Penerapan superkonduktivitas dalam sains dan teknologi

Superkonduktivitas disebut fenomena kuantum, yang terdiri dari fakta bahwa beberapa bahan, ketika suhunya dibawa ke nilai kritis tertentu, mulai menunjukkan hambatan listrik nol.

Saat ini, para ilmuwan sudah mengetahui beberapa ratus elemen, paduan, dan keramik yang mampu berperilaku seperti ini. Konduktor yang telah memasuki kondisi superkonduktor mulai menunjukkan apa yang disebut efek Meisner, ketika medan magnet dari volumenya sepenuhnya dipindahkan ke luar, yang, tentu saja, bertentangan dengan deskripsi klasik tentang efek yang terkait dengan konduksi biasa dalam kondisi ideal hipotetis, yaitu resistansi nol.

Pada periode 1986 hingga 1993, sejumlah superkonduktor bersuhu tinggi ditemukan, yaitu yang berubah menjadi superkonduktor tidak lagi pada suhu serendah titik didih helium cair (4,2 K), tetapi pada titik didih titik nitrogen cair ( 77 K) — 18 kali lebih tinggi, yang dalam kondisi laboratorium dapat dicapai jauh lebih mudah dan lebih murah dibandingkan dengan helium.

Meningkatnya minat dalam aplikasi praktis superkonduktivitas dimulai pada 1950-an ketika superkonduktor tipe II, dengan kerapatan arus dan induksi magnetiknya yang tinggi, muncul dengan terang di atas cakrawala. Kemudian mereka mulai menjadi semakin penting secara praktis.

Hukum induksi elektromagnetik memberi tahu kita bahwa selalu ada arus listrik di sekitar kita Medan gaya... Dan karena superkonduktor mengalirkan arus tanpa hambatan, cukup dengan menjaga bahan tersebut pada suhu yang tepat dan dengan demikian mendapatkan bagian untuk membuat elektromagnet yang ideal.

Misalnya, dalam diagnosa medis, teknologi pencitraan resonansi magnetik melibatkan penggunaan elektromagnet superkonduktor yang kuat dalam tomograf. Tanpa mereka, dokter tidak akan dapat memperoleh gambar resolusi tinggi yang mengesankan dari jaringan internal tubuh manusia tanpa menggunakan pisau bedah.

Paduan superkonduktor seperti intermetalik niobium-titanium dan niobium-timah telah menjadi sangat penting, dari mana secara teknis mudah untuk mendapatkan filamen superkonduktor tipis yang stabil dan kabel yang terdampar.

Para ilmuwan telah lama menciptakan pencair dan lemari es dengan kapasitas pendinginan tinggi (pada tingkat suhu helium cair), merekalah yang berkontribusi pada pengembangan teknologi superkonduktor di Uni Soviet. Bahkan kemudian, pada 1980-an, sistem elektromagnetik besar dibangun.

Fasilitas eksperimental pertama di dunia, T-7, diluncurkan, dirancang untuk mempelajari kemungkinan memulai reaksi fusi, di mana kumparan superkonduktor diperlukan untuk menciptakan medan magnet toroidal.Dalam akselerator partikel besar, kumparan superkonduktor juga digunakan dalam ruang gelembung hidrogen cair.

Generator turbin dikembangkan dan dibuat (pada tahun 80-an abad lalu, generator turbin ultra-kuat KGT-20 dan KGT-1000 dibuat berdasarkan superkonduktor), motor listrik, kabel, pemisah magnetik, sistem transportasi, dll.

Pengukur aliran, pengukur level, barometer, termometer — superkonduktor cocok untuk semua instrumen presisi ini.Bidang utama aplikasi industri superkonduktor tetap ada dua: sistem magnet dan mesin listrik.

Karena superkonduktor tidak melewati fluks magnet, ini berarti produk jenis ini melindungi radiasi magnet. Properti superkonduktor ini digunakan dalam perangkat gelombang mikro presisi, serta untuk melindungi dari faktor perusak yang berbahaya dari ledakan nuklir seperti radiasi elektromagnetik yang kuat.

Akibatnya, superkonduktor suhu rendah tetap diperlukan untuk pembuatan magnet dalam peralatan penelitian seperti akselerator partikel dan reaktor fusi.

Kereta levitasi magnetik, yang saat ini digunakan secara aktif di Jepang, kini dapat bergerak dengan kecepatan 600 km / jam dan telah lama membuktikan kelayakan dan efisiensinya.

Tidak adanya hambatan listrik pada superkonduktor membuat proses pemindahan energi listrik menjadi lebih hemat. Misalnya, kabel tipis superkonduktor yang diletakkan di bawah tanah pada prinsipnya dapat mentransmisikan daya yang membutuhkan seikat kabel tebal — saluran yang tidak praktis — untuk mentransmisikannya dengan cara tradisional.

Saat ini, hanya masalah biaya dan pemeliharaan yang terkait dengan kebutuhan untuk terus memompa nitrogen melalui sistem yang tetap relevan. Namun, pada tahun 2008, American Superconductor berhasil meluncurkan saluran transmisi superkonduktor komersial pertama di New York.

Selain itu, terdapat teknologi baterai industri yang memungkinkan saat ini untuk mengakumulasi dan menyimpan (mengumpulkan) energi dalam bentuk arus sirkulasi yang terus menerus.

Dengan menggabungkan superkonduktor dengan semikonduktor, para ilmuwan menciptakan komputer kuantum ultracepat yang memperkenalkan dunia pada teknologi komputasi generasi baru.

Fenomena ketergantungan suhu transisi suatu zat dalam keadaan superkonduktor pada besarnya medan magnet adalah dasar dari resistor terkontrol - cryotron.

Saat ini, tentu saja, kita dapat berbicara tentang kemajuan yang signifikan dalam hal kemajuan dalam memperoleh superkonduktor suhu tinggi.

Misalnya, komposisi logam-keramik YBa2Cu3Ox berubah menjadi superkonduktor pada suhu di atas suhu pencairan nitrogen!

Namun, sebagian besar solusi ini disebabkan oleh fakta bahwa sampel yang diperoleh rapuh dan tidak stabil; oleh karena itu, paduan niobium tersebut masih relevan dalam teknologi.

Superkonduktor memungkinkan untuk membuat detektor foton. Beberapa di antaranya menggunakan refleksi Andreev, yang lain menggunakan efek Josephson, fakta adanya arus kritis, dll.

Detektor telah dibangun yang merekam foton tunggal dari rentang inframerah, yang menunjukkan sejumlah keunggulan dibandingkan detektor berdasarkan prinsip perekaman lainnya, seperti pengganda fotolistrik, dll.

Sel memori dapat dibuat berdasarkan vortisitas dalam superkonduktor. Beberapa soliton magnetik sudah digunakan dengan cara yang sama. Soliton magnetik dua dimensi dan tiga dimensi mirip dengan pusaran dalam cairan, di mana peran arus dimainkan oleh garis penyelarasan domain.

Cumi-cumi adalah perangkat superkonduktor berbasis cincin miniatur yang beroperasi berdasarkan hubungan antara perubahan fluks magnet dan tegangan listrik. Perangkat mikro semacam itu bekerja dalam magnetometer yang sangat sensitif yang mampu mengukur medan magnet bumi, serta peralatan medis untuk mendapatkan magnetogram dari organ yang dipindai.