इस ब्लॉग पोस्ट में बताया गया है कि सुपरकंडक्टर ऊर्जा हानि की समस्याओं का समाधान कैसे करते हैं तथा वे हमारे समाज और प्रौद्योगिकी में क्या परिवर्तन ला सकते हैं।
आधुनिक विज्ञान कहता है कि ऊर्जा पूरे ब्रह्मांड में संरक्षित है। हालाँकि, मानवता के लिए उपयोगी ऊर्जा अक्सर अनुपयोगी ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। दैनिक जीवन में, कार्य करते समय मनुष्य द्वारा उपयोग की जाने वाली सारी ऊर्जा वास्तव में उस कार्य के लिए उपयोग नहीं की जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि वस्तुओं के प्रतिरोध के कारण कुछ ऊर्जा ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। यह ऊष्मागतिकी में स्वतःस्फूर्त घटना है, जबकि ऊष्मा ऊर्जा का अन्य ऊर्जा रूपों में रूपांतरण एक अ-स्वतःस्फूर्त घटना है। दूसरे शब्दों में, कुछ ऊर्जा, जिसे लोग उपयोगी समझते हैं, हर बार उपयोग करने पर बर्बाद हो जाती है। ऊर्जा की यह प्राकृतिक बर्बादी हमारे जीवन के हर पहलू पर गहरा प्रभाव डालती है। परिणामस्वरूप, मानवता लंबे समय से ऊर्जा की हानि को कम करने और ऊर्जा का अधिक कुशलता से उपयोग करने के तरीके खोज रही है।
तो, क्या होगा अगर कोई ऐसा पदार्थ हो जो इस अपव्यय को रोक सके? विशेष रूप से विद्युत ऊर्जा के लिए, ऐसा पदार्थ मौजूद है—जो ऊर्जा की हानि को रोकता है। वह पदार्थ अतिचालक है। अतिचालक एक ऐसा चालक होता है जो एक विशिष्ट तापमान (जिसे क्रांतिक तापमान कहते हैं) से नीचे अतिचालकता प्रदर्शित करता है। अतिचालकता वह परिघटना है जहाँ किसी पदार्थ का विद्युत प्रतिरोध शून्य हो जाता है और वह प्रतिचुंबकीय हो जाता है। प्रतिचुंबकत्व वह परिघटना है जहाँ कोई पदार्थ आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र को प्रतिकर्षित करता है। यदि किसी वस्तु में प्रतिचुंबकीय गुण हैं, तो चुंबकीय क्षेत्र उसके आंतरिक भाग में प्रवेश नहीं कर सकता। अतिचालकों को प्रकार I और प्रकार II अतिचालकों में वर्गीकृत किया जाता है। प्रकार I अतिचालक वह होता है जो किसी भी चुंबकीय क्षेत्र को अपने आंतरिक भाग में प्रवेश करने से पूरी तरह रोकता है। प्रकार II अतिचालक वह होता है जो किसी चुंबकीय क्षेत्र को अपने आंतरिक भाग में प्रवेश करने देता है। दूसरे शब्दों में, प्रकार II अतिचालक वह पदार्थ होता है जो पूर्ण प्रतिचुंबकत्व प्रदर्शित किए बिना अतिचालकता बनाए रखता है। प्रकार I अतिचालक अधिकांशतः शुद्ध पदार्थ होते हैं, जबकि प्रकार II अतिचालक आमतौर पर आवश्यकतानुसार निर्मित कृत्रिम पदार्थ होते हैं। सुपरकंडक्टर का उपयोग करने वाली अधिकांश प्रौद्योगिकियां टाइप II सुपरकंडक्टर का उपयोग करती हैं।
अतिचालकों की खोज कैसे हुई? कई अन्य खोजों की तरह, अतिचालकता की खोज भी संयोगवश हुई। 1911 में, डच भौतिक विज्ञानी हेइक कामेरलिंग ओनेस ने ठोस पारे के तापमान और उसके विद्युत प्रतिरोध के बीच संबंध पर प्रयोग किए। हेइक कामेरलिंग ओनेस ने पाया कि तापमान में गिरावट के साथ पारे का प्रतिरोध रैखिक रूप से घटता है। हालाँकि, जब पारे का तापमान 4.2K तक पहुँच गया, तो प्रतिरोध अचानक शून्य हो गया। इस खोज ने उस समय भौतिकी जगत में एक बड़ा झटका दिया और अत्यंत निम्न तापमान पर होने वाली भौतिक घटनाओं की एक नई समझ को जन्म दिया।
