Содержание
- Преимущество 1: Преобразование электросети
- Преимущество 2: улучшение широкополосной связи
- Преимущество 3: Медицинская диагностика
- Недостатки сверхпроводников
Большинство материалов, которые люди используют, являются изоляторами, такими как пластик, или проводниками, такими как алюминиевый горшок или медный кабель. Изоляторы показывают очень высокую устойчивость к электричеству. Проводники, такие как медь, показывают некоторое сопротивление. Другой класс материалов вообще не проявляет сопротивления при охлаждении до очень низких температур, холоднее, чем самый холодный морозильник. Названные сверхпроводниками, они были обнаружены в 1911 году. Сегодня они совершают революцию в электросетях, технологиях сотовых телефонов и медицинской диагностике. Ученые работают над тем, чтобы заставить их выступать при комнатной температуре.
Преимущество 1: Преобразование электросети
Электросеть является одним из величайших инженерных достижений XX века. Спрос, однако, собирается сокрушить это. Например, североамериканское отключение электроэнергии в 2003 году, которое длилось около четырех дней, затронуло более 50 миллионов человек и привело к экономическим потерям в размере около 6 миллиардов долларов. Сверхпроводниковая технология обеспечивает без потерь проводов и кабелей и повышает надежность и эффективность энергосистемы. Планируется заменить к 2030 году существующую электрическую сеть сверхпроводящей электрической сетью. Сверхпроводящая энергетическая система занимает меньше места и находится в земле, совершенно отличаясь от современных линий электропередач.
Преимущество 2: улучшение широкополосной связи
Широкополосная телекоммуникационная технология, которая работает лучше всего 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 легко достигаются с помощью приемника на основе сверхпроводника Hypress, использующего технологию, называемую быстродействующим квантователем с одним потоком, или RSFQ, приемником с интегральной схемой. Он работает с помощью криокулера с 4 кельвинами. Эта технология проявляется во многих вышках приемников сотовых телефонов.
Преимущество 3: Медицинская диагностика
Одним из первых масштабных 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, которые содержат систему охлаждения жидким гелием, обнаруживают, как эти магнитные поля отражаются органами в теле. Машина в итоге выдает изображение. МРТ-машины превосходят рентгеновские технологии в постановке диагноза. Пол Лейтербур и сэр Питер Мэнсфилд были удостоены Нобелевской премии 2003 года по физиологии и медицине «за открытия в области магнитно-резонансной томографии», лежащие в основе значимости МРТ и, косвенно, сверхпроводников, для медицины.
Недостатки сверхпроводников
Сверхпроводящие материалы сверхпроводят только тогда, когда их поддерживают ниже заданной температуры, называемой температурой перехода. Для известных в настоящее время практических сверхпроводников температура намного ниже 77 Кельвинов, температура жидкого азота. Поддержание их ниже этой температуры требует много дорогих криогенных технологий. Таким образом, сверхпроводники все еще не обнаруживаются в большей части бытовой электроники. Ученые работают над созданием сверхпроводников, которые могут работать при комнатной температуре.