Katalog

T>T,, ftaOnUetken Hal Meisneer etkisi: Magnetik alan, kritik sıcaklık Tc'nin üstündeki sıcakhklarda metalik davranış gösteren üstüniletken malzemenin içinde yayılacaktır. Sıcaklığın kritik sıcaklığın altma düşürülmesi ile üstüniletken hale geçen malzeme, magnetik alanı dışlayacaktır. Bu nedenle, üstüniletken malzeme üzerine konulan Bir mıknatıs, yerçekimi kuvveti ile magnetik alan kuvvetinin dengelendiği noktada, havada asılı kalacaktır. niletken malzeme üzerindeki mıknatıs, kritik sıcakhğa inildikçe havaya kalkacaktır. Sıcaklık yükseldikçe Meissner etkisi ortadan kalkacak ve mıknatıs üstüniletken malzemenin üstüne düsecektir. Teknolojide Üstiiniletkenler 77K'nin üzerindeki üstüniletken malzemelere pek çok yeni uygulama alanları açılmıştır. Tek bir kriter, sıcaklığın uygulama alanlarını sınırlaması, üstüniletken davranışın kritik sıcaklığın altında ortaya çıkmasıdır. Paul Chu'dan önce üstüniletkenler üzerinde çalışmak isteyenlerin 23K'nin (250°C) altına inmeleri gerekiyordu. Bu sıcaklığı sadece sıvı helyum ve sıvı hidrojen sağlayabilir. Sıvı helyumun atmosferık basınçta kaynama noktası 4K'dir ve içerisine konulan malzemeyi de bu sıcakhğa düşürür. Sıvı hidrojenin sıcaklığı ise 20K'dir. Sıvı azot sıcaklığına çıkılması ile araştırmalar daha da kolaylaşmıştır. Bunun yanı sıra üstüniletkenlik çalışmalarına yeni bir boyut kazandırarak daha ucuz donanımların yapımını sağlayarak yeni uygulama alanları açmıştır. Herkesin ortak kanısı yüksek sıcaklık üstüniletkenlerin, transistörler ve lazer gibi ileri teknolojilere eşdeğer ve bilinmeyen ileri tekno lojileri ortaya çıkaracağıdır. Üstüniletken malzemelerin büyük etki yaratacağı ilk kullanım alanı elektrik enerjisi üretimidir. Yüksek verimli büyük AC jeneratörler yaparak %60'lık bir maliyet düşü• şü elde etmek mümkündür. Diğer bir ümit verici alan ise yeraltı enerji iletim hatlandır. Enerji iletim hatI Dosya 8 Kajım 1990 larının yer altına alınması ile yine de büyük kayıplar olacaktır, ancak üstüniletken malzemelerin kullanılması ile bu kayıpların %75'i kazanılarak maliyette %40'lık bir düşüş sağlanacaktır. Muhakkak ki bu projelerin gerçekleşmesi üstüniletken malzemelerin yüksek akım kapasitesi, dayanıklılık ve eğilebilirlik özelliklerinin geliştirilmesi ile gerçekleşecektir. Manyetik enerji depolama sistemleri ile elektrik enerjısinin depolanabilirliğinin ortaya cıkması, üretim merkezlerinin %15'lik bir kapasite artışına neden olacaktır. Bu gün elektrik enerjisi dağıtım sahalarının belirlediği güçlere göre üretim yapan enerji santralleri, elektrik enerjısinin depolanabilirliği ile kapasite düşürme yerine 'artık enerji'lerini depolama yoluna gideceklerdir. Güçlü elektrik motorları, üstüniletken malzemelerden yapıldığı takdirde 1000 beygir gücünün üzerine çıkılabilecektir. Akım verimltri 07595'lerden %99'lara çıkarak, işletme masrafları %25 azalacaktır. Magnetik ayırma sistemlerinde üstüniletkenlerin kullanılması ile (kâğıt, çelik, kimya, gıda ve deri gibi pek çok üretim sektörlerinde) üstüniletkenlerin kullanılması ile %20'lik bir maliyet azalması ve daha yüksek verim sağlanacaktır. Son derece karmaşık olan arıtma sistemlerinde işletme masrafları %60 azalacaktır. Üstüniletken Magnetler: Magnetler, her elektrik motorunun ve jeneratörünün temelini oluşturur. Magnetik rezonans görüntüleme cihazında, bir üstüniletken magnet tarafından oluşturulan kuvvetli magnetik alan