Zalety i wady nadprzewodników

Większość materiałów, których ludzie używają, to izolatory, jak plastik, lub przewodniki, jak aluminiowy garnek czy miedziany kabel. Izolatory wykazują bardzo wysoką odporność na elektryczność. Przewodniki takie jak miedź wykazują pewien opór. Inna klasa materiałów nie wykazuje żadnego oporu, gdy jest schłodzona do bardzo niskiej temperatury, niższej niż najzimniejsza zamrażarka. Materiały te, zwane nadprzewodnikami, zostały odkryte w 1911 roku. Obecnie rewolucjonizują one sieć elektryczną, technologię telefonii komórkowej i diagnostykę medyczną. Naukowcy pracują nad tym, aby mogły one działać w temperaturze pokojowej.

Zaleta 1: Przekształcenie sieci elektrycznej

Sieć elektryczna jest jednym z największych osiągnięć inżynieryjnych XX wieku. Zapotrzebowanie jednak wkrótce ją przerośnie. Na przykład, północnoamerykański blackout z 2003 roku, który trwał około czterech dni, dotknął ponad 50 milionów osób i spowodował około 3 miliardów funtów strat ekonomicznych. Technologia nadprzewodników zapewnia bezstratne przewody i kable oraz zwiększa niezawodność i wydajność sieci energetycznej. Planuje się zastąpienie do 2030 r. obecnej sieci energetycznej siecią nadprzewodnikową. Nadprzewodnikowy system energetyczny zajmuje mniej nieruchomości i jest zakopany w ziemi, zupełnie inaczej niż dzisiejsze linie sieciowe.

• Sieć elektryczna jest jednym z największych osiągnięć inżynieryjnych XX wieku.
  
• Nadprzewodnikowy system energetyczny zajmuje mniej nieruchomości i jest zakopany w ziemi, zupełnie inaczej niż dzisiejsze linie sieciowe.

Zaleta 2: Poprawa szerokopasmowej telekomunikacji

Dwupasmowa technologia telekomunikacyjna, która działa najlepiej na częstotliwościach gigahercowych, jest bardzo przydatna do poprawy wydajności i niezawodności telefonów komórkowych. Takie częstotliwości są bardzo trudne do osiągnięcia przez układy oparte na półprzewodnikach. Jednak udało się je łatwo osiągnąć dzięki odbiornikowi opartemu na nadprzewodnikach firmy Hypres, wykorzystującemu technologię zwaną rapid single flux quantum, lub RSFQ, odbiornik z układem scalonym. Działa on przy pomocy 4-kelwinowego kriokomora. Technologia ta pojawia się w wielu wieżach nadawczych odbiorników telefonii komórkowej.

• Dwupasmowa technologia telekomunikacyjna, która działa najlepiej na częstotliwościach gigahercowych, jest bardzo przydatna do poprawy wydajności i niezawodności telefonów komórkowych.

Zaleta 3: Pomoc w diagnostyce medycznej

Jednym z pierwszych zastosowań nadprzewodnictwa na dużą skalę jest diagnostyka medyczna. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) wykorzystuje potężne magnesy nadprzewodnikowe do wytwarzania dużych i jednorodnych pól magnetycznych wewnątrz ciała pacjenta. Skanery MRI, zawierające system chłodzenia ciekłym helem, rejestrują, jak te pola magnetyczne są odbijane przez organy w organizmie. W rezultacie urządzenie wytwarza obraz. Urządzenia MRI są lepsze w stawianiu diagnozy niż technologia rentgenowska. Paul Leuterbur i Sir Peter Mansfield otrzymali w 2003 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny "za odkrycia dotyczące obrazowania metodą rezonansu magnetycznego", podkreślając znaczenie MRI, a w konsekwencji nadprzewodników, dla medycyny.

• Jednym z pierwszych zastosowań nadprzewodnictwa na dużą skalę jest diagnostyka medyczna.
  
• Skanery MRI, zawierające system chłodzenia ciekłym helem, wyłapują, jak pola magnetyczne są odbijane przez organy w ciele.

Wady nadprzewodników

Materiały nadprzewodzące nadprzewodzą tylko wtedy, gdy są utrzymywane poniżej danej temperatury, zwanej temperaturą przejścia. Dla obecnie znanych praktycznych nadprzewodników, temperatura ta jest znacznie niższa od 77 Kelwinów, temperatury ciekłego azotu. Utrzymywanie ich poniżej tej temperatury wymaga zastosowania kosztownej technologii kriogenicznej. Dlatego nadprzewodniki wciąż nie pojawiają się w większości urządzeń elektronicznych codziennego użytku. Naukowcy pracują nad zaprojektowaniem nadprzewodników, które mogą działać w temperaturze pokojowej.

• Materiały nadprzewodzące nadprzewodzą tylko wtedy, gdy są utrzymywane poniżej danej temperatury zwanej temperaturą przejścia.
  
• Przechowywanie ich poniżej tej temperatury wymaga wielu kosztownych technologii kriogenicznych.