Bilim ve teknolojide süperiletkenliğin uygulanması
Süperiletkenlik, sıcaklıkları belirli bir kritik değere getirildiğinde bazı malzemelerin sıfır elektrik direnci sergilemeye başlaması gerçeğinden oluşan bir kuantum fenomeni olarak adlandırılır.
Bugün, bilim adamları zaten bu şekilde davranabilen yüzlerce element, alaşım ve seramik biliyorlar. Süper iletken bir duruma giren bir iletken, denilen şeyi göstermeye başlar. Meissner etkisi, hacminden manyetik alan tamamen dışa doğru yer değiştirdiğinde, bu, elbette, varsayımsal bir ideal, yani sıfır direnç koşulları altında sıradan iletimle ilişkili etkilerin klasik tanımıyla çelişir.
1986'dan 1993'e kadar olan dönemde, bir dizi yüksek sıcaklıklı süperiletken keşfedildi, yani artık sıvı helyumun (4.2 K) kaynama noktası gibi düşük sıcaklıklarda değil, kaynama noktasında süperiletken bir duruma geçenler. sıvı nitrojen noktası ( 77 K) - 18 kat daha yüksek, bu laboratuvar koşullarında helyumdan çok daha kolay ve daha ucuza elde edilebilir.
Pratik uygulamaya artan ilgi süper iletkenlik 1950'lerde, yüksek akım yoğunlukları ve manyetik indüksiyonları ile tip II süper iletkenlerin parlak bir şekilde ufukta göründüğü zaman başladı. Sonra giderek daha fazla pratik önem kazanmaya başladılar.
Elektromanyetik indüksiyon yasası bize elektrik akımının etrafında her zaman olduğunu söyler. manyetik alan... Ve süper iletkenler akımı direnç göstermeden ilettiklerinden, bu tür malzemeleri doğru sıcaklıklarda tutmak ve böylece ideal elektromıknatıslar oluşturmak için parçalar elde etmek yeterlidir.
Örneğin, tıbbi teşhiste manyetik rezonans görüntüleme teknolojisi, tomografilerde güçlü süper iletken elektromıknatısların kullanılmasını içerir. Onlar olmasaydı, doktorlar neşter kullanmadan insan vücudunun iç dokularının bu kadar etkileyici yüksek çözünürlüklü görüntülerini elde edemezdi.
Niyobyum-titanyum ve niyobyum-kalay intermetalikleri gibi süper iletken alaşımlar, teknik olarak kararlı ince süper iletken filamanlar ve örgülü teller elde etmenin kolay olduğu büyük önem kazanmıştır.
Bilim adamları uzun zamandan beri yüksek soğutma kapasitesine sahip (sıvı helyum sıcaklık seviyesinde) sıvılaştırıcılar ve buzdolapları yarattılar, SSCB'de süper iletken teknolojisinin gelişmesine katkıda bulunanlar onlardı. O zaman bile, 1980'lerde büyük elektromanyetik sistemler inşa edildi.
Toroidal bir manyetik alan oluşturmak için süper iletken bobinlere ihtiyaç duyulan bir füzyon reaksiyonunu başlatma olasılığını incelemek üzere tasarlanmış dünyanın ilk deneysel tesisi T-7 piyasaya sürüldü.Büyük parçacık hızlandırıcılarda, sıvı hidrojen kabarcık odalarında süper iletken bobinler de kullanılır.
Türbin jeneratörleri geliştirildi ve yaratıldı (geçen yüzyılın 80'lerinde süper iletkenler temelinde ultra güçlü türbin jeneratörleri KGT-20 ve KGT-1000 oluşturuldu), elektrik motorları, kablolar, manyetik ayırıcılar, taşıma sistemleri vb.
Akış ölçerler, seviye göstergeleri, barometreler, termometreler - süper iletkenler tüm bu hassas aletler için harikadır.Süper iletkenlerin endüstriyel uygulamasının ana ana alanları iki kalır: manyetik sistemler ve elektrikli makineler.
