Perspektívy supravodivosti

Odkiaľ ideme...

1911 – objavenie supravodivosti

Odkiaľ ideme...

1911 – objavenie supravodivosti = vedenie el. prúdu bez strát

1956 – BCS teória supravodivosti1962 – prvý komerčný supravodivý drôt (NbTi)

1983 – prvý komerčný MR scanner v Európe

1984 – prvý komerčný MAGLEV (Birmingham, Anglicko)1986 – objav vysokoteplotnej supravodivosti (max. Tc ~ 150 K)

2001 – objav supravodivosti v MgB2 (Tc ~ 39 K)

2008 – objav supravodivosti v oxypniktidoch (max. Tc > 50 K)

Kde sa nachádzame a kam smerujeme...

Energy, Power

Energetické nároky ľudstva stúpajú

celosvetová spotreba energie v r. 2030 bude dvojnásobná oproti r. 2004

(~30 400 miliárd kWh) (~16 400 miliárd kWh)

Energia a výkon

• Potreba nahradiť súčasné elektrické vedenia (obmedzená prenosová kapacita, možné preťaženia siete a výpadky elektrickej energie)

– alternatívou sú supravodivé káble (Manhatan 2008...) - prenos mnohonásobne vyšších energií

oproti medeným káblom porovnateľných rozmerov

Energia a výkon

• Potreba nahradiť súčasné elektrické vedenia• Potreba uskladnenia elektrickej energie

Vyrovnávanie rozdielov medzi vyrobenou el. energiou a požiadavkou:

- prečerpávanie vody vo vodných elektrárňach – nedostatočná kapacita

- stláčanie/rozpínanie vzduchu – neefektívne (straty vo forme odvedeného tepla)

– alternatívou sú zariadenia SMES

(Superconducting Magnetic Energy Storage)

- schopné uchovávať takmer bezstratovo

veľké množstvo energie

- v prípade potreby je energia okamžite k dispozícii

Energia a výkon

• Potreba nahradiť súčasné elektrické vedenia

• Potreba uskladnenia elektrickej energie• Potreba nových zdrojov energie

– alternatívou je zariadenie na jadrovú fúziu – Tokamak

supravodivé zariadenie vytvára toroidálne magnetické pole

= magnetickú nádobu pre prstenec veľmi horúcej plazmy

s cieľom dosiahnuť jadrovú fúziu

ITER (Cadarache, Francúzsko)– ambiciózny medzinárodný projekt TOKAMAK (2018)

Cieľom je zapáliť „samoudržiavanú“ jadrovú fúziu a získať tak niekoľkonásobne viac energie ako sa vloží

Big Science

Najväčšie kryogénne zariadenie na svete

100 m pod povrchom, celková dĺžka 27 km

Vedecký výskum„vo veľkom“

Large hadron collider

~ 1600 supravodivých magnetov 96 ton kvapalného hélia

Machinery

– alternatívou sú supravodivé motory, generátory, transformátory...

– vyššia účinnosť, menšie rozmery,

nižšia hlučnosť, nižšie vibrácie

1% zvýšenie účinnosti 5MW motora (6500 hp)

ušetrí 430 000 kWh/rok

Sumitomo Electric Industries Ltd

4 l tekutého dusíka = 2 hodiny jazdy

Stroje a zariadenia

- magnetická separácia pri čistení kaolínov, magnetické tienenie ponoriek...

Podľa výskumov na motory pripadá 70% energie spotrebovanej vo výrobnej sfére(55% celkovej energetickej produkcie USA)

Medical

Lekárske účelyMRI – magnetic resonance

imagingNeinvazívna metóda hľadania patologických tkanív

- potrebné vysoké magnetické pole, vysoká homogenita a stabilita

Permanentné magnety: – finančne nenáročné, ale príliš masívne (100 ton), obmedzená stabilita a citlivosť, bezpečnosťSolenoid z medených vodičov: – nízke počiatočné náklady, ale vysoké energetické nároky

– alternatívou sú supravodivé cievky - vysoké polia, potrebná stabilita a citlivosť, ale vysoké náklady na chladenie (tekuté He)– aktuálne trendy: - MgB2 : na chladenie nie sú potrebné kryokvapaliny, náklady na materiál 10 x nižšie ako HTS

Lekárske účely

MEG – magnetoencefalografia

MKG – magnetokardiografia

MGG – magnetogastrografia

Detekcia magnetického poľa vytváraného elektrickou aktivitou mozgu (10-15T)

1968 – medená indukčná cievka – veľmi slabý, zašumený signál

– alternatívou je SQUID – extrémne citlivé meranie magnetických polí

(superconducting quantum interference device)

Transportation

Doprava

MAGLEV – magneticky levitujúci vlak

V porovnaní s kolesovými dopravnými prostriedkami:

- tichší (pri nižších rýchlostiach), rýchlejší, hladší priebeh

Vyžaduje:

- špeciálne koľajnice, veľmi rýchly kontrolný a stabilizačný systém

rekordná rýchlosť ~ 581 km/h

Electronics & IT

SQUID (Superconducting quantum interference device) – detekcia malých mag. polí

využitie v medicíne, prieskum minerálov, predpovedanie zemetrasení, presné

pohybové detektory (detekcia gravitačných vĺn)

RSFQ (Rapid single flux quantum) – technológia, ktorá v digitálnych obvodoch nahradí

tranzistory (obr. – čip obsahujúci 11 000 josephsonovských spojov)

Kvantové počítače – namiesto bitov qubity, využíva kvantové mechanizmy

výskum je ešte len „v plienkach“

Elektronika

Physics

Základný výskum

- úsilie pochopiť fundamentálne fyzikálne aspekty supravodivosti

- doteraz nie je vyjasnený mechanizmus supravodivosti v HTS

- hľadanie nových perspektívnych supravodičov

Supravodivé magnety

pre výskum vo vysokých magnetických

poliach

Ultracitlivé magnetometre využívajúce SQUID

Objav supravodivosti patrí medzi najvýznamnejšie objavy 20. storočia

a všetky predpovede budúcnosti supravodičov sa zhodujú v tom,

že sú to perspektívne materiály, ktoré spôsobia revolučný skok

nielen v elektrotechnike a elektronike, ale aj v technike vôbec.