Katalog

Süperiletkenlerin Kullanım Alanları Doç.Dr. Nihal SARIER (İstanbul Kültür Üniversitesi) S üperiletkenler elektrik akımına karşı çok düşük sıcaklıklarda sıfır direnç gösterir. Bakır ya da çelik gibi bildik metal iletkenlerin aksine, süperiletken malzemeler enerji kaybı olmaksızın elektrik enerjisini taşıyabilmekte, büyük bir kısmı normal koşullardaki manyetik özelliklerinden farklı bir davranış göstererek mıknatısı itmektedir. Süperiletken malzemeler, olağanüstü elektrik ve manyetik özellikleri sayesinde elektronik, savunma, elektrik, sağlık ve taşımacılık endüstrilerinde çok önemli uygulamalarda kullanılmaktadır. Süperiletken malzemelerin süperiletkenlik özelliğinin gözlendiği sıcaklıklar hakkında bir fikir sahibi olabilmek için, günlük yaşantımızdan bildiğimiz suyun kaynaması ve donması, oda sıcaklığı, vücut sıcaklığı gibi sıcaklıklarla süperiletkenlik özelliğinin ortaya çıktığı “yüksek sıcaklık” ve Şekil 2. MRI cihazı ve cihazla alınan bir beyin görüntüsü. Şekil 4. a) Manyetik levitasyon deney düzeneği,b) Manyetik levitasyonla çalışan Transrapid’den bir görüntü. elektrik gereksinimini karşılayabilir (Şekil 1). Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) cihazlarında süperiletkenler: MR Görüntüleme cihazlarının geliştirilmesinde kullanılan süperiletkenler şimdiden tıpta tanı ve tedavi yöntemlerini tamamen değiştirdi, pek çok durumda bir hastalığa teşhis koymak için yapılan ameliyatlara gerek kalmadı. Bilindiği gibi insan vücudunun yüzde sekseni sudan oluşur. NbTi alaşımdan üretilen altı bin adet süperiletken elektromıknatıs, çevresi 27 km olan bir halka içinde, uçan bir sivrisineğin kinetik enerjisinin 14 katı kadar bir enerji ile protonları zıt yönlerde ivmelendirerek, ışık hızına ulaştırır. Zıt yönlerde ilerleyen protonlar saniyenin yüz milyarda biri kadar bir süre içinde çarpışırken, 13.7 milyar yıl once meydana gelen “Büyük Patlama” yeniden yaşanır (Şekil 3). Manyetik Levitasyonla Çalışan Süperhızlı Trenler: Süperiletken malzemeler süperiletkenlik özelliğine Tablo 1. Süperiletkenliğin ortaya çıktığı yüksek sıcaklıklar ve düşük sıcaklıklar Örnek Suyun kaynaması Vücut sıcaklığı Oda sıcaklığı Suyun donması Kuru buz (Karbon dioksitin katılaşması) Oksijenin sıvılaşması (Yüksek sıcaklık süperiletkenlik) Azotun sıvılaşması (Yüksek sıcaklık süperiletkenlik) Helyumun sıvılaşması (Düşük sıcaklık süperiletkenlik) Mutlak sıfır Sıcaklık ( oC) 100 37 25 0 78 183 196 269 273 Sıcaklık ( K) 373 310 298 273 195 90 77 4 0 Şekil 3. Çevresi 27 km olan Büyük Hadron Çarpıştırıcının kurulu olduğu alan, LHC’ın içten bir görüntüsü. CBT 1272 / 14 5 Ağustos 2011 M R I cihazına girildiğinde, su moleküllerinin içerdiği Hidrojen atomları manyetik alan içinde belirli bir yönde yönelir. ManŞekil 1. a) Normal bakır kablo (solda) süperiletken kablo (sağda), b) 2008’de ABD Long Island’da yetik alan içindeki insan dokusunun yoğunluğuna bağlı olarak bu yö“düşük sıcaklık” değerleri karşılaştırmalı olarak Tablo 1’de nelmelerin yoğunluğu değişir. Bir yazılım sayesinde manverilmektedir. yetik alan şiddetindeki değişiklikler bilgisyarda görüntü olarak kaydedilebilir. MRI cihazlarında kullanılmak üzere buSüperiletken elektrik kabloları: Halen elektrik enerjisinin sıradan metal kablolarla ta güne değin NbTi süperieltken çekirdek içeren yirmi iki şınması esnasında üretilen elektrik enerjisinin yüzde 20’si bin elektromıknatıs üretilmiştir ( Şekil 2). Büyük Hadron Çarpıştırıcı (Large hadron collider, sürtünme ile ısı enerjisi şeklinde ziyan olmaktadır. Son yılLHC): larda üretilen Nb3Sn süperiletken kablolar normal bakır Altı milyar dolara malolan ilk çarpıştırıcı LHC kabloların taşıdığı elektriğin yüz kat fazlasını iletebilir. Bu ABD’de Long Island’da kurulmuştur. süperiletken tellerden yanlızca biri yaklaşık 10 000 evin sahip oldukları sıcaklığa kadar soğutulduğunda, manyetik alanı itme özelliğine sahip olmaktadır. Şekil 4 a’da sıvı azot içinde süperiletken hale gelen NbTi alaşımın bir mıknatısı itmesi sonucu, mıknatısın havada asılı kaldığı görülmektedir. Süperiletkenlerin manyetik kaldırma ( manyetik levitasyon) olarak tanımlanan bu özelliği kısaca Maglev olarak adlandırılan trenlerin üretilmesini mümkün kılmıştır. Maglev trenlerde trenin alt kısmına tekerlek yerine küçük mıknatıslar art arda yerleştirilir. Raylar süperiletken malzemeden yapılır. Tren hareket edeceği zaman rayların sıcaklığı sıvı azot/ sıvı helyum sıcaklığına kadar düşürülerek trenin manyetik kaldırma ile raylara değmeden hareket etmesi, sürtünmenin yanlızca hava ile sürtünme düzeyine düşürülmesi mümkün olur. Transrapid manyetik levitasyonla çalışan ilk tren olarak Almanya’da üretilmiştir. 1934’te patenti alınan Transrapid’in üretim planlaması 1969’da başladı, 1991’de tüm teknik testleri tamamlandı. Saatte 500 km hızla hareket edebilen Transrapid’in ilk ticari uygulaması Siemens ve Krupp şirketleri tarafından 2004’te ShanghayJaponya Uluslararası Havaalanında başlatılmıştır. Transrapid kısa mesafelerde hizmet vermektedir. Japon Demiryolları 2025’te hizmete girmek üzere 290 km mesafede gidip gelecek bir Yazının devamı yan sayfada