Suprajohteiden edut ja haitat

Suurin osa ihmisten käyttämistä materiaaleista on eristimiä, kuten muovia, tai johtimia, kuten alumiinipannu tai kuparikaapeli. Eristimillä on erittäin korkea sietokyky sähköä vastaan. Johtimet, kuten kupari, osoittavat jonkin verran vastusta. Toisessa materiaaliluokassa ei ole lainkaan vastustuskykyä jäähdytettäessä hyvin mataliin lämpötiloihin, viileämpiä kuin viilein pakastin. Heitä kutsuttiin suprajohteiksi, ja ne löydettiin vuonna 1911. Nykyään he mullistavat sähköverkon, matkapuhelintekniikan ja lääketieteellisen diagnoosin. Tutkijat pyrkivät saamaan heidät toimimaan huoneen lämpötilassa.

Sähköverkko on 1900-luvun suurimpia teknisiä saavutuksia. Kysyntä on kuitenkin tulossa yli. Esimerkiksi Pohjois-Amerikan vuoden 2003 sähkökatkos, joka kesti noin neljä päivää, vaikutti yli 50 miljoonaan ihmiseen ja aiheutti noin 6 miljardin dollarin taloudellisen tappion. Suprajohtintekniikka tarjoaa häviöttömät johdot ja kaapelit ja parantaa sähköverkon luotettavuutta ja tehokkuutta. Suunnitelmissa on korvata nykyinen sähköverkko vuoteen 2030 mennessä suprajohtavalla sähköverkolla. Suprajohtava sähköjärjestelmä vie vähemmän kiinteistöjä ja on haudattu maahan, aivan erilainen kuin nykyiset verkkojohdot.

Laajakaistinen tietoliikennetekniikka, joka toimii parhaiten gigahertsin taajuuksilla, on erittäin hyödyllinen matkapuhelinten tehokkuuden ja luotettavuuden parantamiseksi. Tällaisia ​​taajuuksia on erittäin vaikea saavuttaa puolijohdepohjaisilla piireillä. Ne on kuitenkin saavutettu helposti Hypresin suprajohdepohjaisella vastaanottimella käyttämällä tekniikkaa, jota kutsutaan nopean yksivuotisen kvantin tai RSFQ-integroidun piirin vastaanottimeksi. Se toimii 4-kelviinin kryojäähdyttimen avulla. Tämä tekniikka näkyy monissa matkapuhelinvastaanottimen lähetystorneissa.

Yksi ensimmäisistä laajamittaisista suprajohtavista sovelluksista on lääketieteellisessä diagnoosissa. Magneettikuvaus eli MRI käyttää voimakkaita suprajohtavia magneetteja tuottamaan suuria ja tasaisia ​​magneettikenttiä potilaan kehossa. MRI-skannerit, jotka sisältävät nestemäistä heliumjäähdytysjärjestelmää, tunnistavat, kuinka elimet heijastavat näitä magneettikenttiä kehossa. Kone tuottaa lopulta kuvan. MRI-laitteet ovat diagnoosin tuottamisessa parempia kuin röntgentekniikka. Paul Leuterburille ja Sir Peter Mansfieldille myönnettiin fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinto vuonna 2003 "löytöistään "magneettikuvaus", "joka on MRI: n merkityksen taustalla, ja implisiittisesti suprajohteet, - lääke.

Suprajohtavat materiaalit suprajohtavat vain, kun ne pidetään tietyn lämpötilan alapuolella, jota kutsutaan siirtymälämpötilaksi. Tällä hetkellä tunnettujen käytännön suprajohteiden lämpötila on paljon alle 77 kelvinin, nestemäisen typen lämpötila. Niiden pitäminen tämän lämpötilan alapuolella edellyttää paljon kallista kryogeenista tekniikkaa. Siksi suprajohteita ei vieläkään näy useimmissa jokapäiväisissä elektroniikoissa. Tutkijat suunnittelevat suprajohteita, jotka voivat toimia huoneenlämmössä.