Superconduttori per l'energia del futuro - I cavi altamente tecnologici non si surriscaldano grazie al vuoto

Superconduttori per l'energia del futuro - I cavi altamente tecnologici non si surriscaldano grazie al vuoto

I superconduttori sottoraffreddati consentono alla corrente di fluire senza resistenza. La perdita di energia durante il trasporto è ridotta al minimo. Il vuoto aiuta a generare e mantenere il raffreddamento richiesto.

Il freddo elimina la resistenza

"Ovunque fluisca elettricità, è presente resistenza": il fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes ha rovesciato questo postulato di scienza elettrica nel 1911, quando ha scoperto il fenomeno della superconduttività. Secondo le regole della fisica quantistica, alcuni materiali perdono la loro resistenza elettrica se raffreddati a temperature molto basse. L'elettricità può così fluire senza perdita di energia. La perdita derivante dal trasporto nelle reti elettriche europee è di circa il 6%. Il trasporto di elettricità senza resistenza potrebbe quindi ridurre il numero di centrali elettriche necessarie. Tuttavia, i cavi superconduttori reali sono strutture complesse altamente tecnologiche.

Protezione dal calore con il vuoto

I cavi superconduttori non hanno molto in comune con le linee elettriche convenzionali: sono formati da diversi strati, come un tubo da giardino con diametri diversi disposti l'uno nell'altro. Gli strati contengono strisce superconduttrici in materiale ceramico. La temperatura di transizione di tali materiali, o in cui il materiale assume proprietà superconduttrici, è compresa fra -130 e -180 °C. Queste temperature sono considerate elevate nel contesto della fisica superconduttrice; la ceramica è indicata come superconduttore ad alta temperatura.

Ma rispetto alla temperatura ambiente, è ancora necessario un freddo estremo. Questo è il motivo per cui il fascio di cavi viene raffreddato con azoto liquido criogenicamente raffreddato. Questo fluisce costantemente nello spazio vuoto che circonda lo strato superconduttore. Il cavo ha anche un rivestimento per la protezione dalle influenze della temperatura esterna con due pareti separate da un vuoto, l'isolamento che segue lo stesso principio di un termos.

Nel progetto pilota AmpaCity, uno di questi cavi si estende per un chilometro del centro di Essen tra due stazioni di trasformazione. Ha superato il test pratico durante una fase di prova della durata di due anni. Oltre all'evacuazione della camicia per vuoto isolante, questo progetto utilizza anche la tecnologia del vuoto per raffreddare l'azoto. Nell'unità di raffreddamento, le pompe per vuoto vengono utilizzate per mantenere il gas a una temperatura considerevolmente inferiore rispetto al suo punto di ebollizione di -196 °C.

Migliore efficienza e tecnologia medica

Nonostante la complessa struttura a strati, i superconduttori sono notevolmente più sottili rispetto ai cavi di rame comparabili: hanno lo stesso diametro ma possono trasportare una quantità di elettricità cinque volte superiore. Resistono anche a correnti molto più forti rispetto ai cavi convenzionali. Per questo motivo gli esperti sono convinti che la nuova tecnologia dei cavi non sarà solo una soluzione più efficiente per il trasporto dell'elettricità nelle principali reti, ma risparmierà anche più spazio, un aspetto essenziale per il progetto urbano di Essen. I cavi superconduttori potrebbero rilevare il trasporto di elettricità dalle linee elettriche al di fuori dei confini cittadini ed erogare da alcune delle sottostazioni.

I superconduttori potrebbero anche rendere più efficienti i trasformatori, i generatori e i motori. Sostituendo i cavi in rame, saranno possibili modelli più piccoli e leggeri. Motori elettrici leggeri ma potenti risulterebbero utili anche per i motori sugli aerei. Alcuni produttori di aeromobili stanno già prendendo in considerazione tale possibilità.

Per altro, i superconduttori hanno da tempo dimostrato la loro efficienza in strutture di ricerca e tecnologia medica. Ad esempio, gli acceleratori di particelle sono dotati di bobine magnetiche superconduttrici. Questi tipi di magneti vengono utilizzati anche nella diagnostica medica. Grazie alla superconduttività, la risonanza magnetica per immagini genera campi magnetici estremamente potenti che "illuminano" il corpo senza esposizione alle radiazioni. La tecnologia del vuoto facilita anche il raffreddamento e l'isolamento in tali applicazioni.

Busch fornisce sistemi per vuoto per il raffreddamento e l'isolamento di cavi superconduttori e bobine magnetiche in tutto il mondo.

Diagnostica altamente precisa con la risonanza magnetica per immagini

La risonanza magnetica per immagini (talvolta anche chiamata risonanza magnetica nucleare per immagini) è diventata parte integrante della diagnostica medica. Fornisce immagini del corpo con molti dettagli che non possono essere rilevati tramite un'immagine a raggi X. Con una risonanza magnetica per immagini, un occhio esperto può anche identificare lesioni ai muscoli, ai legamenti, ai tendini, ai vasi sanguigni e perfino ai nervi. Questo offre ai medici informazioni cruciali per le procedure chirurgiche o il trattamento delle malattie tumorali.

Le immagini vengono prodotte utilizzando onde radio e campi magnetici estremamente forti, che provocano la rivoluzione dei nuclei di idrogeno nei tessuti del corpo. Questo movimento, lo spin nucleare, crea onde elettromagnetiche. Queste vengono registrate dalla macchina di risonanza magnetica per immagini e tradotte in immagini ad alto contrasto delle strutture del corpo utilizzando l'analisi dei dati. A differenza dei raggi X, che mostrano le ossa, le immagini provenienti dalle macchine di risonanza magnetica per immagini mostrano anche i tessuti molli del corpo con un'elevata risoluzione di dettaglio. Poiché la macchina esegue la misurazione in strati spessi millimetri, queste immagini possono anche essere compilate per creare immagini 3D. Il campo magnetico richiesto per il processo di imaging è da 20.000 a 100.000 volte più forte di quello della terra, a seconda dell'applicazione. Questi tipi di intensità di campo possono essere creati e mantenuti solo con bobine magnetiche superconduttrici.


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