कम-तापमान अतिचालक समाक्षीय केबल

कम-तापमान अतिचालक समाक्षीय केबल (LTS समाक्षीय केबल) अत्यंत कम तापमान भौतिकी प्रयोगों और क्वांटम कंप्यूटिंग जैसी अत्याधुनिक तकनीकों में अनिवार्य 'न्यूरल फाइबर्स' हैं।

इन केबलों को बेहतर ढंग से समझने के लिए, हम उन्हें तीन दृष्टिकोणों से देख सकते हैं: उनकी संरचना, उनके कार्य सिद्धांत, और मूलभूत चुनौतियाँ जिन्हें वे हल करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

1. मुख्य संरचना: इसे "समाक्षीय" क्यों कहा जाता है?

संरचनात्मक रूप से, कम तापमान वाले अतिचालक समाक्षीय केबल पारंपरिक घरेलू समाक्षीय टीवी केबल के समान समाक्षीय विन्यास अपनाते हैं। हालाँकि, सामग्री और संचालन की स्थितियाँ मौलिक रूप से भिन्न होती हैं।

आंतरिक और बाहरी चालक: इन्हें आमतौर पर NbTi (नियोबियम-टाइटेनियम) जैसे कम तापमान अतिचालक सामग्री से बनाया जाता है।

इन्सुलेशन परत (डाइलेक्ट्रिक): आंतरिक और बाहरी चालक के बीच स्थित, डाइलेक्ट्रिक आमतौर पर अत्यधिक कम डाइलेक्ट्रिक हानि वाली सामग्री होती है, जैसे PTFE (टेफ्लॉन)।

संचालन वातावरण: केबल को अत्यंत कम तापमान पर संचालित करना चाहिए—आमतौर पर 4.2 K से नीचे (तरल हीलियम का तापमान)। इन स्थितियों के तहत, अतिचालक सामग्री शून्य प्रतिरोध वाली अवस्था में प्रवेश कर जाती है।

यह समाक्षीय संरचना शीतलन परिस्थितियों के तहत न्यूनतम हानि के साथ उच्च आवृत्ति संकेतों के स्थिर संचरण को सुनिश्चित करती है।

2. केबल के लिए अतिचालक सामग्री का उपयोग क्यों करें?

क्वांटम चिप नियंत्रण जैसे परिशुद्ध प्रयोगों में, माइक्रोवेव संकेतों को कमरे के तापमान वाले वातावरण से अत्यंत कम तापमान वाले चरण (उदाहरण के लिए, 20 mK) तक प्रेषित किया जाना चाहिए। यदि पारंपरिक तांबे के केबल का उपयोग किया जाता है, तो दो महत्वपूर्ण समस्याएं उत्पन्न होती हैं।

संकेत अवमंदन (संकेत हानि): सामान्य धातुओं में विद्युत प्रतिरोध होता है। उच्च-आवृत्ति संकेत संचरण के दौरान, ऊर्जा को ऊष्मा में परिवर्तित कर दिया जाता है, जिससे संकेत के आयाम में कमी आती है और संकेत विरूपण या हानि हो सकती है।

तापीय चालन (ऊष्मा रिसाव की चुनौती): तांबा न केवल एक अच्छा विद्युत चालक है बल्कि एक उत्कृष्ट तापीय चालक भी है। कमरे के तापमान वाले सिरे की ऊष्मा आसानी से केबल के अनुदिश क्रायोजेनिक क्षेत्र में प्रवाहित हो सकती है, जिससे शीतलन प्रणाली पर भारी ताप भार पड़ता है और प्रणाली में अस्थिरता उत्पन्न हो सकती है।

कम तापमान वाली अतिचालक केबल्स का "जादू" उनके शून्य विद्युत प्रतिरोध और कम तापीय चालकता में निहित है, जो लगभग बिना किसी नुकसान के माइक्रोवेव संकेतों के संचरण की अनुमति देता है और साथ ही अत्यंत कम तापमान वाले वातावरण की प्रभावी ढंग से रक्षा करता है।

3. अनुप्रयोग परिदृश्य

क्वांटम कंप्यूटिंग: ये केबल सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स तक माइक्रोवेव नियंत्रण और रीडआउट संकेतों को सटीक रूप से पहुंचाते हैं, जिससे तापीय शोर के कारण होने वाले डीकोहेरेंस को कम किया जा सके।

उच्च चुंबकीय क्षेत्र भौतिकी: कण त्वरकों और एमआरआई प्रणालियों में, अतिचालक समाक्षीय केबल मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों के तहत उच्च-आवृत्ति संकेत संचरण सुनिश्चित करते हैं।

अंतरिक्ष अन्वेषण: उन उपग्रहों और अवरक्त संसूचन प्रणालियों में जिन्हें शीतलन की आवश्यकता होती है, ये केबल अत्यधिक उच्च संवेदनशीलता बनाए रखने में सहायता करते हैं जबकि तापीय भार को कम करते हैं।

4. कम तापमान अतिचालक (LTS) बनाम उच्च तापमान अतिचालक (HTS)

कम-तापमान अतिचालक समाक्षीय केबल (LTS): सामग्री में NbTi और Nb3Sn शामिल हैं, जो तरल हीलियम का उपयोग करके 10 K से नीचे संचालित होते हैं, जिसका उपयोग मुख्य रूप से सिग्नल संचरण और परिशुद्ध माप के लिए किया जाता है।

उच्च-तापमान अतिचालक बिजली केबल (HTS): सामग्री में YBCO और BSCCO शामिल हैं, जो तरल नाइट्रोजन का उपयोग करके 65–77 K पर संचालित होते हैं, जिसका उपयोग मुख्य रूप से उच्च-धारा बिजली संचरण के लिए किया जाता है।

निष्कर्ष

कम-तापमान अतिचालक समाक्षीय केबल को शून्य-हानि वाले सूक्ष्म-स्तरीय सूचना मार्ग माना जा सकता है। ये अत्यंत कम तापमान वाली प्रणालियों में ऊष्मा रिसाव को दबाते हुए लगभग हानिहीन माइक्रोवेव सिग्नल संचरण सुनिश्चित करते हैं।

उच्च-आवृत्ति और परिशुद्ध केबल तकनीकों में दीर्घकालिक अनुभव के साथ, हॉटन निरंतर चालक सामग्री, परावैद्युत संरचनाओं और केबल की समग्र स्थिरता में सुधार कर रहा है, जो उन्नत अनुसंधान और उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों के लिए विश्वसनीय कम-तापमान और उच्च-आवृत्ति सिग्नल संचरण समाधान प्रदान करता है।