yardımıyla insanvücudu görüntülenebilmektedir. Magnetik alan yönüne yönlendirilen, nidroBaCO 3 jen çekirdekleri yüksek frekanstaki radyo dalgaları ile eski yönlenmelerine doğru sallandırılırlar. Bu sallanma sonucunda hidrojen çekirdeğinin yaydığı zayıf radyo dalgaları dedekte edilir. Sonuçta alınan sinyallerden elde edilen görüntü, vücuttaki çeşitii dokuların kimyasal bileşimlerindeki farklılıklan göstermektedir. Kullanılan klasik magnetlerin çoğu, yalıtılmış bakır kabloların, demir alaşımlı çekirdekler etrafında sarılmasıyla elde edilir. Bu sanmlardan geçen akım, sarımlara dik eksen boyunca her noktada magnetik alan oluşturur. Sarımlar sadece orta şiddetlerde alan oluşturabilir. Nedeni ise bakır tellerin, yaklaşık 2 400A/cm değerinde akım kapasitelerinin olmasıdır. Demir alaşımlı magnet çekirdekleri, sarımların magnetik alan değerini yükseltir. Sarımların uyguladığı magnetik alan ile magnetik momentleri yönlendirilen demir çekirdeki elektronların magnetizasyonu ile alan değeri yüz veya bin kez arttırılır. Böylece 2 Tesla (yeryüzü magnetik alanının yaklaşık 400.000 katı) civarında ekonomik magnetik alanlar elde edilebilir. Daha yüksek alanlara çıkmak bu yöntemle mümkün değildir. Demir çekirdekteki elektronlarin tümünün alan yönüne yönlenmesi ile, çekirdek magnetik doyüma ulaşır, Demir çekirdekli elektromagnetlerin diğer sakıncaları ağır olmalarıdır. Elektrikli motorların ve jeneratörlerin ağırlığının büyük kısmı, demir çekirdeklerin ağırhğıdır. Bu tür cihazların ağırlıklarının azalması, özellikle hava taşıtlarının azalan her kg. için 1000 $'lık maliyet düşüşü sağlayarak, ömürlerini uzatacaktır. Gelecekte güçlü üstüniletken magnetler mümkün olacaktır. En basıt şekil ile demir çekirdeğin olmadığı bir üstüniletken sarım çok yüksek değerlerde akım tasıyabilecektir. Eğer bir demir çekirdek, bakır sarımlar tarafından oluşturulan alanı bin katına çıkarıyor ise aynı şiddetteki magnetik alan eldesi için üstüniletken sarımlardan, bakır sarımlardan geçen akımın 1000 katı2 nı veya 400.000A/cm akım geçirmek yeterli olacaktır. NbTi veya NbaGe üstüniletkenlerinden bu akımı gecirmek ancak 4K sıcaklıkta mümkündür. Geçen aylarda, AT&T Bell Laboratuvarlannda YBaCuO yüksek sıcaklık üstüniletken malzeme üzerinde yapılan araştırmalarda; 9KOe magnetik alanda, 2 77K sıcaklıkta, 60.000A/ cm değerinde akım geçirebilecek malzeme geliştirilmiştir. Yüksek sıcaklık üstüniletken malzemeler ile kritik akım yoğunluğunun arttırılması konusunda yapılan araştırmalar, üstüniletken magnetler konusunda umut vermektedir. Magnetik ayırma, bir kanşımdaki bileşenleri ayırma yöntemlerinden birisidir. Çeşitli bileşenlerin magnetik özelliklerinin farkjılığı nedeniyle bazı bileşenler magnetik alan yönüne çekilecek, diğerleri ise karışım içinde kalacaktır. YSÜİ magnetler ile ayırma işlemleri için; kömürden kükürtün ayrılması, demirden safsızlıklarm uzaklaştırılması, atık suların arıtılması, kimyasalların saflaştırılması ve gazların temizlenmesi gibi uygulamalar sayılabilir. Daha düsük maliyet ve küçük boyatları YSÜİ'leri bu uygulamalarda cazip kılacaktır. Elektrik enerjisini, bir magnetohidrodinamik sistem ile elde etmek mümkündür. Yüksek voltaj altına iyonize edilen bir yakıt gazı güçlü magnetik alan içerisinde (+) ve () iyonlanna ayrılacak şekilde zorlanabilir. Bu şekilde bir elektrik akımı yaratmak mümkündür. Bir MHD jeneratörü, kanatçık ve şaft gibi hareketli