ম্যাগনেটিক কুলিং সিস্টেম সহ রেফ্রিজারেটর। চৌম্বকীয় কুলিং রেফ্রিজারেটর: অপারেটিং নীতি

হিউসলার সংকর ধাতুগুলির ইতিহাস 1898 সালে আবার শুরু হয়েছিল, যখন জার্মান পদার্থবিজ্ঞানী ফ্রেডরিখ গেইসলার একটি আকর্ষণীয় প্যাটার্ন আবিষ্কার করেছিলেন: অ-চৌম্বক Mn, Cu এবং Sn এর সংকরকরণের ফলে ফেরোম্যাগনেটিক বৈশিষ্ট্য দেখা দেয়, অর্থাৎ, খাদটি চুম্বকের প্রতি আকৃষ্ট হয়েছিল। . পরবর্তীকালে এই বৈশিষ্ট্যএকটি সাধারণ সঙ্গে অন্যান্য খাদ পাওয়া গেছে রাসায়নিক সূত্র X2YZ। ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সবচেয়ে আকর্ষণীয় হল হিউসলার অ্যালয় Ni2MnGa। এই আন্তঃধাতু যৌগটি আকৃতির মেমরি এবং অতি স্থিতিস্থাপকতার প্রভাব প্রদর্শন করে এবং এর উচ্চারিত চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যবহার করে এই প্রভাবগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব করে তোলে চৌম্বক ক্ষেত্র, আমাদের চোখের সামনে যখন একটি চুম্বক (!) আনা হয় তখন আমাদের চোখের সামনে একটি সংকর ধাতুর আকৃতির পরিবর্তন পর্যন্ত।

আকৃতি মেমরি এবং সুপার স্থিতিস্থাপকতা মার্টেনসিটিক নামক একটি বিশেষ ফেজ রূপান্তরের উপস্থিতির কারণে। ফেরোম্যাগনেটিক আকৃতির মেমরি অ্যালয়গুলিতে, চৌম্বকীয় ক্ষেত্র ম্যাগনেটোইলাস্টিক মিথস্ক্রিয়ার কারণে মার্টেনসিটিক পর্যায়ের পরামিতিগুলিকে প্রভাবিত করে।

প্রচলিত গৃহস্থালী রেফ্রিজারেটর কম্প্রেশন নীতির উপর ভিত্তি করে। কুল্যান্টকে প্রবল চাপে বাষ্পীভবনে বাধ্য করা হয়, যা রেফ্রিজারেটরের বগির ভিতরে অবস্থিত। ফেরার মুহূর্তে স্বাভাবিক চাপতরল বাষ্পে পরিণত হয়, বাইরের পরিবেশ থেকে তাপ কেড়ে নেয়।

এই রেফ্রিজারেটরগুলির বেশ কয়েকটি অসুবিধা রয়েছে: কুলিং সিস্টেমের জন্য প্রচুর জায়গা প্রয়োজন, শব্দ করে, প্রচুর বিদ্যুৎ খরচ করে এবং বিশেষ নিষ্পত্তির প্রয়োজন হয় (ফ্রিয়নগুলি একটি রেফ্রিজারেন্ট হিসাবে ব্যবহৃত হয়, এবং যখন বায়ুমণ্ডলে ছেড়ে দেওয়া হয়, তখন এই পদার্থগুলি ওজোনকে ধ্বংস করে। স্তর)। এ কারণেই আজ বিজ্ঞানীরা বিভিন্ন দেশম্যাগনেটিক রেফ্রিজারেটর তৈরির কাজ করছে।

এই ডিভাইসগুলি ম্যাগনেটোক্যালোরিক প্রভাবের জন্য ধন্যবাদ কাজ করবে: নির্দিষ্ট অবস্থার অধীনে, চৌম্বক ক্ষেত্র চালু হলে কিছু পদার্থ উত্তপ্ত হতে পারে এবং চৌম্বক ক্ষেত্রটি বন্ধ করলে তাদের তীক্ষ্ণ শীতল হতে পারে।

চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরের প্রথম মডেলগুলি ইতিমধ্যেই বিদ্যমান, যেখানে গ্যাডোলিনিয়াম একটি কার্যকরী পদার্থ হিসাবে ব্যবহৃত হয়, তবে অপর্যাপ্ত দক্ষতা এবং জিডির উচ্চ ব্যয়ের কারণে তারা এখনও ব্যাপক ব্যবহার পায়নি। অতএব, আজ আমাদের একটি ম্যাগনেটোক্যালোরিক প্রভাব সহ নতুন উপকরণ তৈরির পদ্ধতি এবং তাদের বৈশিষ্ট্যগুলি সঠিকভাবে মূল্যায়ন করার উপায়গুলির প্রয়োজন।

এই ধরনের রেফ্রিজারেটর তৈরির জন্য কিছু প্রতিশ্রুতিশীল উপকরণ হিউসলার অ্যালয় পরিবারের কিছু প্রতিনিধি। বর্তমানে, এই পরিবারের অন্তর্গত 1,500 টিরও বেশি আন্তঃধাতু যৌগ পরিচিত। ম্যাগনেটোক্যালোরিক প্রভাবের পাশাপাশি, হিউসলার সংকর ধাতুগুলি অন্যান্য বেশ কয়েকটি আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে: 100% স্পিন পোলারাইজেশন, টপোলজিক্যাল ইনসুলেটরগুলির বৈশিষ্ট্য, চৌম্বকীয় পরিবর্তনের একটি অস্বাভাবিক ক্রম, যেখানে খাদটি উত্তপ্ত হলে, এটি একটি অ-চৌম্বকীয় অবস্থা থেকে একটি অ-চৌম্বকীয় অবস্থায় চলে যায়। চৌম্বকীয় এক ("শাস্ত্রীয়" ফেরোম্যাগনেটে, গরম করা ফেরোম্যাগনেটিক ক্রম বিনষ্ট করে এবং একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায়, যাকে কুরি পয়েন্ট বলা হয়, ফেরোম্যাগনেট অ-চৌম্বক হয়ে যায়)।

ভ্লাদিমির সোকোলোভস্কি এবং ডাঃ খোভাইলো কাজ করছেন তাত্ত্বিক গবেষণাফেজ রূপান্তর (চৌম্বকীয়, কাঠামোগত, মিলিত চৌম্বকীয় কাঠামো), চৌম্বকীয়, কাঠামোগত এবং থার্মোফিজিকাল বৈশিষ্ট্য মোনো এবং পলিক্রিস্টালাইন হিউসলার অ্যালয় এর আকৃতি মেমরি প্রভাব Ni-Mn-X এবং Ni-Mn-X-Y (X = Ga, In, Sn, Sb এবং Y) = Fe, Cu, Co, Cr) প্রথম নীতি এবং মন্টে কার্লো পদ্ধতি ব্যবহার করে।

হিউসলার অ্যালয়গুলি শুধুমাত্র চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরের জন্য নয়, ক্ষুদ্র শক্তি ডিভাইস, ম্যানিপুলেটর এবং স্পিনট্রনিক্সের বিকাশের জন্যও প্রতিশ্রুতিশীল উপকরণ - তথ্য স্টোরেজ উপাদান তৈরির জন্য।

