Bærbare superledningssystemer til små motorer

Superledningsevne, hvor elektriske strømme går uhindret gennem et materiale, er en af ​​moderne fysiks mest spændende videnskabelige opdagelser. Det har mange praktiske anvendelser. regeringer, industrier, og sundhedspleje og videnskabscentre gør alle brug af superledning i applikationer, der strækker sig fra MRI'er på hospitaler til hulrum i partikelacceleratorer, hvor videnskabsmænd udforsker det grundlæggende i materien. Imidlertid, praktisk udnyttelse af superledning giver også mange udfordringer.

Udfordringerne er måske størst for forskere, der forsøger at integrere superledning i små, bærbare systemer. Cambridge University akademiske og superledningsekspert John Durrell og hans team demonstrerer denne uge i Anvendt fysik bogstaver , fra AIP Publishing, at et bærbart superledende magnetisk system, som er, i det væsentlige, en højtydende erstatning for en konventionel permanentmagnet, kan opnå et 3-tesla-niveau for magnetfeltet. Durrell sagde, at hans teams arbejde i vid udstrækning udviklede sig fra de innovative resultater fra University of Houston fysiker Roy Weinstein, der har vist, hvordan konventionelle elektromagneter og pulserende feltmagnetisering kan bruges til at aktivere superledende magnetiske felter, som "fanges" og opretholdes som en del af et superledende arrangement. Dette undgår kravet om store dyre superledende magneter for at "aktivere" sådanne bærbare systemer. Også nøgle, Durrell påpegede, er, at hans team udnyttede andre nye og billigere teknologier, især til afkøling.

"For eksempel, springet med fremskridt inden for kryogenik, giver dig mulighed for at gøre interessante ting på andre områder, også, " Durell forklarede. "Der er meget, der går sammen for at gøre dette muligt." Mens store superledende systemer i industriel størrelse genererer et magnetfelt på 20 tesla, Durrells 3-tesla magnetfelt er nyt for et bærbart system.

Durrell og hans team var nysgerrige efter, hvad de kunne gøre, da de så på Weinsteins arbejde et par år tidligere. Weinstein demonstrerede, at med konventionel ekstern elektromagnetisk pulsering af et medium, det var muligt at "fange" et magnetfelt i en superleder ved hjælp af et meget mindre eksternt magnetfelt, end man tidligere havde troet var muligt. Weinstein-undersøgelsen brugte Yttrium Barium Cuprate dopet med uran og udsat for en strålebehandling. Durrells team ledte efter et billigere materiale og valgte Gadolinium Barium Cuprate, uden uranium-doping. Difan Zhou, team investigator og hovedforfatter, kom på ideen om at udvide Weinsteins resultater, Durrell sagde, og forskningen, som tog knap to år at lave, har betalt sig.

"Det var en overraskelse for os, at det lykkedes os at se den samme gigantiske fluxspring-effekt i et ikke helt så banebrydende materiale, som Roy Weinstein demonstrerede, " Durrell sagde. "Det vigtigste, der gjorde dette muligt, er, at vi har set på, hvad Roy har gjort for at få det til at fungere, bortset fra denne form for bærbart system. Før brugte vi konventionelle superledende magneter til at oplade vores bulks. Dette vil gøre adgangen til disse høje marker billigere og mere praktisk."

Fremskridt i billigere, mere effektiv køling - det kryogene system - var også nøglen til Durrell og teamets forskning. For både magnetfelts opladnings- og opretholdelsesfaser, det er nødvendigt at holde den superledende prøve kølig, ellers afgiver superledningsevnen. For nylig, den private sektor er kommet med kryogene systemer, der er billige og lette, og Durrell brugte et kølesystem fra Sunpower Inc., et amerikansk firma. Ifølge Durrell, denne lethed og relative lave omkostninger kunne gøre bærbar superledning i forskellige produkter til en reel mulighed.

Den samlede effekt af at samle disse nye teknologiske muligheder, Durrell påpegede, er "i det væsentlige en bedre, bærbar permanent magnet - en med et 3-tesla i stedet for 1-tesla magnetfelt. Den åbenlyse interesse i det er, at man kunne bruge det til at lave en mindre og lettere motor."

Lavpris NMR- og MR-systemer til hospitaler er også en stor mulighed for brug, Durrell forklarede, da disse systemer ofte bruger store superledende magneter. Magnetisk målrettede lægemiddelleveringssystemer i humane og veterinære applikationer kan også være aktiveret.

Durrell og hans team planlægger flere tests for mere magnetisk kraft og generel effektivitet. De har modtaget betydelig støtte fra The Boeing Company til denne undersøgelse, og Durrell føler, at det er et stærkt eksempel på, hvad en virksomhed og et akademisk laboratorium kan gøre, når de går sammen om grundforskning.