herhangi bir parçacığa sahip değildir ve bunartürbin sistemlerı ile karşılaştırıldığında 50% daha fazla verimle çalışır. YSÜİ magnetler, MHD sistemlerinde kullanılabilecektir. MHD sistemleri; su taşıtlarının hareket ettirilmesinde de yeni bir teknoloji doğurmaktadır. Burada kullanılan akışkan, deniz suyudur ve iyonize edilmiş gaz yerine kullanılır. Bu tip bir sistem, elektromagnetik itici olarak isimlendirilir. Saatte lOOkm. hıza ulaşabilen ilk prototip botlar, Japonlar tarafından DSÜİ'ler kuUanılarak yapılmıştır. Bu teknoloji, gelecekte denizaltılara ve su üzerinde yüzebilen araçlara uygulanabilecektir ve deniz taşıtlarına yüksek hız ve güç sağlayacaktır. Magnetik Enerji Depoları (MED): Elektrik enerjisi üretiminde istenilen özellik, üretim merkezlerinin, tüketim merkezlerinin de sa r YÛKLEME UOŞALTMA Bir üstüniletken enerji deposunun çalışma prensibi: Kritik sıcaklığın altında tutulan üstüniletken malzemeye, bir akım kavnağından elektrik enerjisi yüklenir. S1, üstüniletken anahtarı kapatılarak S2 anahtarı açıldığında beslenen akım üstüniletken sarım içinde kalır. Kullanıma kadar enerji üstüniletkende depolanır. Kullanım sırasında S1 üstüniletken anahtarı açılarak üstüniletken sarıma seri olarak bağlanan 'yük' elektrik enerjisi ile beslenir. Depolanan enerjinin boşalması ile tekrar yükleme yapılır. ğişen ihtiyacını karşılayabilecek esneklikte olmasıdır. Kömür ve nükleer santrallerde gün boyunca değişen enerji ihtiyacı, çıkış gücü değiştirilerek sağlanır. Bir elektrik enerjisi depolama sistemi bu tür güç değişmelerinc gerek kalmadan, fazla üretimin depolanmasına veya fazla ihtiyacın karşılanmasına izin verecektir. Bir üstüniletken malzemeden oluşan enerji depolama sistemi, d.c. akımda enerji kaybı olmaksızın bu tür amaçlar için kullanılabilir. Yaklaşık 5000MW. h elektrik enerjisi depolayabilecek kapasitede büyük çaplı bir üstüniletken magnetik enerji deposu tasarımı yapılmıstır. Yükleme ve boşaltma sırasındaki hız 1000MWdır. Bir MED birimi 98%'den 95%'e kadar değişik verimlerle çalışabilir. Kayıplar, yükleme ve boşaltma sırasındaki a.c. ve d.c. anahtarlama ve soğutma sistetninin enerji tüketimi nedeni ile oluşmaktadır. Anahtarlama zamanı bir saniyenin altındaki zamanlarda yapılabilecektir. Böyle bir sistemin yatırım tutarı yaklaşık 1 milvar $ olarak belirlenmiştir ve büyük bir mühendislik devrimi olacaktır. Küçük boyutlu MED birimleri riizgâr değirmenlerinden elde edilen enerjinin depolanabilirliğini de sağlayacaktır. Magnetik Kaldırmalı Trenler (MKT): Üstüniletkenlerin, tartışmalı ve en önemli uygulama alanlarından birisi de magnetik kaldırmalı trenlerdir. Çok yüksek hızla KURUTULMUŞ HAŞLANO1Ç MALZEMELERİ KALSİN^YON soöıITTSJA 925960^3 6SAAT ARAÖÖOTME ÖÛÛTME v«KAUPLAMA SİNTERLEME YAVAŞ OĞUT 5 KAREKTERİZASYON 4 5 0 t ' de OKStJEN ATMOSFERİNDE ISIL İŞLEM Üstüniletken seramiğin hazırlanması: Yüksek sıcaklık üstüniletken malzemeleri farklı yöntemler ile hazırlamak mümkündür. Mikroelektronik uygulamalar için incefilm hazırlama yöntemleri kulanılır. Diğer taraftan yığın malzeme hazırlamak amacıyla klasik seramik yöntemler veya çözeltijel olusumu yöntemi kullanılır. Klasik seramik hazırlama yönteminde, başlangıç malzemeleri (YBa2Cu3O6,9 için) Y2O). BaCO3. CuO karıştırılarak öğütülür. Daha sonra 925950°C sıcaklıkta kalsine edilen malzeme, ıkinci bir öğütmeden sonra kalıplanarak şekil verilir ve 925950°C sıcaklıkta sinterlenir.