একটি কমপ্যাক্ট, পরিবেশ বান্ধব, শক্তি সাশ্রয়ী এবং অত্যন্ত নির্ভরযোগ্য রেফ্রিজারেটর তৈরি করার কাজটি বর্তমান সময়ে অত্যন্ত প্রাসঙ্গিক। এটি বর্তমান কুলিং সিস্টেম সম্পর্কে গুরুতর অভিযোগের একটি সংখ্যার কারণে। এটা জানা যায়, বিশেষ করে, বর্তমানে ব্যবহৃত কার্যকারী গ্যাস (রেফ্রিজারেন্ট) অপারেশনের সময় লিক হতে পারে, যা এই ধরনের গুরুতর কারণ ঘটায়। পরিবেশগত সমস্যাওজোন স্তর ধ্বংস এবং বৈশ্বিক উষ্ণতা. রেফ্রিজারেশন ডিভাইসে ব্যবহার করা যেতে পারে এমন বিভিন্ন বিকল্প প্রযুক্তির মধ্যে, চৌম্বকীয় হিমায়ন প্রযুক্তি বিশ্বজুড়ে গবেষকদের ক্রমবর্ধমান মনোযোগ আকর্ষণ করছে। ইউরোপ, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, কানাডা, চীন এবং রাশিয়ার অনেক গবেষণাগার এবং বিশ্ববিদ্যালয়ে চৌম্বকীয় শীতলকরণের উপর নিবিড় কাজ করা হচ্ছে। চৌম্বক রেফ্রিজারেটর পরিবেশগতভাবে বন্ধুত্বপূর্ণ এবং উল্লেখযোগ্যভাবে শক্তি খরচ কমাতে পারে। মানুষের দ্বারা তার কার্যকলাপের সবচেয়ে বৈচিত্র্যময় এলাকায় সত্যিকারের বিপুল সংখ্যক হিমায়ন ইউনিট ব্যবহার করা শেষ পরিস্থিতি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেশন প্রযুক্তিটি চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের প্রভাবে যে কোনও চৌম্বকীয় পদার্থের তাপমাত্রা এবং এনট্রপি পরিবর্তন করার ক্ষমতার উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়, যেমনটি ঘটে যখন প্রথাগত রেফ্রিজারেটরে গ্যাস বা বাষ্প সংকুচিত বা প্রসারিত হয়। চৌম্বকীয় পদার্থের তাপমাত্রা বা এনট্রপির এই পরিবর্তন যখন চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তি পরিবর্তন হয় যেখানে এটি অবস্থিত থাকে তাকে ম্যাগনেটোক্যালোরিক প্রভাব (MCE) বলা হয়। একটি চৌম্বকীয় পদার্থের তাপমাত্রায় পরিবর্তন ঘটে একটি চৌম্বক পদার্থের অভ্যন্তরীণ শক্তির পুনর্বন্টনের ফলে তার পরমাণুর চৌম্বকীয় মুহূর্ত এবং স্ফটিক জালির মধ্যে। ম্যাগনেটিক ফেজ ট্রানজিশনের তাপমাত্রায় (চৌম্বকীয় ক্রমানুসারে তাপমাত্রা - কুরি, নীল, ইত্যাদি) এমসিই চৌম্বকীয়ভাবে অর্ডারকৃত পদার্থ যেমন ফেরোম্যাগনেট, অ্যান্টিফেরোম্যাগনেট ইত্যাদিতে তার সর্বোচ্চ মূল্যে পৌঁছায়। চৌম্বকীয় কুলিং ডিভাইসগুলির প্রধান সুবিধাটি উপাদানের উচ্চ ঘনত্বের সাথে যুক্ত - একটি কঠিন - বাষ্প বা গ্যাসের ঘনত্বের তুলনায়। কঠিন চৌম্বক পদার্থে প্রতি ইউনিট আয়তনে এনট্রপির পরিবর্তন গ্যাসের তুলনায় 7 গুণ বেশি। এটি একটি কার্যকরী তরল হিসাবে চৌম্বকীয় উপাদান ব্যবহার করে অনেক বেশি কমপ্যাক্ট রেফ্রিজারেটর তৈরি করা সম্ভব করে তোলে। চৌম্বকীয় কার্যকারী তরল নিজেই প্রথাগত বাষ্প-গ্যাস রেফ্রিজারেশন ইউনিটে ব্যবহৃত রেফ্রিজারেন্টগুলির একটি অ্যানালগ হিসাবে কাজ করে এবং ডিম্যাগনেটাইজেশন-চুম্বককরণ প্রক্রিয়াটি কম্প্রেশন-সম্প্রসারণ চক্রের একটি অ্যানালগ।

একটি রেফ্রিজারেটরের কার্যকারিতা প্রধানত চক্রের সময় করা অপরিবর্তনীয় কাজের পরিমাণ দ্বারা নির্ধারিত হয় - দক্ষ ডিভাইসগুলির জন্য এটি যতটা সম্ভব কম হওয়া উচিত। একটি গ্যাস রেফ্রিজারেটরে, এমন ডিভাইস রয়েছে যা উল্লেখযোগ্য পরিমাণে অপরিবর্তনীয় কাজ তৈরি করে - এগুলি হল পুনর্জন্মকারী, সংকোচকারী এবং তাপ এক্সচেঞ্জার। অপরিবর্তনীয় কাজের একটি উল্লেখযোগ্য অংশ তাপ এক্সচেঞ্জারগুলিতে সঞ্চালিত হয় - এটি কার্যকারী তরলের তাপমাত্রায় অ্যাডিয়াব্যাটিক পরিবর্তনের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক, যা একটি চৌম্বকীয় পদার্থের তুলনায় একটি গ্যাসে অনেক বেশি। এই কারণে, সর্বাধিক দক্ষ তাপ অপসারণ একটি চৌম্বকীয় হিমায়ন চক্রের মধ্যে ঘটে, বিশেষত একটি পুনর্জন্মমূলক। হিট এক্সচেঞ্জারের বিশেষ নকশা এবং একটি বৃহৎ পৃষ্ঠ এলাকা সহ একটি পুনর্জন্মকারীর ব্যবহার চৌম্বকীয় শীতলকরণের সময় অপরিবর্তনীয় কাজের একটি ছোট অনুপাত অর্জন করা সম্ভব করে তোলে। তাত্ত্বিক অনুমান অনুসারে, 4.5 থেকে 300 K এর তাপমাত্রা পরিসরে একটি চৌম্বকীয় পুনরুত্পাদনশীল হিমায়ন চক্রের কার্যকারিতা কার্নোট চক্রের কার্যক্ষমতার 38 থেকে 60% পর্যন্ত হতে পারে (20 থেকে 150 K তাপমাত্রা পরিসরে প্রায় 52%, এবং 150 থেকে 300 K এর মধ্যে প্রায় 85%)। একই সময়ে, চক্রের সব পর্যায়ে, তাপ স্থানান্তর অবস্থা সবচেয়ে নিখুঁত পরিচিত হবে। এছাড়াও, চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরের কিছু চলমান অংশ থাকে এবং কম ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করে, যা রেফ্রিজারেটরের পরিধানকে কম করে এবং এর আয়ু বাড়ায়।

সমস্যার কালানুক্রম। চৌম্বকীয় শীতলকরণের মৌলিক নীতি

FEM তুলনামূলকভাবে অনেক আগে (1881 সালে) E. Warburg আবিষ্কার করেছিলেন। ওয়ারবার্গ পর্যবেক্ষণ করেছেন যে কীভাবে একটি লোহার নমুনা চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রভাবে উত্তপ্ত বা ঠান্ডা হয়। বিজ্ঞানী উপসংহারে পৌঁছেছেন যে নমুনার তাপমাত্রার পরিবর্তন একটি ক্ষেত্রের প্রভাবের অধীনে একটি চৌম্বকীয় কাঠামো সহ একটি পদার্থের অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তনের একটি ফলাফল। যাইহোক, আগে বাস্তবিক ব্যবহারএই ঘটনা এখনও অনেক দূরে ছিল. ল্যাঙ্গেভিন (1905) প্রথম দেখান যে একটি প্যারাম্যাগনেটিক উপাদানের চুম্বকীকরণের পরিবর্তন নমুনার তাপমাত্রায় একটি বিপরীত পরিবর্তনের দিকে নিয়ে যায়।

তরল হিলিয়ামের স্ফুটনাঙ্কের নিচে তাপমাত্রা অর্জনের উপায় হিসেবে দুই আমেরিকান বিজ্ঞানী পিটার ডেবাই (1926) এবং উইলিয়াম গিয়াউক (1927) স্বাধীনভাবে FEM আবিষ্কারের প্রায় 50 বছর পর নিজেই চৌম্বকীয় শীতলকরণের প্রস্তাব করেছিলেন। জিওক এবং ম্যাকডুগাল প্রথম 1933 সালে একটি প্রাথমিক চৌম্বকীয় হিমায়ন পরীক্ষা প্রদর্শন করেছিলেন। (একটু পরে এটি ডি হাস (1933) এবং কুর্তি (1934) দ্বারাও করা হয়েছিল। এই পরীক্ষার সময়, 0.25 K তাপমাত্রায় পৌঁছানো সম্ভব হয়েছিল এবং 1.5 K তাপমাত্রায় পাম্প করা তরল হিলিয়াম তাপ হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল। - অপসারণকারী পদার্থ। চৌম্বকীয় লবণযুক্ত ট্যাবলেটটি তাপ সিঙ্কের সাথে তাপীয় ভারসাম্যের অবস্থায় ছিল যতক্ষণ না সোলেনয়েডে একটি শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র বিদ্যমান ছিল। যখন সোলেনয়েড নিঃসৃত হয়, তখন চৌম্বকীয় প্যালেটটি তাপীয়ভাবে বিচ্ছিন্ন হয় এবং এর তাপমাত্রা হ্রাস পায়। এই কৌশল, diabatic demagnetization কুলিং বলা হয়, সুপার পাওয়ার জন্য ব্যবহৃত একটি আদর্শ পরীক্ষাগার কৌশল নিম্ন তাপমাত্রা. যাইহোক, এই ধরনের একটি রেফ্রিজারেটরের শক্তি এবং এর অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসীমা শিল্প অ্যাপ্লিকেশনের জন্য খুব ছোট।

