशा में विद्युत शक्ति उपकरणों और प्रणालियों का निर्माण शामिल है जो औद्योगिक पैमाने पर बिजली उत्पन्न, संचारित और परिवर्तित करते हैं। इस दिशा का आधार सुपरकंडक्टर्स की क्षमता है जो बिना नुकसान के उच्च घनत्व (10x9-10x10 ए / एम 2) को मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों में महत्वपूर्ण तापमान से नीचे के तापमान पर परिवहन प्रवाह में ले जाती है। सुपरकंडक्टर्स की यह संपत्ति बेहतर वजन और आकार विशेषताओं के साथ विभिन्न उद्देश्यों के लिए विद्युत ऊर्जा उपकरण बनाना संभव बनाती है, उच्चतर
दक्षता और उल्लेखनीय रूप से (दसियों बार) परिचालन लागत में कमी आई है।

इस प्रकार, 2000 किमी से अधिक की दूरी पर केबल बिजली लाइनों पर 20 मिलियन किलोवाट से अधिक बिजली संचारित करते समय, बिजली के नुकसान में 10% की कमी की उम्मीद है, जो 7 से 10 मिलियन टीसी की बचत के अनुरूप है। साल में। साथ ही, एक सुपरकंडक्टिंग केबल ट्रांसमिशन लाइन के लिए कम लागत पारंपरिक हाई-वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइन के मुकाबले ज्यादा नहीं हो सकती है।
थर्मल पावर प्लांटों, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और जलविद्युत ऊर्जा संयंत्रों के लिए सिंक्रोनस सुपरकंडक्टिंग जनरेटर में होगा
0.5-0.8% उच्च दक्षता और 30% कम वजन और आयाम। यह सुपरकंडक्टिंग इंडक्टिव एनर्जी स्टोरेज डिवाइस बनाने की योजना है, जो पंप-स्टोरेज स्टेशनों की तुलना में, ऊर्जा क्षेत्र में औद्योगिक अनुप्रयोग पाने वाले एकमात्र प्रकार के ऊर्जा भंडारण उपकरणों में काफी उच्च दक्षता (97-98 तक) होगी। 70% के बजाय%)। कार्यक्रम के ढांचे के भीतर, विद्युत और बिजली उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला बनाने की योजना है, जबकि एचटीएससी के बड़े पैमाने पर उपयोग के कारण कुल ऊर्जा बचत का पैमाना इतना बड़ा होगा कि यह मौजूदा के एक कट्टरपंथी संशोधन की अनुमति देगा। ईंधन और ऊर्जा परिसर के विकास के लिए व्यापक रणनीति।

कार्यक्रम की संरचना के अनुसार, सुपरकंडक्टिंग उपकरणों और प्रणालियों के विकास और उत्पादन की परिकल्पना की गई है, जिसका निर्माण पारंपरिक हीलियम सुपरकंडक्टर्स के आधार पर आर्थिक और तकनीकी रूप से संभव है।
ये सुपरकंडक्टिंग सेपरेटर, एनएमआर टोमोग्राफ, टोकोमाक्स में प्लाज्मा को सीमित करने के लिए चुंबकीय प्रणाली और कण त्वरक आदि हैं।
इस तरह की प्रणालियों का निर्माण, उनके कार्यान्वयन से वास्तविक आर्थिक प्रभाव के अलावा, एचटीएससी में तेजी से संक्रमण के लिए आवश्यक तकनीकी और तकनीकी आधार तैयार करेगा क्योंकि तकनीकी एचटीएससी कंडक्टर बनाए जाते हैं।

6. क्रायोस्टेटाइजेशन।

चूंकि, नई सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों के महत्वपूर्ण तापमान में उल्लेखनीय वृद्धि के बावजूद, उनका निरपेक्ष मूल्य क्रायोजेनिक तापमान के स्तर पर बना रहता है, अनुसंधान और विकास के सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों में से एक अत्यधिक किफायती, विश्वसनीय स्वचालित द्रवीकरण और प्रशीतन नाइट्रोजन संयंत्रों का निर्माण है। , विशिष्ट सुपरकंडक्टिंग उत्पादों के लिए क्रायोस्टेटिंग सिस्टम, साथ ही एचटीएससी के ऑपरेटिंग तापमान रेंज में ठंड प्राप्त करने के लिए मौलिक रूप से नए तरीकों की खोज।

क्रायोस्टेटिक उपकरणों के निदान और नियंत्रण के लिए प्रणालियों के निर्माण की परिकल्पना की गई है।

इसके अलावा, पारंपरिक सुपरकंडक्टर्स के आधार पर बनाए गए उत्पादों और प्रणालियों के लिए, उच्च तकनीकी और आर्थिक संकेतकों के साथ नई पीढ़ी के हीलियम संयंत्र विकसित और निर्मित किए जाएंगे।

7. एचटीएससी कार्यक्रम के तहत कार्य का प्रावधान।

इस दिशा के ढांचे के भीतर, वैज्ञानिक और तकनीकी पूर्वानुमान और एचटीएससी के उपयोग, स्वचालित सूचना प्रणाली के विकास और कार्यान्वयन, और एचटीएससी पर डेटाबेस के निर्माण के लिए एक व्यवहार्यता अध्ययन पर व्यापक कार्य करने की योजना है।
इसके अलावा, के मुद्दों पर काम के लिए विभिन्न योग्यता के कर्मियों के प्रशिक्षण और पुनर्प्रशिक्षण का एक व्यापक कार्यक्रम
एचटीएससी।

एचटीएससी सामग्री के व्यावहारिक उपयोग की संभावनाएं माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, दवा और ऊर्जा के उत्पादन, भंडारण और संचरण के लिए कुशल प्रणालियों के लिए आशाजनक बनी हुई हैं।

फिल्मों के उपयोग ने नई पीढ़ी की संचार प्रणालियों के पायलट नमूने बनाना संभव बना दिया (जिसमें विद्युत चुम्बकीय ढाल, मॉड्यूलेटर, एंटेना, माइक्रोवेव और पल्स सिग्नल के लिए स्विच और फिल्टर, बहुपरत फिल्म संरचनाएं, सहित, एचटीएससी परतों के अलावा, की परतें शामिल हैं) डाइलेक्ट्रिक्स, फेरोइलेक्ट्रिक्स, सामान्य धातु), मिलीमीटर-वेव बोलोमीटर, सबमिलिमीटर और विकिरण की अवरक्त रेंज, अल्ट्रा-हाई-स्पीड कंप्यूटर के सर्किट आरेख, संवेदनशील चिकित्सा टोमोग्राफ और अति-संवेदनशील नैदानिक ​​​​उपकरण जो किसी व्यक्ति की मानसिक स्थिति में परिवर्तन का भी जवाब देने में सक्षम हैं। (जोसेफसन प्रभाव का उपयोग करके उपकरणों को मापना)।

एचटीएससी के अस्तित्व के वर्षों में, उच्च सुपरकंडक्टिंग विशेषताओं वाले महत्वपूर्ण धाराओं और टेप के आकार परिमाण के आदेशों से बढ़ गए हैं, जिससे एचटीएससी सामग्री के इस वर्ग के व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए वास्तविक संभावनाओं की बात करना संभव हो जाता है, जिसमें शामिल हैं महाशक्तिशाली चुम्बकों और क्षयकारी ऊर्जा अंतरण लाइनों का निर्माण। सिल्वर जैकेट वाले टेप पहले से ही कई कंपनियों द्वारा औद्योगिक आधार पर और मात्रा में (कई किलोमीटर) अधिकांश आवश्यक अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त रूप से उत्पादित किए जा सकते हैं, और यह प्रक्रिया अभी भी उनकी उच्च लागत से सीमित है। हालांकि, कई पायलट परियोजनाएं और परीक्षण लाइनें पहले से ही प्रचालन में हैं।

अतिचालकता की प्रयोगशाला में मानव के उत्तोलन पर प्रयोग ( अतिचालकता अनुसंधान प्रयोगशाला, आईएसटीईसी, टोक्यो, जापान)

123 चरण के आधार पर एचटीएससी सामग्री का उपयोग करने की संभावनाएं इस तथ्य से संबंधित हैं कि इस क्षेत्र में सबसे सफल और व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण समाधान थोक उत्पादों के लिए काफी सरल आकार के साथ मिल सकते हैं। ऐसे उत्पादों को दो बड़े वर्गों में विभाजित किया जा सकता है। इनमें से पहले में ऐसे नमूने शामिल हैं जिनमें बाहरी चुंबकीय क्षेत्र को स्क्रीन करने या इसके द्वारा बाहर धकेलने की उच्च क्षमता होती है, जिसे तथाकथित उत्तोलन बल की विशेषता हो सकती है, जो इंट्राक्रिस्टलाइन क्रिटिकल करंट के घनत्व पर निर्भर करता है। एक अन्य वर्ग एचटीएससी सामग्री से बना है जिसमें परिवहन (इंटरक्रिस्टलाइन) के उच्च मूल्य हैं। इस तरह के सिरेमिक के अपेक्षित व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं: (1) "जमे हुए" चुंबकीय प्रवाह के साथ स्थायी चुंबक, (2) चुंबकीय कुशन ट्रेन (एमएजीएलईवी परियोजना), (3) यांत्रिक (रोटरी) ऊर्जा संचयक जो उड़ने वाले फ्लाईव्हील (उड़ने वाले पहिये) पर आधारित होते हैं, (4) बिना घर्षण के घूमने वाले बीयरिंग, (5) कुशल, किफायती मोटर्स और भारी शुल्क वाले जनरेटर, ट्रांसफार्मर, (6) चुंबकीय अयस्क विभाजक, (7) सुपरकंडक्टिंग रिले, उच्च गति वाले वर्तमान सीमाएं, (8) शक्तिशाली गैर-विघटनकारी धारा लीड, (9) टोमोग्राफ जिनका हाल ही में चिकित्सा में सक्रिय रूप से उपयोग किया गया है, (10) थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लिए शक्तिशाली चुंबकीय प्रणाली, प्राथमिक कण त्वरक (एक नई पीढ़ी के टोकामक), (11) मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर।

