Despre supraconductivitate - aplicatii (III)
Supraconductorii au câteva aplicaţii foarte importante atât în viaţa de zi cu zi, cât şi în laboratoarele ştiinţifice. Având în vedere caracteristica superconductorilor de a permite curgerea unui curent electric fără a opune rezistentă, iar curgerea unui curent electric generează un câmp magnetic, aceasta constituie principala aplicaţie acestui tip de materiale. Câmpul magnetic este folosit atât în aplicaţii spectroscopice, cum ar fi rezonanţa magnetică nucleară, în transportul prin levitaţie magnetică, cât şi în acceleratoarele de particule pentru a controla direcţia particulelor încărcate electric.
În articolul precedent menţionam una din ultimele descoperiri în domeniul materialelor supraconductoare, şi anume oxiarsenida. Acest material este remarcabil din punctul de vedere al câmpului magnetic critic, şi anume 45 tesla. Însemnând că este necesară aplicarea unui câmp magnetic de 45 T pentru a distruge faza supraconductoare. Această descoperire deschide noi oportunităţi în special pentru construcţia unor magneţi de laborator compacţi, capabili să genereze câmpuri magnetice de până la 45 T, valoare accesibilă până acum numai în laboratoare speciale cu magneţi uriaşi, precum cel de la Grenoble, Franţa sau Nijmengen, Olanda, câmpuri magnetice atât de mari fiind folosite pentru studiul comportamentului materiei în condiţii extreme.
Printre primele aplicaţii ale supraconductorilor a fost în acceleratoarele de particule. În anii ‘60 la laboratorul Rutherford-Appleton din Marea Britanie au fost dezvoltaţi electromagneţi din cupru-clad niobiu-titaniu, şi folosiţi pentru prima dată în acceleratorul Tevatron de la Fermilab, din Statele Unite în 1987. Construcţia acceleratoarelor de particule precum Tevatron de la Fermilab, Large Hadron Collider de la CERN, HERA de la Desy, nu ar fi fost posibilă fără existenţa magneţilor supraconductori. În aceste laboratoare se ciocnesc particule precum electroni, antielectroni, protoni sau antiprotoni accelerate la viteze foarte mari. Particulele sunt accelerate prin aplicarea unei diferenţe de potenţial între doi electrozi, deci numai particule cu sarcină pot fi accelerate (neutronii sau fotonii nu pot fi acceleraţi). O particulă este menţinută pe o traiectorie circulară prin aplicarea unui câmp magnetic, respectiv aplicarea unei forţe Loretz, asupra particulei. Având în vedere că forţa Lorentz este direct proporţională cu sarcina particulei, şi aici vorbim de sarcina elementară, este necesară aplicarea unor câmpuri magnetice mari (4–8T) şi uniforme.
Unul dintre cele mai importante domenii de folosire ale superconductorilor este biomagnetismul. Medicii au nevoie de metode neinvazive pentru a înţelege ce se întâmplă în interiorul corpului uman. Aplicând un câmp magnetic puternic asupra corpului, atomii de hidrogen din moleculele de apa şi grăsime din corp absorb energie electromagnetică. Ulterior această energie este eliberată la frecvenţe care pot fi detectate şi procesate grafic de un calculator (vezi poza). Spectroscopia cu rezonanţă magnetică (cunoscută ca MRI sau Magnetic Resonance Imaging) a fost de fapt descoperită în ani ‘40 ai secolului trecut, dar prima scanare a unui corp uman nu a avut loc decât abia în 1977, şi a durat aproape 5 ore pentru a produce o imagine. Astăzi, datorită avansului tehnologic claculatoarele pot procesa datele mult mai repede.
Levitaţia magnetică este o altă aplicaţie unde supraconductorii au performanţe foarte bune. Vehicule de transport – trenurile de exemplu – pot şi făcute să “plutească” pe magneţi supraconductori, eliminând frecarea dintre roţi şi şine. Magneţii convenţionali nu numai că ar risipi mare parte din energie prin căldură, dar ar trebui să fie şi mult mai mari. O data importantă pentru introducerea comenciala a tehnologiei MAGLEV a fost în 1990 când Japonia a deci să construiască prima linie de test, numită Yamanashi Maglev. Linia a fost deschisă pe 3 Aprilie 1997, iar în decembrie 2003 trenul MLX01 – in poza – a atins incredibila viteză de 581 km/h. Chiar dacă tehnologia a fost testată, folosirea pe scară largă a acestei tehnologii a fost constrânsă de factori politici şi ecologici.
Nu în ultimul rând, generatoarele elecritice care folosesc fire supraconductoare sunt cu mult mai eficiente decât generatoarele convenţionale din cupru. De fapt eficienţa acestora este peste 99%, iar mărimea lor este cam jumătate din cea a generatoarelor convenţionale. În 2002 General Electric Power Systems a primit 12 milioane de dolari de la Departamentul Energetic al Statelor Unite pentru a merge spre comercializarea generatoarelor cu supraconductori de temperatură mare.
