Perspektívy supravodivosti

Odkiaľ ideme... 1911 – objavenie supravodivosti

Odkiaľ ideme... 1911 – objavenie supravodivosti = vedenie el. prúdu bez strát 1956 – BCS teória supravodivosti 1962 – 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 Energia a výkon Energetické nároky ľudstva stúpajú celosvetová spotreba energie v r. 2030 bude dvojnásobná oproti r. 2004 (~30 400 miliárd kWh) (~16 400 miliárd kWh) 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

Vedecký výskum „vo veľkom“ Large hadron collider Najväčšie kryogénne zariadenie na svete 100 m pod povrchom, celková dĺžka 27 km ~ 1600 supravodivých magnetov 96 ton kvapalného hélia

Machinery

(55% celkovej energetickej produkcie USA) Stroje a zariadenia Podľa výskumov na motory pripadá 70% energie spotrebovanej vo výrobnej sfére (55% celkovej energetickej produkcie USA) – alternatívou sú supravodivé motory, generátory, transformátory... – vyššia účinnosť, menšie rozmery, nižšia hlučnosť, nižšie vibrácie Sumitomo Electric Industries Ltd 4 l tekutého dusíka = 2 hodiny jazdy 1% zvýšenie účinnosti 5MW motora (6500 hp) ušetrí 430 000 kWh/rok - magnetická separácia pri čistení kaolínov, magnetické tienenie ponoriek...

Medical

MRI – magnetic resonance imaging Lekárske účely MRI – magnetic resonance imaging Neinvazívna 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, bezpečnosť Solenoid 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 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) MKG – magnetokardiografia MGG – magnetogastrografia

Transportation

MAGLEV – magneticky levitujúci vlak 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

Elektronika 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“

Physics

Ultracitlivé magnetometre využívajúce SQUID Základný výskum - úsilie pochopiť fundamentálne fyzikálne aspekty supravodivosti - doteraz nie je vyjasnený mechanizmus supravodivosti v HTS - hľadanie nových perspektívnych supravodičov Ultracitlivé magnetometre využívajúce SQUID Supravodivé magnety pre výskum vo vysokých magnetických poliach

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.