Τι είναι ένα υπεραγώγιμο καλώδιο;

Υπεραγώγιμο είναι αυτό που, κάτω από μια ορισμένη πολύ χαμηλή θερμοκρασία, δεν έχει ηλεκτρική αντίσταση. Ένα υπεραγώγιμο σύρμα, λοιπόν, είναι ένα μήκος σύρματος κατασκευασμένο από υπεραγώγιμα υλικά. Ενώ τα περισσότερα σύρματα είναι κατασκευασμένα από εύκαμπτα μέταλλα, μερικά από τα καλύτερα υλικά για υπεραγωγούς είναι εύθραυστα, επομένως πρέπει να συσκευάζονται σε μορφή σκόνης σε ένα σωλήνα για να χρησιμοποιηθούν. Το υπεραγώγιμο σύρμα είναι χρήσιμο επειδή επιτρέπει μεγαλύτερη πυκνότητα ρεύματος από τα παραδοσιακά σύρματα. Όπως και άλλοι υπεραγωγοί, ωστόσο, το υπεραγώγιμο σύρμα απαιτεί πολύ χαμηλές θερμοκρασίες για να λειτουργήσει και η διαδικασία ψύξης μπορεί να είναι αρκετά δαπανηρή.

Η υψηλή πυκνότητα ρεύματος είναι ένα από τα κύρια ζητήματα στο σχεδιασμό κυκλωμάτων και είναι εξαιρετικά σημαντική για το σχεδιασμό μικρών ολοκληρωμένων τσιπ για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές. Η πυκνότητα ρεύματος μπορεί απλά να περιγραφεί ως η πυκνότητα του ηλεκτρικού φορτίου που ρέει μέσα από ένα αγώγιμο υλικό. Οι περισσότεροι τύποι αγωγών, λόγω της ηλεκτρικής αντίστασης, απελευθερώνουν μεγάλη ποσότητα θερμότητας σε ιδιαίτερα υψηλές πυκνότητες ρεύματος. Το υπεραγώγιμο σύρμα, από την άλλη πλευρά, δεν έχει ηλεκτρική αντίσταση, επομένως η απελευθέρωση της περίσσειας θερμότητας δεν αποτελεί πρόβλημα. Το υπεραγώγιμο σύρμα μπορεί, ωστόσο, να δημιουργήσει επίπεδα πυκνότητας ρεύματος τόσο υψηλά που δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο που μπορεί να έχει επιβλαβή επίδραση στην υπεραγωγιμότητα.

Μία από τις κύριες προκλήσεις της επιτυχούς εφαρμογής υπεραγώγιμων καλωδίων είναι η ανάγκη για εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Τα υπεραγώγιμα υλικά χάνουν την υπεραγωγιμότητα τους και αρχίζουν να έχουν ηλεκτρική αντίσταση πάνω από μια ορισμένη θερμοκρασία κατωφλίου, επομένως είναι απαραίτητο τα υλικά να διατηρούνται κάτω από αυτή τη θερμοκρασία. Πολλοί τύποι υπεραγώγιμων συρμάτων πρέπει να διατηρούνται σε θερμοκρασίες πολύ κάτω από 30 Kelvin (-406°F), απαιτώντας τη χρήση υγρού ηλίου ή υγρού αζώτου. Ορισμένοι τύποι υπεραγωγών, σε ένα φαινόμενο γνωστό ως «υπεραγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας», μπορούν να λειτουργήσουν σε θερμοκρασίες έως και 125 Kelvin (-235°F). Η ψύξη τέτοιων υπεραγώγιμων υλικών, αν και εξακολουθεί να μην είναι απλή υπόθεση, είναι λιγότερο δαπανηρή από τη διαχείριση των εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών που χρειάζονται άλλοι.

Είναι, δυστυχώς, αρκετά δύσκολο να μετατραπούν πολλές μορφές υπεραγωγών, ιδιαίτερα υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας, σε υπεραγώγιμο σύρμα. Πολλά υπεραγώγιμα υλικά υψηλής θερμοκρασίας είναι αρκετά εύθραυστα, επομένως η ανάπτυξή τους σε τυπικά εύκαμπτα σύρματα δεν είναι εύλογη. Συχνά είναι απαραίτητο να γεμίσετε έναν σωλήνα με μια μορφή σκόνης του υπεραγώγιμου υλικού. Σε πολλές περιπτώσεις, η σκόνη περικλείεται σε κάποια μορφή μετάλλου, θερμαίνεται και συμπιέζεται σε ένα φαρδύ, επίπεδο σύρμα. Ένα τέτοιο υπεραγώγιμο σύρμα δεν έχει την ευελιξία του παραδοσιακού σύρματος, αλλά μπορεί να είναι αρκετά χρήσιμο.