बड़े एकल क्रिस्टल का सबसे वास्तविक व्यावहारिक अनुप्रयोग पतली फिल्म प्रौद्योगिकी और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में सब्सट्रेट सामग्री हो सकता है। यह इस तथ्य के कारण है कि, जमा की गई पतली फिल्मों के लिए रासायनिक संरचना में समान सामग्री से निर्मित होने के कारण, एकल क्रिस्टल को यूनिट सेल मापदंडों और फिल्म, समान थर्मल विस्तार गुणांक के बीच कम बेमेल प्रदर्शित करना चाहिए, और एपिटैक्सियल फिल्म विकास को बढ़ावा देना चाहिए। सब्सट्रेट क्रिस्टल के सभी क्रिस्टल-रासायनिक और थर्मोमेकेनिकल मापदंडों को येट्रियम और बेरियम दोनों स्थितियों में विभिन्न प्रतिस्थापनों के साथ ठोस समाधानों का उपयोग करके काफी सटीक रूप से समायोजित किया जा सकता है।

इस प्रकार, रासायनिक सुपरकंडक्टर्स के क्षेत्र में अनुसंधान के परिणामस्वरूप, बड़ी संख्या में समस्याओं का समाधान किया गया है और वास्तव में उत्कृष्ट परिणाम प्राप्त हुए हैं। बदले में, विभिन्न एचटीएससी सामग्रियों की तैयारी के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं की भौतिक-रासायनिक नींव की गहरी समझ इस सफलता के मूल कारण और आधारशिला थी, और इसने जटिल ऑक्साइड यौगिकों के अकार्बनिक संश्लेषण के सिद्धांत और व्यवहार को काफी समृद्ध किया। एचटीएससी पर आधुनिक रूसी शोध की विशिष्टता मौलिक अनुसंधान के उच्च अनुपात में निहित है, जिसमें घरेलू अकादमिक विज्ञान को एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए कहा जाता है। हमारी राय में, इन अध्ययनों से काफी वास्तविक और प्रतिस्पर्धी घरेलू विकास के निर्माण में योगदान मिलेगा।

उच्च-तापमान अतिचालकता (एचटीएससी) की घटना केवल वैज्ञानिकों के लिए रुचिकर थी, बहुत पहले नहीं। हालांकि, आज एचटीएससी पर आधारित व्यावसायिक रूप से लाभदायक उत्पाद, जिनमें रूसी भी शामिल हैं, इलेक्ट्रिक पावर उपकरणों के बाजार में प्रवेश कर रहे हैं। एचटीएससी विद्युत पारेषण प्रौद्योगिकियों में सफलता प्राप्त कर सकता है।

बिल्कुल नहीं HTS

बीसवीं शताब्दी की शुरुआत में, यह पता चला कि कई धातुओं और मिश्र धातुओं को अतिचालकता की विशेषता है, अर्थात, पूर्ण शून्य (लगभग -270 डिग्री सेल्सियस) के करीब तापमान पर शून्य प्रतिरोध करने की क्षमता। लंबे समय तक, सुपरकंडक्टर्स का उपयोग केवल तरल हीलियम के तापमान पर किया जा सकता था, जिससे त्वरक उपकरण बनाना संभव हो गया। और चुंबकीय अनुनादटोमोग्राफ।

1986 में, लगभग 30 K के तापमान पर सुपरकंडक्टिविटी की खोज की गई थी, जिसे नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था, और 1990 के दशक की शुरुआत में। पहले से ही 138 K पर सुपरकंडक्टिविटी हासिल करना संभव था, न कि धातु, लेकिन ऑक्साइड यौगिकों को सुपरकंडक्टर के रूप में इस्तेमाल किया गया था।
सिरेमिक सामग्री जिनका तरल नाइट्रोजन (77K) के तापमान से ऊपर के तापमान पर शून्य प्रतिरोध होता है, उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स (HTSCs) कहलाते हैं। हालाँकि, यदि हम केल्विन को डिग्री सेल्सियस में परिवर्तित करते हैं, जो हमारे लिए अधिक परिचित हैं, तो हम समझेंगे कि हम बहुत अधिक तापमान के बारे में बात नहीं कर रहे हैं, मान लीजिए, शून्य से 169–200 ° के बारे में। कठोर रूसी सर्दी भी ऐसी स्थिति प्रदान करने में सक्षम नहीं है।

ऐसी सामग्री खोजने के विचार से शोधकर्ताओं का दिमाग उत्साहित है जो जा सकती है अतिचालक मेंकमरे के तापमान (293K) पर राज्य। सैद्धांतिक रूप से, ऐसी संभावना मौजूद है। कुछ रिपोर्टों के अनुसार, सुपरकंडक्टिंग गुण कथित तौर पर विशेष प्रसंस्करण के बाद ग्रेफाइट के अलग-अलग दानों में भी तय किए जाने में कामयाब रहे। आज तक, "कमरे के तापमान" सुपरकंडक्टर्स (RTSC) की खोज को नैनो टेक्नोलॉजी के क्षेत्र में प्रमुख शोध कार्यों में से एक माना जाता है। हालांकि, न केवल व्यावहारिक अनुप्रयोग, बल्कि आरटीएफटी की विश्वसनीय प्रयोगात्मक पुष्टि भी कल का प्रश्न बनी हुई है। आज का बिजली उद्योग एचटीएससी के इस्तेमाल में महारत हासिल कर रहा है।

उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी पर आधारित उपकरण को तरल नाइट्रोजन के साथ ठंडा करने की आवश्यकता होती है। उद्योग के विशेषज्ञों के अनुसार, यह अपेक्षाकृत सस्ता और सुविधाजनक रेफ्रिजरेंट है जो 77K का तापमान प्रदान करता है और आपको व्यावहारिक परियोजनाओं को लागू करने की अनुमति देता है।

अतिचालकता के लाभ

सुपरकंडक्टिविटी का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जा सकता है (और पहले से ही इस्तेमाल किया जा रहा है)। इसका उपयोग पहली बार उच्च क्षेत्रों वाले चुम्बकों के निर्माण में किया गया था। सुपरकंडक्टर्स की मदद से, चुंबकीय उत्तोलन प्रदान किया जा सकता है, जिससे उच्च गति वाली ट्रेनों को बिना शोर और घर्षण के सुचारू रूप से चलने की अनुमति मिलती है। जहाजों के लिए एचटीएससी इलेक्ट्रिक मोटर बनाए जा रहे हैं और उद्योगजिनके पास समान शक्ति के साथ काफी छोटे वजन और आकार के पैरामीटर हैं। सुपरकंडक्टिविटी माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और कंप्यूटर प्रौद्योगिकी के दृष्टिकोण से दिलचस्प है। कम तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स का उपयोग चिकित्सा निदान उपकरणों (टोमोग्राफ) में किया जाता है, और यहां तक ​​कि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर और इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर जैसी विदेशी "मेगासाइंस" परियोजनाओं में भी किया जाता है।

एक ओर, वर्तमान और भविष्य में ऊर्जा की खपत में निरंतर वृद्धि के साथ, और दूसरी ओर, वैश्विक ऊर्जा दुविधा पर काबू पाने के लिए आशाएं उच्च-तापमान अतिचालकता से जुड़ी हैं, आवश्यकता के साथजलवायु परिवर्तन को रोकने के लिए कार्बन उत्सर्जन में भारी कमी। आखिरकार, वास्तव में, एचटीएससी बिजली पैदा करने और संचारित करने के लिए सामान्य उपकरण लाता है मूलरूप मेंदक्षता के मामले में एक नया स्तर।

सुपरकंडक्टर्स के सबसे स्पष्ट अनुप्रयोगों में से एक बिजली के संचरण में है। एचटीएससी केबल्स न्यूनतम क्रॉस सेक्शन के साथ महत्वपूर्ण शक्ति संचारित कर सकते हैं, यानी उनके पास पारंपरिक केबल्स की तुलना में एक अलग क्रम की बैंडविड्थ है। जब एक सुपरकंडक्टर से करंट गुजरता है, तो कोई गर्मी उत्पन्न नहीं होती है, और व्यावहारिक रूप से कोई नुकसान नहीं होता है, अर्थात वितरण नेटवर्क की मुख्य समस्या हल हो जाती है।

