सार:
सर्न, यूरोपीय परमाणु अनुसंधान संगठन, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी) के उन्नयन के अगले दौर के लिए सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट की एक नई पीढ़ी विकसित कर रहा है। ये चुंबक, जो नई सामग्रियों और विनिर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करते हैं, परीक्षणों में 11.3 टेस्ला की चुंबकीय क्षेत्र की ताकत तक पहुंच गए हैं और भविष्य के उच्च चमक वाले बड़े हैड्रॉन कोलाइडर का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन जाएंगे।
लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर कण किरणों को नियंत्रित करने के लिए बेहद शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है, जिससे कणों को प्रकाश की गति के करीब गति से यात्रा करने और टकराने की अनुमति मिलती है, जिससे वैज्ञानिकों को पदार्थ की मूल संरचना का अध्ययन करने में मदद मिलती है। वर्तमान में, एलएचसी एक प्रयोग में प्रति सेकंड लगभग 40 मिलियन टकराव कर सकता है, प्रत्येक टकराव में शामिल कणों की संख्या लगभग 60 है। टकराव की आवृत्ति और कणों की संख्या में लगातार वृद्धि करके, वैज्ञानिक अधिक प्रभावी ढंग से दुर्लभ कणों और पहले से न देखे गए भौतिक घटनाओं की खोज कर सकते हैं।
सीईआरएन अपग्रेड प्रोजेक्ट के अगले चरण को हाई-ल्यूमिनोसिटी लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (हाई-ल्यूमिनोसिटी एलएचसी) कहा जाता है, जिसमें 2030 के बाद प्रयोगों का एक नया दौर शुरू होने की उम्मीद है। अपग्रेड के बाद लक्ष्य प्रत्येक टकराव में शामिल कणों की संख्या को 140 से 200 तक बढ़ाना है, जबकि प्रति सेकंड लगभग 40 मिलियन बार टकराव की आवृत्ति बनाए रखना है। तथाकथित "उच्च चमक" इस तथ्य को संदर्भित करता है कि प्रति इकाई समय में अधिक कण टकराव हो सकते हैं, जिससे दुर्लभ भौतिक घटनाओं की खोज की संभावना बढ़ जाती है।
इसे प्राप्त करने के लिए, कोलाइडर को मजबूत चुंबकीय क्षेत्र वाले कॉम्पैक्ट, विश्वसनीय मैग्नेट की आवश्यकता होगी। पारंपरिक एलएचसी द्विध्रुव मैग्नेट नाइओबियम टाइटेनियम (एनबीटीआई) सुपरकंडक्टिंग कॉइल्स का उपयोग करते हैं, और चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता 8.3 टेस्ला तक पहुंच सकती है, जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता का लगभग 166,000 गुना है। हालाँकि, नाइओबियम-टाइटेनियम सामग्री का प्रदर्शन चुंबकीय क्षेत्र की ताकत की ऊपरी सीमा के करीब है जिसे वह प्राप्त कर सकता है, इसलिए क्वाड्रुपोल मैग्नेट की एक नई पीढ़ी ने नाइओबियम-टिन (Nb₃Sn) सुपरकंडक्टिंग सामग्री का उपयोग करना शुरू कर दिया, जिसका लक्ष्य चुंबकीय क्षेत्र की ताकत 12 टेस्ला के करीब है।
इस प्रौद्योगिकी उन्नयन के सामने आने वाली मुख्य कठिनाइयों में से एक यह है कि नाइओबियम-टिन सामग्री में पारंपरिक नाइओबियम-टाइटेनियम सामग्री से पूरी तरह से अलग यांत्रिक गुण होते हैं। नाइओबियम-टाइटेनियम में अच्छी लचीलापन है और सुपरकंडक्टिंग सामग्री बनाने के बाद इसे मोड़ा और घाव किया जा सकता है; नाइओबियम-टिन बहुत नाजुक होता है और सुपरकंडक्टिंग चरण बनने के बाद कॉइल वाइंडिंग प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न बड़े यांत्रिक तनाव का सामना नहीं कर सकता है।
इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने "विंड-एंड-रिएक्ट" नामक एक विनिर्माण प्रक्रिया को अपनाया। इसे सीधे शब्दों में कहें तो, जिस सामग्री ने अभी तक अंतिम सुपरकंडक्टिंग चरण नहीं बनाया है, उसे एक कुंडल में लपेटा जाता है, और फिर उच्च तापमान ताप उपचार के माध्यम से, नाइओबियम और टिन प्रतिक्रिया करते हैं, और अंत में नाइओबियम-टिन सुपरकंडक्टिंग सामग्री बनती है।
विशिष्ट निर्माण प्रक्रिया के दौरान, अनुसंधान टीम ने सबसे पहले 760 मीटर लंबी सुपरकंडक्टिंग केबल का उपयोग किया और इसे केंद्रीय फ्रेम के चारों ओर लपेटकर लगभग 7.2 मीटर की लंबाई और 150 मिलीमीटर के एपर्चर के साथ कॉइल का एक सेट बनाया। फिर कॉइल्स को कड़ाई से नियंत्रित ताप उपचार के लिए एक अक्रिय गैस वातावरण में रखा जाता है।
