Was ist ein supraleitender Magnet?

Ein supraleitender Magnet ist ein Elektromagnet, dessen Spulen aus einem Supraleiter vom Typ II bestehen. Sie können problemlos stabile Magnetfelder von 100.000 Oersted (8.000.000 Ampere pro Meter) erzeugen. Sie erzeugen stärkere Magnetfelder als herkömmliche Elektromagnete mit Eisenkern und sind kostengünstiger im Betrieb.
Um zu verstehen, was ein supraleitender Magnet ist, ist es wichtig, etwas über Supraleitung zu wissen. Wenn bestimmte Metalle und Keramiken aus einem Gradbereich nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden, verlieren sie ihren elektrischen Widerstand. Diese Temperatur wird als kritische Temperatur (Tc) bezeichnet und ist für jedes Material unterschiedlich. Wenn kein elektrischer Widerstand vorhanden ist, können sich Elektronen frei im Material bewegen. Das Element kann große Strommengen über lange Zeiträume halten, ohne Energie in Form von Wärme zu verlieren. Diese Fähigkeit, eine extreme elektrische Ladung zu halten, wird Supraleitung genannt.

Die meisten Metalle haben eine Art gewebte Atomstruktur. Ihre Elektronen bleiben locker, sodass sie sich leicht in das gewebte Muster hinein- und herausbewegen können. Während sich die Elektronen bewegen, kollidieren sie mit den Atomen und verlieren Energie in Form von Wärme. Dadurch können sich Metalle sehr gut erwärmen und Strom leiten. Deshalb bestehen Töpfe und Pfannen sowie Dinge wie Toasteröfen aus Metall.

In einem Supraleiter bewegen sich Elektronen paarweise und bewegen sich zwischen Atomen, anstatt mit ihnen zu kollidieren. Wenn sich ein negativ geladenes Elektron durch Gewebe mit positiv geladenen Atomen bewegt, zieht es diese positiven Atome an. Ein weiteres Elektron wird vom Widerstand angezogen und paart sich mit dem ursprünglichen Elektron. Sie lösen sich ständig und verbinden sich mit anderen Elektronen, jedoch ohne oder mit geringem Widerstand. Aus diesem Grund verlieren sie keine Wärme und Energie wie herkömmliches Metall.

Supraleiter vom Typ II werden in den Spulen eines supraleitenden Magneten verwendet. Ein Supraleiter vom Typ II erreicht Tc bei einer niedrigeren Temperatur als Supraleiter vom Typ I. Sie durchlaufen innerhalb eines Magnetfelds einen allmählichen Übergang vom Supraleiter in ihren Normalzustand. Diese beiden Merkmale ermöglichen es ihnen, höhere Ströme als Typ I zu treiben.

Für die Magnetschwebebahn kann ein supraleitender Magnet verwendet werden. Beim Meissner-Effekt wird eine supraleitende Scheibe unter einen Magneten gelegt und mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Der Supraleiter ist offen für die Aufnahme einer Ladung, da er abkühlt, der Magnet einen Strom und damit ein Magnetfeld im Supraleiter induziert und der Magnet beginnt, auf diesem Feld zu schweben.

Der Einsatz eines supraleitenden Magneten für ein Schwebebahnsystem wird untersucht. Es wird auch darüber nachgedacht, kleine, aber leistungsstarke Magnete für die Magnetresonanztomographie (MRT) herzustellen. Zu den langfristigen Plänen gehört die Entdeckung von Materialien, die Supraleitung erzeugen können, ohne einzufrieren. Wenn dieses Material entdeckt wird, wird es die Zukunft vieler Bereiche verändern, darunter Transport und Energieerzeugung.

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