वाइंडिंग के लिए जनरेटर धन्यवाद अतिचालक सेविशाल चुंबकीय क्षेत्र प्रदान करने वाली सामग्री अधिक शक्तिशाली हो जाती है। उदाहरण के लिए, सीमेंस चिंता ने 4 मेगावाट तक की क्षमता वाले तीन एचटीएससी जेनरेटर बनाए हैं। मशीन समान शक्ति के पारंपरिक जनरेटर से आधी हल्की और छोटी है। इसके अलावा, एचटीएस जनरेटर ने लोड परिवर्तन के दौरान अधिक वोल्टेज स्थिरता और प्रतिक्रियाशील बिजली की खपत के मामले में उच्च विशेषताओं को दिखाया।

आज, दुनिया सक्रिय रूप से उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी पर आधारित पवन टरबाइन विकसित कर रही है। का उपयोग करते हुएएचटीएससी वाइंडिंग 10 मेगावाट की क्षमता के साथ एचटीएससी जनरेटर बनाना यथार्थवादी है, जो पारंपरिक लोगों की तुलना में 2-4 गुना हल्का होगा।

सुपरकंडक्टर्स के व्यापक उपयोग के लिए एक आशाजनक क्षेत्र ऊर्जा भंडारण उपकरण हैं, जिनकी भूमिका नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों का उपयोग करके आधुनिक ऊर्जा प्रणालियों के विकास के मामले में भी महान है। यहां तक ​​​​कि परिचित विद्युत उपकरण, जैसे ट्रांसफार्मर, एचटीएससी के लिए गुणात्मक रूप से नई विशेषताओं को प्राप्त करते हैं।

सुपरकंडक्टिविटी आपको शॉर्ट-सर्किट करंट लिमिटर्स जैसे असामान्य उपकरण बनाने की अनुमति देती है, जो शॉर्ट सर्किट के दौरान करंट को पूरी तरह से स्वचालित रूप से सीमित कर देता है। और स्वचालित रूप सेशॉर्ट सर्किट हटा दिए जाने पर स्विच ऑन कर दिया जाता है।

दूसरी पीढ़ी का टेप

इनमें से कौन सा आशाजनक विचार पहले ही व्यवहार में लाया जा चुका है, और किसके प्रयासों से? सबसे पहले, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पहली और दूसरी पीढ़ी (एचटीएससी -1 और एचटीएससी -2) के उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स वर्तमान में बाजार में हैं। आज तक उत्पादित उत्पादों की मात्रा के संदर्भ में, एचटीएससी-1 अब तक जीत गया है, लेकिन विशेषज्ञों के लिए यह स्पष्ट है कि भविष्य सुपरकंडक्टर्स से परेद्वितीय जनरेशन। यह इस तथ्य के कारण है कि एचटीएससी -2 सुपरकंडक्टर्स के डिजाइन में 70% से अधिक चांदी से बना एक मैट्रिक्स है।

दूसरी पीढ़ी के सुपरकंडक्टर्स के विषय पर काम करने वाली प्रमुख रूसी कंपनियों में से एक सीजेएससी सुपरऑक्स है। इसकी उत्पत्ति लोमोनोसोव के नाम पर मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी की दीवारों के भीतर हुई, जहां रसायन विज्ञान संकाय के वैज्ञानिक समूह ने सुपरकंडक्टर्स की पतली फिल्मों के जमाव की तकनीक पर काम किया। 2006 में, संचित ज्ञान के आधार पर, दूसरी पीढ़ी के एचटीएससी तारों का घरेलू उत्पादन बनाने के लिए एक वाणिज्यिक परियोजना शुरू की गई थी।

2011 में, सुपरऑक्स के हित के क्षेत्र का विस्तार नव निर्मित सुपरऑक्स जापान एलएलसी के साथ घनिष्ठ सहयोग के माध्यम से किया गया था। 500 ए/सेमी चौड़ा तक के एक महत्वपूर्ण धारा के साथ एचटीएससी तार का उत्पादन करने के लिए एक पायलट उत्पादन लाइन स्थापित की गई थी। 2011 के बाद से, सुपरऑक्स-इनोवेशन भी स्कोल्कोवो का निवासी रहा है, जहां यह दूसरी पीढ़ी के एचटीएससी टेपों की तकनीकी विशेषताओं को अनुकूलित करने के उद्देश्य से अनुप्रयुक्त अनुसंधान करता है और इन सामग्रियों के उत्पादन के लिए विभिन्न तकनीकों का विकास करता है। 2013 में, मास्को औद्योगिक पार्क स्लाव में HTSP-2 टेप का उत्पादन शुरू किया गया था।

सुपरऑक्स सीजेएससी के एक प्रमुख विशेषज्ञ वादिम एमेलीचेव कहते हैं, "हमारा उत्पाद, दूसरी पीढ़ी का सुपरकंडक्टिंग टेप, उच्च तापमान के लिए प्रतिरोधी विशेष स्टेनलेस स्टील से बना एक सब्सट्रेट है, जो बाद में पतली फिल्मों को लागू करने पर अपने यांत्रिक गुणों को नहीं खोता है।" - विशेष विधियों का उपयोग करते हुए, इस सब्सट्रेट पर बफर ऑक्साइड परतें लगाई जाती हैं, और एक कार्यात्मक परत के रूप में गैडोलीनियम-बेरियम कप्रेट की एक फिल्म लागू की जाती है। फिर इस संरचना को चांदी या तांबे की पतली परतों से ढक दिया जाता है, और इस रूप में प्रयोग किया जाता है अतिचालक मेंउपकरण।

केवल एक या दो माइक्रोन की फिल्म मोटाई के साथ, ऐसी सामग्री में क्रॉस सेक्शन के लगभग 500 ए प्रति 1 मिमी² की वर्तमान-वहन क्षमता होती है, जो कि पारंपरिक तांबे के केबल की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक होती है। तदनुसार, ऐसा टेप उन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है जहां उच्च धारा की आवश्यकता होती है। उच्च धाराओं के लिए केबल, बड़े क्षेत्रों के लिए मैग्नेट - आवेदन का मुख्य क्षेत्र।

SuperOx में HTSP-2 टेप के लिए एक पूर्ण उत्पादन चक्र है। 2012 में, इस अभिनव उत्पाद की बिक्री शुरू हुई, और अब सामग्री न केवल रूस को आपूर्ति की जाती है, बल्कि और निर्यात किया गयायूरोपीय संघ, जापान, ताइवान और न्यूजीलैंड सहित नौ देशों में।
"दुनिया में HTSC-2 टेप के कई निर्माता नहीं हैं," वादिम एमेलीचेव बताते हैं। - दक्षिण कोरिया और जापान में दो अमेरिकी फर्म, कंपनियां हैं। यूरोप में, हमारे अलावा, औद्योगिक पैमाने पर इस तरह के टेप का उत्पादन कोई नहीं करता है। हमारे टेप का परीक्षण कई शोध केंद्रों में किया गया है और प्रतिस्पर्धा की पुष्टि की गई है इसकी विशेषताएं।"

एक नया उद्योग विकसित करें

"इस तथ्य के बावजूद कि उच्च तापमान अतिचालकता हाल ही में प्रकट हुई है, प्रौद्योगिकी में इसके आवेदन के मुद्दों का गहन अध्ययन किया जा रहा है तकनीकी रूप सेदुनिया के विकसित देश, - विक्टर पैंट्सिर्नी, तकनीकी विज्ञान के डॉक्टर, रूसी संघ के एईएस के पूर्ण सदस्य, रूसी सुपरकंडक्टर जेएससी के विकास निदेशक कहते हैं, - हमारे देश में, रूसी राष्ट्रपति के तहत आयोग के ढांचे के भीतर आधुनिकीकरण के लिए संघ और तकनीकीरूसी अर्थव्यवस्था का विकास, परियोजना "सुपरकंडक्टर उद्योग" को प्राथमिकता क्षेत्र "ऊर्जा दक्षता" में "अभिनव ऊर्जा" परियोजना के हिस्से के रूप में शुरू किया गया था।

सुपरकंडक्टर उद्योग के क्षेत्र में यह परियोजना रोसाटॉम स्टेट कॉर्पोरेशन द्वारा बनाई गई रूसी सुपरकंडक्टर कंपनी द्वारा समन्वित है। 2011 से 2015 तक पांच साल की अवधि के दौरान, दूसरी पीढ़ी के उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के उत्पादन के लिए प्रतिस्पर्धी प्रौद्योगिकियों को बनाने की योजना है, लंबे (1000 मीटर तक) एचटीएससी -2 रिबन तारों का पायलट उत्पादन, और प्रोटोटाइप भी विकसित करना बिजली उद्योग के लिए एचटीएससी-2 तारों पर आधारित उपकरणों की संख्या। यह जनरेटर हैउच्च शक्ति, और वर्तमान सीमाएं (सीओटी), और गतिशील ऊर्जा भंडारण (केएनई), साथ ही साथ चुंबकीय प्रणालियों, अपरिवर्तनीय ऊर्जा भंडारण (एसपीआईएन), ट्रांसफार्मर, उच्च शक्ति इलेक्ट्रिक मोटर के लिए शक्तिशाली वर्तमान लीड।

