Was ist ein supraleitender Magnet?
Ein supraleitender Magnet ist ein Elektromagnet, bei dem die Spulen aus einem Supraleiter vom Typ II bestehen. Es kann problemlos stabile Magnetfelder von 100.000 Oersted (8.000.000 Ampere pro Meter) erzeugen. Sie erzeugen stärkere Magnetfelder als herkömmliche Elektromagnete mit Eisenkern und sind kostengünstiger zu betreiben.
Um zu verstehen, was ein supraleitender Magnet ist, ist es wichtig, etwas über die Supraleitung zu wissen. Wenn bestimmte Metalle und Keramiken aus einem Bereich nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden, verlieren sie ihren elektrischen Widerstand. Diese Temperatur wird als kritische Temperatur (Tc) bezeichnet und ist für jedes Material unterschiedlich. Wenn kein elektrischer Widerstand vorhanden ist, können Elektronen frei durch das Material wandern. Das Element kann über lange Zeiträume große Strommengen aufnehmen, ohne Energie als Wärme zu verlieren. Diese Fähigkeit, eine extreme elektrische Ladung zu halten, wird als Supraleitung bezeichnet.
Die meisten Metalle haben eine gewebte Atomstruktur. Ihre Elektronen werden lose gehalten, so dass sie sich leicht in das gewebte Muster hinein und aus ihm heraus bewegen können. Während sich die Elektronen bewegen, kollidieren sie mit Atomen und verlieren Energie in Form von Wärme. Metalle können dadurch sehr gut heizen und Strom leiten. Aus diesem Grund bestehen Töpfe und Pfannen sowie Dinge wie Toaster aus Metall.
In einem Supraleiter wandern die Elektronen paarweise und bewegen sich zwischen Atomen, anstatt mit ihnen zusammenzustoßen. Während sich ein negativ geladenes Elektron durch das Geflecht mit positiv geladenen Atomen bewegt, zieht es an diesen positiven Atomen. Ein anderes Elektron wird zum Widerstand gezogen und paart sich mit dem ursprünglichen Elektron. Sie lösen sich ständig und verbinden sich mit anderen Elektronen, aber mit wenig bis gar keinem Widerstand. Aus diesem Grund verlieren sie nicht wie normales Metall Wärme und Energie.
Supraleiter vom Typ II werden in den Spulen eines supraleitenden Magneten verwendet. Ein Supraleiter vom Typ II erreicht Tc bei einer niedrigeren Temperatur als Supraleiter vom Typ I. Sie haben einen allmählichen Übergang von der Supraleitung in den Normalzustand innerhalb eines Magnetfeldes. Diese beiden Eigenschaften ermöglichen es ihnen, höhere Ströme als Typ I zu leiten.
Ein supraleitender Magnet kann für die Magnetschwebebahn verwendet werden. Beim Meissner-Effekt wird eine supraleitende Scheibe unter einen Magneten gelegt und mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Der Supraleiter ist offen, um eine Ladung aufzunehmen, da er gekühlt wird, der Magnet einen Strom und damit ein Magnetfeld im Supraleiter induziert und der Magnet beginnt, über diesem Feld zu schweben.
Die Verwendung eines supraleitenden Magneten für ein schwebendes Zugsystem ist in Arbeit. Es wird auch erwogen, kleine, aber leistungsstarke Magnete für die Magnetresonanztomographie (MRT) herzustellen. Langfristige Pläne sehen die Entdeckung von Materialien vor, die Supraleitung erzeugen können, ohne einzufrieren. Wenn dieses Material entdeckt wird, wird es die Zukunft vieler Bereiche verändern, einschließlich Transport und Energieerzeugung.