गर्मी उपचार प्रक्रिया कई दिनों तक चलती है, और तापमान क्रमिक रूप से बढ़ता है, कुछ समय के लिए लगभग 210 डिग्री सेल्सियस और 400 डिग्री सेल्सियस पर रहता है, और अंत में लगभग 650 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है। इस प्रक्रिया के बाद, केबल में नाइओबियम और टिन रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करके सुपरकंडक्टिंग गुणों वाला नाइओबियम-टिन यौगिक बनाते हैं।
क्योंकि नाइओबियम टिन सामग्री बनने के बाद बहुत नाजुक होती है, इसलिए कॉइल की बाद की हैंडलिंग के दौरान अत्यधिक सावधानी बरतनी चाहिए। कोई भी अत्यधिक झुकने या यांत्रिक विकृति सुपरकंडक्टिंग सामग्री को नुकसान पहुंचा सकती है और चुंबक के विद्युत प्रदर्शन और संरचनात्मक विश्वसनीयता को प्रभावित कर सकती है।
हीट ट्रीटमेंट पूरा करने के बाद, शोधकर्ता कॉइल के उपचार के लिए तरल एपॉक्सी राल का भी उपयोग करते हैं, जिससे रेजिन आंतरिक रिक्तियों, दरारों और अंतरालों को भर देता है, और फिर कॉइल की यांत्रिक स्थिरता में सुधार करने के लिए एक कठोर बहुलक संरचना में जम जाता है।
इस विनिर्माण परियोजना का नेतृत्व CERN चुंबक इंजीनियर सुज़ाना इज़क्विएर्डो बरमूडेज़ के नेतृत्व में लगभग 60 लोगों की एक टीम कर रही है। वह 2012 से नए मैग्नेट के अनुसंधान और विकास में शामिल हैं, और उनके काम में कॉइल वाइंडिंग परीक्षण, विद्युत चुम्बकीय डिजाइन, यांत्रिक डिजाइन, विनिर्माण और प्रदर्शन सत्यापन शामिल हैं।
एप्लाइड सुपरकंडक्टिविटी पर आईईईई ट्रांजेक्शन में अनुसंधान टीम द्वारा प्रकाशित शोध परिणामों के अनुसार, उन्होंने एलएचसी अपग्रेड प्रोजेक्ट के लिए 4.5-मीटर लंबे मैग्नेट के लिए 120 से अधिक कॉइल और 7.2-मीटर लंबे मैग्नेट के लिए 70 से अधिक कॉइल का निर्माण किया। प्रत्येक चतुर्ध्रुव चुंबक को चार कुंडलियों की आवश्यकता होती है।
पूरे प्रोजेक्ट के परिणामस्वरूप 250 कॉइल का उत्पादन हुआ, जिनमें से 25 विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान मानवीय त्रुटि और विद्युत या यांत्रिक प्रदर्शन दोषों के कारण गुणवत्ता आवश्यकताओं में विफल रहे। शोधकर्ताओं ने बताया कि इस प्रकार के सुपरकंडक्टिंग चुंबक के लिए अत्यधिक उच्च विनिर्माण परिशुद्धता की आवश्यकता होती है, और यहां तक कि बहुत छोटी खामियां भी पूरे कॉइल को अनुपयोगी बना सकती हैं। एक कुंडल थी जिसे उखाड़ना पड़ा क्योंकि यह संदेह था कि धातु का एक कण वाइंडिंग और सुरक्षात्मक घटक के बीच फंस गया था, जो इसके संचालन प्रदर्शन को प्रभावित कर सकता था।
इस साल सितंबर में, टीम ने 7.2 मीटर लंबे चुंबक का गुणवत्ता नियंत्रण परीक्षण पूरा किया और पुष्टि की कि इसकी चरम चुंबकीय क्षेत्र की ताकत 11.3 टेस्ला तक पहुंच गई। मैग्नेट वर्तमान में अच्छा प्रदर्शन कर रहे हैं, और शोधकर्ताओं ने भविष्य की एलएचसी अपग्रेड परियोजनाओं की जरूरतों को पूरा करने के लिए अतिरिक्त कॉइल और मैग्नेट का निर्माण जारी रखना शुरू कर दिया है।
यह उपलब्धि केवल उच्च चुंबकीय क्षेत्र संख्या की खोज नहीं है, बल्कि इसका मतलब है कि CERN के पास प्रयोगशाला अनुसंधान और विकास से लेकर बड़े पैमाने पर, सख्त गुणवत्ता नियंत्रण इंजीनियरिंग विनिर्माण चरण तक उन्नत नाइओबियम टिन सुपरकंडक्टिंग सामग्री है। हाई-ब्राइटनेस लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर के लिए, एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र शोधकर्ताओं को कण किरणों को अधिक प्रभावी ढंग से नियंत्रित करने में मदद करेगा, जिससे कोलाइडर को किसी दिए गए स्थान के भीतर उच्च कण टकराव क्षमताओं को प्राप्त करने की अनुमति मिलेगी, जो 2030 के बाद कण भौतिकी प्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचा प्रदान करेगा।
यह शोध 24 सितंबर, 2026 को "आईईईई ट्रांजेक्शन्स ऑन सुपरकंडक्टिंग एप्लिकेशन" में प्रकाशित हुआ था। आईईईई स्पेक्ट्रम ने 10 नवंबर को रिपोर्ट को अपडेट किया, प्रत्येक प्रयोग में कण टकराव की संख्या को सही किया।
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