Большинство материалов, которые люди используют – это изоляторы, такие как пластик или проводники, например алюминиевый горшок или медный кабель. Изоляторы обладают очень высокой устойчивостью к электричеству. Проводники, такие как медь, демонстрируют некоторое сопротивление. В другом классе материалов нет никакого сопротивления при охлаждении до очень низких температур, более холодного, чем самый холодный морозильник. Названные сверхпроводники, они были обнаружены в 1911 году. Сегодня они революционизируют электрическую сеть, технологии сотовых телефонов и медицинской диагностики. Ученые работают над тем, чтобы заставить их функционировать при комнатной температуре.
Преимущество 1: Преобразование электрической сети
Электрическая сеть является одним из величайших инженерных достижений 20-го века. Спрос, однако, вот-вот сорвет его. Например, североамериканское затемнение 2003 года, которое длилось около четырех дней, затронуло более 50 миллионов человек и вызвало экономический ущерб в размере 6 миллиардов долларов. Технология сверхпроводника обеспечивает отсутствие проводов и кабелей и повышает надежность и эффективность энергосистемы. Планируется, что к 2030 г. нынешняя энергосистема заменит сверхпроводящей сетью. Сверхпроводящая энергетическая система занимает меньше недвижимого имущества и закопана в земле, что сильно отличается от сегодняшних линий сетки.
Преимущество 2: Улучшение широкополосной связи
Широкополосная телекоммуникационная технология, которая лучше всего работает на гигагерцовых частотах, очень полезна для повышения эффективности и надежности сотовых телефонов. Такие частоты очень трудно достичь с помощью полупроводниковых схем. Тем не менее, они были легко достигнуты приемником Hyperes на сверхпроводнике, используя технологию, называемую быстрым однопотоковым квантовым или RSFQ-приемником интегральных схем. Он работает с помощью криокулера на 4-кельвина. Эта технология будет появляться во многих приемниках и передатчиков сотовых телефонов.
Преимущество 3: Совершенствование медицинской диагностики
Одним из первых широкомасштабных применений сверхпроводимости является медицинская диагностика. Магнитно-резонансная томография или МРТ использует мощные сверхпроводящие магниты для создания больших и однородных магнитных полей внутри тела пациента. МРТ-сканеры, содержащие жидкую гелиевую систему охлаждения, сканируют, как эти магнитные поля отражаются органами в теле. Машина в конечном итоге создает изображение. МРТ-машины превосходят рентгеновские технологии при постановке диагноза. Пол Лейтербур и сэр Питер Мэнсфилд были удостоены Нобелевской премии 2003 года по физиологии и медицине «за их открытия в отношении магнитно-резонансной томографии», лежащие в основе значимости МРТ и имплантируемых сверхпроводников для медицины.
Недостатки сверхпроводников
Сверхпроводящие материалы максимально проводят электричество только при сохранении ниже заданной температуры, называемой температурой перехода. Для известных в настоящее время практических сверхпроводников температура значительно ниже 77 Кельвина, температуры жидкого азота. Удержание их ниже этой температуры связано с большим количеством дорогостоящей криогенной технологии. Таким образом, сверхпроводники все еще не появляются в большинстве бытовой электроники. Ученые работают над проектированием сверхпроводников, которые могут работать при комнатной температуре.
© digitrode.ru