Superledning, där elektriska strömmar går obehindrat genom ett material, är en av modern fysik mest spännande vetenskapliga upptäckter. Den har många praktiska användningsområden. Regeringar, industrier, och hälso- och sjukvårds- och vetenskapscentra använder alla supraledning i applikationer som sträcker sig från MR på sjukhus till partikelacceleratorns hålrum, där forskare utforskar materiens grunder. Dock, Praktiskt utnyttjande av supraledning ställer också många utmaningar.
Utmaningarna är kanske störst för forskare som försöker integrera supraledning i små, bärbara system. Cambridge University akademiker och superledningsexpert John Durrell och hans team demonstrerar denna vecka i Tillämpad fysikbokstäver , från AIP Publishing, att ett bärbart superledande magnetiskt system, vilket är, i huvudsak, ett högpresterande substitut för en konventionell permanentmagnet, kan uppnå en 3-tesla-nivå för magnetfältet. Durrell sa att hans teams arbete till stor del utvecklats från de innovativa fynden från University of Houston -fysikern Roy Weinstein, som har visat hur konventionella elektromagneter och pulserande fältmagnetisering kan användas för att aktivera supraledande magnetfält som "fångas" och upprätthålls som en del av ett supraledande arrangemang. Detta undviker kravet på stora dyra superledande magneter för att "aktivera" sådana bärbara system. Också nyckel, Durrell påpekade, är att hans team utnyttjade andra nya och billigare tekniker, speciellt för kylning.
"Till exempel, språnget med framsteg inom kryogenik, låter dig göra intressanta saker på andra områden, för, "Förklarade Durell." Det är mycket som går ihop för att göra detta möjligt. "Även om stora superledande system i stor industri genererar ett 20-tesla magnetfält, Durrells 3-tesla magnetfält är nytt för ett bärbart system.
Durrell och hans team var nyfikna på vad de kunde göra när de tittade på Weinsteins arbete bara några år tidigare. Weinstein visade att med konventionell extern elektromagnetisk pulsering av ett medium, det var möjligt att "fånga" ett magnetfält i en superledare med hjälp av ett mycket mindre yttre magnetfält än vad man tidigare trodde var möjligt. Weinstein -undersökningen använde Yttrium Barium Cuprate dopat med uran och föremål för bestrålningsbehandling. Durrells team letade efter ett billigare material och valde Gadolinium Barium Cuprate, utan doping av uran. Difan Zhou, teamutredare och huvudförfattare, kom på idén att utöka Weinsteins fynd, Durrell sa, och forskningen, vilket tog bara två år att göra, har betalat sig.
"Det var en överraskning för oss att vi lyckades se samma jätteflödesspringseffekt som Roy Weinstein visade i ett inte riktigt så banbrytande material. "Durrell sa." Det viktigaste som gjorde detta möjligt är att vi har tittat på vad Roy har gjort för att få det att fungera men för den här typen av bärbara system. Innan vi använde konventionella superledande magneter för att ladda våra bulks. Detta kommer att göra tillgången till dessa höga fält billigare och mer praktisk. "
Framsteg i billigare, mer effektiv kylning - det kryogena systemet - var också nyckeln till Durrell och teamets forskning. För både magnetfältets laddnings- och uppehållsfaser, det är nödvändigt att hålla det supraledande provet kallt annars ger supraledningen ut. Nyligen, den privata sektorn har kommit med kryogena system som är billiga och lätta, och Durrell använde ett kylsystem från Sunpower Inc., ett amerikanskt företag. Enligt Durrell, Denna lätthet och relativt låga kostnad kan göra bärbar supraledning i olika produkter till en verklig möjlighet.
Den totala effekten av att föra samman dessa nya tekniska möjligheter, Durrell påpekade, är "i huvudsak bättre, bärbar permanentmagnet-en med ett 3-tesla snarare än 1-tesla magnetfält. Det uppenbara intresset för det är att du kan använda det för att göra en mindre och lättare motor. "
Lågkostnads -NMR- och MR -system för sjukhus är också en stark möjlighet att använda, Durrell förklarade, eftersom dessa system ofta använder stora supraledande magneter. Magnetiskt riktade läkemedelsleveranssystem i human- och veterinärapplikationer kan också aktiveras.
Durrell och hans team planerar för fler tester för mer magnetisk kraft och total effektivitet. De har fått betydande stöd från The Boeing Company för denna undersökning, och Durrell tycker att det är ett starkt exempel på vad ett företag och ett akademiskt labb kan göra när de går ihop för grundforskning.
