Wat is een supergeleidende magneet?
Een supergeleidende magneet is een elektromagneet waarbij de spoelen zijn gemaakt van een type II supergeleider. Het kan gemakkelijk stabiele magnetische velden van 100.000 Oersted (8.000.000 ampères per meter) creëren. Ze produceren sterkere magnetische velden dan standaard elektromagneten met ijzerkern en kosten minder om te werken.
Om te begrijpen wat een supergeleidende magneet is, is het belangrijk om een beetje te weten over supergeleiding. Wanneer bepaalde metalen en keramiek in een bereik van graden rond het absolute nulpunt worden gekoeld, verliezen ze hun elektrische weerstand. Deze temperatuur wordt kritische temperatuur (Tc) genoemd en verschilt voor elk materiaal. Als er geen elektrische weerstand is, kunnen elektronen vrij rondlopen door het materiaal. Het element kan grote hoeveelheden stroom langdurig vasthouden zonder energie als warmte te verliezen. Dit vermogen om een extreme elektrische lading vast te houden, wordt supergeleiding genoemd.
De meeste metalen hebben een geweven soort atoomstructuur. Hun elektronen worden losjes vastgehouden, zodat ze gemakkelijk in en uit het geweven patroon kunnen bewegen. Terwijl de elektronen bewegen, botsen ze tegen atomen en verliezen ze energie in de vorm van warmte. Metalen kunnen hierdoor heel goed elektriciteit verwarmen en geleiden. Dit is de reden waarom potten en pannen en dingen zoals broodroosterovens zijn gemaakt van metaal.
In een supergeleider reizen de elektronen in paren en bewegen tussen atomen in plaats van ermee te botsen. Terwijl een negatief geladen elektron door het weefsel beweegt met positief geladen atomen, trekt het aan die positieve atomen. Een ander elektron wordt naar de weerstand getrokken en paren met het originele elektron. Ze breken constant los en verbinden zich met andere elektronen, maar met weinig tot geen weerstand. Om deze reden verliezen ze geen warmte en energie zoals standaardmetaal.
Type II supergeleiders zijn het soort dat wordt gebruikt in de spoelen van een supergeleidende magneet. Een type II supergeleider bereikt Tc bij een lagere temperatuur dan type I supergeleiders. Ze hebben een geleidelijke overgang van supergeleidend naar hun normale toestand binnen een magnetisch veld. Met deze twee eigenschappen kunnen ze hogere stromen geleiden dan type I.
Een supergeleidende magneet kan worden gebruikt voor magnetische levitatie. In het Meissner-effect wordt een supergeleidende schijf onder een magneet geplaatst en afgekoeld met vloeibare stikstof. De supergeleider staat open om een lading te accepteren omdat deze wordt afgekoeld, de magneet induceert een stroom- en daarom magnetisch veld in de supergeleider en de magneet begint over dat veld te zweven.
Er wordt onderzoek gedaan naar het gebruik van een supergeleidende magneet voor een zwevend treinsysteem. Het wordt ook overwogen voor het maken van kleine maar krachtige magneten die worden gebruikt voor MRI (magnetic resonance imaging). Langetermijnplannen omvatten het ontdekken van materialen die supergeleiding kunnen produceren zonder te bevriezen. Als dit materiaal wordt ontdekt, zal het de toekomst van veel velden veranderen, waaronder transport en energieproductie.