Technological applications of superconductivity
سپر کنڈکٹیویٹی کی تکنیکی ایپلی کیشنز میں شامل ہیں: SQUIDs (سپر کنڈکٹنگ کوانٹم انٹرفیرنس ڈیوائسز) پر مبنی حساس میگنیٹومیٹرز کی تیاری تیز ڈیجیٹل سرکٹس (بشمول جوزفسن جنکشنز اور ریپڈ سنگل فلکس کوانٹم ٹیکنالوجی پر مبنی)، میگلیو ٹرینوں میں استعمال ہونے والے طاقتور سپر کنڈکٹنگ برقی مقناطیسی، مقناطیسی گونج امیجنگ (ایم آر آئی) اور جوہری مقناطیسی گونج (این ایم آر) مشینیں، مقناطیسی کنفینمنٹ فیوژن ری ایکٹر (جیسے۔ ٹوکامکس)، اور ذرہ ایکسلریٹرز میں استعمال ہونے والے بیم اسٹیئرنگ اور فوکسنگ میگنےٹس کم نقصان والی پاور کیبلز آر ایف اور مائکروویو فلٹرز (مثال کے طور پر، موبائل فون بیس اسٹیشنوں کے ساتھ ساتھ ملٹری الٹرا حساس/سلیکٹیو ریسیورز کے لیے) فاسٹ فالٹ کرنٹ ہائی سنسیٹیویٹی پارٹیکل ڈیٹیکٹرز کو محدود کرتا ہے، جس میں ٹرانزیشن ایج سینسر، سپر کنڈکٹنگ بولومیٹر، سپر کنڈکٹنگ ٹنل جنکشن ڈیٹیکٹر، کینیٹک انڈکٹنس ڈیٹیکٹر، اور سپر کنڈکٹنگ نینوائر سنگل فوٹون ڈیٹیکٹر ریلگن اور کوئلگن میگنےٹ الیکٹرک موٹرز اور جنریٹر کم درجہ حرارت والی سپر کنڈکٹیویٹی مقناطیسی گونج امیجنگ اور نیوکلیئر مقناطیسی گونج شامل ہیں۔ یہ آکسفورڈ انسٹرومینٹس اور سیمنز جیسی کمپنیوں کے لیے کثیر ارب امریکی ڈالر کی مارکیٹ کی نمائندگی کرتا ہے۔ مقناطیس عام طور پر کم درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹرز (ایل ٹی ایس) کا استعمال کرتے ہیں کیونکہ مائع ہیلیم درجہ حرارت پر ایل ٹی ایس آلات کو ٹھنڈا کرنے کی ضرورت کے باوجود، اعلی درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹر ابھی اتنے سستے نہیں ہیں کہ مطلوبہ اعلی، مستحکم اور بڑے حجم کے شعبوں کو مؤثر طریقے سے فراہم کر سکیں۔ سپر کنڈکٹرز کا استعمال ہائی فیلڈ سائنٹفک میگنیٹس میں بھی کیا جاتا ہے۔ پارٹیکل ایکسلریٹرز اور مقناطیسی فیوژن ڈیوائسز پارٹیکل ایکسلریٹرز جیسے کہ لارج ہیڈرون کولائڈر میں بہت سے ہائی فیلڈ الیکٹرو میگنیٹس شامل ہو سکتے ہیں جن کی بڑی مقدار میں ایل ٹی ایس کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایل ایچ سی میگنےٹس کی تعمیر کے لیے پانچ سالوں کے لیے دنیا کے نیوبیئم-ٹائٹینیم تار کی پیداوار کا 28 فیصد سے زیادہ درکار ہوتا ہے، جس میں ایل ایچ سی کے بڑے تجرباتی ڈٹیکٹرز کے لیے میگنےٹس میں بڑی مقدار میں این بی ٹی آئی بھی استعمال ہوتا ہے۔ روایتی فیوژن مشینیں (جے ای ٹی، ایس ٹی-40، این ٹی ایس ایکس-یو اور ایم اے ایس ٹی) تانبے کے بلاکس کا استعمال کرتی ہیں۔ یہ ان کے کھیتوں کو 1-3 ٹیسلا تک محدود کرتا ہے۔ 2024-2026 ٹائم فریم کے لیے کئی سپر کنڈکٹنگ فیوژن مشینوں کا منصوبہ بنایا گیا ہے۔ ان میں آئی ٹی ای آر، اے آر سی اور ایس ٹی-40 کا اگلا ورژن شامل ہیں۔ اعلی درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹرز کے اضافے سے ٹوکامکس کی نئی نسل کے لیے کھیتوں (10-13 ٹیسلا) میں شدت میں بہتری کی ترتیب ملنی چاہیے۔ ہائی ٹمپریچر سپر کنڈکٹیویٹی ہائی ٹمپریچر سپر کنڈکٹرز (ایچ ٹی ایس) کے لیے اب تک تجارتی ایپلی کیشنز کو اب تک دریافت ہونے والے مواد کی دیگر خصوصیات کی وجہ سے محدود کیا گیا ہے۔ ایچ ٹی ایس کو سپر کنڈکٹنگ درجہ حرارت کو ٹھنڈا کرنے کے لیے صرف مائع نائٹروجن کی ضرورت ہوتی ہے، مائع ہیلیم کی نہیں۔ تاہم، فی الحال معروف اعلی درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹر ٹوٹنے والے مٹی کے برتن ہیں جو بنانے میں مہنگے ہوتے ہیں اور آسانی سے تاروں یا دیگر مفید شکلوں میں نہیں بنتے ہیں۔ لہذا، ایچ ٹی ایس کے لیے ایپلی کیشنز وہاں رہی ہیں جہاں اس کا کچھ اور اندرونی فائدہ ہے، مثال کے طور پر۔ میں: ایل ٹی ایس ڈیوائسز کے لیے کم تھرمل نقصان کرنٹ لیڈز (کم تھرمل چالکتا)، آر ایف اور مائکروویو فلٹرز (آر ایف کے لیے کم مزاحمت)، اور ماہر سائنسی میگنےٹس میں تیزی سے، خاص طور پر جہاں سائز اور بجلی کی کھپت اہم ہے (جبکہ ایچ ٹی ایس تار ان ایپلی کیشنز میں ایل ٹی ایس کے مقابلے میں بہت زیادہ مہنگا ہے، اس کی تلافی متعلقہ لاگت اور کولنگ کی سہولت سے کی جا سکتی ہے) ؛ ریمپ فیلڈ کی صلاحیت مطلوبہ ہے (ایچ ٹی ایس کے آپریٹنگ درجہ حرارت کی اعلی اور وسیع رینج کا مطلب فیلڈ میں تیزی سے تبدیلیوں کا انتظام کیا جا سکتا ہے) ؛ یا کریوجن فری آپریشن مطلوب ہے (ایل ٹی ایس کو عام طور پر مائع ہیلیم کی ضرورت ہوتی ہے، جو زیادہ کم اور مہنگا ہوتا جا رہا ہے)۔ ایچ ٹی ایس پر مبنی نظام ایچ ٹی ایس کا اطلاق سائنسی اور صنعتی مقناطیسوں میں ہوتا ہے، بشمول این ایم آر اور ایم آر آئی نظاموں میں استعمال۔ تجارتی نظام اب ہر زمرے میں دستیاب ہیں۔ اس کے علاوہ ایچ ٹی ایس کی ایک اندرونی خصوصیت یہ ہے کہ یہ ایل ٹی ایس کے مقابلے میں بہت زیادہ مقناطیسی شعبوں کا مقابلہ کر سکتا ہے، لہذا مائع ہیلیم کے درجہ حرارت پر ایچ ٹی ایس کو ایل ٹی ایس میگیٹس کے اندر بہت زیادہ فیلڈ کے اندراج کے لیے تلاش کیا جا رہا ہے۔ مستقبل کی امید افزا صنعتی اور تجارتی ایچ ٹی ایس ایپلی کیشنز میں انڈکشن ہیٹر، ٹرانسفارمر، فالٹ کرنٹ لیمٹر، پاور اسٹوریج، موٹرز اور جنریٹر، فیوژن ری ایکٹر (آئی ٹی ای آر دیکھیں) اور مقناطیسی لفٹنگ ڈیوائسز شامل ہیں۔ ابتدائی ایپلی کیشنز وہ ہوں گی جہاں چھوٹے سائز، کم وزن یا تیزی سے کرنٹ (فالٹ کرنٹ لیمٹر) کو تبدیل کرنے کی صلاحیت کا فائدہ اضافی لاگت سے زیادہ ہوتا ہے۔ کنڈکٹر کی قیمت میں کمی کے طور پر طویل مدتی ایچ ٹی ایس سسٹم کو صرف توانائی کی کارکردگی کی بنیاد پر ایپلی کیشنز کی بہت وسیع رینج میں مسابقتی ہونا چاہیے۔ (پاور سسٹمز میں ایچ ٹی ایس ٹیکنالوجی کے کھیل کی حالت اور جنریشن 2 کنڈکٹر کی ترقی کی حیثیت کے نسبتا تکنیکی اور امریکہ پر مرکوز نقطہ نظر کے لیے الیکٹرک سسٹمز 2008 یو ایس ڈی او ای سالانہ ہم مرتبہ جائزہ کے لیے سپر کنڈکٹیویٹی دیکھیں۔) الیکٹرک پاور ٹرانسمیشن ہولبروک سپر کنڈکٹر پروجیکٹ، جسے ایل آئی پی اے پروجیکٹ بھی کہا جاتا ہے، دنیا کی پہلی پروڈکشن سپر کنڈکٹنگ ٹرانسمیشن پاور کیبل کو ڈیزائن اور بنانے کا ایک منصوبہ ہے۔ یہ کیبل جون 2008 کے آخر میں لانگ آئلینڈ پاور اتھارٹی (ایل آئی پی اے) کے ذریعے شروع کی گئی تھی۔ مضافاتی لانگ آئلینڈ الیکٹریکل سب اسٹیشن کو تقریبا 600 میٹر طویل زیر زمین کیبل سسٹم فراہم کیا جاتا ہے جو امریکی سپر کنڈکٹر کے ذریعہ تیار کردہ تقریبا اعلی درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹر تار پر مشتمل ہوتا ہے، جو زیر زمین نصب ہوتا ہے اور مائع نائٹروجن سے ٹھنڈا ہوتا ہے، جس سے اضافی بجلی فراہم کرنے کے لیے درکار مہنگے رائٹ آف وے کو بہت کم کیا جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، کیبل کی تنصیب نے اوور ہیڈ پاور لائنوں کے لیے اجازت کی سخت پیچیدگیوں کو دور کیا، اور اوور ہیڈ پاور لائنوں کے لیے عوام کے خدشات کا حل پیش کیا۔ امریکی سپر کنڈکٹر کا انتخاب ٹریس امیگاس پروجیکٹ کے لیے کیا گیا، جو ریاستہائے متحدہ کا پہلا قابل تجدید توانائی مارکیٹ مرکز ہے۔ ٹریس امیگاس قابل تجدید توانائی مارکیٹ کا مرکز سپر کنڈکٹر بجلی کی پائپ لائنوں کا ایک کثیر میل، سہ رخی بجلی کا راستہ ہوگا جو تین امریکی پاور گرڈ (ایسٹرن انٹرکنکشن، ویسٹرن انٹرکنکشن اور ٹیکساس انٹرکنکشن) کے درمیان بہت سے گیگا واٹ بجلی کی منتقلی اور توازن کے قابل ہوگا۔ روایتی پاور لائنز کے برعکس، یہ بجلی کو AC کرنٹ کے بجائے ڈی سی کے طور پر منتقل کرے گا۔ یہ کلووس، نیو میکسیکو میں واقع ہوگا۔ ایسین، جرمنی کے پاس 1 کلومیٹر پر پیداوار میں دنیا کی سب سے لمبی سپر کنڈکٹنگ پاور کیبل ہے۔ یہ ایک 10 کے وی مائع نائٹروجن کولڈ کیبل ہے۔ کیبل ایک مساوی 110 کے وی باقاعدہ کیبل سے چھوٹی ہے اور کم وولٹیج میں چھوٹے ٹرانسفارمرز کا اضافی فائدہ ہوتا ہے۔ ووئرڈے، جرمنی میں ایک ایلومینیم پلانٹ 200 کے اے لے جانے والی کیبلز کے لیے سپر کنڈکٹر استعمال کرنے کا ارادہ رکھتا ہے، جس میں کم حجم اور مادی طلب کو فوائد کے طور پر پیش کیا گیا ہے۔ میگنیشیم ڈائبورائڈ میگنیشیم ڈائبورائڈ بی ایس سی سی او یا وائی بی سی او کے مقابلے میں لاگت فی موجودہ لے جانے کی صلاحیت فی لمبائی (لاگت/(کے اے * ایم)) کے لحاظ سے ایک بہت سستا سپر کنڈکٹر ہے، ایل ٹی ایس کے طور پر اسی بال پارک میں، اور اس بنیاد پر بہت سے تیار کردہ تار پہلے ہی تانبے سے سستے ہیں۔ مزید برآں، ایم جی بی 2 ایل ٹی ایس سے زیادہ درجہ حرارت پر سپر کنڈکٹ کرتا ہے (اس کا نازک درجہ حرارت 39 کے ہے، اس کے مقابلے میں این بی ٹی آئی کے لیے 10 کے اور این بی 3 ایس این کے لیے 18.3 کے سے کم ہے)، جس سے اسے کریوجن فری میگنےٹس میں یا شاید آخر کار مائع ہائیڈروجن میں 10-20 کے پر استعمال کرنے کا امکان متعارف ہوتا ہے۔ تاہم ایم جی بی 2 مقناطیسی میدان میں محدود ہے جو ان اعلی درجہ حرارت پر برداشت کر سکتا ہے، لہذا اعلی فیلڈ ایپلی کیشنز میں اس کی مسابقت کو ظاہر کرنے کے لیے مزید تحقیق کی ضرورت ہے۔ پھنسے ہوئے فیلڈ میگنےٹ سپر کنڈکٹنگ مواد کو ایک مختصر مقناطیسی میدان میں بے نقاب کرنا جنریٹرز جیسی مشینوں میں استعمال کے لیے فیلڈ کو پھنسا سکتا ہے۔ کچھ ایپلی کیشنز میں وہ روایتی مستقل میگنےٹ کی جگہ لے سکتے ہیں۔ نوٹ سپر کنڈکٹیویٹی