Aplicación de la superconductividad en ciencia y tecnología.

La superconductividad se denomina fenómeno cuántico, que consiste en que algunos materiales, cuando su temperatura alcanza un cierto valor crítico, comienzan a presentar una resistencia eléctrica nula.

Hoy en día, los científicos ya conocen varios cientos de elementos, aleaciones y cerámicas capaces de comportarse de esta forma. Un conductor que ha pasado a un estado superconductor empieza a mostrar lo que se llama efecto Meissner, cuando el campo magnético de su volumen se desplaza completamente hacia el exterior, lo que, por supuesto, contradice la descripción clásica de los efectos asociados con la conducción ordinaria en condiciones de un ideal hipotético, es decir, resistencia cero.

En el período de 1986 a 1993 se descubrieron una serie de superconductores de alta temperatura, es decir, aquellos que pasan a un estado superconductor ya no a temperaturas tan bajas como el punto de ebullición del helio líquido (4,2 K), sino a la temperatura de ebullición. punto de nitrógeno líquido ( 77 K) — 18 veces mayor, que en condiciones de laboratorio se puede lograr mucho más fácil y más barato que con helio.

Mayor interés en la aplicación práctica. superconductividad comenzó en la década de 1950 cuando los superconductores de tipo II, con su alta densidad de corriente e inducción magnética, aparecieron brillantemente en el horizonte. Luego comenzaron a adquirir cada vez más importancia práctica.

La ley de la inducción electromagnética nos dice que alrededor de la corriente eléctrica siempre hay campo magnético... Y dado que los superconductores conducen la corriente sin resistencia, basta simplemente con mantener dichos materiales a las temperaturas adecuadas y así obtener piezas para crear electroimanes ideales.

Por ejemplo, en el diagnóstico médico, la tecnología de imágenes por resonancia magnética implica el uso de potentes electroimanes superconductores en los tomógrafos. Sin ellos, los médicos no podrían obtener imágenes de alta resolución tan impresionantes de los tejidos internos del cuerpo humano sin recurrir al uso de un bisturí.

Las aleaciones superconductoras como los intermetálicos de niobio-titanio y niobio-estaño han ganado gran importancia, a partir de los cuales es técnicamente fácil obtener filamentos superconductores delgados estables y alambres trenzados.

Hace mucho tiempo que los científicos crearon licuefactores y refrigeradores con una alta capacidad de enfriamiento (al nivel de temperatura del helio líquido), fueron ellos quienes contribuyeron al desarrollo de la tecnología superconductora en la URSS. Incluso entonces, en la década de 1980, se construyeron grandes sistemas electromagnéticos.

Se lanzó la primera instalación experimental del mundo, T-7, diseñada para estudiar la posibilidad de iniciar una reacción de fusión, donde se necesitan bobinas superconductoras para crear un campo magnético toroidal.En los aceleradores de partículas grandes, las bobinas superconductoras también se utilizan en las cámaras de burbujas de hidrógeno líquido.

Se desarrollan y crean generadores de turbina (en los años 80 del siglo pasado, se crearon generadores de turbina ultrapotentes KGT-20 y KGT-1000 sobre la base de superconductores), motores eléctricos, cables, separadores magnéticos, sistemas de transporte, etc.

Caudalímetros, indicadores de nivel, barómetros, termómetros: los superconductores son excelentes para todos estos instrumentos de precisión. Las principales áreas principales de aplicación industrial de los superconductores siguen siendo dos: sistemas magnéticos y máquinas eléctricas.

Dado que el superconductor no deja pasar el flujo magnético, esto significa que un producto de este tipo apantalla la radiación magnética. Esta propiedad de los superconductores se utiliza en dispositivos de microondas de precisión, así como para proteger contra un factor dañino tan peligroso de una explosión nuclear como la poderosa radiación electromagnética.

Como resultado, los superconductores de baja temperatura siguen siendo indispensables para la creación de imanes en equipos de investigación como aceleradores de partículas y reactores de fusión.

Los trenes de levitación magnética, que se utilizan activamente hoy en día en Japón, ahora pueden moverse a una velocidad de 600 km / hy han demostrado durante mucho tiempo su viabilidad y eficiencia.

La ausencia de resistencia eléctrica en los superconductores hace que el proceso de transferencia de energía eléctrica sea más económico. Por ejemplo, un cable delgado superconductor tendido bajo tierra podría, en principio, transmitir energía que requeriría un grueso manojo de cables (una línea engorrosa) para transmitirla de la manera tradicional.

Actualmente, solo los problemas de costo y mantenimiento asociados con la necesidad de bombear continuamente nitrógeno a través del sistema siguen siendo relevantes. Sin embargo, en 2008, American Superconductor lanzó con éxito la primera línea de transmisión superconductora comercial en Nueva York.

Además, existe la tecnología de baterías industriales que permite hoy en día acumular y almacenar (acumular) energía en forma de corriente circulante continua.

Al combinar superconductores con semiconductores, los científicos están creando computadoras cuánticas ultrarrápidas que están introduciendo al mundo a una nueva generación de tecnología informática.

El fenómeno de la dependencia de la temperatura de transición de una sustancia en un estado superconductor de la magnitud del campo magnético es la base de las resistencias controladas: los criotrones.

Por el momento, por supuesto, podemos hablar de avances significativos en términos de progreso hacia la obtención de superconductores de alta temperatura.

Por ejemplo, la composición metal-cerámica YBa2Cu3Ox entra en un estado superconductor a una temperatura superior a la temperatura de licuefacción del nitrógeno.

Sin embargo, la mayoría de estas soluciones se deben a que las muestras obtenidas son frágiles e inestables; por lo tanto, las aleaciones de niobio antes mencionadas siguen siendo relevantes en tecnología.

Los superconductores hacen posible la creación de detectores de fotones. Algunos de ellos usan la reflexión de Andreev, otros usan el efecto Josephson, el hecho de la presencia de una corriente crítica, etc.

Se han construido detectores que registran fotones individuales del rango infrarrojo, lo que presenta una serie de ventajas sobre los detectores basados ​​en otros principios de registro, como los multiplicadores fotoeléctricos, etc.

Se pueden crear celdas de memoria basadas en vórtices en superconductores. Algunos solitones magnéticos ya se utilizan de forma similar. Los solitones magnéticos bidimensionales y tridimensionales son similares a los vórtices en un líquido, donde el papel de las líneas de corriente lo desempeñan las líneas de alineación de dominio.

Los calamares son dispositivos superconductores basados ​​en anillos en miniatura que funcionan en función de la relación entre los cambios en el flujo magnético y el voltaje eléctrico. Dichos microdispositivos funcionan en magnetómetros de alta sensibilidad capaces de medir el campo magnético terrestre, así como en equipos médicos para obtener magnetogramas de órganos escaneados.