2016 से, एचटीएससी -2 तारों और उनके आधार पर कई उपकरणों के बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करने की योजना है। इस परियोजना पर काम में लगभग 30 संगठन शामिल हैं, जिनमें विश्वविद्यालय, अकादमिक और उद्योग अनुसंधान केंद्र, डिजाइन ब्यूरो और औद्योगिक संगठन शामिल हैं, विशेष रूप से जेएससी वीएनआईआईएनएम, जेएससी एनआईईएफए, जेएससी एनआईआईटीएफए, जेएससी गिर्डमेट, जेएससी निफ्ही, जेएससी टीवीईएल, जेएससी टोचमैश और इसके बाहर, राष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र "कुरचटोव संस्थान", ENIN . में उन्हें। क्रिज़िज़ानोव्स्की,संघीय राज्य बजटीय शैक्षिक संस्थान MAI, NRNU MEPhI, GUAP, OJSC Rosseti, OJSC NTC FGC UES, CJSC SuperOks, OJSC VNIIKP, OJSC NIIEM, OKB याकोर, आदि।

"संरचनात्मक रूप से, परियोजना में समानांतर में किए गए नौ कार्य शामिल हैं," विक्टर पैंट्सिरनी बताते हैं। - 2011 से 2013 तक सुपरकंडक्टिंग मशीनों के पहले घरेलू ऑपरेटिंग मॉडल बनाने में कामयाब रहे - एक 50 kW इंजन और जनरेटर, एक 0.5 MJ गतिज ऊर्जा भंडारण उपकरण, 3.5 kV के वोल्टेज के साथ बिजली नेटवर्क के लिए एक 3.5 MW सुपरकंडक्टिंग शॉर्ट-सर्किट करंट लिमिटर, एक 10 kVA सुपरकंडक्टिंग ट्रांसफॉर्मर, चुंबकीय प्रणालियों के लिए वर्तमान लीड, वर्तमान 1500 ए पास कर रहा है।

इसके अलावा, एचटीएससी -2 टेप तारों के पूरी तरह से घरेलू उत्पादन के लिए प्रौद्योगिकी की नींव बनाई गई है, कच्चे माल से शुरू होकर तैयार उत्पादों को नियंत्रित करने के तरीकों के साथ समाप्त होती है। मुख्य तकनीकी समाधान पाए गए, जिससे ऊर्जा उपकरणों के पूर्ण पैमाने पर प्रोटोटाइप के निर्माण के लिए आगे बढ़ना संभव हो गया। इस प्रकार, वर्तमान में 200 kW के इंजन के निर्माण पर काम पूरा हो रहा है।

एचटीएससी -2 वाइंडिंग के उपयोग के लिए धन्यवाद, ऐसा इंजन, स्थापित होने पर, एक इलेक्ट्रिक कार के लिए(इलेक्ट्रिक बस) बैटरी रिचार्ज करने के बीच माइलेज को 15-20% तक बढ़ा देगा। 7 एमवीए से अधिक की शक्ति के साथ एक सुपरकंडक्टिंग शॉर्ट-सर्किट करंट लिमिटर का निर्माण किया गया है और रेलवे परिवहन नेटवर्क में परीक्षण के लिए तैयार किया जा रहा है। पवन ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग के लिए आशाजनक 1 एमवीए की क्षमता वाले जनरेटर का उत्पादन पूरा होने के करीब है।
रोसाटॉम की अनूठी तकनीकों के आधार पर, एक गतिज ऊर्जा भंडारण उपकरण बनाया जा रहा है अतिचालक के साथफ्लाईव्हील सस्पेंशन, जिसकी ऊर्जा तीव्रता 7 MJ से अधिक है। यह एक आगमनात्मक ऊर्जा भंडारण उपकरण के विकास पर ध्यान दिया जाना चाहिए जो बहुत कम समय में संचित ऊर्जा को कई एमजे तक पहुंचाने में सक्षम हो। 1000 केवीए की क्षमता वाला सुपरकंडक्टिंग ट्रांसफॉर्मर बनाने का काम भी अंतिम चरण में है।

"इसके अलावा, परियोजना का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम एक शक्तिशाली प्रयोगात्मक का निर्माण होगा और तकनीकीआधार, साथ ही सुपरकंडक्टिंग प्रौद्योगिकियों के क्षेत्र में उच्च योग्य विशेषज्ञों की टीमों का गठन, - विक्टर पैंट्सिरनी ने निष्कर्ष निकाला। - इस साल, लेजर एब्लेशन विधि द्वारा HTSC-2 रिबन सुपरकंडक्टर्स के उत्पादन के लिए एक जटिल उत्पादन और अनुसंधान लाइन को राष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र कुरचटोव संस्थान में लॉन्च किया जाएगा। कुरचटोव एनबीआईसीएस केंद्र के शक्तिशाली वैज्ञानिक बुनियादी ढांचे का अधिकतम उपयोग करते हुए, लाइन एचटीएससी सामग्री के विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास के लिए एक उपकरण बन जाएगी। यह अग्रणी उच्च तकनीक वाले क्षेत्र को गहन रूप से विकसित करना संभव बना देगा व्यावसायीकरण की ओरसुपरकंडक्टिंग टेक्नोलॉजीज"।

एसी केबल

200 मीटर लंबी सुपरकंडक्टिंग केबल बनाने की रूसी परियोजना के बारे में बताना असंभव नहीं है। जेएससी "ऊर्जा"संस्था उन्हें। जी.एम. क्रिज़िज़ानोव्स्की"(एनिन), जेएससी "ऑल-रूसी"केबल उद्योग अनुसंधान संस्थान (VNIIKP), मॉस्को एविएशन इंस्टीट्यूट और OAO NTC इलेक्ट्रिक पावर इंडस्ट्री। विकास 2005 में शुरू हुआ, 2009 में एक प्रोटोटाइप बनाया गया था, जिसे विशेष रूप से बनाए गए अद्वितीय परीक्षण स्थल पर सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया था।

एचटीएससी केबल के मुख्य लाभ उच्च वर्तमान भार, कम नुकसान, पर्यावरण मित्रता और अग्नि सुरक्षा हैं। इसके अलावा, 10-20 केवी के वोल्टेज पर ऐसी केबल पर उच्च शक्ति संचारित करते समय, मध्यवर्ती सबस्टेशनों की आवश्यकता नहीं होती है।

एचटीएससी केबल एक जटिल बहुपरत संरचना है। केंद्रीय असर तत्व तांबे के टेप से लिपटे तांबे और स्टेनलेस स्टील के तारों के एक बंडल से घिरे स्टेनलेस स्टील के सर्पिल के रूप में बनाया गया है। सुपरकंडक्टिंग टेप की दो परतें केंद्रीय तत्व के ऊपर रखी जाती हैं, और उच्च-वोल्टेज इन्सुलेशन शीर्ष पर रखा जाता है। इसके बाद सुपरकंडक्टिंग स्क्रीन, स्टेनलेस स्टील टेप में लिपटे लचीले तांबे के टेप की परतें लगाई जाती हैं। प्रत्येक केबल कोर को 200 मीटर लंबे अपने लचीले क्रायोस्टेट में खींचा जाता है।

इस बहु-घटक डिज़ाइन का निर्माण इस तथ्य से जटिल है कि HTSC टेप अत्यंत संवेदनशील है। तकनीकी संचालन का मुख्य भाग OAO VNIIKP के आधार पर किया गया था। हालांकि, उच्च-वोल्टेज इन्सुलेशन के निर्माण के लिए, केबल को पर्म शहर में काम्स्की केबल प्लांट में लाया गया था।

काम्स्की केबल एलएलसी के उप मुख्य प्रौद्योगिकीविद् अलेक्जेंडर अज़ानोव कहते हैं, "एचटीएससी केबल के लिए, हमने पेपर इन्सुलेशन लगाने का संचालन किया।" - अद्वितीय उपकरण का उपयोग किया गया था, जो पहले उच्च वोल्टेज तेल से भरे केबलों के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता था। यही कारण है कि उन्होंने अर्ध-तैयार उत्पाद को मास्को से पर्म और वापस लाने के लिए कोई संसाधन नहीं बख्शा। और मुझे लगता है कि कुछ समय के लिए, ऐसे विशेष केबलों के उत्पादन के लिए, एक ही स्थान पर उत्पादन को व्यवस्थित करने के बजाय विभिन्न कारखानों में स्थापित अद्वितीय उपकरणों का उपयोग करने की सलाह दी जाती है।

निकट भविष्य में, हमारे या किसी अन्य संयंत्र में इस केबल के बड़े पैमाने पर उत्पादन के आयोजन की संभावना नहीं है, क्योंकि लाइनों की स्थापना सुपरकंडक्टर्स के साथबहुत कम और बहुत कम लंबाई (1 किमी से अधिक नहीं) में उत्पादित। इसका मुख्य कारण एचटीएससी केबल्स की लागत और उनका रखरखाव है (केबल के माध्यम से तरल नाइट्रोजन को लगातार पंप करना आवश्यक है)।

डीसी केबल

आज तक, एचटीएससी केबल बनाने के क्षेत्र में विकास जारी है। जेएससी एफजीसी यूईएस और जेएससी एनटीसी एफजीसी यूईएस संयुक्त अनुसंधान एवं विकास का संचालन कर रहे हैं "2500 ए के करंट के साथ 2500 मीटर लंबे 20 केवी के वोल्टेज के लिए एक उच्च तापमान सुपरकंडक्टिंग डीसी केबल लाइन का निर्माण।" भविष्य की नवीन विद्युत पारेषण प्रणाली का पहला प्रोटोटाइप - द्विध्रुवी एचटीएससी केबल के दो टुकड़े 30 मीटर प्रत्येक, एसटीसी एफजीसी यूईएस में विकसित और इरकुत्स्काबेल संयंत्र में निर्मित - सफलतापूर्वक वर्तमान पारित किया गया और उच्च वोल्टेज 2013 में परीक्षण

