Kaj je superprevodni magnet?

Superprevodni magnet je elektromagnet, pri katerem so tuljave izdelane iz superprevodnika tipa II. Z lahkoto lahko ustvari stabilna magnetna polja 100,000 Oersted (8,000,000 amperov na meter). Proizvajajo močnejša magnetna polja kot standardni elektromagneti z železnim jedrom in stanejo manj.
Da bi razumeli, kaj je superprevodni magnet, je pomembno vedeti nekaj o superprevodnosti. Ko se nekatere kovine in keramika ohladijo iz razpona stopinj blizu absolutne ničle, izgubijo električni upor. Ta temperatura se imenuje kritična temperatura (Tc) in je za vsak material različna. Ko ni električnega upora, lahko elektroni prosto potujejo po materialu. Element lahko dolgo časa zadrži velike količine toka, ne da bi pri tem izgubil energijo kot toploto. Ta sposobnost zadrževanja ekstremnega električnega naboja se imenuje superprevodnost.

Večina kovin ima tkano atomsko strukturo. Njihovi elektroni so ohlapno držani, tako da se lahko zlahka premikajo v in iz tkanega vzorca. Ko se elektroni premikajo, trčijo v atome in izgubijo energijo v obliki toplote. Kovine lahko zaradi tega zelo dobro segrevajo in prevajajo elektriko. Zato so lonci in ponve ter stvari, kot so opekači za kruh, izdelani iz kovine.

V superprevodniku elektroni potujejo v parih in se premikajo med atomi, namesto da bi trčili z njimi. Ko se negativno nabiti elektron premika skozi tkanje s pozitivno nabitimi atomi, potegne te pozitivne atome. Drugi elektron se potegne proti uporu in se združi s prvotnim elektronom. Nenehno se osvobajajo in se združujejo z drugimi elektroni, vendar z malo ali brez upora. Zaradi tega ne izgubljajo toplote in energije kot standardna kovina.

Superprevodniki tipa II so vrste, ki se uporabljajo v tuljavah superprevodnega magneta. Superprevodnik tipa II doseže Tc pri nižji temperaturi kot superprevodnik tipa I. Imajo postopen prehod iz superprevodnega v normalno stanje znotraj magnetnega polja. Ti dve značilnosti jima omogočata prevajanje višjih tokov kot tip I.

Za magnetno levitacijo lahko uporabimo superprevodni magnet. Pri Meissnerjevem učinku se superprevodni disk postavi pod magnet in ohladi s tekočim dušikom. Superprevodnik je odprt, da sprejme naboj, ker je ohlajen, magnet inducira tok in s tem magnetno polje v superprevodniku, magnet pa začne lebdeti nad tem poljem.

V delu potekajo raziskave za uporabo superprevodnega magneta za sistem lebdečega vlaka. Prav tako se razmišlja o izdelavi majhnih, a močnih magnetov, ki se uporabljajo za slikanje z magnetno resonanco (MRI). Dolgoročni načrti vključujejo odkrivanje materialov, ki lahko proizvedejo superprevodnost brez zmrzovanja. Če bo ta material odkrit, bo spremenil prihodnost številnih področij, vključno s prometom in proizvodnjo energije.