supergeleiding, waar elektrische stromen ongehinderd door een materiaal lopen, is een van de meest intrigerende wetenschappelijke ontdekkingen van de moderne natuurkunde. Het heeft veel praktische toepassingen. regeringen, industrieën, en gezondheids- en wetenschapscentra maken allemaal gebruik van supergeleiding in toepassingen die zich uitstrekken van MRI's in ziekenhuizen tot de holtes van deeltjesversnellers, waar wetenschappers de fundamenten van materie onderzoeken. Echter, praktische exploitatie van supergeleiding brengt ook veel uitdagingen met zich mee.

De uitdagingen zijn misschien wel het grootst voor onderzoekers die supergeleiding proberen te integreren in kleine, draagbare systemen. De academische en supergeleidingsexpert John Durrell van Cambridge University en zijn team demonstreren deze week in Technische Natuurkunde Brieven , van AIP Publishing, dat een draagbaar supergeleidend magnetisch systeem, dat wil zeggen, in essentie, een hoogwaardige vervanging voor een conventionele permanente magneet, kan een niveau van 3 tesla bereiken voor het magnetische veld. Durrell zei dat het werk van zijn team grotendeels voortkwam uit de innovatieve bevindingen van de natuurkundige Roy Weinstein van de Universiteit van Houston, die heeft laten zien hoe conventionele elektromagneten en gepulste veldmagnetisatie kunnen worden gebruikt om supergeleidende magnetische velden te activeren die worden "gevangen" en onderhouden als onderdeel van een supergeleidende opstelling. Dit vermijdt de noodzaak voor grote dure supergeleidende magneten om dergelijke draagbare systemen te "activeren". ook sleutel, Durrell wees erop, is dat zijn team profiteerde van andere nieuwe en goedkopere technologieën, vooral voor koeling.

"Bijvoorbeeld, de sprong met de vooruitgang in de cryogene technologie, stelt u in staat om interessante dingen te doen op andere gebieden, te, " legde Durell uit. "Er komt veel bij elkaar om dit mogelijk te maken." Hoewel grote supergeleidende systemen van industriële omvang een magnetisch veld van 20 tesla opwekken, Het magnetische veld van Durrell van 3 tesla is nieuw voor een draagbaar systeem.

Durrell en zijn team waren nieuwsgierig naar wat ze konden doen toen ze een paar jaar eerder naar het werk van Weinstein keken. Weinstein toonde aan dat met conventionele externe elektromagnetische pulsen van een medium, het was mogelijk om een ​​magnetisch veld in een supergeleider te "vangen" met een veel kleiner extern magnetisch veld dan eerder voor mogelijk werd gehouden. Bij het Weinstein-onderzoek is gebruik gemaakt van Yttrium Barium Cuprate, gedoteerd met uranium en onderworpen aan een bestralingsbehandeling. Het team van Durrell zocht naar een goedkoper materiaal en koos voor Gadolinium Barium Cuprate, zonder uraniumdoping. Difan Zhou, teamonderzoeker en hoofdauteur, kwam met het idee om de bevindingen van Weinstein uit te breiden, Durrell zei, en het onderzoek, wat amper twee jaar in beslag nam, heeft zijn vruchten afgeworpen.

"Het was een verrassing voor ons dat we erin slaagden om in een niet zo geavanceerd materiaal hetzelfde gigantische fluxsprongeffect te zien als Roy Weinstein aantoonde, "Zei Durrell. "Het belangrijkste dat dit mogelijk heeft gemaakt, is dat we hebben gekeken naar wat Roy heeft gedaan om het werkend te krijgen, behalve voor dit soort draagbaar systeem. Vroeger gebruikten we conventionele supergeleidende magneten om onze bulks op te laden. Hierdoor wordt de toegang tot deze hoge velden goedkoper en praktischer."

Vooruitgang in goedkopere, efficiëntere koeling - het cryogene systeem - was ook de sleutel voor het onderzoek van Durrell en het team. Voor zowel de oplaad- als de ondersteunende fasen van het magnetische veld, het is noodzakelijk om het supergeleidende monster koel te houden, anders begeeft de supergeleiding het. Onlangs, de particuliere sector heeft cryogene systemen bedacht die goedkoop en licht zijn, en Durrell gebruikten een koelsysteem van Sunpower Inc., een Amerikaans bedrijf. Volgens Durrell, deze lichtheid en relatief lage kosten zouden draagbare supergeleiding in verschillende producten een reële mogelijkheid kunnen maken.

Het totale effect van het samenbrengen van deze nieuwe technologische mogelijkheden, Durrell wees erop, is "in wezen een betere, draagbare permanente magneet - een met een magnetisch veld van 3 Tesla in plaats van 1 Tesla. Het voor de hand liggende belang daarbij is dat je daarmee een kleinere en lichtere motor kunt maken."

Goedkope NMR- en MRI-systemen voor ziekenhuizen zijn ook een sterke mogelijkheid voor gebruik, Durrell legde uit, omdat deze systemen vaak grote supergeleidende magneten gebruiken. Magnetisch gerichte medicijnafgiftesystemen in menselijke en veterinaire toepassingen kunnen ook worden ingeschakeld.

Durrell en zijn team plannen meer tests voor meer magnetische kracht en algehele efficiëntie. Ze hebben aanzienlijke steun gekregen van The Boeing Company voor dit onderzoek, en Durrell vindt het een sterk voorbeeld van wat een bedrijf en een academisch laboratorium kunnen doen als ze samenwerken voor fundamenteel onderzoek.