नवंबर 2014 में, 50 मेगावाट की क्षमता के साथ बिजली के अभिनव संचरण के लिए कनवर्टर उपकरण के एक सेट का परीक्षण किया गया था का उपयोग करते हुएसुपरकंडक्टिंग केबल कई सौ मीटर लंबी। बड़े शहरों की बिजली आपूर्ति के लिए एचटीएससी केबल के उपयोग से भूमि आवंटन क्षेत्रों में कमी को प्राप्त करना संभव हो जाएगा, मना करने के लिए निर्माण सेओवरहेड लाइनों और बिजली के नुकसान को कम करना।

एफजीसी यूईएस के आर एंड डी सेंटर ने नोट किया कि एचटीएससी पर आधारित डीसी केबल लाइन में एसी लाइन की तुलना में कई फायदे हैं। यह न केवल आपको न्यूनतम नुकसान के साथ बिजली संचारित करने की अनुमति देता है, बल्कि शॉर्ट-सर्किट धाराओं को सीमित करने, प्रतिक्रियाशील शक्ति को विनियमित करने, बिजली प्रवाह को नियंत्रित करने और इसके उलट को सुनिश्चित करने की भी अनुमति देता है।

"यह जानकर अच्छा लगा कि एचटीएससी केबल्स के रूसी डेवलपर्स सबसे आगे हैं," तकनीकी विज्ञान के डॉक्टर, रूसी संघ के एईएस के शिक्षाविद, वैज्ञानिक दिशा के निदेशक - प्रमुख विटाली वायसोस्की कहते हैं। JSC "VNIIKP" के सुपरकंडक्टिंग तारों और केबलों का विभाग। - उदाहरण के लिए, 200 मीटर केबल यूरोप में 2009-2013 में सबसे बड़ी थी, और केवल 2014 में जर्मनी में 1 किमी केबल स्थापित की गई थी। लेकिन सेंट पीटर्सबर्ग के लिए 2.5 किमी केबल के परीक्षण से यह रिकॉर्ड भी टूट जाएगा।

राज्य के समर्थन से लेकर निजी निवेश तक

विशेषज्ञ दुनिया के काफी सक्रिय विकास और सुपरकंडक्टर्स के रूसी बाजार की भविष्यवाणी करते हैं। इस प्रकार, CJSC SuperOx के निदेशक मंडल के अध्यक्ष आंद्रेई वाविलोव ने नोट किया कि वैश्विक HTSC बाजार की मात्रा हर साल दोगुनी हो रही है और 2017 में $ 1 बिलियन तक पहुंच जाएगी, जबकि वैश्विक बाजार में रूस की हिस्सेदारी लगभग 10% होने का अनुमान लगाया जा सकता है। .

"विद्युत ऊर्जा उद्योग के लिए सुपरकंडक्टिविटी के लिए बाजार विकसित होना चाहिए, क्योंकि ऊर्जा की खपत का घनत्व लगातार बढ़ रहा है और सुपरकंडक्टिविटी के बिना बढ़ती मांगों का समर्थन करना असंभव है," विटाली वायसोस्की निश्चित है। - हालांकि, पावर इंजीनियर सब कुछ नया, और यहां तक ​​कि के संबंध में बहुत रूढ़िवादी हैं और महंगा।इसलिए, अभी के लिए, मुख्य कार्य अभी भी राज्य संगठनों के समर्थन से नई परियोजनाओं को बढ़ावा देना है। यह सुपरकंडक्टिंग उपकरणों की विश्वसनीयता और दक्षता साबित करेगा। नई परियोजनाओं के उद्भव से एचटीएससी टेपों के उत्पादन की मांग बढ़ेगी, उनके उत्पादन में वृद्धि होगी और कीमतें कम होंगी, जिससे बाजार को फिर से विकसित करने में मदद मिलेगी।

"इस स्तर पर, राज्य की व्यापक सहायता के बिना निर्धारित सभी कार्यों का एक व्यापक समाधान असंभव है, लेकिन हर साल एचटीएससी प्रौद्योगिकी का निवेश आकर्षण बढ़ता है, जिससे इसके आगे के वाणिज्यिक विकास में निजी निवेश की आमद की उम्मीद करना संभव हो जाता है। उच्च स्तर के आत्मविश्वास के साथ," उनके सहयोगी विक्टर पैंट्सिर्नी से सहमत हैं।
विशेषज्ञ इस बात से प्रसन्न हैं कि सामान्य तौर पर, राज्य स्तर पर अतिचालक प्रौद्योगिकियों के महत्व की समझ है।
"अतिचालक उद्योग का विकास राष्ट्रीय महत्व का है और संक्रमण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है" अभिनव करने के लिएदेश की अर्थव्यवस्था का विकास पथ। यह हाल ही में रूसी संघ की संघीय विधानसभा की राज्य ड्यूमा ऊर्जा समिति के अध्यक्ष के तहत सलाहकार परिषद की एक विस्तारित बैठक में कहा गया था, जहां, विशेष रूप से, यह नोट किया गया था कि रूस की आर्थिक और राजनीतिक स्वतंत्रता सुनिश्चित करने के लिए , निम्न का घरेलू उत्पादन होना रणनीतिक रूप से आवश्यक है- और उच्च तापमानसुपरकंडक्टिंग सामग्री, सुपरकंडक्टिंग डिवाइस और उनके आधार पर उत्पाद, "विक्टर पैंट्सिरनी कहते हैं।

भविष्य की योजनाएं

हमने विशेषज्ञों से यह दर करने के लिए कहा कि वे कौन से अनुप्रयोगों को अतिचालकता के लिए सबसे अधिक आशाजनक मानते हैं और आने वाले वर्षों में प्रौद्योगिकी का व्यावसायीकरण किया जा सकता है।

"दुनिया भर की तरह, रूस में आज सुपरकंडक्टिंग केबल्स की परियोजनाएं सबसे उन्नत हैं। वे चाहिए और, हम आशा करते हैं, विकसित होंगे, - विटाली वैयोट्स्की कहते हैं। - एचटीएससी पर आधारित सुपरकंडक्टिंग केबल पहले से ही एक विशुद्ध रूप से व्यावसायिक उत्पाद हैं, हालांकि वे अभी भी काफी महंगे हैं। यह सस्ता हो जाएगा जब इसका व्यापक परिचय शुरू होगा और एचटीएस टेप की एक महत्वपूर्ण मात्रा की आवश्यकता होगी, जिससे लागत कम हो जाएगी उनका उत्पादन।

हालाँकि, मेरी राय में, सबसे आवश्यक और मांग मेंबिजली उद्योग के लिए 100 केवी और उससे ऊपर के वोल्टेज स्तर के लिए शॉर्ट सर्किट करंट लिमिटर्स का सुपरकंडक्टिंग कर रहे हैं। इस वोल्टेज वर्ग के पारंपरिक उपकरण बस मौजूद नहीं हैं, और यहाँ अतिचालकता बस अपरिहार्य है। हमारे देश में इस तरह की परियोजनाओं पर पहले से ही चर्चा हो रही है। इसके अलावा, मेरी राय में, पवन टरबाइन के लिए एचटीएससी मशीनों में अच्छी संभावनाएं हैं। वे एक जनरेटर के वजन में एक महत्वपूर्ण (कई बार) कमी और एकल शक्ति में वृद्धि का वादा करते हैं।

"आज, सुपरकंडक्टिंग उत्पादों के लिए बाजार के विकास का चालक विद्युत ऊर्जा उद्योग (पावर केबल और करंट लिमिटर्स) है, - एंड्री वाविलोव का मानना ​​​​है। - लेकिन कई अन्य उद्योगों में काफी संभावनाएं हैं। उदाहरण के लिए, आज विज्ञान, आइसोटोप उत्पादन और चिकित्सा में उपयोग की जाने वाली त्वरक प्रौद्योगिकी में कम तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के प्रभावी प्रतिस्थापन के रूप में एचटीएससी तार का उपयोग करने के लिए विकल्प विकसित किए जा रहे हैं। इस क्षेत्र में रूस की बड़ी योजनाएं हैं, विशेष रूप से, दुबना में एक आधुनिक एनआईसीए कोलाइडर का निर्माण।

अद्वितीय कर्षण विशेषताओं, कम द्रव्यमान और वजन के साथ कुशल घूर्णन मशीनों के निर्माण में काफी संभावनाएं हैं। ऐसे इंजन मुख्य रूप से बड़े जहाजों की आवाजाही सुनिश्चित करने के लिए मांग में हैं, और जनरेटर का उपयोग किया जा सकता है नवीकरणीय मेंऊर्जा।

चुंबकीय उत्तोलन की घटना आज पूरी तरह से नए दृष्टिकोण खोलती है। ये न केवल परिवहन प्रणालियां हैं, बल्कि गैर-संपर्क जोड़तोड़ भी हैं, साथ ही अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ टिकाऊ बीयरिंग भी हैं।"

