1 / 25

Suprajohteet

Suprajohteet. Supra-johde. metalli. Mitä suprajohtavuus tarkoittaa?. suprajohteella: ei ole sähköistä vastusta eli resistiivisyys on nolla magneettikenttä ei tunkeudu materiaaliin (Meissner-ilmiö) tai se kulkee kappaleessa vuoputkia pitkin sen ollessa suprajohtavassa tilassa.

una
Download Presentation

Suprajohteet

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Suprajohteet

  2. Supra-johde metalli Mitä suprajohtavuus tarkoittaa? suprajohteella: ei ole sähköistä vastusta eli resistiivisyys on nolla magneettikenttä ei tunkeudu materiaaliin (Meissner-ilmiö) tai se kulkee kappaleessa vuoputkia pitkin sen ollessa suprajohtavassa tilassa

  3. Suprajohtava tila suprajohteelle tyypillisiä raja-arvoja • kriittinen lämpötila • kriittinen magneettikenttä • kriittinen virta → näiden kullekin aineelle tyypillisten arvojen alapuolella aine on suprajohtavassa tilassa

  4. Quench = karkaisu, training = opetus • Kun virta, kenttä tai lämpötila ylittää suprajohteen kriittisen arvon tapahtuu quench eli normaalitilaan palautuminen, jolloin esimerkiksi metalli muuttuu tavalliseksi resistiiviseksi johteeksi → kuumenee • voidaan käyttää myös hyödyksi: esim. Cernissä suprajohteet karkaistaan suurella virralla ja jäähdytetään, useita kertoja, jolloin suprajohteen virran kestävyys paranee

  5. Mitä ovat suprajohteet? • neljäsosa alkuaineista muuttuu lähellä absoluuttista nollapistettä (-273 C) suprajohtaviksi • suprajohtavia yhdisteitä tunnetaan tuhansia ja ne voidaan jakaa: • perinteisiin matalan lämpötilan suprajohteisiin • korkean lämpötilan suprajohteisiin • käytetyin ja halvin suprajohde on niobi-titaani

  6. Suprajohtavista materiaaleista • metallit, metalliyhdisteet, keraamiset aineet sekä muut yhdisteet • niobiyhdisteet ovat käytetyimpiä, koska ne kestävät korkeita magneettikenttiä ja sähkövirtoja esim. niobi-titaani ja niobi-sinkki • monet suprajohteet ovat vuorostaan kelvottomia, koska quentch tapahtuu pienestäkin magneettisesta häiriöstä • korkean lämpötilan suprajohteiden käyttö on ongelmallista, koska ne ovat monimutkaisia ja hauraita keraamisia yhdisteitä

  7. Suprajohteista tarkemmin • suprajohteet voidaan myös jakaa: • tyypin 1 • tyypin 2 suprajohteisiin • tyypin 1 suprajohteisiin magneettikenttä ei tunkeudu • tyypin 2 suprajohteisiin suuri magneettikenttä tunkeutuu pienistä ”rei’istä” eli suprajohteeseen muodostuu vortekseja

  8. Suprajohtavuuden teoriaa • yleisesti hyväksyttyä teoriaa ei vielä ole • BCS-teoria selittää matalan lämpötilan suprajohteiden käyttäytymistä • Alpo Kallion kehittelemä uusi, SFS-teoria korkean lämpötilan suprajohteille (Oulun yliopisto): • Teoria perustuu fermionien (h+) ja niistä pariutumalla muodostuneiden bosonien (B++) väliseen kemialliseen tasapainoon.

  9. Miksi resistanssia ei ole suprajohteilla? • Miksi resistanssia ylipäätänsä on? johtimessa kulkevat vapaat elektronit törmäävät johtimen hilan atomeihin tai sen epäpuhtauksiin → elektronit siroavat lämpöliikkeen voimistuminen aiheuttaa hilan atomien värähtelyn voimistumista → elektroneita siroaa enemmän →resistanssi voimistuu

  10. Erilaisia hiloja

  11. BCS-teoriasta • BCS-teorian mukaan elektronit muodostavat suprajohtavassa aineessa ns. Cooperin pareja • Cooperin parit kulkeva hilassa ilman vastusta = ei resistanssia • ns. kumikalvo-ajatusmalli selittää Cooperin parien muodostumisen

  12. Suprajohteiden sovellukset

  13. Magneettisovelluksia • Magneetti sovelluksia tullaan käyttämään myös CERNin uudessa kiihdyttimessä, sekä myös levitaatiojunissa ja fuusiomagneeteissa.

  14. Levitaatiojuna Levitaatiojuna on nopeampi, saasteettomampi, meluttomampi ja kevyempi kuin normaali kiskoilla kulkeva juna. Suprajohteet asennetaan vaunuihin ja raiteisiin, joten kitka on todella pieni Levitaatiojunaa on jo suunniteltu Tokio- Osaka välille

  15. Fuusiomagneetti • Suprajohteita käytetään fuusioreaktoreissa kuuman plasman koossa pitämiseen

  16. Hiukkasfysiikan sovellukset • CERNin vuonna 2006 valmistuvassa kiihdyttimessä tullaan myös käyttämään suprajohteita. • Dipoli- ja kvadropolimagneetit ohjaavat ja fokusoivat hiukkassuihkua • Suprajohteita käyttämällä säästetään rahaa, tilaa ja energiaa

  17. Magneettinen separointi • Magnetoituvat hiukkaset voidaan erottaa toisistaan korkean magneettikentän avulla • Jäteveden puhdistamiseen, punasolujen erottamiseen veriplasmasta, sekä yleiseen tutkimukseen

  18. Suprajohtavuuden energiasovelluksia • Jos sähkölinjat olisivat suprajohtavia, olisi energian säästö Suomessa jopa yhden ydinvoimalan kokonaistuoton verran, koska energiahukkaa ei tapahdu laisinkaan. • Suprajohtavuuden sovelluksia on kehitelty, mm. moottoreihin, generaattoreihin ja muuntajiin

  19. Levitaatioauto? • Huoneenlämmössä toimiva suprajohde tuntuu kaukaiselta tavoitteelta. Mikäli sellainen yhdiste onnistutaan löytämään, on sillä todella mullistavia vaikutuksia. Muun muassa tieteiselokuvien lentävät autot tulisivat mahdollisiksi

  20. Suprajohdemagneetit CERNissä

  21. Kiihdytinputken rakenne

  22. Kvadropolimagneetti

  23. Dipolimagneetti

  24. Dipolimagneetti tarkemmin

  25. Kiitokset • Kiitoksemme: • Tapio Niinikoski • CERN • Tekijät: • Antti Kiilakoski, Pekka Haimi, Tuomas Heikkilä ja Ilpo Tuikkala

More Related