Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Fordele og ulemper ved superledere

De fleste materialer, folk bruger, er isolatorer, som plast eller ledere, som en aluminiumsgryde eller et kobberkabel. Isolatorer viser meget høj modstand mod elektricitet. Ledere som kobber viser en vis modstand. En anden klasse af materialer viser overhovedet ingen modstand, når den afkøles til meget lave temperaturer, køligere end den køligste fryser. De kaldte superledere, de blev opdaget i 1911. I dag revolutionerer de det elektriske net, mobiltelefonteknologi og medicinsk diagnose. Forskere arbejder for at få dem til at udføre ved stuetemperatur.
Fordel 1: Transformering af elektricitetsnettet

Elnettet er blandt de største tekniske resultater i det 20. århundrede. Efterspørgslen er dog ved at overvælde den. For eksempel påvirkede den nordamerikanske blackout i 2003, der varede i fire dage, over 50 millioner personer og forårsagede omkring 6 milliarder dollars i økonomisk tab. Superlederteknologi giver tabsløse ledninger og kabler og forbedrer pålideligheden og effektiviteten af elnettet. Der er planer om at erstatte det nuværende elnettet med et superledende strømnet i 2030. Et superledende kraftsystem optager mindre fast ejendom og ligger begravet i jorden, ganske forskellig fra nutidens netlinjer.
Fordel 2: Forbedring af bredbåndstelekommunikation

Bredbåndstelekommunikationsteknologi, der fungerer bedst ved gigahertz-frekvenser, er meget nyttigt til at forbedre effektiviteten og pålideligheden af mobiltelefoner. Sådanne frekvenser er meget vanskelige at opnå med halvlederbaserede kredsløb. Imidlertid er de let opnået med Hypres's superlederbaserede modtager ved hjælp af en teknologi kaldet hurtig single flux quantum eller RSFQ, integreret kredsløbsmodtager. Det fungerer ved hjælp af en 4-kelvin kryokølere. Denne teknologi vises i mange mobiltelefonmodtagertransmittertårne.
Fordel 3: Hjælp til medicinsk diagnose

En af de første store anvendelser af superledningsevne er inden for medicinsk diagnose. Magnetisk resonansafbildning, eller MRI, bruger kraftfulde superledende magneter til at producere store og ensartede magnetfelter inde i patientens krop. MR-scannere, der indeholder flydende helium-kølesystem, afhenter, hvordan disse magnetiske felter reflekteres af organer i kroppen. Maskinen producerer til sidst et billede. MR-maskiner er overlegne end røntgenteknologi til fremstilling af en diagnose. Paul Leuterbur og Sir Peter Mansfield blev tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 2003, "for deres opdagelser vedrørende magnetisk resonansafbildning", der ligger til grund for betydningen af MR og ved implikation superledere for medicin.
Ulemper ved superledere

Superledende materialer er superledende, når de holdes under en given temperatur kaldet overgangstemperaturen. For i øjeblikket kendte praktiske superledere ligger temperaturen meget under 77 Kelvin, temperaturen på flydende nitrogen. At holde dem under denne temperatur involverer en masse dyre kryogen teknologi. Således vises superledere stadig ikke i de fleste dagligdagse elektronik. Forskere arbejder på at designe superledere, der kan fungere ved stuetemperatur.