প্রেক্ষাপট
বিজ্ঞানীরা সম্প্রতি একটি নতুন পদার্থ আবিষ্কারের দাবি করেছেন—এটি মূলত নাইট্রোজেন মিশ্রিত লুটেটিয়াম-হাইড্রাইড যৌগ (Lutetium-Hydride compound doped with Nitrogen)। এটি ঘরের স্বাভাবিক তাপমাত্রায় (২১° সেলসিয়াস) অতিপরিবাহিতা বা সুপারকন্ডাক্টিভিটি প্রদর্শন করে। তবে এটি কার্যকর হতে এখনও অত্যন্ত উচ্চ চাপের (১০ কিলোবার) প্রয়োজন হয়। এই আবিষ্কারের মূল লক্ষ্য হলো সেই ‘তাপমাত্রার বাধা’ অতিক্রম করা, যা ঐতিহাসিকভাবে অতিপরিবাহিতার ব্যবহারকে কেবল গবেষণাগারের চরম শীতল পরিবেশের মধ্যেই সীমাবদ্ধ করে রেখেছিল।
১. অতিপরিবাহী বা সুপারকন্ডাক্টর (Superconductor) কী?
অতিপরিবাহী হলো এমন একটি পদার্থ যা কোনো রকম রোধ বা বাধা (Zero Resistance) ছাড়াই বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে বা এক পরমাণু থেকে অন্য পরমাণুতে ইলেকট্রন পাঠাতে পারে।
- ক্রিটিক্যাল টেম্পারেচার (Critical Temperature): এটি সেই নির্দিষ্ট তাপমাত্রা, যার নিচে কোনো পদার্থ অতিপরিবাহী হিসেবে কাজ শুরু করে।
- শক্তির দক্ষতা (Energy Efficiency): যেহেতু এতে কোনো রোধ থাকে না, তাই বিদ্যুৎ পরিবহনের সময় কোনো শক্তি তাপ হিসেবে অপচয় হয় না। এটি বিদ্যুৎ পরিবহনকে ১০০% সাশ্রয়ী ও দক্ষ করে তোলে।
২. প্রধান ভৌত বৈশিষ্ট্যসমূহ
- মেইসনার এফেক্ট (The Meissner Effect): এটি অতিপরিবাহিতার প্রধান বৈশিষ্ট্য। যখন কোনো পদার্থ অতিপরিবাহী অবস্থায় পৌঁছায়, তখন এটি তার ভেতর থেকে সমস্ত চৌম্বক ক্ষেত্রকে বের করে দেয় (Expels internal magnetic fields)। এর ফলে কোয়ান্টাম লেভিটেশন বা চৌম্বকীয় উত্তোলন (Maglev) সম্ভব হয়। যখন কোনো পদার্থকে একটি নির্দিষ্ট ক্রিটিক্যাল টেম্পারেচারের নিচে ঠান্ডা করা হয়, তখন এটি একটি নিখুঁত ডায়াম্যাগনেট (Diamagnet) হিসেবে আচরণ করে। এই প্রক্রিয়ায় চৌম্বক বলরেখাগুলো পদার্থের ভেতরে প্রবেশ করতে পারে না এবং পৃষ্ঠের চারপাশ দিয়ে যেতে বাধ্য হয়।
৩. বাস্তব জীবনে প্রয়োগ (Real-World Applications)
- চিকিৎসা বিজ্ঞান: উচ্চ-রেজোলিউশনের শারীরিক স্ক্যানের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করতে MRI (Magnetic Resonance Imaging) মেশিনে এটি ব্যবহৃত হয়।
- পরিবহন ব্যবস্থা: ম্যাগলেভ ট্রেন (Maglev Trains) ঘর্ষণহীন চলাচলের জন্য মেইসনার এফেক্ট ব্যবহার করে, যা অত্যন্ত উচ্চ গতি অর্জনে সাহায্য করে।
- কণা ত্বরক (Particle Accelerators): সার্ন (CERN)-এর লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডার (LHC)-এ উপ-পারমাণবিক কণাগুলোকে সঠিক পথে চালিত করতে এটি অপরিহার্য।
