अमेरिका में किए गए एक व्यापक अध्ययन ने पुष्टि की है कि दुर्लभ पृथ्वी बेरियम कॉपर ऑक्साइड (आरईबीसीओ) उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स से बने चुंबक भविष्य के संलयन प्रयोगों में प्लाज्मा को सीमित करने के लिए आदर्श हैं। टीम ने दिखाया कि चुम्बक मजबूत और कॉम्पैक्ट दोनों हैं, जो उन्हें भविष्य के टोकामक्स के लिए एक व्यावहारिक विकल्प बनाते हैं स्पार्क, जिसे कॉमनवेल्थ फ्यूजन सिस्टम्स (सीएफएस) और एमआईटी के प्लाज्मा साइंस फ्यूजन सेंटर (पीएसएफसी) द्वारा विकसित किया जा रहा है।

यह अध्ययन सीएफएस और पीएसएफसी के शोधकर्ताओं द्वारा किया गया था, जिन्होंने चुम्बकों के अध्ययन के लिए नए नैदानिक ​​उपकरण बनाए।

एक टोकामक फ़्यूज़न रिएक्टर अपने डोनट के आकार के इंटीरियर के अंदर हाइड्रोजन प्लाज्मा को सीमित करने के लिए बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है। इससे प्लाज्मा को बहुत ऊंचे तापमान तक गर्म किया जा सकता है ताकि हाइड्रोजन नाभिक एक साथ फ्यूज हो जाएं - जिससे बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। टोकामक अनुसंधान का अंतिम लक्ष्य फ्यूज़िंग प्लाज़्मा से उससे कहीं अधिक ऊर्जा प्राप्त करना है, जिससे ऊर्जा का अपेक्षाकृत स्वच्छ स्रोत तैयार हो सके।

ये चुंबकीय क्षेत्र विद्युत चुम्बकों द्वारा बनाए जाते हैं और मौजूदा टोकामक्स में, इन्हें पारंपरिक कंडक्टर (तांबा) या कम तापमान वाले सुपरकंडक्टर से बने तारों का उपयोग करके घाव किया जाता है। दोनों दृष्टिकोणों के फायदे और सीमाएँ हैं, इसलिए फ़्यूज़न शोधकर्ता अन्य चुंबक विकल्पों की खोज करने के इच्छुक हैं। विशेष रूप से, अधिकांश मौजूदा चुंबक प्रौद्योगिकियां अगली पीढ़ी के उपकरणों में उपयोग के लिए बहुत बड़ी और महंगी होंगी जिनके लिए उच्च क्षेत्र स्तर की आवश्यकता होगी।

सीमित क्षेत्र

"बहुत कम बिजली खपत वाले सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट को अब पर्याप्त पैमाने पर फ़्यूज़न उपकरणों में एकीकृत किया गया है," बताते हैं जैच हार्टविग एमआईटी में, जिन्होंने नए विश्लेषण का नेतृत्व किया। "हालांकि, उन सभी ने सुपरकंडक्टर्स का उपयोग किया है जो लगभग 5 टी की चुंबकीय क्षेत्र की ताकत तक सीमित थे।" इन क्षेत्रों में सीमित होने पर भी, प्लाज्मा धीरे-धीरे लीक हो जाएगा।

2018 और 2021 के बीच, पीएसएफसी और सीएफएस के शोधकर्ताओं के सहयोग से सीमित क्षेत्रों को बढ़ावा देने के उद्देश्य से आरईबीसीओ मैग्नेट विकसित किया गया - और सामग्री का प्रदर्शन बहुत आशाजनक था।

हार्टविग बताते हैं, "आरईबीसीओ अत्यधिक उच्च चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने में सक्षम है, और 20 K तक के तापमान पर बहुत उच्च विद्युत प्रवाह घनत्व भी ले जा सकता है।" "इससे सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट में बेहतर इंजीनियरिंग और प्रदर्शन प्राप्त होता है।"

