ข้อดีและข้อเสียของตัวนำยิ่งยวด

วัสดุส่วนใหญ่ที่ผู้คนใช้คือฉนวนไฟฟ้า เช่น พลาสติก หรือตัวนำไฟฟ้า เช่น หม้ออะลูมิเนียมหรือสายเคเบิลทองแดง ลูกถ้วยไฟฟ้ามีความต้านทานไฟฟ้าสูงมาก ตัวนำเช่นทองแดงมีความต้านทาน วัสดุอีกประเภทหนึ่งไม่แสดงความต้านทานเลยเมื่อเย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำมาก ซึ่งเย็นกว่าช่องแช่แข็งลึกที่เย็นที่สุด เรียกว่าตัวนำยิ่งยวด ถูกค้นพบในปี 1911 ทุกวันนี้ พวกเขากำลังปฏิวัติโครงข่ายไฟฟ้า เทคโนโลยีโทรศัพท์มือถือ และการวินิจฉัยทางการแพทย์ นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเพื่อให้พวกมันทำงานที่อุณหภูมิห้อง

โครงข่ายไฟฟ้าเป็นหนึ่งในความสำเร็จด้านวิศวกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งศตวรรษที่ 20 อย่างไรก็ตาม อุปสงค์กำลังจะท่วมท้น ตัวอย่างเช่น ภาวะไฟฟ้าดับในอเมริกาเหนือในปี 2546 ซึ่งกินเวลาประมาณสี่วัน ส่งผลกระทบต่อผู้คนกว่า 50 ล้านคน และก่อให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจประมาณ 6 พันล้านดอลลาร์ เทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดให้สายไฟและสายเคเบิลที่ไม่สูญเสีย และปรับปรุงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของโครงข่ายไฟฟ้า แผนกำลังดำเนินการเพื่อแทนที่ภายในปี 2573 กริดพลังงานปัจจุบันด้วยกริดพลังงานตัวนำยิ่งยวด ระบบพลังงานตัวนำยิ่งยวดใช้อสังหาริมทรัพย์น้อยกว่าและถูกฝังอยู่ในพื้นดิน ซึ่งค่อนข้างแตกต่างจากเส้นกริดในปัจจุบัน

เทคโนโลยีโทรคมนาคมแบบวงกว้างซึ่งทำงานได้ดีที่สุดที่ความถี่กิกะเฮิรตซ์ มีประโยชน์มากในการปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของโทรศัพท์มือถือ ความถี่ดังกล่าวทำได้ยากมากด้วยวงจรที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ อย่างไรก็ตาม ตัวรับที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดของ Hypres บรรลุผลสำเร็จได้อย่างง่ายดาย โดยใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า Rapid single flux quantum หรือ RSFQ ซึ่งเป็นตัวรับวงจรรวม มันทำงานด้วยความช่วยเหลือของไครโอคูลเลอร์ 4 เคลวิน เทคโนโลยีนี้แสดงขึ้นในเสาส่งสัญญาณโทรศัพท์มือถือหลายเครื่อง

การนำตัวนำยิ่งยวดขนาดใหญ่มาใช้ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กหรือ MRI ใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดอันทรงพลังเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่และสม่ำเสมอภายในร่างกายของผู้ป่วย เครื่องสแกน MRI ซึ่งประกอบด้วยระบบทำความเย็นฮีเลียมเหลว จะตรวจดูว่าสนามแม่เหล็กเหล่านี้สะท้อนโดยอวัยวะในร่างกายอย่างไร ในที่สุดเครื่องก็สร้างภาพขึ้นมา เครื่อง MRI นั้นเหนือกว่าเทคโนโลยีเอ็กซเรย์ในการวินิจฉัย Paul Leuterbur และ Sir Peter Mansfield ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี 2546 "สำหรับการค้นพบของพวกเขา เกี่ยวกับการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก” ซึ่งเป็นพื้นฐานของความสำคัญของ MRI และโดยนัยของตัวนำยิ่งยวดถึง ยา.

วัสดุตัวนำยิ่งยวดยิ่งยวดเมื่อเก็บไว้ต่ำกว่าอุณหภูมิที่กำหนดซึ่งเรียกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง สำหรับตัวนำยิ่งยวดที่ใช้งานได้จริงที่รู้จักกันในปัจจุบัน อุณหภูมิต่ำกว่า 77 เคลวินมาก ซึ่งเป็นอุณหภูมิของไนโตรเจนเหลว การรักษาอุณหภูมิให้ต่ำกว่านั้นเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการแช่แข็งที่มีราคาแพงจำนวนมาก ดังนั้นตัวนำยิ่งยวดจึงยังไม่ปรากฏในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในชีวิตประจำวันส่วนใหญ่ นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเกี่ยวกับการออกแบบตัวนำยิ่งยวดที่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง