Aplicació de la superconductivitat a la ciència i la tecnologia
La superconductivitat s'anomena fenomen quàntic, que consisteix en el fet que alguns materials, quan la seva temperatura arriba a un determinat valor crític, comencen a presentar una resistència elèctrica zero.
Avui, els científics ja coneixen centenars d'elements, aliatges i ceràmiques capaços de comportar-se d'aquesta manera. Un conductor que ha passat a un estat superconductor comença a mostrar el que s'anomena Efecte Meissner, quan el camp magnètic del seu volum es desplaça completament cap a l'exterior, cosa que, per descomptat, contradiu la descripció clàssica dels efectes associats a la conducció ordinària en condicions d'un ideal hipotètic, és a dir, resistència zero.
En el període de 1986 a 1993, es van descobrir una sèrie de superconductors d'alta temperatura, és a dir, aquells que passen a un estat superconductor ja no a temperatures tan baixes com el punt d'ebullició de l'heli líquid (4,2 K), sinó a l'ebullició. punt de nitrogen líquid (77 K) - 18 vegades més alt, que en condicions de laboratori es pot aconseguir molt més fàcil i més barat que amb heli.
Augment de l'interès per l'aplicació pràctica superconductivitat va començar a la dècada de 1950 quan els superconductors de tipus II, amb la seva alta densitat de corrent i inducció magnètica, van sortir brillants per l'horitzó. Aleshores van començar a adquirir cada cop més importància pràctica.
La llei de la inducció electromagnètica ens diu que al voltant del corrent elèctric sempre hi ha camp magnètic... I com que els superconductors condueixen el corrent sense resistència, n'hi ha prou amb mantenir aquests materials a les temperatures adequades i així obtenir peces per crear electroimants ideals.
Per exemple, en el diagnòstic mèdic, la tecnologia d'imatge per ressonància magnètica implica l'ús de potents electroimants superconductors als tomògrafs. Sense ells, els metges no serien capaços d'obtenir imatges tan impressionants d'alta resolució dels teixits interns del cos humà sense recórrer a l'ús d'un bisturí.
Els aliatges superconductors com els intermetàl·lics de niobi-titani i niobi-estany han guanyat una gran importància, dels quals tècnicament és fàcil obtenir filaments superconductors prims i estables i cables trenats.
Els científics fa temps que van crear liquadors i refrigeradors amb una gran capacitat de refrigeració (a nivell de temperatura de l'heli líquid), van ser ells els que van contribuir al desenvolupament de la tecnologia superconductora a l'URSS. Fins i tot aleshores, als anys 80, es van construir grans sistemes electromagnètics.
Es va posar en marxa la primera instal·lació experimental del món, la T-7, dissenyada per estudiar la possibilitat d'iniciar una reacció de fusió, on es necessiten bobines superconductores per crear un camp magnètic toroidal.En els acceleradors de partícules grans, les bobines superconductores també s'utilitzen a les cambres de bombolles d'hidrogen líquid.
Es desenvolupen i es creen generadors de turbina (a la dècada dels 80 del segle passat, es van crear turbines turbines ultrapotents KGT-20 i KGT-1000 a partir de superconductors), motors elèctrics, cables, separadors magnètics, sistemes de transport, etc.
Caudalímetres, indicadors de nivell, baròmetres, termòmetres: els superconductors són excel·lents per a tots aquests instruments de precisió.Les principals àrees d'aplicació industrial dels superconductors segueixen sent dues: sistemes magnètics i màquines elèctriques.
Com que el superconductor no passa el flux magnètic, això significa que un producte d'aquest tipus protegeix la radiació magnètica. Aquesta propietat dels superconductors s'utilitza en dispositius de microones de precisió, així com per protegir-se d'un factor tan perillós perjudicial d'una explosió nuclear com la potent radiació electromagnètica.
Com a resultat, els superconductors de baixa temperatura segueixen sent indispensables per a la creació d'imants en equips de recerca com acceleradors de partícules i reactors de fusió.
Els trens de levitació magnètica, que s'utilitzen activament avui al Japó, ara es poden moure a una velocitat de 600 km/h i fa temps que han demostrat la seva viabilitat i eficiència.
L'absència de resistència elèctrica en els superconductors fa que el procés de transferència d'energia elèctrica sigui més econòmic. Per exemple, un cable prim superconductor col·locat sota terra podria en principi transmetre una potència que requeriria un gruixut feix de cables -una línia feixuga- per transmetre-la de la manera tradicional.
Actualment, només són rellevants els problemes de costos i manteniment associats a la necessitat de bombar nitrogen contínuament a través del sistema. Tanmateix, el 2008, American Superconductor va llançar amb èxit la primera línia de transmissió superconductora comercial a Nova York.
A més, hi ha tecnologia de bateries industrials que permet avui dia acumular i emmagatzemar (acumular) energia en forma de corrent de circulació contínua.
En combinar superconductors amb semiconductors, els científics estan creant ordinadors quàntics ultraràpides que introdueixen al món una nova generació de tecnologia informàtica.
El fenomen de la dependència de la temperatura de transició d'una substància en estat superconductor de la magnitud del camp magnètic és la base de les resistències controlades: criotrons.
En aquests moments, és clar, podem parlar d'avenços significatius pel que fa a l'avenç cap a l'obtenció de superconductors d'alta temperatura.
Per exemple, la composició metall-ceràmica YBa2Cu3Ox entra en estat superconductor a una temperatura superior a la temperatura de liqüefacció del nitrogen!
Tanmateix, la majoria d'aquestes solucions es deuen al fet que les mostres obtingudes són fràgils i inestables; per tant, els aliatges de niobi esmentats encara són rellevants en tecnologia.
Els superconductors permeten crear detectors de fotons. Alguns d'ells utilitzen la reflexió d'Andreev, d'altres l'efecte Josephson, el fet de la presència d'un corrent crític, etc.
S'han construït detectors que enregistren fotons individuals de la gamma infraroja, que mostren una sèrie d'avantatges respecte als detectors basats en altres principis d'enregistrament, com ara multiplicadors fotoelèctrics, etc.
Les cèl·lules de memòria es poden crear a partir de vòrtexs en superconductors. Alguns solitons magnètics ja s'utilitzen de manera similar. Els solitons magnètics bidimensionals i tridimensionals són similars als vòrtexs d'un líquid, on el paper de les línies de corrent el tenen les línies d'alineació del domini.
Els calamars són dispositius superconductors en miniatura basats en anells que funcionen en funció de la relació entre els canvis en el flux magnètic i la tensió elèctrica. Aquests microdispositius funcionen en magnetòmetres altament sensibles capaços de mesurar el camp magnètic terrestre, així com en equips mèdics per obtenir magnetogrames d'òrgans escanejats.