1933 में, अतिचालकता के प्रथम अवलोकन के बाद, फ्रिट्ज़ वाल्थर मीसनर और रॉबर्ट ओचसेनफेल्ड ने यह खोज की कि प्रकार I अतिचालक प्रतिचुंबकीय गुण प्रदर्शित करते हैं। इस खोज ने अतिचालकों की गहन समझ के लिए एक आधार प्रदान किया। उनकी खोज ने अतिचालकता अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण मोड़ ला दिया और अतिचालकों के संभावित व्यावसायिक अनुप्रयोगों की सक्रिय जाँच को प्रेरित किया। इसके बाद, 1950 में, लेव लैंडौ और विटाली गिन्ज़बर्ग ने अतिचालकों के गुणों की व्याख्या करते हुए एक सिद्धांत प्रकाशित किया। इस सिद्धांत के आधार पर, एलेक्सी अब्रीकोसोव ने भविष्यवाणी की कि अतिचालकों को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जाएगा। 1962 में, पहला व्यावसायिक अतिचालक विकसित किया गया। तब से, इंजीनियर कमरे के तापमान पर अतिचालकता प्रदर्शित करने वाले अतिचालक विकसित करने के लिए प्रयासरत हैं।
प्रकार I अतिचालकों का व्यावसायिक उपयोग उनके गुणों के कारण लगभग असंभव है। इसके विपरीत, प्रकार II अतिचालकों का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है। अतिचालक अनुप्रयोगों का एक प्रतिनिधि उदाहरण अतिचालक विद्युत चुम्बक है। विद्युत चुम्बक एक ऐसा चुम्बक होता है जो केवल विद्युत धारा प्रवाहित होने पर ही चुम्बकित होता है। विद्युत चुम्बकों का उपयोग स्पीकर और इसी तरह के उपकरणों में किया जाता है। शून्य प्रतिरोध वाले अतिचालक का उपयोग विद्युत चुम्बक बनाने के लिए करने से इसके संचालन के दौरान होने वाली विद्युत की बर्बादी को रोका जा सकता है। अतिचालकों का उपयोग परिपथों में भी किया जाता है। अतिचालकों का उपयोग करने वाले परिपथ बिना अतिचालकों वाले परिपथों की तुलना में तेज़ी से कार्य करते हैं। परिपथ का तेज़ संचालन न केवल परिपथ का उपयोग करते समय प्रयोगात्मक समय को कम करता है, बल्कि तेज़ इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास को भी संभव बनाता है।
यदि कमरे के तापमान पर अतिचालकता प्रदर्शित करने वाला एक अतिचालक विकसित किया जाता है, तो उस पदार्थ का उपयोग विद्युत पारेषण लाइनों, संधारित्रों, ट्रांसफार्मरों, चुंबकीय उत्तोलन रेलगाड़ियों और मोटरों जैसे विभिन्न क्षेत्रों में किया जा सकता है। अतिचालक तार विद्युत संचरण के दौरान विद्युत ऊर्जा की हानि को कम करते हैं। अनावश्यक ऊर्जा हानि को कम करने का अर्थ है कम बिजली उत्पादन की आवश्यकता, जिससे संसाधनों की बर्बादी को रोका जा सकता है।
सुपरकंडक्टरों का उपयोग करने वाली मैग्लेव ट्रेनें अत्यधिक तेज़ गति से यात्रा कर सकती हैं। इससे परिवहन के क्षेत्र में प्रगति में योगदान मिलेगा। वर्तमान में, इंजीनियरों ने सुपरकंडक्टरों का महत्वपूर्ण तापमान 52K तक बढ़ा दिया है, और अनुसंधान जारी है। हेइक कामेरलिंग ओनेस द्वारा संयोगवश खोजे गए इस सुपरकंडक्टर ने ऊर्जा संकट से जूझ रहे आधुनिक समाज के लिए विज्ञान के इतिहास में भी एक महत्वपूर्ण छाप छोड़ी है।
अतिचालकों की खोज के बाद से, उन्होंने न केवल भौतिकी, बल्कि विद्युत अभियांत्रिकी और पदार्थ विज्ञान जैसे विविध क्षेत्रों को भी गहराई से प्रभावित किया है। अतिचालक अब केवल भौतिक जिज्ञासा की वस्तु नहीं रह गए हैं; वे व्यावहारिक अनुप्रयोग क्षमता वाले महत्वपूर्ण तकनीकी उपकरण बन गए हैं। इसके अलावा, वे सामाजिक विकास में महत्वपूर्ण योगदान देने की अपार क्षमता प्रदर्शित करते हैं। आज की दुनिया में, जहाँ सीमित संसाधनों का अंधाधुंध उपयोग समस्याजनक है, कमरे के तापमान पर उपयोग योग्य अतिचालकों का विकास अत्यंत महत्वपूर्ण माना जाता है। यदि इंजीनियर कमरे के तापमान पर अतिचालकता प्रदर्शित करने वाले पदार्थ विकसित करते हैं, तो मानवता अपने विकास में एक और कदम आगे बढ़ाएगी। जैसे-जैसे अतिचालकों के व्यावसायिक अनुप्रयोगों का विस्तार होगा, हम ऊर्जा का अधिक कुशल और टिकाऊ तरीकों से उपयोग कर पाएँगे। यह मानवता के सामने आने वाली कई समस्याओं, विशेषकर ऊर्जा और पर्यावरण से संबंधित समस्याओं के समाधान में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा।
