Il fenomeno superconduttore è stato scoperto per la prima volta dal fisico olandese Heck nel 1911 ed è ancora un campo importante della ricerca sulla fisica. I superconduttori entreranno in uno stato di resistenza zero a basse temperature specifiche e avranno completamente resistenti alle proprietà magnetiche (cioè effetto meisner), quindi mostrano un grande potenziale in molti campi come la trasmissione di energia, l'imaging medico (come la risonanza magnetica), la ricerca scientifica (come gli acceleratori di particelle). Tuttavia, il raggiungimento di stati superconduttori di solito richiede temperature estremamente basse e l'azoto liquido, come mezzo di raffreddamento efficiente ed economico, svolge un ruolo chiave nello sviluppo e nell'applicazione di tecnologie superconduttori.
La relazione tra superconduttore e ambiente a bassa temperatura
I materiali superconduttori presentano proprietà superconduttori solo quando sono al di sotto della loro "temperatura critica" (TC). La temperatura critica dei superconduttori scoperti nei primi giorni, come il mercurio, era di soli 4,2k (circa -268,95 gradi) e deve fare affidamento sull'elio liquido per il raffreddamento. Sebbene l'elio liquido sia efficace, è costoso e complesso nella produzione, il che limita seriamente l'effettiva promozione della tecnologia superconduttiva.
Il punto di svolta si è verificato nel 1986, quando gli scienziati IBM hanno scoperto il rame - basato su - materiali di superconduttori di temperatura. La temperatura critica di questo tipo di materiale è superiore al punto di ebollizione dell'azoto liquido (77K, cioè . -196 grado), quindi per il raffreddamento può essere usato azoto liquido. Sebbene 77K appartengano ancora alla categoria di temperatura estremamente bassa, i suoi costi e difficoltà operative sono notevolmente ridotti rispetto alle condizioni richieste per l'elio liquido, ponendo le basi per la tecnologia superconduttiva per passare dal laboratorio a un'applicazione pratica.
Tre vantaggi dell'azoto liquido che diventano un "prodotto necessario"
1. Costo basso:
Il prezzo di mercato dell'azoto liquido è molto più basso dell'elio liquido, di solito solo uno - decimo o addirittura inferiore a quest'ultimo. L'azoto è il componente principale dell'atmosfera, facile da separare e liquefaggio, ricco di risorse e fornitura stabile; Mentre l'elio è una risorsa scarsa e ha elevati costi di estrazione e stoccaggio.
2. Sicurezza e comodo funzionamento:
L'azoto liquido bolle a 77k, rendendo più facile conservare e gestire l'elio liquido (4,2K). L'uso di azoto liquido non richiede apparecchiature di isolamento estremamente complesse e riduce notevolmente i rischi operativi e i costi causati da una rapida evaporazione.
3. Ampiamente adattato a materiali superconduttori di temperatura - alti:
La temperatura critica di materiali superconduttori di superconduttori -} come ossigeno rame (YBCO) (YBCO) e bismuthuthuthuthuthuthuth -stronzio di ossigeno (BSCCO) è superiore a 77K, il che può raggiungere la superconduttività nella zona di temperatura dell'azoto liquido. Ciò rende l'azoto liquido ideale per il raffreddamento effettivo di tali materiali.
Analisi pratica di applicazione e benefici
I sistemi di superconduttore che utilizzano il raffreddamento azoto liquido hanno mostrato vantaggi significativi in diversi campi:
1. Trasmissione di potenza:
I cavi superconduttori possono ottenere una trasmissione di resistenza quasi zero. La ricerca mostra che se la trasmissione superconduttiva è promossa nella rete elettrica globale, i benefici economici portati dalla riduzione delle perdite di energia possono raggiungere miliardi di dollari ogni anno.
2. Attrezzatura per imaging medico:
L'attrezzatura MRI tradizionale utilizza principalmente magneti superconduttori di raffreddamento a elio liquido, che è costoso. La nuova generazione di MRI superconduttiva di temperatura - ad alte {1} ha iniziato a utilizzare l'azoto liquido per raffreddare, il che non solo riduce i costi di produzione e le difficoltà di manutenzione, ma migliora anche la stabilità e la qualità dell'immagine dell'attrezzatura.
3. Industria e ricerca scientifica:
I magneti superconduttori sono indispensabili in grandi apparecchiature di ricerca scientifica in scala - come acceleratori di particelle e strumenti di risonanza magnetica nucleare. L'uso di azoto liquido ha ridotto significativamente la soglia operativa e i costi di funzionamento e manutenzione lunghi - di questi dispositivi.
Riepilogo e prospettiva
A causa del suo costo - efficacia, facilità d'uso e buona compatibilità con materiali superconduttori di temperatura - ad alta temperatura, azoto liquido è diventato una parte indispensabile dello sviluppo della tecnologia superconduttiva. Non solo promuove l'applicazione del superconduttore dalla teoria alla realtà, ma promuove anche significativamente il progresso tecnologico e l'innovazione nelle industrie correlate.
Sebbene la ricerca attuale continui a esplorare materiali superconduttori con temperature critiche più elevate e persino perseguire il sogno di superconduttori a temperatura ambiente, azoto liquido, come mezzo di raffreddamento affidabile ed efficiente, ha fornito soluzioni pratiche in condizioni tecniche attuali. In futuro, con l'ulteriore svolta di materiali superconduttori e tecnologie di raffreddamento, azoto liquido - i sistemi di superconduttori raffreddati hanno un impatto più profondo nei campi di energia, cure mediche, trasporti, ecc.