গত শতাব্দীর 60-এর দশকে তাপীয় পুনর্জন্ম এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের চক্রীয় পরিবর্তন সহ আরও জটিল পদ্ধতির প্রস্তাব করা হয়েছিল। 1976 সালে নাসা থেকে জে. ব্রাউন একটি পুনরুত্পাদনকারী চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটর প্রদর্শন করেছিলেন যা ইতিমধ্যেই 50 K এর অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসীমার সাথে ঘরের তাপমাত্রার কাছাকাছি কাজ করছে৷ এই ক্ষেত্রে রেফ্রিজারেটরের শক্তি এবং এর কার্যকারিতাও কম ছিল, যেহেতু তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট বজায় রাখতে হয়েছিল তাপ অপসারণকারী তরল মিশ্রিত করা, এবং চুম্বকটিকে চার্জ এবং স্রাবের জন্য প্রয়োজনীয় সময়টি খুব দীর্ঘ ছিল। ছোট, কম শক্তির রেফ্রিজারেশন ডিভাইসগুলি 80-90 এর দশকে বেশ কয়েকটি গবেষণা কেন্দ্রে নির্মিত হয়েছিল: লস আলামোস ন্যাশনাল ল্যাব, আনাপোলিসের নেভি ল্যাব, ওক রিজ ন্যাশনাল ল্যাব, অ্যাস্ট্রোনটিক্স (সমস্ত মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র), তোশিবা (জাপান)।

বর্তমানে, স্পেস অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ছোট চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরের কাজ, অ্যাডিয়াব্যাটিক ডিম্যাগনেটাইজেশনের নীতির উপর কাজ করে, বিভিন্ন NASA গবেষণা কেন্দ্র দ্বারা অর্থায়ন করা হয়। বাণিজ্যিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরের সম্ভাবনা নিয়ে গবেষণা অ্যাস্ট্রোনটিক্স কর্পোরেশন অফ আমেরিকা (ইউএসএ, উইসকনসিন) এবং ভিক্টোরিয়া বিশ্ববিদ্যালয় (কানাডা) দ্বারা পরিচালিত হচ্ছে। প্রয়োগকৃত দৃষ্টিকোণ থেকে চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরের কাজের তরল পদার্থের গবেষণা বর্তমানে অ্যামস ল্যাবরেটরি (আমেস, আইওয়া), কুইবেকের থ্রি রিভারস ইউনিভার্সিটি (কানাডা), এনআইএসটি (গ্যাথার্সবার্গ, এমডি) এবং কোম্পানি দ্বারা নিবিড়ভাবে অধ্যয়ন করা হচ্ছে। অ্যাডভান্সড ম্যাগনেটিক টেকনোলজিস অ্যান্ড কনসাল্টিং” (AMT&C)।

1997 সালে, অ্যাস্ট্রোনটিক্স কর্পোরেশন অফ আমেরিকা একটি অপেক্ষাকৃত শক্তিশালী (600 ওয়াট) চৌম্বক রেফ্রিজারেটর প্রদর্শন করেছিল যা ঘরের তাপমাত্রার কাছাকাছি কাজ করে। এই রেফ্রিজারেটরের কার্যকারিতা আগে থেকেই প্রচলিত ফ্রেয়ন রেফ্রিজারেটরের সাথে তুলনীয় ছিল। একটি সক্রিয় চৌম্বক পুনরুদ্ধারকারী ব্যবহার করে (এই ডিভাইসটি একটি তাপ পুনরুদ্ধারকারী এবং একটি কার্যকরী তরলের কাজগুলিকে একত্রিত করে), এই রেফ্রিজারেটরটি 1500 ঘন্টারও বেশি সময় ধরে কাজ করে, ঘরের তাপমাত্রার কাছাকাছি 10 K এর অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসীমা প্রদান করে, 600 ওয়াটের শক্তি, একটি দক্ষতা 5 টেসলার চৌম্বক ক্ষেত্রের পরিবর্তনের সাথে চক্র কার্নোটের সাথে সম্পর্কিত প্রায় 35%। বর্ণিত ডিভাইসটিতে একটি সুপারকন্ডাক্টিং সোলেনয়েড ব্যবহার করা হয়েছে এবং বিরল আর্থ মেটাল গ্যাডোলিনিয়াম (Gd) কার্যকারী তরল হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল। বিশুদ্ধ গ্যাডোলিনিয়াম শুধুমাত্র অ্যাস্ট্রোনটিক্স দ্বারাই নয়, নাসা, নৌবাহিনী এবং অন্যান্য পরীক্ষাগার দ্বারাও এর চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে, যথা, একটি উপযুক্ত কুরি তাপমাত্রা (প্রায় 20 ডিগ্রি সেলসিয়াস) এবং একটি মোটামুটি উল্লেখযোগ্য ম্যাগনেটোক্যালোরিক প্রভাবের কারণে এই ক্ষমতাতে ব্যবহার করা হয়েছিল।

MCE এর মাত্রা, এবং সেইজন্য একটি চৌম্বক রেফ্রিজারেটরে শীতল প্রক্রিয়ার কার্যকারিতা, চৌম্বকীয় কার্যকারী তরলগুলির বৈশিষ্ট্য দ্বারা নির্ধারিত হয়। 1997 সালে, আমেস ল্যাবরেটরি Gd5(SiхGe1-x)4 যৌগগুলিতে একটি বিশাল চৌম্বকীয় প্রভাবের আবিষ্কারের কথা জানিয়েছে। সিলিকন (Si) এবং জার্মেনিয়াম (Ge) বিষয়বস্তুর অনুপাতের পরিবর্তনের কারণে এই উপকরণগুলির চৌম্বকীয় ক্রম তাপমাত্রা 20 K থেকে ঘরের তাপমাত্রায় ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হতে পারে। ধাতব গ্যাডোলিনিয়াম, বিরল পৃথিবীর উপাদানগুলির উপর ভিত্তি করে বেশ কয়েকটি আন্তঃধাতু যৌগ, সিলিসাইড-জার্মানাইড যৌগগুলির সিস্টেম Gd5(Ge-Si)4, সেইসাথে La(Fe-Si)13 বর্তমানে কাজ হিসাবে ব্যবহারের জন্য সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল বলে মনে করা হয় তরল এই উপকরণগুলির ব্যবহার আপনাকে রেফ্রিজারেটরের অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসীমা প্রসারিত করতে এবং এর অর্থনৈতিক কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে দেয়।

উল্লেখ্য, যাইহোক, চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরের কার্যকরী তরলগুলির জন্য কার্যকরী ধাতুর সন্ধানে অগ্রণী কাজটি বেশ কয়েক বছর আগে মস্কো বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিদ্যা অনুষদে করা হয়েছিল। এই গবেষণার সবচেয়ে সম্পূর্ণ ফলাফল 1994 সালে মস্কো স্টেট ইউনিভার্সিটি এ.এম. টিশিনের পদার্থবিদ্যা অনুষদের নেতৃস্থানীয় গবেষকের ডক্টরাল গবেষণামূলক গবেষণায় উপস্থাপন করা হয়েছে। এই কাজটি বিভিন্ন তাপমাত্রার রেঞ্জে চৌম্বকীয় শীতলকরণ বাস্তবায়নের জন্য সর্বোত্তম সংকর ধাতু খুঁজে বের করার জন্য বিরল পৃথিবী এবং চৌম্বকীয় ধাতু এবং অন্যান্য উপকরণের অসংখ্য সম্ভাব্য সংমিশ্রণ বিশ্লেষণ করেছে। এটি পাওয়া গেছে, বিশেষ করে, উচ্চ ম্যাগনেটোক্যালোরিক বৈশিষ্ট্যযুক্ত পদার্থগুলির মধ্যে, Fe49Rh51 যৌগ (রোডিয়াম সহ লোহার মিশ্রণ) সর্বাধিক নির্দিষ্ট (যেমন প্রতি ইউনিট চৌম্বক ক্ষেত্রে) চৌম্বকীয় প্রভাব রয়েছে। এই যৌগের জন্য নির্দিষ্ট MCE মান সিলিসাইড-জার্মানাইড যৌগের তুলনায় কয়েকগুণ বেশি। এই খাদটি এর উচ্চ ব্যয়ের কারণে অনুশীলনে ব্যবহার করা যায় না, পাশাপাশি এতে উল্লেখযোগ্য হিস্টেরেসিস প্রভাব রয়েছে, তবে এটি এক ধরণের মান হিসাবে কাজ করতে পারে যার সাথে অধ্যয়নের অধীনে থাকা উপকরণগুলির ম্যাগনেটোক্যালোরিক বৈশিষ্ট্যগুলির তুলনা করা উচিত।

