science >> Wetenschap >  >> Fysica

De voor- en nadelen van supergeleiders

De meeste materialen die mensen gebruiken zijn isolatoren, zoals plastic, of geleiders, zoals een aluminium pot of een koperen kabel. Isolatoren vertonen een zeer hoge weerstand tegen elektriciteit. Geleiders zoals koper vertonen enige weerstand. Een andere klasse materialen vertoont helemaal geen weerstand bij koeling tot zeer lage temperaturen, koeler dan de koelste diepvriezer. Ze werden supergeleiders genoemd en werden in 1911 ontdekt. Tegenwoordig brengen ze een revolutie teweeg in het elektriciteitsnet, de technologie van mobiele telefoons en de medische diagnose. Wetenschappers werken eraan om ze op kamertemperatuur te laten presteren.
Voordeel 1: het elektriciteitsnet transformeren

Het elektriciteitsnet is een van de grootste technische prestaties van de 20e eeuw. De vraag staat echter op het punt deze te overweldigen. Bijvoorbeeld, de Noord-Amerikaanse black-out van 2003, die ongeveer vier dagen duurde, trof meer dan 50 miljoen mensen en veroorzaakte ongeveer $ 6 miljard aan economisch verlies. Supergeleidertechnologie zorgt voor lossless draden en kabels en verbetert de betrouwbaarheid en efficiëntie van het elektriciteitsnet. Er zijn plannen om het huidige stroomnet tegen 2030 te vervangen door een supergeleidend stroomnet. Een supergeleidend energiesysteem neemt minder onroerend goed in beslag en ligt begraven in de grond, heel anders dan de huidige rasterlijnen.
Voordeel 2: Verbetering van breedbandtelecommunicatie

Breedbandtelecommunicatietechnologie, die het beste werkt bij gigahertz frequenties, is erg handig voor het verbeteren van de efficiëntie en betrouwbaarheid van mobiele telefoons. Dergelijke frequenties zijn zeer moeilijk te bereiken met op halfgeleiders gebaseerde schakelingen. Ze zijn echter gemakkelijk bereikt door de op supergeleider gebaseerde ontvanger van Hypres, met behulp van een technologie genaamd rapid single flux quantum, of RSFQ, geïntegreerde circuitontvanger. Het werkt met behulp van een 4-Kelvin cryokoeler. Deze technologie verschijnt in veel zendmasten voor mobiele telefoons.
Voordeel 3: medische diagnose helpen

Een van de eerste grootschalige toepassingen van supergeleiding is de medische diagnose. Magnetic resonance imaging, of MRI, maakt gebruik van krachtige supergeleidende magneten om grote en uniforme magnetische velden in het lichaam van de patiënt te produceren. MRI-scanners, die vloeibaar heliumkoelsysteem bevatten, registreren hoe deze magnetische velden worden gereflecteerd door organen in het lichaam. De machine produceert uiteindelijk een afbeelding. MRI-machines zijn superieur aan röntgentechnologie bij het produceren van een diagnose. Paul Leuterbur en Sir Peter Mansfield ontvingen de Nobelprijs voor 2003 in fysiologie of geneeskunde, 'vanwege hun ontdekkingen met betrekking tot beeldvorming met magnetische resonantie', die ten grondslag ligt aan de betekenis van MRI, en bijgevolg supergeleiders, voor de geneeskunde.
Nadelen van supergeleiders

Supergeleidende materialen supergeleidend alleen als ze onder een gegeven temperatuur worden gehouden die de overgangstemperatuur wordt genoemd. Voor momenteel bekende praktische supergeleiders is de temperatuur veel lager dan 77 Kelvin, de temperatuur van vloeibare stikstof. Om ze onder die temperatuur te houden, is veel dure cryogene technologie nodig. Supergeleiders verschijnen dus nog steeds niet in de meeste alledaagse elektronica. Wetenschappers werken aan het ontwerpen van supergeleiders die op kamertemperatuur kunnen werken.