Большинство используемых людьми материалов - это изоляторы, такие как пластик, или проводники, такие как алюминиевый горшок или медный кабель. Изоляторы показывают очень высокое сопротивление электричеству. Проводники, такие как медь, показывают некоторое сопротивление. Другой класс материалов не проявляет никакого сопротивления при охлаждении до очень низких температур, более холодных, чем самый холодный морозильник. Названные сверхпроводниками, они были открыты в 1911 году. Сегодня они совершают революцию в электросетях, технологиях сотовой связи и медицинской диагностике. Ученые работают над тем, чтобы заставить их работать при комнатной температуре.
Преимущество 1: Преобразование электросети
Электросеть - одно из величайших достижений инженерной мысли ХХ века. Однако спрос вот-вот его превысит. Например, отключение электроэнергии в Северной Америке в 2003 году, продолжавшееся около четырех дней, затронуло более 50 миллионов человек и привело к экономическому ущербу в размере около 6 миллиардов долларов. Технология сверхпроводников обеспечивает создание проводов и кабелей без потерь и повышает надежность и эффективность энергосистемы. Планируется заменить к 2030 году существующую энергосистему на сверхпроводящую. Сверхпроводящая энергосистема занимает меньше места и зарыта в землю, что сильно отличается от нынешних линий электросети.
Преимущество 2: улучшение широкополосной связи
Технология широкополосной связи, которая лучше всего работает на частотах гигагерца, очень полезна для повышения эффективности и надежности сотовых телефонов. Такие частоты очень трудно получить с помощью схем на основе полупроводников. Тем не менее, они были легко достигнуты с помощью сверхпроводникового приемника Hypres с использованием технологии, называемой быстрым квантом одиночного потока, или RSFQ, приемником интегральной схемы. Он работает с помощью криокулера на 4 кельвина. Эта технология используется во многих вышках-передатчиках приемников сотовых телефонов.
Преимущество 3: Помощь в медицинской диагностике
Одно из первых широкомасштабных применений сверхпроводимости - это медицинская диагностика. Магнитно-резонансная томография, или МРТ, использует мощные сверхпроводящие магниты для создания больших и однородных магнитных полей внутри тела пациента. Сканеры МРТ, которые содержат систему охлаждения с жидким гелием, улавливают, как эти магнитные поля отражаются органами в теле. В конечном итоге машина создает изображение. При постановке диагноза аппараты МРТ превосходят рентгеновские аппараты. Пол Лейтербер и сэр Питер Мэнсфилд были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2003 г. «за свои открытия. относительно магнитно-резонансной томографии ", лежащей в основе важности МРТ и, как следствие, сверхпроводников, чтобы медицина.
Недостатки сверхпроводников
Сверхпроводящие материалы становятся сверхпроводниками только тогда, когда они поддерживаются ниже заданной температуры, называемой температурой перехода. Для известных в настоящее время практических сверхпроводников температура намного ниже 77 Кельвина, температуры жидкого азота. Поддержание их ниже этой температуры требует использования множества дорогостоящих криогенных технологий. Таким образом, сверхпроводники до сих пор не используются в большинстве повседневных электронных устройств. Ученые работают над созданием сверхпроводников, способных работать при комнатной температуре.