"उच्च-तापमान अतिचालकता के आगे विकास का न केवल स्पष्ट गुणक प्रभाव होगा बिजली उद्योग में,लेकिन अंतरिक्ष, विमानन, समुद्री, मोटर वाहन जैसे अन्य उद्योगों में भी और रेलवेपरिवहन, मैकेनिकल इंजीनियरिंग, धातु विज्ञान, इलेक्ट्रॉनिक्स, चिकित्सा, त्वरक प्रौद्योगिकी। देश की रक्षा क्षमता को मजबूत करने के लिए सुपरकंडक्टिविटी प्रौद्योगिकियां भी महत्वपूर्ण हैं, ”विक्टर पैंट्सिर्नी आश्वस्त हैं।

एक शब्द में, अतिचालकता पर आधारित प्रौद्योगिकियों के और विकास ने मानव जाति के लिए और पहले से ही निकट भविष्य में बड़ी संभावनाएं खोली हैं।

भौतिकविदों ने सामान्य रासायनिक सूत्र ReFeAsO के साथ एक नए प्रकार के सुपरकंडक्टर को संश्लेषित करने में सफलता प्राप्त की है (जहां रे दुर्लभ पृथ्वी धातुओं में से एक को दर्शाता है: एसएम समैरियम है, एनडी नियोडिमियम है, पीआर प्रेजोडायमियम है, सीई सेरियम है, ला लैंथेनम है)। इन पदार्थों में सुपरकंडक्टिंग अवस्था में अप्रत्याशित रूप से उच्च संक्रमण तापमान होता है, जो 55 K तक पहुंच जाता है। लगभग सभी पहले से खोजे गए उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स (HTSCs) में कॉपर ऑक्साइड शामिल है। पहली बार प्राप्त गैर-कपरेट एचटीएससी का व्यापक वर्ग आशा देता है कि उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी की घटना की सैद्धांतिक व्याख्या अंततः मिल जाएगी, और संक्रमण तापमान में और वृद्धि के रास्ते पर नई संभावनाएं भी खुलती हैं अतिचालक अवस्था।

अतिचालकता प्रतिरोध की पूर्ण अनुपस्थिति की एक घटना है जब एक विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, साथ ही साथ आदर्श प्रतिचुंबकत्व (अर्थात, चुंबकीय क्षेत्र को नमूने से "धक्का" देता है: चुंबकीय क्षेत्र सामग्री में गहराई से प्रवेश नहीं करता है)।

एक सुपरकंडक्टर के आदर्श प्रतिचुंबकत्व को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि नमूने की सतह पर एक निरंतर धारा प्रवाहित होने लगती है, जिसका चुंबकीय क्षेत्र बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के लिए पूरी तरह से क्षतिपूर्ति करता है। सतह से सुपरकंडक्टर के इंटीरियर में दूरी के साथ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की स्क्रीनिंग की अविरल धारा का घनत्व तेजी से घटता है। तदनुसार, इस क्षेत्र में, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र सतह पर एक निश्चित मान से घट कर गहराई में शून्य हो जाता है। वर्णित घटना की खोज 1933 में जर्मन भौतिकविदों वाल्टर मीस्नर और रॉबर्ट ओक्सेनफेल्ड द्वारा की गई थी और इसे मीस्नर-ओचसेनफेल्ड प्रभाव कहा जाता है। एक राज्य को सुपरकंडक्टिंग माना जाता है यदि यह दो आवश्यकताओं को पूरा करता है: प्रतिरोध की अनुपस्थिति और नमूने से चुंबकीय क्षेत्र का निष्कासन (मीस्नर-ओचसेनफेल्ड प्रभाव)।

एक शक के बिना, प्रौद्योगिकीविदों का मुख्य कार्य - "लागू" सुपरकंडक्टिविटी के विशेषज्ञ कमरे के महत्वपूर्ण तापमान के साथ एक सुपरकंडक्टर बनाना है ( टी सी) बेशक, ऐसी सामग्री को यादृच्छिक रूप से खोजना मुश्किल है, इसलिए भौतिक विज्ञानी सामग्री वैज्ञानिकों की सहायता के लिए आते हैं, जो अपने मॉडल के साथ खोज की दिशा को इंगित करने का प्रयास करते हैं। हालांकि, जैसा कि इतिहास से पता चलता है, अतिचालकता के मामले में, बल्कि, विपरीत प्रक्रिया देखी जाती है - प्रौद्योगिकीविद एचटीएससी पाते हैं, सिद्धांतवादी एक मॉडल का निर्माण करते हैं। फिर भी, यदि उच्च-तापमान अतिचालकता के सिद्धांत का निर्माण किया गया, तो कमरे वाले पदार्थों की खोज टी सीनिश्चित रूप से यह आसान होगा।

सुपरकंडक्टिविटी की घटना का संतोषजनक ढंग से वर्णन करने वाला पहला सिद्धांत बारडीन-कूपर-स्क्रिफ़र सिद्धांत (बीसीएस सिद्धांत) था। यह निम्न-तापमान अतिचालकता का सिद्धांत है। इसका सार इस प्रकार है: एक पदार्थ में इलेक्ट्रॉन, सामग्री के क्रिस्टल जाली के कंपन के साथ बातचीत के माध्यम से (फोनन), जोड़े में संयोजित होते हैं, जिन्हें कूपर कहा जाता है, और ऐसा व्यवहार करते हैं जैसे कि एक एकल "जीव" विशाल परमाणु पैमाने के आयामों के साथ। नतीजतन, कूपर जोड़े की इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली सामग्री के माध्यम से बहने पर बाधाओं को "ध्यान नहीं देती" (यानी, यह शून्य प्रतिरोध का अनुभव करती है)।

जब 1986 में IBM Corporation की ज्यूरिख शाखा के कर्मचारियों जोहान्स बेडनोर्ज़ और कार्ल मुलर ने कॉपर, लैंथेनम और बेरियम ऑक्साइड (La 2-x Ba x CuO 4) पर आधारित सिरेमिक की क्षमता को 30 K पर सुपरकंडक्टिंग अवस्था में जाने की खोज की। , यह उच्च-तापमान अतिचालकता की ओर पहला कदम था। तब से लेकर अब तक एचटीएससी से जुड़े कई और पदार्थ खोजे जा चुके हैं। इसके अलावा, तब से महत्वपूर्ण तापमान में 5 गुना से अधिक की वृद्धि हुई है (चित्र 1 देखें), लेकिन अभी तक एक सैद्धांतिक मॉडल का निर्माण करना संभव नहीं है जो एचटीएससी के देखे गए गुणों का अच्छी तरह से वर्णन करता है।

उच्च तापमान अतिचालकता को समझाने के लिए बीसीएस सिद्धांत को लागू करने के प्रयास सफल नहीं हुए हैं; वर्तमान में, उनके दृष्टिकोण में एक दर्जन से अधिक विभिन्न मॉडल हैं, जिनमें से प्रत्येक अलग-अलग कुछ सही भविष्यवाणियां देता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि, जैसा कि चित्र 1 के ग्राफ से देखा जा सकता है, La 2-x Ba x CuO 4 के बाद खोजे गए सभी पदार्थों की संरचना उच्च के साथ टी सीलगभग हमेशा कॉपर ऑक्साइड शामिल होता है (अपवादों में से एक नीचे उल्लिखित मैग्नीशियम डाइबोराइड है एमजीबी 2) - उच्च तापमान अतिचालकता के उपरोक्त अधिकांश मॉडल इस तथ्य का उपयोग करते हैं। इसलिए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि इस वसंत में एचटीएससी के एक पूरे वर्ग के बारे में रिपोर्ट किया गया है जो तांबे के ऑक्साइड पर आधारित नहीं है, वैज्ञानिक समुदाय को दिलचस्पी है, उम्मीद है कि "कमरे" सुपरकंडक्टिविटी की समस्या में प्रगति देखने की उम्मीद है।

अब तक, गैर-कपरेट एचटीएससी के बीच मैग्नीशियम डाइबोराइड का उच्चतम संक्रमण तापमान (39 K) था। एमजीबी 2. इसमें सुपरकंडक्टिविटी की खोज 2001 में की गई थी और, जैसा कि यह निकला, इसकी अपनी दिलचस्प विशेषताएं हैं: कूपर जोड़े के दो (!) "प्रकार" के अस्तित्व के कारण ऐसा उच्च महत्वपूर्ण तापमान प्राप्त होता है, जो प्रत्येक के साथ बातचीत करते हैं अन्य, महत्वपूर्ण तापमान में वृद्धि।

एक गैर-कपरेट एचटीएससी की खोज पर पहली रिपोर्ट जिसे आयरन-आधारित स्तरित सुपरकंडक्टर LaFeAs (x = 0.05-0.12) कहा जाता है, Tc = 26 K के साथ (x सूचकांक उस अनुपात को इंगित करता है जिसमें ऑक्सीजन परमाणुओं को फ्लोरीन परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था - भौतिकविदों के रूप में) कहते हैं, डोपिंग की डिग्री) टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी से आई है, जहां हिडियो होसोनो (हिदेओ होसोनो) के नेतृत्व में वैज्ञानिकों के एक समूह ने एक ऐसी सामग्री का संश्लेषण किया, जिसमें 26 K से नीचे के तापमान पर विद्युत प्रतिरोध नहीं होता है।

