VRT FIZIKE: Nepodnošljiva hladnoća superprovodnosti

Obični magneti uz odgovarajuću geometrijsku konfiguraciju mogu da dovedu do velike privlačne sile,

a isto tako i do velike odbojne sile. Upravo ta ogromna odbojna sila može da se iskoristi

da umesto da železnica ide točkovima po šinama, ona i dalje ide po šinama ali da lebdi po njima.

Znači, to je magnenta levitacija.

Jedan od načina da se formira veoma jako magnetno polje, je uz pomoć superprovodnika.

Zašto? Zato što jako magnetno polje nastane ako imamo veoma veliku struju koja protiče kroz provodnik.

Struja protiče kroz superprovodnik bez ikakvog otpora i onda nemamo gubitke energije.

Jednom kad uspostavimo struju, bitno je da držimo temperaturu dovoljno nisku,

pošto još uvek nemamo superprovodnike na sobnim temperaturama,

i dok god držimo tu temperaturu dovoljno nisku, struja će teči praktično zauvek.

Sa stanovišta fundamentalne fizike, superprovodnost je i dalje veoma aktivna tema istraživanja,

a objašnjenje visokotemperaturne superprovodnosti koje je potpuno i kompletno,

još uvek ne postoji.

Superprovodnost označava proticanje električne struje potpuno bez otpora.

Znači, ako bi kroz suprerprovodni prsten propustili struju,

struja može da protiče godinama a da se ne promeni.

Druga ključna osobina superprovodnika je da magentno polje ne prodire u superprovodnik,

ili baš ako je magnetno polje jako, prodire u superprovodnik sam o u obliku

vorteksa, odnosno niti, čiji je fluks kvantni.

Međutim, da bismo uspostavili superprovodnost, potrebno je da

snizimo temperaturu na veoma niske temperature.

Superprovodnost je otkrio Kamerlng Ones u svojoj laboratoriji 1911. godine.

On je prvi uspeo da ohladi helijum do temperature ispod 4 Kelvina

i da ga time prevede u tečno stanje.

To je bilo izuzetno značajno zato što je onda mogao da sprovodi eksperimente na niskim temperaturama.

I vrlo brzo nakon toga primetio je da živa ohlađena na temperaturu od 4,2 Kelvina

provodi struju potpuno bez otpora.

Znači, tu temperaturu na kojoj nastaje superprovodnost nazivamo "kritična temperatura".

Narednih decenija pronađeni su različiti materijali koji su superprovodni.

Međutim, najviša kritična temperatura tih superprovodnika je bila do 25 Kelvina.

Objašnjenje ovih izuzetnih superprovodnih fenomena nalazimo u okviru kvantne mehanike.

Bardin, Kuper i Šifer su razvili teoriju 1957. godine, čuvenu BCS teoriju,

koja nam objašnjava kako interakcije između elektrona uz posredstvo vibracija rešetke

dovode do formiranja takozvanog kondenzata Kuperovih parova.

To je visoko organizovan skup elektrona koji se ne rasejavaju

i pored toga što su interakcije u kristalu veoma jake.

BCS teorija je izuzetno uspešna.

To vidimo po tome što danas i uz pomoć računara možemo da izračunamo

kritičnu temperaturu superprovodnosti, polazeći samo od konstituenata materijala,

znači od hemijskih elemenata, sa prilično visokom tačnošću.

To je takozvani konvencionalni superprovodnik.

Verovalo se dugo godina da superprovodnost može da postoji

na temperaturi samo od dvadesetak Kelvina, ne više od toga.

Međutim, iznenađenja u nauci ipak postoje, što je jako dobro.

I 1986. godine otkrivena je superprovodnost u jedinjenjima bakra i kiseonika,

u bakar-oksidima, gde je uočena superprovodnost na temperaturama od čak stotinak Kelvina.

Bakar-oksidi su keramički materijali.

I to su loši metali u normalnoj fazi.

Čak su i magnetni materijali. To je sve suprotno od onoga što bismo očekivali

da pogoduje razvijanju superprovodnosti.

Otkriće iz 1986. godine kupratnih superprovodnika je bilo toliko važno

da su Bednorc i Miler dobili Nobelovu nagradu već naredne 1987. godine.

Jedna od najznačajnijih, što postoji već više decenija, to je primena superprovodnika

u uređajima za magnentnu rezonancu u medicini.

Ti uređaji koji se koriste za skeniranje u medicini,

koji su jedna od nezaobilaznih danas dijagnostičkih tehnika,

u sebi sadrže veliki broj superprovodnih magneta koji se hlade

tečnim helijumom, koji funkcioniše na principu zatvorenog ciklusa u tim uređajima.

Primena superprovodnika sa potencijalno najvećim uticajem na čovečanstvo,

je u proizvodnji i prenosu električne struje i kontroli velikih energo-sistema.

Superprovodnici se, recimo, već ko riste u vetroparkovima u turbinama

za proizvodnju električne struje.

Takođe, broj solarnih elektrana i vetroparkova se svake godine značajno uvećava

i onda je neophodna nova tehnologija koja bi obezbedila stabilnost

energetskih sistema, koja bi omogućila kontrolisan prenos struje.

I to je upravo mesto gde superprovodni materijali mogu veoma mnogo da pomognu

i uveliko se radi na korišćenju i na integraciji superprovodnih komponenti u kontrolu energetskih sistema.

Posebno bi bilo uzbudljivo otkriće superprovodnosti na sobnoj temperaturi.

Za tako nešto ne postoji neki fizički princip koji bi to zabranio,

i čak je u jedinjenju koje je sintetisano od ugljenika, vodonika i sumpora,

superprovodnost pronađena na sobnoj temperaturi ali pri izuzetno visokom pritisku

koji je blizak pritisku u centru Zemlje.