Che cos'è un magnete superconduttore?
Un magnete superconduttore è un elettromagnete in cui le bobine sono realizzate in un superconduttore di tipo II. Può facilmente creare campi magnetici stabili di 100.000 Oersted (8.000.000 di ampere per metro). Producono campi magnetici più potenti rispetto agli elettromagneti a nucleo di ferro standard e costano meno per funzionare.
Per capire cos'è un magnete superconduttore, è importante sapere qualcosa sulla superconduttività. Quando alcuni metalli e ceramiche vengono raffreddati da un intervallo di gradi vicino allo zero assoluto, perdono la loro resistenza elettrica. Questa temperatura è chiamata temperatura critica (Tc) ed è diversa per ciascun materiale. Quando non c'è resistenza elettrica, gli elettroni possono vagare liberamente attraverso il materiale. L'elemento può contenere grandi quantità di corrente per lunghi periodi di tempo senza perdere energia come calore. Questa capacità di contenere una carica elettrica estrema si chiama superconduttività.
La maggior parte dei metalli ha una specie di struttura atomica tessuta. I loro elettroni sono tenuti in modo lasco, in modo che possano muoversi facilmente dentro e fuori dal modello intrecciato. Mentre gli elettroni si muovono, si scontrano con gli atomi e perdono energia sotto forma di calore. Per questo motivo i metalli sono in grado di riscaldare e condurre l'elettricità molto bene. Ecco perché pentole e padelle e cose come i forni per tostapane sono costruiti in metallo.
In un superconduttore, gli elettroni viaggiano in coppia e si spostano tra gli atomi, invece di scontrarsi con loro. Mentre un elettrone carico negativamente si muove attraverso la trama di atomi caricati positivamente, attira quegli atomi positivi. Un altro elettrone viene attirato verso la resistenza e si accoppia con l'elettrone originale. Si liberano costantemente e si uniscono ad altri elettroni, ma con poca o nessuna resistenza. Per questo motivo, non perdono calore ed energia come il metallo standard.
I superconduttori di tipo II sono i tipi utilizzati nelle bobine di un magnete superconduttore. Un superconduttore di tipo II raggiunge Tc a una temperatura inferiore rispetto ai superconduttori di tipo I. Hanno una graduale transizione dal superconduttore al loro stato normale all'interno di un campo magnetico. Queste due caratteristiche consentono loro di condurre correnti più elevate rispetto al tipo I.
Un magnete superconduttore può essere utilizzato per la levitazione magnetica. Nell'effetto Meissner, un disco superconduttore viene posizionato sotto un magnete e raffreddato con azoto liquido. Il superconduttore è aperto ad accettare una carica perché è raffreddato, il magnete induce una corrente e quindi un campo magnetico nel superconduttore e il magnete inizia a fluttuare su quel campo.
La ricerca è in corso per utilizzare un magnete superconduttore per un sistema di treni in levitazione. Viene anche preso in considerazione per la realizzazione di magneti piccoli ma potenti in uso per la risonanza magnetica (MRI). I piani a lungo termine includono la scoperta di materiali in grado di produrre superconduttività senza congelamento. Se questo materiale viene scoperto, cambierà il futuro di molti campi, inclusi i trasporti e la produzione di energia.