অবশেষে, এই বছরের জানুয়ারিতে, জার্নাল সায়েন্স নিউজ (v.161, n.1, p.4, 2002) মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে বিশ্বের প্রথম পরিবারের সৃষ্টির রিপোর্ট করেছে (অর্থাৎ, শুধুমাত্র বৈজ্ঞানিকের জন্যই নয়, প্রযোজ্য দৈনন্দিন উদ্দেশ্যে) রেফ্রিজারেটর। এই ধরনের রেফ্রিজারেটরের একটি কার্যকরী মডেল আমেরিকার অ্যাস্ট্রোনটিক্স কর্পোরেশন এবং আমেস ল্যাবরেটরি যৌথভাবে তৈরি করেছিল এবং সম্মেলনে প্রথমবারের মতো প্রদর্শিত হয়েছিল G8মে 2002 সালে ডেট্রয়েটে। প্রস্তাবিত পারিবারিক চৌম্বক রেফ্রিজারেটরের একটি কার্যকরী প্রোটোটাইপ ঘরের তাপমাত্রায় কাজ করে এবং একটি ক্ষেত্র উত্স হিসাবে একটি স্থায়ী চুম্বক ব্যবহার করে। এই বৈপ্লবিক কৃতিত্বের কথা বলতে গিয়ে, আমেস ল্যাবরেটরির অধ্যাপক কার্ল স্নাইডনার বলেছেন: "আমরা প্রযুক্তির উন্নয়নে একটি ঐতিহাসিক ঘটনা প্রত্যক্ষ করছি। পূর্বে প্রদর্শিত চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেশন ডিভাইসে বৃহৎ সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেট ব্যবহার করা হয়েছিল, কিন্তু এই নতুন চৌম্বক রেফ্রিজারেটর সর্বপ্রথম স্থায়ীভাবে ব্যবহার করা হয়েছে।" চুম্বক যা শীতল করার প্রয়োজন হয় না।"

ডিভাইসটি বিশেষজ্ঞ এবং মার্কিন শক্তি সচিব দ্বারা অত্যন্ত প্রশংসিত হয়েছিল। অনুমান দেখায় যে ম্যাগনেটিক রেফ্রিজারেটর ব্যবহার মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে সামগ্রিক শক্তি খরচ 5% কমিয়ে দেবে। এটি পরিকল্পনা করা হয়েছে যে চৌম্বকীয় শীতলকরণ মানুষের কার্যকলাপের বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যবহার করা যেতে পারে - বিশেষত, হাইড্রোজেন লিকুইফায়ারে, উচ্চ-গতির কম্পিউটারের জন্য শীতল ডিভাইস এবং স্কুইড-ভিত্তিক ডিভাইস, আবাসিক এবং এয়ার কন্ডিশনারগুলির জন্য উত্পাদন প্রাঙ্গনে, জন্য কুলিং সিস্টেম যানবাহন, গৃহস্থালী এবং শিল্প রেফ্রিজারেটরে, ইত্যাদি এটি উল্লেখ করা উচিত যে চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেশন ডিভাইসগুলির কাজ 20 বছর ধরে মার্কিন শক্তি বিভাগ দ্বারা অর্থায়ন করা হয়েছে।

রেফ্রিজারেটরের নকশা।

তৈরি প্রোটোটাইপ চৌম্বক রেফ্রিজারেটর একটি ঘূর্ণায়মান চাকার কাঠামো ব্যবহার করে। এটি গ্যাডোলিনিয়াম পাউডার সহ একটি চাকা এবং সেইসাথে একটি শক্তিশালী স্থায়ী চুম্বক নিয়ে গঠিত।

নকশাটি এমনভাবে তৈরি করা হয়েছে যে চাকাটি চুম্বকের কাজের ফাঁক দিয়ে ঘোরে, যেখানে চৌম্বক ক্ষেত্রটি ঘনীভূত হয়। যখন গ্যাডোলিনিয়াম সহ একটি অংশ একটি চৌম্বক ক্ষেত্রে প্রবেশ করে, তখন গ্যাডোলিনিয়ামে একটি চৌম্বকীয় প্রভাব দেখা দেয় - এটি উত্তপ্ত হয়। এই তাপ একটি জল-ঠান্ডা তাপ এক্সচেঞ্জার দ্বারা অপসারণ করা হয়. যখন গ্যাডোলিনিয়াম চৌম্বক ক্ষেত্র অঞ্চল ছেড়ে যায়, তখন বিপরীত চিহ্নের একটি ম্যাগনেটোক্যালোরিক প্রভাব ঘটে এবং উপাদানটি আরও শীতল হয়, এতে সঞ্চালিত জলের দ্বিতীয় প্রবাহের সাথে তাপ এক্সচেঞ্জারকে শীতল করে। এই প্রবাহটি আসলে একটি চৌম্বক রেফ্রিজারেটরের রেফ্রিজারেটর চেম্বারকে ঠান্ডা করতে ব্যবহৃত হয়। এই ধরনের একটি ডিভাইস কমপ্যাক্ট এবং কার্যত নিঃশব্দে এবং কম্পন ছাড়াই কাজ করে, যা এটিকে আজ ব্যবহৃত বাষ্প-গ্যাস চক্র রেফ্রিজারেটর থেকে অনুকূলভাবে আলাদা করে।

আমস ল্যাবরেটরির অধ্যাপক কার্ল স্নাইডনার বলেন, "স্থায়ী চুম্বক এবং গ্যাডোলিনিয়ামের কাজ করা তরলের জন্য কোনো শক্তির ইনপুট প্রয়োজন হয় না।" চাকা ঘোরাতে এবং জলের পাম্পগুলিকে শক্তি দিতে শক্তি প্রয়োজন৷

এই প্রযুক্তিটি প্রথম 2001 সালের সেপ্টেম্বরে পরীক্ষা করা হয়েছিল। বর্তমানে সময় চলছেএর ক্ষমতা আরও প্রসারিত করার জন্য কাজ করুন: খাঁটি গ্যাডোলিনিয়াম এবং এর প্রয়োজনীয় যৌগগুলির বাণিজ্যিক উত্পাদনের জন্য প্রযুক্তিগত প্রক্রিয়া উন্নত করা হচ্ছে, যা কম খরচে বৃহত্তর MCE মান অর্জনের অনুমতি দেবে। একই সময়ে, আমেস ল্যাবরেটরির কর্মীরা একটি শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করতে সক্ষম একটি স্থায়ী চুম্বক তৈরি করেছিলেন। নতুন চুম্বক পূর্ববর্তী চৌম্বক রেফ্রিজারেটর ডিজাইনে (2001) চুম্বকের চেয়ে দ্বিগুণ শক্তিশালী একটি ক্ষেত্র তৈরি করে, যা খুবই গুরুত্বপূর্ণ কারণ চৌম্বক ক্ষেত্রের মাত্রা রেফ্রিজারেটরের পরামিতি যেমন দক্ষতা এবং পাওয়ার আউটপুট নির্ধারণ করে। Gd5(Si2Ge2) কার্যকারী তরল এবং স্থায়ী চুম্বকের নকশার জন্য যৌগ প্রাপ্তির প্রক্রিয়ার জন্য পেটেন্ট আবেদনগুলি দায়ের করা হয়েছে।

সুবিধা, অসুবিধা এবং অ্যাপ্লিকেশন।

সমস্ত চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরকে ব্যবহৃত চুম্বকের ধরন অনুসারে দুটি শ্রেণিতে ভাগ করা যেতে পারে: সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেট ব্যবহার করে সিস্টেম এবং স্থায়ী চুম্বক ব্যবহার করে সিস্টেম। তাদের মধ্যে প্রথমটির অপারেটিং তাপমাত্রা এবং অপেক্ষাকৃত উচ্চ আউটপুট শক্তির বিস্তৃত পরিসর রয়েছে। এগুলি ব্যবহার করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, বড় কক্ষের জন্য এয়ার কন্ডিশনার সিস্টেমে এবং স্টোরেজ সরঞ্জামগুলিতে। খাদ্য পণ্য. স্থায়ী চুম্বক কুলিং সিস্টেমগুলির একটি অপেক্ষাকৃত সীমিত তাপমাত্রা পরিসীমা থাকে (প্রতি চক্র 30 °C এর বেশি নয়) এবং নীতিগতভাবে, ডিভাইসগুলিতে ব্যবহার করা যেতে পারে গড় শক্তি(100 ওয়াট পর্যন্ত) - যেমন একটি গাড়ী রেফ্রিজারেটর এবং একটি পিকনিকের জন্য একটি বহনযোগ্য রেফ্রিজারেটর। কিন্তু ঐতিহ্যগত বাষ্প-গ্যাস রেফ্রিজারেশন সিস্টেমের তুলনায় তাদের উভয়েরই বেশ কিছু সুবিধা রয়েছে:

নিম্ন পরিবেশগত ঝুঁকি: কর্মক্ষম তরল কঠিন এবং সহজেই বিচ্ছিন্ন করা যায় পরিবেশ. কাজের তরল হিসাবে ব্যবহৃত ল্যান্থানাইড ধাতুগুলি কম-বিষাক্ত এবং ডিভাইসের নিষ্পত্তির পরে পুনরায় ব্যবহার করা যেতে পারে। তাপ স্থানান্তর মাধ্যমটিতে কেবলমাত্র কম সান্দ্রতা এবং পর্যাপ্ত তাপ পরিবাহিতা থাকতে হবে, যা জল, হিলিয়াম বা বায়ুর বৈশিষ্ট্যের সাথে ভালভাবে মিলে যায়। পরেরগুলি পরিবেশের সাথে ভালভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

উচ্চ দক্ষতা. বাষ্প-গ্যাস রেফ্রিজারেটরের অপারেটিং চক্রে বাষ্প সংকোচনের প্রক্রিয়ার বিপরীতে ম্যাগনেটোক্যালোরিক হিটিং এবং কুলিং কার্যত বিপরীত থার্মোডাইনামিক প্রক্রিয়া। তাত্ত্বিক গণনা এবং পরীক্ষামূলক অধ্যয়নগুলি দেখায় যে চৌম্বকীয় কুলিং ইউনিটগুলি উচ্চতর দক্ষতা দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। এবং দক্ষতা। বিশেষ করে, ঘরের তাপমাত্রায়, চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরগুলি বাষ্প-গ্যাস চক্রের তুলনায় 20-30% বেশি কার্যকরী। চৌম্বকীয় কুলিং প্রযুক্তি ভবিষ্যতে খুব কার্যকর হতে পারে, যা এই ধরনের ইনস্টলেশনের খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করবে।

দীর্ঘ সেবা জীবন. প্রযুক্তিটি শীতল ডিভাইসগুলিতে অল্প সংখ্যক চলমান অংশ এবং কম অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি ব্যবহার করে, যা তাদের পরিধানকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।

প্রযুক্তির নমনীয়তা। উদ্দেশ্যের উপর নির্ভর করে ম্যাগনেটিক রেফ্রিজারেটরের বিভিন্ন ডিজাইন ব্যবহার করা সম্ভব।

হিমাঙ্কের দরকারী বৈশিষ্ট্য। চৌম্বক প্রযুক্তি প্রতিটি ক্ষেত্রে ছোটখাটো পরিবর্তন সহ বিভিন্ন পদার্থের (জল, বায়ু, রাসায়নিক) ঠান্ডা এবং জমাট বাঁধার অনুমতি দেয়। বিপরীতে, একটি দক্ষ বাষ্প-গ্যাস হিমায়ন চক্রের জন্য একই প্রক্রিয়া চালানোর জন্য অনেকগুলি পৃথক পর্যায় বা বিভিন্ন কার্যকরী কুল্যান্টের মিশ্রণ প্রয়োজন।

অতিপরিবাহীতা বিকাশে এবং স্থায়ী চুম্বকের চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্যের উন্নতিতে দ্রুত অগ্রগতি। বর্তমানে, বেশ কয়েকটি সুপরিচিত বাণিজ্যিক কোম্পানি সফলভাবে NdFeB চুম্বক (সবচেয়ে দক্ষ স্থায়ী চুম্বক) এর বৈশিষ্ট্য উন্নত করছে এবং তাদের ডিজাইনে কাজ করছে। সুপারকন্ডাক্টিভিটির ক্ষেত্রে সুপরিচিত অগ্রগতির পাশাপাশি, এটি আমাদের চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরের গুণমান উন্নত করার এবং একই সাথে তাদের খরচ কমানোর আশা করতে দেয়।

চৌম্বকীয় কুলিং এর অসুবিধা।

• চৌম্বকীয় উৎসের ঢালের প্রয়োজন।
• চৌম্বক ক্ষেত্রের উৎসের বর্তমান মূল্য তুলনামূলকভাবে বেশি।
• স্থায়ী চুম্বক সিস্টেমে একটি শীতল চক্রে তাপমাত্রা পরিবর্তনের সীমিত পরিসর। (30 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি নয়)।

রাশিয়া কি স্বাধীনভাবে অত্যন্ত প্রতিশ্রুতিশীল প্রযুক্তি বিকাশ করবে?

আমাদের দেশে, এখন পর্যন্ত, চৌম্বকীয় শীতলকরণের সমস্যাটি কেবলমাত্র বৈজ্ঞানিক পরীক্ষাগারগুলির স্তরেই বিদ্যমান, যদিও 90 এর দশকের গোড়ার দিকে রাশিয়ান বিজ্ঞানীরা চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেশন মেশিন তৈরি করতে FEM ব্যবহার করার তত্ত্ব এবং অনুশীলনের উপর প্রথম কাজ করেছিলেন। উপরে আলোচিত চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটরের কার্যকারী প্রোটোটাইপের নির্মাতারা বহু বছর ধরে "অ্যাডভান্সড ম্যাগনেটিক টেকনোলজিস অ্যান্ড কনসালটেশনস" কোম্পানির কর্মীদের এবং মস্কো স্টেট ইউনিভার্সিটির পদার্থবিদ্যা অনুষদের সহযোগিতায় কাজ করছেন। দুর্ভাগ্যক্রমে, প্রয়োজনীয় তহবিলের অভাবের কারণে রাশিয়ায় এই জাতীয় উন্নয়নগুলি অপর্যাপ্ত স্তরে পরিচালিত হয়। কোন সন্দেহ নেই যে সরকার বা বাণিজ্যিক কাঠামো থেকে উপযুক্ত আর্থিক সহায়তার সাথে, প্রযুক্তির বিকাশ এবং রাশিয়ায় চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেটর উত্পাদন অবশ্যই সম্ভব। আমাদের মতে, খুব অদূর ভবিষ্যতে এই দিকে কাজ করার জন্য সমস্ত আগ্রহী পক্ষকে জড়িত করা প্রয়োজন।

হয়তো কোনো একদিন আমাদের বাড়িতে এমন রেফ্রিজারেটর থাকবে যা রাসায়নিক উপাদান এবং শিল্প কুলারে চলে না। তারা চৌম্বকীয় কুলিং সিস্টেমের উপর ভিত্তি করে কাজ করবে, যা, মোটামুটি একই চুম্বক ব্যবহার করবে যা আমরা অনেকেই বাচ্চাদের সাথে খেলেছি - সেগুলিকে বড় ধাতব বস্তুর সাথে লাগানো এবং তাদের সাহায্যে ছোট ধাতব বস্তু তুলে নেওয়া।

ধাতব বস্তুগুলিতে চুম্বক প্রয়োগ করে, আমরা আসলে অজান্তেই সেই ধাতব বস্তুগুলিকে গরম করছিলাম। এবং শুধুমাত্র এই কারণে নয় যে তারা এই বস্তুগুলি তাদের গরম হাতে ধরেছিল। সত্য যে চৌম্বক ক্ষেত্র ধাতু গরম করতে পারে। এবং এই ঘটনাটিকে ম্যাগনেটোক্যালোরিক প্রভাব বলা হয়। যখন একটি ধাতু বিশ্রামে থাকে এবং বাহ্যিক উদ্দীপনা দ্বারা প্রভাবিত হয় না, তখন এর ইলেকট্রনগুলি সম্ভাব্য যেকোনো দিকে চলে যায়।

যাইহোক, যখন আপনি একটি চুম্বককে এটির কাছাকাছি নিয়ে আসেন, তখন ধাতুটি একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের সংস্পর্শে আসে - ইলেকট্রনগুলি আসলে একই দিকে একটি সারিতে থাকে। এটি এনট্রপির পরিবর্তন, বা অন্য কথায়, অবাধ চলাচলের সম্ভাবনায় ইলেকট্রনের সীমাবদ্ধতা। যাইহোক, এই সীমাবদ্ধতা স্থায়ী নয়। হ্যাঁ, এখন ইলেক্ট্রন যে কোন দিকে যেতে পারে না যে তারা "চায়" তবে তারা এখনও অন্য দিকে যেতে পারে। এই ক্ষেত্রে, পরমাণুর কম্পন বৃদ্ধি করে এনট্রপি বৃদ্ধি পায়। এবং পরমাণুর কম্পন, বা বরং তাদের কম্পনের শক্তি, বা আন্দোলনের আরও সাধারণ নাম রয়েছে - তাপ।

অতএব, যদি আমরা ধাতুতে একটি চুম্বক নিয়ে আসি, এটি উত্তপ্ত হতে শুরু করে। বেশিরভাগ ধাতু ব্যবহার করার সময় গরম করার প্রভাব কার্যত নগণ্য, তবে এমন ধাতু রয়েছে যা এই ক্ষেত্রে খুব শক্তিশালীভাবে উত্তপ্ত হয়। যেমন ধাতু অন্তর্ভুক্ত, উদাহরণস্বরূপ, gadolinium. দেখে মনে হবে যে ম্যাগনেটোক্যালোরিক প্রভাব খাবারকে হিমায়িত করার পরিবর্তে রান্না করার জন্য আরও উপযুক্ত।

