Примена суперпроводљивости у науци и технологији
Суперпроводљивост се назива квантна појава, која се састоји у чињеници да неки материјали, када се њихова температура доведе до одређене критичне вредности, почињу да показују нулти електрични отпор.
Данас научници већ знају неколико стотина елемената, легура и керамике способних да се понашају на овај начин. Проводник који је прешао у суправодљиво стање почиње да показује оно што се зове Мајснеров ефекат, када је магнетно поље из своје запремине потпуно померено напоље, што је, наравно, у супротности са класичним описом ефеката повезаних са обичном проводношћу у условима хипотетичког идеала, односно нултог отпора.
У периоду од 1986. до 1993. године откривено је више високотемпературних суперпроводника, односно оних који прелазе у суправодљиво стање не више на тако ниским температурама као што је тачка кључања течног хелијума (4,2 К), већ при кључању. тачка течног азота (77 К) — 18 пута већа, што се у лабораторијским условима може постићи много лакше и јефтиније него са хелијумом.
Повећано интересовање за практичну примену суперпроводљивост почело је 1950-их када су суперпроводници типа ИИ, са својом високом густином струје и магнетном индукцијом, сјајно дошли преко хоризонта. Тада су почели да добијају све већи практични значај.
Закон електромагнетне индукције нам говори да око електричне струје увек постоји магнетно поље... А пошто суперпроводници проводе струју без отпора, довољно је једноставно одржавати такве материјале на одговарајућим температурама и тако добити делове за стварање идеалних електромагнета.
На пример, у медицинској дијагностици, технологија магнетне резонанце подразумева употребу моћних суперпроводних електромагнета у томографима. Без њих, лекари не би могли да добију тако импресивне слике високе резолуције унутрашњих ткива људског тела без прибегавања употреби скалпела.
Велики значај су добиле суперпроводне легуре као што су ниобијум-титанијум и ниобијум-калај интерметали, од којих је технички лако добити стабилне танке суперпроводне филаменте и упредене жице.
Научници су одавно створили расхладне уређаје и фрижидере са високим капацитетом хлађења (на температурном нивоу течног хелијума), управо су они допринели развоју суперпроводне технологије још у СССР-у. Већ тада, 1980-их, изграђени су велики електромагнетни системи.
Покренут је први експериментални објекат на свету Т-7, дизајниран да проучава могућност покретања реакције фузије, где су за стварање тороидног магнетног поља потребни суправодљиви калемови.У акцелераторима великих честица, суправодљиви калемови се такође користе у коморама са мехурићима течног водоника.
Развијају се и стварају турбински генератори (80-их година прошлог века на бази суперпроводника су створени ултра-моћни турбогенератори КГТ-20 и КГТ-1000), електромотори, каблови, магнетни сепаратори, транспортни системи итд.
Мерачи протока, мерачи нивоа, барометри, термометри — суперпроводници су одлични за све ове прецизне инструменте.Главне главне области индустријске примене суперпроводника остају две: магнетни системи и електричне машине.
Пошто суперпроводник не пропушта магнетни флукс, то значи да производ овог типа штити магнетно зрачење. Ово својство суперпроводника се користи у прецизним микроталасним уређајима, као и за заштиту од тако опасног штетног фактора нуклеарне експлозије као што је снажно електромагнетно зрачење.
Као резултат тога, суперпроводници ниске температуре остају неопходни за стварање магнета у истраживачкој опреми као што су акцелератори честица и фузиони реактори.
Возови са магнетном левитацијом, који се данас активно користе у Јапану, сада могу да се крећу брзином од 600 км / х и одавно су доказали своју изводљивост и ефикасност.
Одсуство електричног отпора у суперпроводницима чини процес преноса електричне енергије економичнијим. На пример, суперпроводни танак кабл положен под земљом би у принципу могао да преноси снагу која би захтевала дебео сноп жица - гломазна линија - да би се преносила на традиционалан начин.
Тренутно остају релевантна само питања трошкова и одржавања повезана са потребом да се азот континуирано пумпа кроз систем. Међутим, 2008. године, Америцан Суперцондуцтор је успешно покренуо први комерцијални суперпроводнички далековод у Њујорку.
Поред тога, постоји технологија индустријских батерија која данас омогућава да се акумулира и складишти (акумулира) енергија у облику континуиране циркулишуће струје.
Комбиновањем суперпроводника са полупроводницима, научници стварају ултрабрзе квантне рачунаре који уводе свет у нову генерацију рачунарске технологије.
Феномен зависности прелазне температуре супстанце у суперпроводљивом стању од величине магнетног поља је основа контролисаних отпорника - криотрона.
У овом тренутку, наравно, можемо говорити о значајном напретку у погледу напретка ка добијању високотемпературних супрапроводника.
На пример, метал-керамичка композиција ИБа2Цу3Ок прелази у суправодљиво стање на температури изнад температуре течења азота!
Међутим, већина ових решења је због чињенице да су добијени узорци крхки и нестабилни; стога су поменуте легуре ниобијума и даље релевантне у технологији.
Суперпроводници омогућавају стварање фотонских детектора. Неки од њих користе рефлексију Андреева, други користе Џозефсонов ефекат, чињеницу присуства критичне струје итд.
Изграђени су детектори који снимају појединачне фотоне из инфрацрвеног опсега, који показују низ предности у односу на детекторе засноване на другим принципима снимања, као што су фотоелектрични множитељи итд.
Меморијске ћелије се могу креирати на основу вртлога у суперпроводницима. Неки магнетни солитони се већ користе на сличан начин. Дводимензионални и тродимензионални магнетни солитони су слични вртлозима у течности, где улогу струјних линија играју линије поравнања домена.
Лигње су минијатурни супрапроводнички уређаји засновани на прстену који раде на основу односа између промена магнетног флукса и електричног напона. Овакви микроуређаји раде у високоосетљивим магнетометрима способним да мере магнетно поље Земље, као и у медицинској опреми за добијање магнетограма скенираних органа.