Süperiletken manyetik akıyı geçirmediği için, bu tür bir ürünün manyetik radyasyonu koruduğu anlamına gelir. Süper iletkenlerin bu özelliği, hassas mikrodalga cihazlarda ve ayrıca güçlü elektromanyetik radyasyon gibi nükleer patlama gibi tehlikeli bir zarar verici faktöre karşı koruma sağlamak için kullanılır.
Sonuç olarak, düşük sıcaklıktaki süper iletkenler, parçacık hızlandırıcılar ve füzyon reaktörleri gibi araştırma ekipmanlarında mıknatısların oluşturulması için vazgeçilmez olmaya devam ediyor.
Günümüzde Japonya'da aktif olarak kullanılan manyetik kaldırmalı trenler artık 600 km/s hızla hareket edebilmektedir ve uygulanabilirliğini ve verimliliğini uzun süredir kanıtlamıştır.
Süperiletkenlerde elektrik direncinin olmaması, elektrik enerjisinin transfer sürecini daha ekonomik hale getirir. Örneğin, yeraltına döşenen süper iletken ince bir kablo, geleneksel yolla iletmek için kalın bir kablo demeti (hantal bir hat) gerektirecek gücü prensipte iletebilir.
Şu anda, yalnızca sisteme sürekli nitrojen pompalama ihtiyacıyla ilgili maliyet ve bakım sorunları geçerliliğini koruyor. Bununla birlikte, 2008'de American Superconductor, New York'ta ilk ticari süper iletken iletim hattını başarıyla başlattı.
Ek olarak, günümüzde enerjiyi sürekli dolaşan bir akım şeklinde biriktirmeye ve depolamaya (biriktirmeye) izin veren endüstriyel pil teknolojisi vardır.
Bilim adamları, süper iletkenleri yarı iletkenlerle birleştirerek, dünyayı yeni nesil bilgi işlem teknolojisiyle tanıştıran ultra hızlı kuantum bilgisayarlar yaratıyorlar.
Süper iletken bir durumdaki bir maddenin geçiş sıcaklığının manyetik alanın büyüklüğüne bağımlılığı fenomeni, kontrollü dirençlerin - kriyotronların temelidir.
Şu anda, elbette, yüksek sıcaklık süper iletkenlerinin elde edilmesine yönelik ilerleme açısından önemli bir ilerlemeden bahsedebiliriz.
Örneğin metal-seramik bileşimi YBa2Cu3Ox, nitrojenin sıvılaştırma sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklıkta süper iletken bir duruma geçer!
Ancak bu çözümlerin çoğu, elde edilen numunelerin kırılgan ve kararsız olmasından kaynaklanmaktadır; bu nedenle, yukarıda belirtilen niyobyum alaşımları teknolojide hala geçerlidir.
Süper iletkenler, foton detektörleri oluşturmayı mümkün kılar. Bazıları Andreev yansımasını kullanır, diğerleri Josephson etkisini, kritik bir akımın varlığı gerçeğini vb. kullanır.
Kızılötesi aralıktan tek fotonları kaydeden dedektörler yapılmıştır ve bu, fotoelektrik çoğaltıcılar vb. gibi diğer kayıt ilkelerine dayanan dedektörlere göre bir takım avantajlar gösterir.
Hafıza hücreleri, süperiletkenlerdeki girdaplara dayalı olarak oluşturulabilir. Bazı manyetik solitonlar zaten benzer şekilde kullanılmaktadır. İki boyutlu ve üç boyutlu manyetik solitonlar, akış çizgilerinin rolünün etki alanı hizalama çizgileri tarafından oynandığı bir sıvıdaki girdaplara benzer.
Kalamarlar, manyetik akı ve elektrik voltajındaki değişiklikler arasındaki ilişkiye dayalı olarak çalışan minyatür halka tabanlı süper iletken cihazlardır. Bu tür mikro cihazlar, Dünya'nın manyetik alanını ölçebilen oldukça hassas manyetometrelerde ve ayrıca taranan organların manyetogramlarını elde etmek için tıbbi ekipmanlarda çalışır.