যাইহোক, এই প্রভাব বিপরীত প্রভাবও হতে পারে। যদি ধাতুর একটি টুকরা একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের সংস্পর্শে আসে এবং ক্ষেত্রটি সরিয়ে ফেলা হয়, ধাতুটি ঠান্ডা হতে শুরু করে।

বেশিরভাগ চৌম্বক রেফ্রিজারেটর বর্তমানে বৈজ্ঞানিক পরীক্ষাগারে পরীক্ষা করা হচ্ছে এই পদ্ধতি ব্যবহার করে ছোট বস্তুকে ঠান্ডা করতে পারে। একটি বিশেষ পদার্থ, প্রায়শই হিলিয়াম, চৌম্বক ক্ষেত্রের সংস্পর্শে আসা ধাতুতে প্রয়োগ করা হয়। এই পদার্থ অত্যধিক তাপ কেড়ে নেয়, ধাতু ঠান্ডা হয়, এবং তারপর চৌম্বক ক্ষেত্র সরানো হয়, ধাতু খুব ঠান্ডা করে তোলে।

একটি কুলার হিসাবে ব্যবহার করা যথেষ্ট ঠান্ডা. চৌম্বকীয় শীতলকরণের নীতিটি বেশ কিছু সময়ের জন্য পরিচিত, তবে বাড়িতে এটির ব্যবহার এখনও একটি পাইপ স্বপ্নের মতো মনে হচ্ছে। আশা করা যায়, চৌম্বকীয় কুলিং সিস্টেমের চূড়ান্ত ক্ষমতা, তাদের কার্যকারিতা, নিস্তব্ধতা এবং রাসায়নিক রেফ্রিজারেন্টের প্রয়োজনীয়তা একদিন তাদের বাজারে আনতে পারে।

ম্যাগনেটিক কুলিং- adiabatic দ্বারা নিম্ন এবং অতি-নিম্ন তাপমাত্রা প্রাপ্ত করার পদ্ধতি। paramagnetic demagnetization P. Debye এবং W. Giauque দ্বারা প্রস্তাবিত পদার্থ (P. Debye, W. Giauque, 1926)। পূর্বে, এই পদ্ধতিটি প্যারাম্যাগনেটিক ব্যবহার করে 1 থেকে 0.01 কে তাপমাত্রা প্রাপ্ত করার জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছিল। লবণ। এই পরিসরে তাপমাত্রা অর্জন করতে, তারা প্রধানত 4 He এর মধ্যে 3 He এর দ্রবীভূতকরণ ব্যবহার করে (দেখুন। ক্রায়োস্ট্যাট), কিন্তু এর তাৎপর্য হল M. o এর পদ্ধতি। ভ্যান ভ্লেকের জন্য সংরক্ষিত (দেখুন। ভ্যান ভলেক প্যারাম্যাগনেটিজম) এবং পারমাণবিক প্যারাম্যাগনেটিক সিস্টেম, যা ব্যবহার করে মিলি-, মাইক্রো- এমনকি ন্যানোকেলভিন পরিসরে তাপমাত্রা পাওয়া সম্ভব।

উদাহরণস্বরূপ, তামার চুম্বককরণ বিবেচনা করুন। তামার দুটি স্থিতিশীল আইসোটোপ রয়েছে: 63 Cu (69.04%) এবং 65 Cu (30.96%)। উভয় আইসোটোপেরই পারমাণবিক স্পিন রয়েছে আমি=3/2, মান g-ফ্যাক্টরতামা আইসোটোপের অবদান বিবেচনা করে। তাপমাত্রায় এনট্রপি এসতামা অভিযোজন দ্বারা নির্ধারিত হয়. পারমাণবিক চুম্বকের স্বাধীনতার ডিগ্রি। মুহূর্ত, যেহেতু ইলেকট্রনিক এবং এই ধরনের কম তাপমাত্রায় স্বাধীনতার ডিগ্রি কার্যত অনুপস্থিত ("হিমায়িত")। তামার একটি মোলের এনট্রপি এফ-লয় দ্বারা বর্ণিত হয়েছে

মোলার নিউক্লিয়ার ক্যুরি ধ্রুবক কোথায়, X A*m 2 - পারমাণবিক চুম্বক ,- চৌম্বক ধ্রুবক, আর - , এন এ - অ্যাভোগাড্রো ধ্রুবক, ভি- বাহ্যিক ম্যাগ ক্ষেত্র, খ- প্রতিবেশী নিউক্লিয়াস দ্বারা একটি তামার কেন্দ্রে কার্যকর ক্ষেত্র প্রবর্তিত। বিভিন্ন বাহ্যিক পরিস্থিতিতে স্থাপন করা তামার এনট্রপির তাপমাত্রা নির্ভরতা। ম্যাগ ক্ষেত্রগুলি চিত্রে দেখানো হয়েছে।

কপার নিউক্লিয়াসের একটি সিস্টেমের চৌম্বকীয় শীতল প্রক্রিয়ার এনট্রপি ডায়াগ্রাম আমি= 3/2। . বাঁকা লাইন - এনট্রপি নির্ভরতা এসতাপমাত্রার উপর টিআবেশ সহ চৌম্বকীয় ক্ষেত্রে ভিতরে, 8 T, 50 mT এবং 0.3 mT এর সমান।

তামার পারমাণবিক চুম্বকীয়করণের প্রক্রিয়াটি পর্যায়ক্রমে সঞ্চালিত হয়। প্রাথমিকভাবে, তামাকে একটি শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্রে ঠান্ডা করা হয়। ক্ষেত্র (চিত্রে B বিন্দুতে)। একই সময়ে, বাহ্যিক রেফ্রিজারেটর, যা সাধারণত একটি দ্রবীভূত ক্রায়োস্ট্যাট, তামা থেকে তাপ অপসারণ করে। তারপর adiabatic প্রক্রিয়া বাহিত হয়। ডিম্যাগনেটাইজেশন (চিত্রে B-C), যা তামার এনট্রপি বজায় রাখার সময় ঘটে। এই প্রক্রিয়ার গতি সাধারণত এমনভাবে বেছে নেওয়া হয় যে ফুকো স্রোতের কারণে তাপের ক্ষতি নগণ্য। চূড়ান্ত তাপমাত্রা। টিকপার নিউক্লিয়াসের সাবসিস্টেমের প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত ডিম্যাগনেটাইজেশন ক্ষেত্রগুলির মান দ্বারা নির্ধারিত হয় ( খহাত ভিতরেপ্রতি ) এবং বিনা চুম্বককরণের সময় তাপের ক্ষতি বিবেচনা না করে সমান

পারমাণবিক তাপ ক্ষমতা সঙ্গেচুম্বককরণের পরে তামা চূড়ান্ত ক্ষেত্রের মাত্রার উপরও নির্ভর করে

ডিম্যাগনেটাইজেশনের পরে, মূল সাবসিস্টেমটি অন্যান্য সিস্টেমগুলিকে (ভিজি প্রক্রিয়া) ঠান্ডা করার জন্য কুল্যান্ট হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে এবং তারপরে তামাকে আবার চুম্বক করা হয় (GA প্রক্রিয়া)। চিত্রে। তামার নিউক্লিয়াস (B-D) এর গভীর শীতল করার একটি পরীক্ষাও চিত্রিত করা হয়েছে, যেখানে 10 nK পারমাণবিক তাপমাত্রা পাওয়া সম্ভব।

ব্যবহারিক M. o পদ্ধতির প্রয়োগ অপেক্ষাকৃত দরিদ্র চৌম্বকীয় যোগাযোগ দ্বারা সীমাবদ্ধ। পদার্থের অন্যান্য সাবসিস্টেমের সাথে সাবসিস্টেম। ফলস্বরূপ, যখন তামার নিউক্লিয়াসের একটি সাবসিস্টেম K-তে ঠাণ্ডা করা হয়, তখন পরিবাহী ইলেকট্রনগুলি কেবলমাত্র ঠাণ্ডা হয় এবং তরল হিলিয়াম কেবলমাত্র (কারণে) ঠান্ডা হতে পারে ক্যাপিটাস তাপমাত্রা লাফিয়ে) অন্যদিকে, নিউক্লিয়ার স্পিনগুলির একটি সিস্টেম যে পরিমাণ তাপ শোষণ করতে পারে তা কম, তাপমাত্রা তত কম। অতএব, যখন পারমাণবিক ডিম্যাগনেটাইজেশনকে শীতল করার পদ্ধতি হিসাবে ব্যবহার করা হয়, তখন পারমাণবিক সাবসিস্টেমের তাপমাত্রা সাধারণত শীতল নমুনার তাপমাত্রার কাছাকাছি বজায় রাখা হয়।