बेशक, 26 K अभी 39 नहीं है। हालाँकि, यह केवल शुरुआत थी। अपने लेख में (फरवरी में वापस), होसोनो ने सुझाव दिया कि टी सीबढ़ाया जा सकता है, उदाहरण के लिए, सामग्री को संपीड़ित करके या लैंथेनम को किसी अन्य तत्व के साथ बदलकर। दरअसल, कुछ समय बाद, अन्य लौह आर्सेनाइड यौगिकों में अतिचालकता की खोज के बारे में रिपोर्टें सामने आने लगीं। कालानुक्रमिक क्रम में लेखों के शीर्षक यहां दिए गए हैं: गैडोलिनियम-आर्सेनाइड ऑक्साइड में 36 K पर अतिचालकता GdO 1-x F x FeAs - GdOFeAs सामग्री में = 36 K के साथ अतिचालकता देखी गई, समैरियम-आर्सेनाइड ऑक्साइड में 43 K पर अतिचालकता - SmOFeAs सामग्री c . में अतिचालकता टी सी= 43 K, लौह-आधारित F-doped स्तरित चतुर्धातुक यौगिक PrFeAs में 52 K पर अतिचालकता - फ्लोरीन-डोप्ड PrOFeAs यौगिक में 52 K और नीचे कोई प्रतिरोध नहीं। महत्वपूर्ण तापमान को बढ़ाने के लिए दबाव के उपयोग के लिए, वही फ्लोरीन-डॉप्ड LaOFeAs, जैसा कि लोहे पर आधारित स्तरित यौगिक LaO 1-x F x FeAs में 43 K पर सुपरकंडक्टिविटी में पाया जाता है, 4 GPa (40,000) के दबाव में हो सकता है। गुना अधिक वायुमंडलीय) वृद्धि टी सी 43 के.

और अभी हाल ही में, लौह-आधारित F-doped स्तरित चतुर्धातुक यौगिक SmFeAs में 55 K पर अतिचालकता एक लेख रिकॉर्ड मान के साथ SmFeAs में अतिचालकता के अवलोकन के बारे में प्रकट हुआ टी सी= 55 के (चित्र 3)।

साथ ही इन यौगिकों की खोज के साथ ही यह प्रश्न उठा कि इनमें अतिचालकता कैसे बनती है - अर्थात पदार्थ की अतिचालकता के लिए जिम्मेदार कूपर युग्मों की उपस्थिति कैसे होती है।

यह पता चला है कि उनकी क्रिस्टल संरचना में ReFeAsO व्यावहारिक रूप से कप्रेट सुपरकंडक्टर्स से भिन्न नहीं होता है - परतों का एक ही विकल्प जिसके माध्यम से सुपरकंडक्टिंग करंट फैलता है (चित्र 3 देखें)। इस तरह की सादृश्यता ने वैज्ञानिकों को इस विचार के लिए प्रेरित किया कि उनमें अतिचालकता के गठन की प्रकृति शायद कप्रेट एचटीएससी के समान ही है। इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, गणना की गई जिससे पता चला कि यदि कूपर जोड़े "ताजा बेक्ड" एचटीएससी में इस तरह से बनते हैं कि बीसीएस सिद्धांत भविष्यवाणी करता है, तो उनमें महत्वपूर्ण तापमान 1 के से अधिक नहीं होना चाहिए, जो स्पष्ट रूप से प्रयोगात्मक डेटा का खंडन करता है। ऐसे कार्य सामने आए हैं जो सुपरकंडक्टिविटी के निर्माण के लिए उसी तंत्र के बारे में बात करते हैं जैसे मैग्नीशियम डाइबोराइड में। हालांकि, कपरेट एचटीएससी के मामले में, अंतिम सिद्धांत अभी भी नहीं बनाया गया है।

फिर भी, इन खोजों के महत्व को कम करके नहीं आंका जा सकता है। यह संभव है कि एक नए प्रकार का लौह आर्सेनाइड एचटीएससी उच्च तापमान अतिचालकता के सैद्धांतिक स्पष्टीकरण पर प्रकाश डालने में मदद करेगा और प्रौद्योगिकीविदों को महत्वपूर्ण तापमान बढ़ाने का तरीका दिखाएगा।

उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स में आमतौर पर होता है दानेदार बनावट, वे अनाज से मिलकर बने होते हैं - क्रिस्टलीय आपस में जुड़े होते हैं। कनेक्शन क्षेत्र अत्यधिक दोषपूर्ण हैं, इसलिए, इंट्राग्रेन्युलर और इंटरग्रेन्युलर गुणों को प्रतिष्ठित किया जाता है। उदाहरण के लिए, इंट्राग्रान्युलर क्रिटिकल टाइप इंटरग्रेन्युलर की तुलना में बहुत बड़ा है। इस खंड में, हम एक दाना या एकल क्रिस्टल की संरचना पर विचार करते हैं। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, येट्रियम, बिस्मथ, थैलियम और पारा एचटीएससी यौगिक स्तरित धातु ऑक्साइड से संबंधित हैं। इसी समय, बिस्मथ और थैलियम पर आधारित यौगिकों में तांबे और ऑक्सीजन परमाणुओं के विमान होते हैं, जबकि यट्रियम पर आधारित यौगिकों में विमान और Cu-O श्रृंखला दोनों होते हैं। एचटीएससी सामग्री में जंजीरों और विमानों की भूमिका के लिए कई कार्य समर्पित हैं। वर्तमान में यह माना जाता है कि विमानअतिचालकता में निर्णायक भूमिका निभाते हैं, और चेनइलेक्ट्रॉनों के लिए एक समाई के रूप में कार्य करें। ऑक्सीजन सामग्री और डोपेंट के आधार पर उन्हें या तो भरा या खाली किया जा सकता है। यदि तत्व कोशिका में ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या में परिवर्तन होता है, तो संक्रमण तापमान में परिवर्तन होता है या अतिचालकता पूरी तरह से खो जाती है। ऑक्सीजन रिक्तियां मुख्य रूप से एक ही श्रृंखला के भीतर स्थित हैं। उदाहरण के लिए, यौगिक YBa 2 Cu 3 O 7- d में d . पर<1 существуют упорядоченные массивы цепочек, имеющих недостаток кислорода, при d=1 цепочки отсутствуют.

आप विभिन्न के साथ बिस्मथ, थैलियम या पारा पर आधारित पदार्थों की एक श्रृंखला प्राप्त कर सकते हैं स्टोइकोमेट्रिकसंयोजन; इस मामले में, यूनिट सेल में अलग-अलग संख्या में विमान होंगे, और एचटीएससी के गुण भी भिन्न होंगे, विशेष रूप से, संक्रमण तापमान। सुपरकंडक्टर्स को चर स्टोइकोमेट्रिक गुणांक वाले एक सामान्य सूत्र द्वारा भी जोड़ा जाता है (तालिका 2.1 देखें)। इसलिए, उदाहरण के लिए, यौगिकों Tl-2212, Tl-2223 और Tl-2201 का सामान्य सूत्र है:

Tl 2 Ba 2 Ca n -1 Cu n O 2 n+4 , (2.1)

जहां n क्रमशः 2, 3, 1 मान लेता है, और CuO परतों की संख्या को इंगित करता है।

तालिका 2.1

कुछ एचटीएससी के मूल गुण

संख्या पी / पी	कनेक्शन (संक्षिप्त नाम)	सिनगोनी	यूनिट सेल आयाम, 0	टी एसपी
	(ला 1-x सीनियर x) CuO 4	चौकोर	ए = बी = 3.78 सी = 13.2	37,5
	वाईबीए 2 क्यू 3 ओ 7-एक्स (वाई-123)	विषमकोण का	a=3.82 b=3.88 c=13.2
	बीआई 2 सीनियर 2 सीए 2 क्यू 2 ओ 8 (द्वि-2212)	विषमकोण का	a=5.41 b=5.42 c=30.9
	बीआई 4 सीनियर 4 सीएसीयू 3 ओ 14 (बीआई-4413)	विषमकोण का	a=5.411 b=5.417 c=27
	बीआई 2 सीनियर 2 सीए 2 क्यू 3 ओ 10 (बीआई-2223)	विषमकोण का	a=5.41 b=5.41 c=37.1
	Tl 2 Ba 2 CuO 6 (Tl-2201)	विषमकोण का	a=5.411 b=5.473 c=23.24
	Tl 2 Ba 2 CaCu 2 O 8 (Tl-2212)	चौकोर	a=b=3.86 c=29.3
	Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10 (Tl-2223)	चौकोर	a=b=3.85 c=35.9
	एचजीबीए 2 क्यूओ 4 (एचजी-1201)	चौकोर	ए = बी = 3.86 सी = 9.51
	एचजीबीए 2 सीएसीयू 2 ओ 6 (एचजी-1212)	चौकोर	ए = बी = 3.86 सी = 12.7
	एचजीबीए 2 सीए 2 क्यू 3 ओ 8 (एचजी-1223)	चौकोर	ए = बी = 3.86 सी = 15.9

इसी तरह, बिस्मथ युक्त या पारा युक्त एचटीएससी समूहों के लिए सामान्य सूत्र लिख सकते हैं:

बीआई 2 सीनियर 2 सीए एन -1 क्यू एन ओ 2 एन +4, (2.2)

एचजीबीए 2 सीए एन -1 सीयू एन ओ 2 एन +2 , (2.3)

