To będzie przełom! |
Dzięki odkryciu prof. Russella Hemleya z Uniwersytetu Jerzego Waszyngtona stoimy u progu rewolucji technologicznej. Wykorzystanie nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego będzie w technologii takim przełomem jak wynalezienie elektryczności. Mogłoby być ono używane m. in. w komputerach kwantowych czy nowatorskich formach transportu. To innowacyjny sposób na zmniejszenie procentu utraty energii. |
Nadprzewodnictwo nadzieją dla planety
Zespół prof. Russella Hemleya z Uniwersytetu Jerzego Waszyngtona kilka dni temu poinformował o uzyskaniu zjawiska nadprzewodnictwa w temperaturze wyższej od zera Celsjusza. Przełamano nieprzekroczoną dotąd barierę temperaturową, zbliżając się do uzyskiwania jej w warunkach życia na Ziemi. To bardzo ważne, ponieważ jeśli naukowcy odkryją nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej, technologia i nasze codzienne życie mogą diametralnie się zmienić.
Najprostszy przykład – tranzystory i inne urządzenia elektroniczne, w tym komputery, nagrzewają się podczas pracy. Powoduje to liczne straty energetyczne. Jednak gdyby nadprzewodnictwo zachodziło w temperaturze pokojowej, to bez budowy elektrowni zyskalibyśmy co najmniej jedną trzecią energii elektrycznej, jaką dziś tracimy! Możemy sobie wyobrazić, jak korzystne dla środowiska byłoby to, gdyby w układach przesyłowych nie dochodziło do takich sytuacji. Podobnie, sam przesył energii do naszych domów pochłania do 20% całej energii produkowanej w naszym kraju, co bezpośrednio przekłada się na ceny prądu, tak ostatnio przywoływane przez media.
Prawdziwy przełom
O nadprzewodnictwie mówimy wtedy, gdy prąd płynie wprzewodniku bez strat – nie napotyka na rezystancję. Nadprzewodnictwo niekonwencjonalne występuje w materiałach, w których pod wpływem czynników zewnętrznych przekształcamy izolator magnetyczny w metal o bardzo nietypowych własnościach. Mówimy wtedy o metalu ze skorelowanymi elektronami lub ich parami. Jednak, jak komentował w Gazecie Wyborczej prof. Józef Spałek:
„Niestety, za wcześnie na zastosowania [tego rozwiązania – MG] w takiej temperaturze, bo odkryte na razie nadprzewodnictwo występuje w niższych temperaturach. Najpierw odkryto, że elektrony łączą się w pary i przewodzą bez oporu w najniższych temperaturach helowych, (-270 stopni C!). Ok. 30 lat temu zaobserwowano to zjawisko w temperaturze ciekłego azotu, -200 stopni C, co zmniejszyło koszt badań kilkukrotnie. Ostatnio wykryto nadprzewodnictwo pod wysokimi ciśnieniami w temperaturze powyżej -70 stopni C. Jeszcze nam brakuje do temperatury pokojowej ok. 100. stopni. Przekładając to na język praktyki – nie można jeszcze przesyłać bez strat energii elektrycznej nawet w warunkach syberyjskich, bo tam jest „zaledwie” minus 50 stopni Celsjusza, a potrzeba byłoby jeszcze ochłodzić układ o dodatkowe o 30-50 stopni, żeby te materiały działały sprawnie”.
Zupełnie nowe możliwości
Jak podkreśla prof. Spałek, jeśli uda się odkryć nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej, będzie to nieprawdopodobny przełom w kwantowej inżynierii materiałowej. Można porównać je do wynalezienia elektryczności czy zbudowania pierwszego komputera. Prawa kwantowe dają możliwości wielu nowych zastosowań. Przykładowo, pewną fantazją związaną z nadprzewodnictwem są komputery kwantowe. Jeszcze nie wiemy, jak zrobić te wykorzystujące nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe, jednak dadzą one w przyszłości zupełnie nowe możliwości obliczeń. Będzie można je wykorzystać do zastosowań wymagających ogromnych mocy obliczeniowych – sztuczna inteligencja, symulacje pogodowe i chemiczne czy inne obliczenia o niezwykłym stopniu złożoności. To taki przeskok, jaki się dokonał między liczydłem a komputerem.
Powszechne wykorzystanie materiałów nadprzewodzących przyniesie ogromne zmiany w wykorzystaniu energii i projektowaniu urządzeń – od AGD do wieloprocesorowych komputerów, środków transportu, infrastruktury. Przekładając to na nasze codzienne życie – nasz komputer nie będzie wymagał wentylatora lub radiatora do chłodzenia procesora, nie będzie wydzielał ciepła, znikną tradycyjne żarówki choć nasz pan prezydent jest tak mocno do nich przywiązany, nasze konsole do gier nie będą się psuły z powodu przegrzania.
W przypadku nadprzewodnictwa obserwujemy zjawisko Meissnera-Ochsenfelda (wypychanie pola magnetycznego na zewnątrz przewodnika). Związana z tym siła może utrzymać bryłkę nadprzewodnika nad stacjonarnym magnesem. Lewitujący w ten sposób nadprzewodzący magnes ma szczególną właściwość: może pozostawać w bezruchu (dzięki liniom pola magnetycznego uwięzionym w defektach sieci krystalicznej) lub wirować. Nietrudno wyobrazić sobie wykorzystanie tego zjawiska w transporcie, np. pociąg poruszający się na poduszce magnetycznej lub pojazdy unoszące się nad drogą, poruszające się bez oporów i zużywające znacznie mniej energii niż obecnie.
Tekst: Michał Głowacki