M.o. পদ্ধতির একটি জাত। তথাকথিত হয় একটি ঘূর্ণায়মান স্থানাঙ্ক সিস্টেমে নিউক্লিয়াসকে শীতল করার পদ্ধতি। পদ্ধতিটি কার্যকর হয় যখন পারমাণবিক সাবসিস্টেমের তাপীয় যোগাযোগ (স্পিন পারমাণবিক সিস্টেম) পদার্থের অন্যান্য সাবসিস্টেমের সাথে নগণ্যভাবে ছোট। এই পদ্ধতিতে, স্পিন সিস্টেম ক্রমাগত একটি রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি ক্ষেত্রের সংস্পর্শে আসে, যা স্থির বলে বিবেচিত হতে পারে যদি স্পিনগুলির জন্য ফিল্ড ফ্রিকোয়েন্সির সাথে ঘূর্ণায়মান একটি সমন্বয় সিস্টেম চালু করা হয়। একটি ঘূর্ণায়মান স্থানাঙ্ক সিস্টেম বহিরাগত রূপান্তর করার সময়. ম্যাগ ক্ষেত্র ভিতরেএটি একটি কার্যকর ক্ষেত্র যোগ করা প্রয়োজন - ফ্রিকোয়েন্সি, -

স্ফটিকগুলিতে পরমাণুর স্তরের চিত্রটি আমাদের একটি আকর্ষণীয় শীতল পদ্ধতি বুঝতে সাহায্য করবে যা শুধুমাত্র কোয়ান্টাম মেকানিক্সের ভাল জ্ঞানের সাথে উদ্ভাবিত হতে পারে।

কম তাপমাত্রায়, প্রায় সমস্ত আন্দোলন বন্ধ হয়ে যায় - অনুবাদমূলক, ঘূর্ণনশীল। যাইহোক, এমনকি 1 K এর নিচে তাপমাত্রায়ও, পরমাণুর স্পিনগুলি একটি আদর্শ গ্যাসের পরমাণুর মতো আচরণ করতে থাকে - তারা শক্তি বিনিময় করে (যদিও দুর্বলভাবে), এবং মহাকাশে তাদের অবস্থান (চৌম্বক ক্ষেত্রের দিকে তাদের অনুমান) প্রায় পরিবর্তন করতে পারে। অবাধে বিরল পৃথিবীর মতো উপাদানগুলিতে, ইলেকট্রন পরমাণুর অভ্যন্তরীণ শেলগুলিকে পূর্ণ করে এবং তাদের স্পিনগুলি অন্যান্য ইলেকট্রনের প্রতি প্রায় সংবেদনশীল নয়। ফলস্বরূপ, চৌম্বকীয় মুহূর্তগুলি এমন আচরণ করে যেন তারা মুক্ত।

অতি-নিম্ন তাপমাত্রা পাওয়ার পদ্ধতি - চৌম্বকীয় শীতল - ইলেকট্রনের এই বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে।

আপনি যদি বিরল পৃথিবীর উপাদানগুলির পরমাণু সমন্বিত একটি স্ফটিকের উপর একটি চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগ করেন এবং খেয়াল রাখেন যে স্ফটিকটি উত্তপ্ত না হয় (অর্থাৎ, ক্ষেত্রটি আইসোথার্মালভাবে চালু করুন), তবে, যেমন উল্লেখ করা হয়েছে, অল্প সময়ের পরে সমস্ত চৌম্বকীয় মুহূর্ত (যদি তারা ইতিবাচক হয়, তাহলে যেমন যদি g>0) ক্ষেত্র বরাবর ইনস্টল করা হবে, তাই কথা বলতে, দক্ষিণে একটি তীর দিয়ে। এখানে এটি জোর দেওয়া আবশ্যক যে ক্ষেত্রটি বন্ধ করার পরে, স্পিন সিস্টেমের সাথে স্ফটিকটি আইসোথার্মাল অবস্থায় নয়, তবে অ্যাডিয়াব্যাটিক অবস্থায়, অর্থাৎ, এটি তাপীয়ভাবে নিরোধক। আপনি যদি এখন দ্রুত চৌম্বক ক্ষেত্র বন্ধ করেন, একটি অস্বাভাবিক ছবি প্রদর্শিত হবে। কোন ক্ষেত্র নেই, সমস্ত স্পিন এক দিকে পরিচালিত হয় এবং বিশৃঙ্খলভাবে বিক্ষিপ্ত হয় না, যেমনটি তাপীয় ভারসাম্যে থাকা উচিত ছিল। সত্য, আমরা ধরে নিয়েছিলাম যে, স্পিনগুলির গতিবিধি ছাড়া, সিস্টেমে কিছুই ঘটে না (আমরা পরমাণুর গতিবিধি এবং তাদের কম্পনকে অবহেলা করেছি)। এখন আমাদের চিত্রটি পরিষ্কার করা দরকার। একটি স্ফটিক জালির পরমাণু আসলে কম্পন করে কারণ জালিটির একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা থাকে টি. দোলনের তীব্রতা এই মান দ্বারা নির্ধারিত হয় টি. পরমাণুর নড়াচড়াও ঘূর্ণায় সঞ্চারিত হয়, যেহেতু চার্জগুলি সরে গেলে, একটি দুর্বল বিকল্প চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হয়। অতএব, পিঠগুলি সম্পূর্ণ বিচ্ছিন্ন নয়, তবে একটি "থার্মোসে" একটি তাপমাত্রা রয়েছে টি.

যখন, একটি বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্রের সাহায্যে, সমস্ত ঘূর্ণন একই দিকে সারিবদ্ধ করা হয়, তখন একটি ক্রম তৈরি হয় যা ক্ষেত্র ছাড়া বজায় রাখা যায় না। স্পিনগুলিকে অবশ্যই তাদের দিক পরিবর্তন করতে হবে (কম্পনশীল পরমাণুর সাথে মিথস্ক্রিয়ার ফলে) এবং নিজেদেরকে বিশৃঙ্খলভাবে সাজানোর প্রবণতা রাখতে হবে - যাতে এর যে কোনও অনুমান সমান সম্ভাবনার সাথে ঘটে। এই জাতীয় প্রক্রিয়ার সাথে, পরমাণুর স্পিন এবং কম্পনের মধ্যে শক্তির বিনিময় হওয়া উচিত।

=B 0)">
ভাত। 30. Adiabatic demagnetization. ক্ষেত্র ছাড়া তাপমাত্রার ফাংশন হিসাবে এনট্রপি ( খ=0) এবং মাঠে ( V=V 0)

যাইহোক, প্রথম নজরে, শক্তি কোন দিকে স্থানান্তরিত হবে তা বোঝা কঠিন - পরমাণুর কম্পন বাড়বে না কমবে।

এই প্রশ্নের উত্তর দেওয়ার জন্য, আমাদের উদ্ধারে এনট্রপি আনতে হবে। স্পিনগুলির এনট্রপি অবশ্যই বৃদ্ধি পাবে; এর মানে হল যে জালি (পারমাণবিক কম্পন), যা তাপীয় ভারসাম্যে রয়েছে, থেকে স্পিনগুলিতে একটি তাপ প্রবাহ উত্থিত হওয়া উচিত: স্পিনগুলি একটি বিশৃঙ্খল অবস্থায় ফিরে আসবে এবং পারমাণবিক কম্পনগুলি কিছুটা স্যাঁতসেঁতে হবে।

এর মানে হল ক্রিস্টাল ঠান্ডা হয়েছে। এটি তত্ত্ব থেকে অনুসরণ করে। চিত্রে। চিত্র 30 পরিকল্পিতভাবে দেখায় যে এই ধরনের সিস্টেমে তাপমাত্রা এবং এনট্রপি কীভাবে পরিবর্তিত হয়। ক্ষেত্রের শক্তি শূন্য হলে উপরের বক্ররেখাটি তাপমাত্রার উপর স্ফটিকের এনট্রপির নির্ভরতা বর্ণনা করে; নীচের বক্ররেখাটি বাহ্যিক ক্ষেত্র চালু করার সাথে একই নির্ভরতা দেখায়। উভয় বক্ররেখা এক বিন্দুতে মিলিত হয় টি=0। এটি নের্নস্টের উপপাদ্যের একটি ফলাফল, যা আমরা ইতিমধ্যে আলোচনা করেছি। যদি ক্ষেত্রটি দ্রুত বন্ধ করা হয় যাতে স্ফটিকের এনট্রপি পরিবর্তিত না হয় (এটিকে বলা হয় diabatic demagnetization), তাহলে তাপমাত্রা কমে যায় কারণ একই মানের পয়েন্ট এসবিভিন্ন জন্য বিভিন্ন বক্ররেখা উপর মিথ্যা টি. পরীক্ষাগুলি ভবিষ্যদ্বাণীগুলি নিশ্চিত করেছে। আপনি তত্ত্বের জটিলতা না জানলে কি এই ধরনের শীতল পদ্ধতি নিয়ে আসা সম্ভব হবে?

চৌম্বকীয় শীতলকরণ পদ্ধতিটি 1926 সালে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে জিওক দ্বারা এবং জার্মানির ডেবাই দ্বারা স্বাধীনভাবে (এমনকি কয়েক সপ্তাহ আগে) প্রস্তাব করা হয়েছিল। এই পদ্ধতি ব্যবহার করে, আনুমানিক 0.003 K-এ তাপমাত্রা নেমে আসে। নিম্ন তাপমাত্রা এইভাবে পাওয়া যায় না, যেহেতু ঘূর্ণনগুলি অবাধে চলাচল বন্ধ করে দেয়; তাদের ক্রম (সবাই একই দিকে তাকায়), যা তাদের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার কারণে উদ্ভূত হয় (যেমন কম্পাস সূঁচ একে অপরের কাছাকাছি অবস্থিত), পরমাণুর দুর্বল তাপীয় আন্দোলন দ্বারা ধ্বংস হয় না।

আপনি তাপমাত্রা স্কেলে আরও কম যেতে পারেন যদি আপনি খুব বড় চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করেন - বেশ কয়েকটি টেসলা। এই ধরনের ক্ষেত্রগুলিতে, নিউক্লিয়াসের চৌম্বকীয় মুহূর্তগুলিকে অভিমুখী করা সম্ভব এবং বর্ণিত সমস্ত ক্রিয়াকলাপগুলি ইলেকট্রন দিয়ে নয়, কিন্তু নিউক্লিয়াসের সাথে পুনরাবৃত্তি করা সম্ভব।

1956 সালে, সাইমন এইভাবে 0.000016 K তাপমাত্রায় পৌঁছেছিল৷ দুর্ভাগ্যবশত, এই রেকর্ডটি সম্পূর্ণ বাস্তব নয়৷ নিউক্লিয়াস ইলেকট্রনের সাথে খুব দুর্বলভাবে যোগাযোগ করে (এই মিথস্ক্রিয়াটিকে হাইপারফাইন বলা হয়), এবং নিউক্লিয়াসের জন্য জালি থেকে এনট্রপি অর্জন করা প্রায় অসম্ভব। কোরগুলি আসলে ধীরে ধীরে গরম হয়, এবং ঝাঁঝরির তাপমাত্রা কমে না - ঝাঁঝরি পরিবেশ থেকে হারানো তাপ পুনরায় পূরণ করতে পরিচালনা করে (পরীক্ষাকারীদের দ্বারা সমস্ত ধরণের কৌশল সত্ত্বেও)। মিলিকেলভিন অঞ্চলে যাওয়ার পথ (একটি কেলভিনের হাজার ভাগ) বন্ধ বলে মনে হচ্ছে। কিভাবে 0.001 K এবং নিচে ঠাণ্ডা করা যায় স্পিনগুলির একটি অলীক সিস্টেম নয়, কিন্তু একটি পদার্থের টুকরো?

দেখা গেল এটাও সম্ভব!

লবণ দ্রবীভূত করলে দ্রবণের তাপমাত্রা কমে যায়। এই সহজ এবং সুপরিচিত প্রভাব পদার্থবিদদের সাহায্য করেছে। দেখা গেল যে পারমাণবিক ভর 3 (3 He) সহ হিলিয়াম গ্যাস যদি সাধারণ তরল হিলিয়ামে দ্রবীভূত হয় তবে দ্রবণের তাপমাত্রা হ্রাস পায়। এটি 0.001 K পর্যন্ত তাপমাত্রা দেয়।

কিন্তু আরো ধূর্ত উপায় আছে; এটি I. Ya. Pomeranchuk দ্বারা উদ্ভাবিত হয়েছিল। এই পদ্ধতিটিও 3 He এর সাথে যুক্ত।

এই পদ্ধতিটি কী নিয়ে গঠিত তা বোঝার জন্য, 3 He - কঠিন এবং তরল - পরম শূন্যের কাছাকাছি দুটি পর্যায়ের এনট্রপি বক্ররেখা আঁকতে হবে (চিত্র 31)। অনুসারে কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞান, এ অবশ্যই জিরোসমস্ত সিস্টেম তাদের সর্বনিম্ন অবস্থায় রয়েছে এবং এই অবস্থার এনট্রপি শূন্য * - শক্তি সর্বনিম্ন। এই ক্ষেত্রে, যা খুবই গুরুত্বপূর্ণ, 0-এ উভয় পর্যায়ের (তরল এবং কঠিন) এনট্রপি একই, এক পর্যায় থেকে অন্য ধাপে রূপান্তর এনট্রপির পরিবর্তন ছাড়াই, শক্তির পরিবর্তন ছাড়াই ঘটে। এই সম্পত্তিটি নর্নস্ট দ্বারা অনুমান করা হয়েছিল এবং এটি তাপগতিবিদ্যার তৃতীয় সূত্রের একটি সূত্র।

* (আরও স্পষ্টভাবে, এটি একটি ধ্রুবক পরিণত হয়, উভয় পর্যায়ের জন্য একই। একে অপরে রূপান্তরিত না হওয়া বিভিন্ন পদার্থের এনট্রপির পরম মান তুলনা করার কোন মানে হয় না।)

>
ভাত। 31. এনট্রপি 3 তরল এবং কঠিন পর্যায়ে নয়

Pomeranchuk এর পদ্ধতির জন্য, এটি গুরুত্বপূর্ণ যে বক্ররেখাগুলি অবস্থিত যাতে একই তাপমাত্রায় কঠিন পর্যায়ের এনট্রপি তরল পর্যায়ের এনট্রপির চেয়ে বেশি হয়। বক্ররেখা ভিন্নভাবে সাজানো হলে, পদ্ধতিটি বিদ্যমান থাকত না।

পদ্ধতির সারমর্ম চিত্রে বোঝা যাবে। 29. যদি শীতলকরণ প্রক্রিয়াটি তরলকে সংকুচিত করে কঠিন পর্যায়ে স্থানান্তর করার মাধ্যমে সঞ্চালিত হয়, তাহলে চিত্র থেকে দেখা যায়, তাপমাত্রা 3 কমবে না। এইভাবে, এখন প্রায় 0.001 কে তাপমাত্রা পাওয়া গেছে। 0.002 কে-তে, তরল 3 হি, 4 He এর মতো সুপারফ্লুইড হয়ে যায় এবং এই অঞ্চলে একটি অস্বাভাবিক জটিল এবং আকর্ষণীয় বিশ্ব শারীরিক ঘটনা. তাদের বর্ণনা, দুর্ভাগ্যবশত, ইতিমধ্যেই আমাদের বিষয়ের সুযোগের বাইরে।

বাহ্যিকভাবে, Pomeranchuk এর পদ্ধতিটি চৌম্বকীয় শীতলকরণের অনুরূপ। আসলে, এই সাদৃশ্য আরও গভীর। পুরো প্রভাবটি এই কারণে যে 3-এর নিউক্লিয়াসে স্পিন নেই (সাধারণ 3-এর নিউক্লিয়াসে স্পিন নেই)। তরল 3 হি-তে, খুব কম তাপমাত্রায় ঘূর্ণনগুলিকে ক্রমানুসারে, একে অপরের সমান্তরালে সারিবদ্ধ করা হয়। কঠিন 3 He-তে, এই একই ঘূর্ণনগুলি প্রায় 0.003 K তাপমাত্রা পর্যন্ত বিশৃঙ্খলায় "বিক্ষিপ্ত" হয়। তরল থেকে পরিবর্তন কঠিন অবস্থা তাই চৌম্বক ক্ষেত্রের অ্যাডিয়াব্যাটিক স্যুইচ অফ করার মতো (স্পিন বিক্ষিপ্ত) এবং বিপরীত রূপান্তর হল চুম্বকীয়করণ। কঠিন পর্যায়ের এনট্রপি (একই তাপমাত্রায়) ঘূর্ণনের কারণে তরলের এনট্রপির চেয়ে বেশি। এটি মনে রাখা উচিত যে বাস্তবে কঠিন 3-এ স্পিনগুলির বিন্যাসের চিত্রটি আরও জটিল নয়, তবে বর্ণিত স্কিমটি প্রভাব ব্যাখ্যা করার জন্য যথেষ্ট।

নিম্ন তাপমাত্রার পদার্থবিদ্যা এখন একটি নতুন যুগে প্রবেশ করেছে। মিলিকেলভিন অঞ্চল আরও অনেক বিস্ময়ের প্রতিশ্রুতি দেয়।