यह कैसे निकला एकल चरणबिस्मथ, थैलियम और अन्य यौगिकों के नमूने काफी कठिन हैं। आमतौर पर, चरणों का एक संयोजन प्राप्त किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक की प्रति सेल में CuO और CaO परतों की अपनी संख्या होती है और इसके अपने महत्वपूर्ण पैरामीटर होते हैं। यह एक महत्वपूर्ण तापमान नहीं, बल्कि 4-6 K के तापमान अंतराल की उपस्थिति का कारण बनता है।

यह "सह-अस्तित्व" किसी विशेष चरण की विशेषताओं या चुंबकीय क्षेत्र में उसके व्यवहार आदि को ध्यान में रखते हुए कई प्रयोग करना मुश्किल बनाता है।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, एचटीएससी सामग्री की संरचना, विशेष रूप से समूहों (2.1), (2.2) और अन्य के भीतर, सामान्य तत्व हैं। इसलिए, चरणों की संरचना पर विचार करें: उदाहरण के रूप में YBa 2 Cu 3 O 7- x (रंबिक सिस्टम) और Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 2 O 8।

चावल। 2.1. YBa 2 Cu 3 O 6.5+ d, δ 0.5 की क्रिस्टल संरचना;
- बा, - Y, - Cu, - O

चरण की संरचना (Y-123) अंजीर में दिखाई गई है। 2.1. इसे c अक्ष के लंबवत स्थित परतों के अनुक्रम के रूप में दर्शाया जा सकता है:

... (CuO )(BaO)(CuO 2)(Y )(CuO 2)(BaO)(CuO ) … (2.4)

ऑक्सीजन परमाणु की रिक्ति कहाँ है।

इस संरचना की एक विशेषता इसकी ऑक्सीजन स्टोइकोमेट्री को बदलने की सापेक्ष आसानी है, जबकि तांबे की परत (Z = 0) की संरचना CuO 2 (d = -0.5) से (CuO ) (d = 0.5) में बदल जाती है।

पर डी\u003d -0.5 यूनिट सेल चतुष्कोणीय है और YBa 2 Cu 3 O 6 की संरचना है सेमीकंडक्टरगुण। हालाँकि, जब डी-0.2 ऑक्सीजन परमाणुओं द्वारा समतल (x, y, o) में स्थितियों के कब्जे के कारण संरचना समचतुर्भुज (a¹b) बन जाती है और अतिचालकगुण। साथ ही, बढ़ने के साथ डीवृद्धि हुई है टी सी.

अतिरिक्त उद्धरणों का परिचयएचटीएससी में तीन उद्देश्यों की पूर्ति हो सकती है। सबसे पहले, यह नए सुपरकंडक्टर्स की खोज है या मौजूदा लोगों के संक्रमण तापमान में वृद्धि है, दूसरा, चरण गठन में वृद्धि, और अंत में, तीसरा, चुंबकीय भंवरों के पिनिंग को बढ़ाने के लिए अतिरिक्त उद्धरण पेश किए जा सकते हैं, दोनों समावेशन पर परिणामी गैर-अतिचालक चरणों की, और इस मामले में गठित संरचनात्मक दोषों पर।

इस बात पे ध्यान दिया जाना चाहिए कि परमाणुओं का प्रतिस्थापनदूसरों के लिए yttrium, यौगिक के गुणों को बदलता है।

इस प्रकार, यट्रियम परमाणुओं को प्रेजोडायमियम परमाणुओं के प्रतिस्थापन से अतिचालकता का नुकसान होता है। थोरियम परमाणुओं के लिए yttrium परमाणुओं का प्रतिस्थापन संक्रमण तापमान को बदल देता है ( टी सो= 67 के)। कुछ लैंथेनाइड्स के साथ येट्रियम सिरेमिक का डोपिंग आशाजनक हो सकता है, क्योंकि यह वाई-123 चरण के पेरिटेक्टिक अपघटन के तापमान में महत्वपूर्ण रूप से परिवर्तन करता है। मुद्दा यह है कि सुपरकंडक्टिंग चरण की संरचना में yttrium स्थिति एक कमजोर बिंदु है, क्योंकि yttrium आयन संरचना को संपीड़ित करता है और संरचनात्मक विकृतियां बनाता है। इस प्रकार, एक बड़े त्रिज्या (Na 3+, S 3+, En 3+, Gd 3+, आदि) के साथ परमाणुओं द्वारा yttrium परमाणुओं का प्रतिस्थापन संरचना को स्थिर करता है और एचटीएससी सामग्री की उच्च विशेषताएं प्रदान करता है।

उदाहरण के लिए, जापानी विशेषज्ञ नियोडिमियम द्वारा संरचना में yttrium के प्रतिस्थापन को पूरा करने के इच्छुक हैं।

दूसरों के लिए तांबे के परमाणुओं का प्रतिस्थापन, एक नियम के रूप में, संक्रमण तापमान में 60-65 K तक की कमी की ओर जाता है।

अंत में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, वाई-123 चरण के अलावा, अन्य सुपरकंडक्टिंग चरण भी बन सकते हैं: वाईबीए 2 क्यू 4 ओ 8, वाईबीए 4 क्यू 7 ओ 14 क्रमशः 80 के और 40 के संक्रमण तापमान के साथ। .

एक अन्य लोकप्रिय एचटीएससी, द्वि-2212 यौगिक की संरचना अंजीर में दिखाई गई है। 2.2.

चावल। 2.2. बीआई 2 सीनियर 2 सीए 2 क्यू 2 ओ 8 संरचना मॉडल:
- Bi, Δ - Sr, - Ca, - Cu, - O

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि बिस्मथ और थैलियम एचटीएससी सामग्री की संरचनाएं बहुत समान हैं और पेरोसाइट और NaCl ब्लॉकों के एक सुसंगत अंतर का प्रतिनिधित्व करती हैं। इस मामले में, सी अक्ष के साथ विमानों का सेट इस तरह दिखता है:

(CuO 2) (Ca )(CuO 2)(SrO)(OBi)(BiO)(OSr)(O 2 Cu) … (2.5)

इस संरचना में, पहले 3 विमान एक पेरोसाइट ब्लॉक के अनुरूप होते हैं, और अंतिम 5 विमान NaCl के समान ब्लॉक के अनुरूप होते हैं। कैल्शियम परमाणु yttrium (चित्र। 2.1) के समान स्थिति पर कब्जा कर लेता है और इसमें आयनिक रिक्तियों की उच्च सांद्रता होती है।

वर्तमान में, किसी के परिचय से संबंधित बहुत सारे काम किए गए हैं additives BiSr 2 Ca n -1 Cu n O x श्रृंखला के सुपरकंडक्टर्स में। ये क्रिस्टल जाली, या तटस्थ योजक में पदों को बदलने वाले उद्धरण हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, पीबी 2+ केशन एक सुपरकंडक्टर की विद्युत विशेषताओं में सुधार करना संभव बनाता है, विशेष रूप से, इसके महत्वपूर्ण प्रवाह को बढ़ाने के लिए। दुर्लभ पृथ्वी तत्वों द्वारा प्रतिस्थापन और सीसा धनायनों के प्रतिस्थापन से पिनिंग में वृद्धि होती है, और बाद वाले से महत्वपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र का मूल्य भी बढ़ जाता है। चांदी का परिचय भी महत्वपूर्ण धारा को बढ़ाना संभव बनाता है।

एचटीएससी क्रिस्टल की संरचना के बारे में बातचीत के अंत में, हमें हाइलाइट करना चाहिए मुख्य विशेषताएं, जिसका औचित्य इस मैनुअल के दायरे से बाहर है, लेकिन जो प्राप्त सभी सामग्रियों के लिए सामान्य है:

1. चरण संरचनाएं संरचना से ली गई हैं पेरोव्स्काइट.

2. संरचनाओं में बड़ी संख्या में आयनिक होते हैं रिक्त पद, जिसकी सांद्रता भिन्न हो सकती है (तापमान और फायरिंग दर, ऑक्सीजन में धारण करने का समय और दबाव, आदि)।

3. संरचनाओं में परमाणु होते हैं ताँबाविभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं (II और III) में। संरचना में ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या में परिवर्तन के कारण फर्मी स्तर कम हो जाता है और छिद्र बन जाते हैं।

4. एचटीएससी चरणों की संरचनाएं - बहुस्तरीय, उनका अपरिहार्य तत्व विमानों की उपस्थिति (CuO 2) है। स्तरित संरचनाओं का निर्माण या तो आयनों की रिक्तियों के क्रम के कारण होता है, या चौगुनी अक्ष के साथ परतों के आदर्श अनुक्रम के उल्लंघन के कारण होता है।

5. इन पेरोव्स्काइट जैसी संरचनाओं में, बी-साइटों पर केवल तांबे के परमाणुओं का कब्जा होता है। बी स्थितियों में अन्य परमाणुओं के साथ संरचनाओं के संश्लेषण का अभी तक कोई परिणाम नहीं निकला है।

परीक्षण प्रश्न

1. एचटीएससी सामग्री के मुख्य प्रकारों के नाम लिखिए।

2. एचटीएससी सामग्री की संरचना की विशेषताएं क्या हैं?

3. अशुद्धियाँ एचटीएससी की संरचना और गुणों को कैसे प्रभावित करती हैं?

4. संरचना में जंजीरों और तलों की क्या भूमिका है?