Szupravezetők a jövő energiájának szolgálatában - A csúcstechnológiával készült kábelek a vákuumnak köszönhetően alacsony hőmérsékletűek maradnak

Szupravezetők a jövő energiájának szolgálatában - A csúcstechnológiával készült kábelek a vákuumnak köszönhetően alacsony hőmérsékletűek maradnak

Szuperhűtéssel ellátott szupravezetők teszik lehetővé az áram ellenállás nélkül történő továbbítását. Minimálisra csökken a szállítás során fellépő energiaveszteség. A vákuum hozzájárul a szükséges hűtés biztosításához és fenntartásához.
3_Supraleiter.jpg

A hideg kiküszöböli az ellenállást

„Ahol áram folyik, ott ellenállás is van": Heike Kamerlingh Onnes holland fizikus az elektromosság tudományágának ezt a sarkalatos tételét forgatta a fejében 1911-ben, amikor felfedezte a szupravezetés jelenségét. A kvantumfizika szabályai szerint ugyanis egyes anyagok elveszítik elektromos ellenállásukat, ha nagyon alacsony hőmérsékletre hűtik őket. Az elektromosság így energiaveszteség nélkül képes áramlani. Az európai villamos hálózatok szállítási vesztesége hozzávetőlegesen hat százalék. A villamos energia ellenállás nélküli szállítása ezért csökkentheti a szükséges erőművek számát. A valóságban azonban a szupravezető kábelek meglehetősen bonyolult csúcstechnológiás konstrukciót követelnek.

A vákuum véd a hőtől

A szupravezető kábelek alig emlékeztetnek a hagyományos elektromos vezetékekre: több rétegből állnak, mint egy kerti tömlő, ahol különféle átmérőjű tömlőket illesztettek egymásba. A vezető rétegek kerámia anyagból készült szupravezető csíkokat tartalmaznak. Az ilyen anyagok kritikus hőmérséklete – vagyis az a pont, ahol az anyag felveszi a szupravezető tulajdonságokat – mínusz 130 és mínusz 180 Celsius-fok között van. Ezeket a hőmérsékleteket magasnak tekintik a szupravezetéssel foglalkozó fizika vonatkozásában; a kerámiákat magas hőmérsékletű szupravezetőknek nevezzük.

A környezeti hőmérséklethez viszonyítva viszont rendkívüli hidegre van szükség. Ezért a kábelköteget kriogenikusan hűtött folyékony nitrogénnel hűtik. Ez a nitrogén folyamatosan áramlik a szupravezető réteget körülvevő üreges térben. A kábel a külső hőmérsékleti hatások ellen is el van látva burkolattal, amelynek két fala között vákuum van – ez a szigetelés a termoszokkal azonos alapelv szerint működik.

Az AmpaCity kísérleti projektben egy ilyen kábel fut egy kilométer hosszan Essen városközpontján át két transzformátorállomás között. A kábel megfelelt a gyakorlati teszten a kétéves kísérleti időszak során. Amellett, hogy eltávolítják a levegőt a szigetelő vákuumburkolatból, ez a projekt a nitrogén hűtéséhez is vákuumtechnológiát alkalmaz. A hűtőegységben vákuumszivattyúk használatával tartják a gáz hőmérsékletét jóval a mínusz 196 Celsius-fokos forráspontja alatt.

Hatékonysági előnyök és orvosi technológia

Bonyolult rétegezett konstrukciójuk ellenére a szupravezetők sokkal vékonyabbak, mint vörösrézből készült megfelelőik: átmérőjük azonos, de ötször több villamos energia szállítására alkalmasak. Emellett sokkal nagyobb áramerősséget is elviselnek, mint a hagyományos kábelek. A szakértők ezért meg vannak győződve arról, hogy az új kábeltechnológia nem egyszerűen sokkal energiahatékonyabb megoldást kínál a villamos energia szállítására az energiaellátásban, hanem sok helyet meg is takarít számunkra – ez az esseni városi projekt egyik lényeges szempontja. A szupravezető kábelek átvehetik a villamos energia szállítását a nagyfeszültségű távvezetékektől a városok határain kívül, és egyes alállomásoknál is szerepet vállalhatnak az energia elosztásában.

A szupravezetők emellett a transzformátorok, a generátorok és a motorok hatékonyságát is képesek megnövelni. Ha felváltjuk a vörösréz vezetékeket, akkor kisebb és könnyebb modelleket gyárthatunk. Könnyű, mégis nagy teljesítményű villanymotorok még a repülőgépekre is felszerelhetők hajtóműként. Egyes repülőgépgyártók már mérlegelnek ilyen elgondolásokat.

A szupravezetők egyébiránt már régen bebizonyították hasznosságukat a kutatási létesítményekben és az orvosi technológiában. Például a részecskegyorsítók is szupravezető mágnestekerccsel vannak ellátva. Ilyen típusú mágneseket az orvosi diagnosztikában is alkalmaznak. A szupravezetésnek köszönhetően a mágneses rezonancián alapuló képalkotó eljárás (MRI) rendkívül erős mágneses mezőket gerjeszt, amelyek „megvilágítják" a testet, amelyet így nem kell sugárzásnak kitenni. A vákuumtechnológia az ilyen jellegű alkalmazások hűtésében és szigetelésében is szerepet játszik.

A Busch vákuumrendszereket szállít szupravezető kábelek és mágnestekercsek hűtéséhez és szigeteléséhez az egész világon.

Rendkívül precíz diagnosztika MRI használatával

A mágneses rezonancián alapuló képalkotó eljárás (vagyis az MRI, amelyet időnként mágneses magrezonanciával történő képalkotásnak is neveznek) az orvosi diagnosztika szerves részévé vált. Rendkívül részletes képeket készít a testről, amelyre a röntgenkészülékek nem képesek. MRI használatával a gyakorlott szem az izmok, ínszalagok, inak, erek, sőt még az idegek sérüléseit is képes felismerni. Ez kritikus jelentőségű információkat szolgáltat az orvosoknak műtéti eljárásokhoz, vagy daganatos betegségek kezeléséhez.

A képeket rendkívül erős mágneses mezők és rádióhullámok használatával hozzák létre, amelytől a testszövetekben lévő hidrogén atommagjai táncolni kezdenek. Ez a mozgás, az atommag forgása, elektromágneses hullámokat gerjeszt. Ezeket a hullámokat az MRI-készülék adatelemzés alkalmazásával rögzíti és erős kontrasztú képekké alakítja át a test egyes részeiről. A röntgensugárzással ellentétben, amely elsősorban a csontok megjelenítésére alkalmas, az MRI-készülékek képei a test lágy szöveteit is rendkívül részletes felbontással megmutatják. Mivel a gép milliméter vékonyságú rétegekben dolgozik, ezek a képek 3D képek összeállítására is felhasználhatók. A képalkotási folyamathoz szükséges mágneses mező az alkalmazástól függően 20 000 – 100 000-szer erősebb a Föld mágneses mezejénél. Ilyen intenzív mezők kizárólag szupravezető mágnestekercsekkel hozhatók létre és tarthatók fenn.


Iratkozzon fel „A vákuum világa" hírlevélre!
Iratkozzon fel most, és mindig rendelkezzen naprakész ismeretekkel a vákuum világának legújabb lenyűgöző híreiről.

FELIRATKOZÁS