Primjena supravodljivosti u znanosti i tehnologiji
Supravodljivost se naziva kvantni fenomen koji se sastoji u činjenici da neki materijali, kada im se temperatura dovede do određene kritične vrijednosti, počinju pokazivati nulti električni otpor.
Danas znanstvenici poznaju već nekoliko stotina elemenata, legura i keramike koji se mogu tako ponašati. Vodič koji je prešao u supravodljivo stanje počinje pokazivati tzv Meissnerov učinak, kada je magnetsko polje iz svog volumena potpuno pomaknuto prema van, što je, naravno, u suprotnosti s klasičnim opisom učinaka povezanih s uobičajenom vodljivošću u uvjetima hipotetskog ideala, to jest nultog otpora.
U razdoblju od 1986. do 1993. godine otkriven je niz visokotemperaturnih supravodiča, odnosno onih koji prelaze u supravodljivo stanje ne više na tako niskim temperaturama kao što je vrelište tekućeg helija (4,2 K), već na vrelištu točka tekućeg dušika ( 77 K) — 18 puta veća, što se u laboratorijskim uvjetima može postići puno lakše i jeftinije nego s helijem.
Povećan interes za praktičnu primjenu supravodljivost započelo je 1950-ih kada su supravodiči tipa II, sa svojom visokom gustoćom struje i magnetskom indukcijom, jasno izašli na horizont. Zatim su počeli dobivati sve više i više praktičnog značaja.
Zakon elektromagnetske indukcije nam govori da oko električne struje uvijek postoji magnetsko polje... A budući da supravodiči provode struju bez otpora, dovoljno je samo održavati takve materijale na pravim temperaturama i tako dobiti dijelove za stvaranje idealnih elektromagneta.
Na primjer, u medicinskoj dijagnostici, tehnologija magnetske rezonancije uključuje korištenje snažnih supravodljivih elektromagneta u tomografima. Bez njih liječnici ne bi mogli dobiti tako impresivne slike visoke rezolucije unutarnjih tkiva ljudskog tijela bez upotrebe skalpela.
Veliku važnost dobile su supravodljive legure kao što su intermetali niobij-titan i niobij-kositar, od kojih je tehnički lako dobiti stabilne tanke supravodljive niti i upredene žice.
Znanstvenici su odavno stvorili tekućine i hladnjake s visokim kapacitetom hlađenja (na temperaturnoj razini tekućeg helija), oni su pridonijeli razvoju supravodljive tehnologije još u SSSR-u. Već tada, osamdesetih godina prošlog stoljeća, izgrađeni su veliki elektromagnetski sustavi.
Pokrenuto je prvo eksperimentalno postrojenje na svijetu, T-7, dizajnirano za proučavanje mogućnosti pokretanja fuzijske reakcije, gdje su supravodljive zavojnice potrebne za stvaranje toroidalnog magnetskog polja.U velikim akceleratorima čestica supravodljive zavojnice također se koriste u komorama s mjehurićima tekućeg vodika.
Razvijaju se i stvaraju turbinski generatori (80-ih godina prošlog stoljeća stvoreni su ultra-snažni turbinski generatori KGT-20 i KGT-1000 na bazi supravodiča), elektromotori, kabeli, magnetski separatori, transportni sustavi itd.
Mjerači protoka, mjerači razine, barometri, termometri — supravodiči su odlični za sve te precizne instrumente. Glavna glavna područja industrijske primjene supravodiča ostaju dva: magnetski sustavi i električni strojevi.
Budući da supravodič ne propušta magnetski tok, to znači da proizvod ove vrste štiti magnetsko zračenje. Ovo svojstvo supravodiča koristi se u preciznim mikrovalnim uređajima, kao i za zaštitu od tako opasnog štetnog čimbenika nuklearne eksplozije kao što je snažno elektromagnetsko zračenje.
Kao rezultat toga, niskotemperaturni supravodiči ostaju nezamjenjivi za stvaranje magneta u istraživačkoj opremi kao što su akceleratori čestica i fuzijski reaktori.
Vlakovi s magnetskom levitacijom, koji se danas aktivno koriste u Japanu, sada se mogu kretati brzinom od 600 km / h i odavno su dokazali svoju izvedivost i učinkovitost.
Odsutnost električnog otpora u supravodičima čini proces prijenosa električne energije ekonomičnijim. Na primjer, supravodljivi tanki kabel položen pod zemljom mogao bi u načelu prenositi snagu koja bi zahtijevala debeli snop žica - glomazan vod - da bi se prenijela na tradicionalan način.
Trenutačno ostaju relevantni samo problemi s troškovima i održavanjem povezani s potrebom kontinuiranog pumpanja dušika kroz sustav. Međutim, 2008. American Superconductor uspješno je pustio u rad prvi komercijalni supravodljivi dalekovod u New Yorku.
Osim toga, postoji tehnologija industrijskih baterija koja danas omogućuje akumulaciju i pohranu (akumulaciju) energije u obliku kontinuirane cirkulirajuće struje.
Kombinirajući supravodiče s poluvodičima, znanstvenici stvaraju ultrabrza kvantna računala koja svijet uvode u novu generaciju računalne tehnologije.
Fenomen ovisnosti temperature prijelaza tvari u supravodljivo stanje o veličini magnetskog polja temelj je upravljanih otpornika - kriotrona.
U ovom trenutku, naravno, možemo govoriti o značajnom napretku u smislu napretka prema dobivanju visokotemperaturnih supravodiča.
Na primjer, metal-keramički sastav YBa2Cu3Ox prelazi u supravodljivo stanje na temperaturi iznad temperature ukapljivanja dušika!
Međutim, većina tih rješenja nastala je zbog činjenice da su dobiveni uzorci krhki i nestabilni; stoga su spomenute legure niobija još uvijek aktualne u tehnologiji.
Supervodiči omogućuju stvaranje detektora fotona. Neki od njih koriste Andreev odraz, drugi koriste Josephsonov učinak, činjenicu prisutnosti kritične struje itd.
Izgrađeni su detektori koji bilježe pojedinačne fotone iz infracrvenog područja, koji pokazuju niz prednosti u odnosu na detektore koji se temelje na drugim principima snimanja, kao što su fotoelektrični multiplikatori itd.
Memorijske stanice mogu se stvoriti na temelju vrtloga u supravodičima. Neki magnetski solitoni već se koriste na sličan način. Dvodimenzionalni i trodimenzionalni magnetski solitoni slični su vrtlozima u tekućini, gdje ulogu strujnica igraju linije poravnanja domena.
Lignje su minijaturni prstenasti supravodljivi uređaji koji rade na temelju odnosa između promjena magnetskog toka i električnog napona. Takvi mikrouređaji rade u visokoosjetljivim magnetometrima sposobnim za mjerenje Zemljinog magnetskog polja, kao iu medicinskoj opremi za dobivanje magnetograma skeniranih organa.