अब हार्टविग और उनके सहयोगियों ने एमआईटी में उद्देश्य-निर्मित परीक्षण सुविधाओं का उपयोग करते हुए, सुपरकंडक्टिंग चुंबक के रूप में आरईबीसीओ के प्रदर्शन के परीक्षणों की एक व्यापक बैटरी के परिणामों की रिपोर्ट दी है।

लगभग दोगुना

सितंबर 2021 में किए गए प्रयोगों के माध्यम से, सामग्री ने 20 टी से अधिक के चरम चुंबकीय क्षेत्र का प्रदर्शन किया। यह समान अनुप्रयोगों के लिए अन्य सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट में पहले हासिल किए गए उच्चतम क्षेत्रों से लगभग दोगुना है।

तब से, शोधकर्ताओं ने इसके संचालन का विश्लेषण करते हुए आगे के परीक्षण किए हैं, जिन्होंने आरईबीसीओ चुंबक को इसके प्रदर्शन की चरम सीमा तक पहुंचा दिया है।

टीम अब अपने निष्कर्ष पत्रों की एक श्रृंखला में प्रस्तुत करती है एप्लाइड सुपरकंडक्टिविटी पर आईईईई लेनदेन. वे चुंबक के सभी घटकों और उच्च क्षेत्रों में उनके प्रदर्शन का गहन विवरण प्रदान करते हैं। हार्टविग की टीम अब आश्वस्त है कि रेबको अपने इच्छित उद्देश्य के लिए उपयुक्त है।

हार्टविग कहते हैं, "अत्यधिक विद्युत यांत्रिक भार के बावजूद, चुंबक का विद्युत, तापीय और संरचनात्मक प्रदर्शन बिल्कुल वैसा ही व्यवहार करता है जैसा कि स्थिर-अवस्था संचालन में डिज़ाइन किया गया था।" उन्होंने आगे कहा, "इसने कार्यक्रम में विकसित उन्नत कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग को मान्य किया, और प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की कि उच्च-क्षेत्र सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट संलयन ऊर्जा के लिए व्यवहार्य हैं।"

बहुत छोटी मात्रा

महत्वपूर्ण रूप से, प्रयोगों से पता चला कि REBCO पिछले संलयन उपकरणों की तुलना में लगभग 12 से 30 गुना छोटी मात्रा के भीतर प्लाज्मा कारावास के लिए उपयुक्त 40 टी क्षेत्र को बनाए रखने में सक्षम है।

हार्टविग बताते हैं, "आरईबीसीओ द्वारा सक्षम पैमाने में महत्वपूर्ण कमी चुंबकीय कारावास उपकरणों के निर्माण के लिए कम लागत और तेज़ शेड्यूल के साथ-साथ संलयन ऊर्जा बिजली संयंत्रों के लिए अधिक अनुकूल अर्थशास्त्र को सक्षम करेगी।"

"शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि कम किया गया पैमाना संलयन ऊर्जा में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन को सक्षम बनाता है: बहु-राष्ट्रीय, सरकार द्वारा वित्त पोषित विज्ञान कार्यक्रमों से निजी तौर पर वित्त पोषित, मिशन-संचालित कंपनियों में जाना, एक व्यवहार्य नए शून्य कार्बन ऊर्जा स्रोत के व्यावसायीकरण पर ध्यान केंद्रित करना," वह कहते हैं। .

अपने आशाजनक निष्कर्षों के आधार पर, पीएसएफसी और सीएफएस टीमों को अब उम्मीद है कि उनका विश्लेषण भविष्य के संलयन अनुसंधान के लिए एक मूल्यवान मार्गदर्शिका के रूप में काम करेगा: शायद भौतिकी में सबसे लंबे समय से प्रतीक्षित लक्ष्यों में से एक को वास्तविकता के करीब लाना।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/rebco-high-temperature-superconductors-are-ideal-for-tokamak-magnets-study-suggests/