- বিদ্যুৎ গ্রিড: অতিপরিবাহী কেবল বা তারের মাধ্যমে শূন্য অপচয়ে দূর-দূরান্তে বিদ্যুৎ পাঠানো সম্ভব, যা বিশ্বব্যাপী শক্তির অপচয় রোধ করবে।
- কোয়ান্টাম কম্পিউটিং: অতিপরিবাহী সার্কিটগুলো ‘কিউবিট’ (Qubits) হিসেবে কাজ করে, যা কোয়ান্টাম কম্পিউটারের মূল ভিত্তি।
৪. উপাদান (Materials)
• সুপারকন্ডাক্টিভিটি প্রকৃতির একটি অত্যন্ত আকর্ষণীয় কোয়ান্টাম ঘটনা। এটি প্রায় ১০০ বছরেরও বেশি আগে আবিষ্কৃত হয়, যখন পারদকে তরল হিলিয়ামের তাপমাত্রায় (প্রায় -452°F, অর্থাৎ প্রায় পরম শূন্যের কাছাকাছি) ঠান্ডা করা হয়।
• পারদে আবিষ্কারের পর দেখা যায় যে, খুব নিম্ন তাপমাত্রায় অন্যান্য অনেক পদার্থেও সুপারকন্ডাক্টিভিটি বিদ্যমান।
• সুপারকন্ডাক্টর উপাদানের বিভিন্ন শ্রেণি রয়েছে, যেমন:
- রাসায়নিক মৌল (যেমন পারদ, সীসা)
- সংকর ধাতু (যেমন নিওবিয়াম–টাইটানিয়াম, জার্মেনিয়াম–নিওবিয়াম, নিওবিয়াম নাইট্রাইড)
- সিরামিক (যেমন YBCO, ম্যাগনেসিয়াম ডাইবোরাইড)
- সুপারকন্ডাক্টিং পনিকটাইড (যেমন ফ্লোরিন-ডোপড LaOFeAs)
- একস্তরীয় উপাদান (যেমন গ্রাফিন, ট্রানজিশন মেটাল ডাইক্যালকোজেনাইডস)
- জৈব সুপারকন্ডাক্টর (যেমন ফুলেরিন ও কার্বন ন্যানোটিউব)
Q. অতিপরিবাহী (Superconductors) সম্পর্কে নিচের উক্তিগুলো বিবেচনা করুন:
1. এগুলো শূন্য রোধে বিদ্যুৎ পরিবহন করে।
2. বিদ্যুৎ প্রবাহের সময় এগুলো তাপ উৎপন্ন করে।
3. অতিপরিবাহিতা প্রদর্শনের জন্য এদের একটি নির্দিষ্ট ক্রিটিক্যাল টেম্পারেচার বা তাপমাত্রার প্রয়োজন হয়।
ওপরের উক্তিগুলোর মধ্যে কোনটি/কোনগুলো সঠিক?
(a) কেবল 1 এবং 3
(b) কেবল 2
(c) 1, 2 এবং 3
(d) কেবল 1
উত্তর: a
ব্যাখ্যা:
• 1 নম্বর উক্তিটি সঠিক: অতিপরিবাহী (Superconductors) হলো এমন পদার্থ যা কোনো রোধ বা বাধা (Zero Resistance) ছাড়াই বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে বা এক পরমাণু থেকে অন্য পরমাণুতে ইলেকট্রন পাঠাতে পারে।
• 2 নম্বর উক্তিটি ভুল: যেহেতু এতে কোনো রোধ থাকে না, তাই বিদ্যুৎ প্রবাহের সময় কোনো শক্তি তাপ হিসেবে নির্গত হয় না। এই বৈশিষ্ট্যের কারণে বিদ্যুৎ পরিবহন ১০০% দক্ষ বা সাশ্রয়ী হয়।
• 3 নম্বর উক্তিটি সঠিক: পদার্থগুলো কেবল একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রার নিচেই অতিপরিবাহিতা প্রদর্শন করে, যা ক্রিটিক্যাল টেম্পারেচার (Critical Temperature) বা সংকট তাপমাত্রা নামে পরিচিত।
