Okunma: 6865 kez

Ayrıca ’nin, sıcaklığın fonksiyonu olarak ve ’nin alan ve sıcaklığın fonksiyonu olarak değiştiğine dikkat edilmelidir.

Süperiletkenliğin Yararları ve Uygulamaları:

Elektrik şebekelerinde- üretim, iletim ve gücün depolanması için, akım hata sınırlaması ve güç kaynak kalitesini düzeltmek, yani generatör, kablolar, transformatörler, SMES, -SMES ve akım hata sınırlayıcılar.

Motorlarda- dc ve ac elektrik motorları, tahrik sistemleri.

Milde-sürtünmesiz hareket için.

Akım yönlendirici için mıknatıs sistemleri, açık sistem MRI, magnetik ayırıcılar, ışın odaklama mıknatısları, çok yüksek alan araştırma mıknatısları.

Bu uygulamalardan bazıları için, örneğin FCL, yüksek sıcaklık süperiletkenliğinden doğan teknolojidir. Diğerleri için, bakır ve alüminyum iletkenleri kullanan konvansiyonel cihazlara nazaran birçok fayda sunar.

Enerji biriktirme- HTS cihazların enerji kayıpları, yüksek verim ve düşük işletme maliyetleri sebebiyle önemli bir derece daha düşüktür.

Boyut-HTS cihazları aynı güç oranındaki bakırlı çözüme göre daha küçük ve hafiftir.

Akım kapasitesi-HTS maddeleri bakırın sahip olduğundan birkaç kat daha fazla akım kapasitesine sahiptir, örneğin HTS kablolar aynı boyutlardaki bakır bir kabloya göre 5 kat daha fazla güç iletebilir.

Çevre-Çevreye daha az enerji kayıpları sayesinde yardıma ek olarak transformatörlerde yağın olmaması ve kablolarda gereksiz magnetik alanları olmamasıyla da yardımcıdır.

Yüksek sıcaklık Süperiletkenleri (HTS):

Metalik süperiletkenler bu yüzyılın ilk bölümlerinde keşfedildi ancak yararlı teller 1950 ve 60’lara kadar yapılamadı. Bugün bakır temelli olanlarda en çok kullanılan süperiletken teller NbTi ve Nb3Sn’den yapılmıştır. Bu maddeler düşük sıcaklık süperiletkenleri (LTS) olarak adlandırılır, çünkü kritik sıcaklıkları 25 K (veya - 248 °C)’nin altındadır. 1987’de 30 K civarında süperiletken olan bir seramik bileşiği beklenilmeyecek bir şekilde bulundu. Takip eden birkaç yılda, 150 K değerindeki ’e kadar birçok ilgili madde keşfedildi. Bu maddeler yüksek sıcaklık süperiletkenleri (HTS) olarak adlandırıldı.

HTS maddelerinin keşfindeki heyecanın sebebi LTS için gerekli sıvı helyumun (4,2 K / -269 °C) yerine tercihen sıvı nitrojen (77 K / -196 °C) kullanarak soğutulabilmeleridir. Daha önceden, birçok süperiletken güç uygulamaları (örneğin kablo ve transformatörler), sıvı helyumun soğutulması ihtiyacından dolayı çok pahalı ve hacimli bulunmuştur. Bununla beraber, sıvı nitrojenle soğutma çok daha ucuzdur ve cryogenic sistemler daha uygundur. HTS ile, daha geniş enerji biriktirmeyi sunan süperiletken güç cihazları ve yükselen akım kapasiteleri gerçek olmuştur. Tüm HTS maddeleri gibi kafes şekli izolasyon iyonları blokları arasına yerleştirilen bakır-oksijen iyonları düzleminden oluşur. Bu süperakımın c ekseni yönüne dikey 2D akısıyla sınırlanması demektir. Sonuç olarak HTS maddelerinin elektriksel ve magnetik özellikleri, magnetik ve elektrik alanlara bakışla yönelmelerine duyarlı bir şekilde dayanabilir.

1.2. Süper İletkenliğin Tarihsel Gelişimi:

Süperiletkenlik ilk olarak 1911 yılında Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes tarafından civayı mutlak sıfır (0 °K) civarında soğuduğu zaman elektrik akımına direnç göstermediğini gözlemesiyle keşfedilmiştir. Onnes 0 °K sıcaklığına ulaşmak için, civa çubuğunu sıvılaştırmış helyum içine sokmuş ve 4.2 °K (-268,8 °C )’de civanın süperiletken duruma geçtiğini gözlemiştir.

Helyum mutlak sıfır civarında sıvılaştığından bu araştırmalar için çok uygundu. Sakıncaları ise çok pahalı olması ve iyi yalıtılmış bir kapta sıkıca kapatılmadığı taktirde hızlı ısınması ve buharlaşmasıdır. Ayrıca helyumun sıvılaştırılması pahalı ve büyük miktarda enerji gerektiren bir işlemdir. Bütün bu sakıncalar süperiletkenlik konusundaki çalışmaları sınırlamıştır, çünkü başlangıçta süperiletkenliğe ulaşmak için tek yol önce belirli metalleri ve daha sonra belirli bazı metal alaşımlarını sıvı helyum banyosuna sokmak idi. Bunun sonucu olarak süpekiletkenliğin pratikte kullanımı,uzun yıllar boyunca, bilinen süperiletkenler ile yapılan elektromıknatıslar ve bunların yarattığı şiddetli magnetik alanlarla çalışan birkaç cihaz ile sınırlı kalmıştır.

Süperiletkenlık olayı pratikte defalarca gözlenmesine rağmen teorisinin geliştirilmesi hep geri kalmıştır ilk olarak 1935’de London kardeşler,1950 WL.Ginsburg ve LD.Landan tarafından süpweriletkenlik için başarılı modellemeler yapılmış olmasına rağmen ilk esaslı teori 1957 yılında John Bardeen, Leon Cooper ve J.Robert Schrieffer tarafından önerilmiştir ve kurucularının soyadlarının baş harflerinin bir araya getirilmesiyle BCS kuramı olarak anılmaktadır. Bu kuramları ile 1972 Nobel Fizik Ödülünü almışlardır.

BCS kuramının esası, süperiletkenlerde yük taşıyıcılarının Cooper Çiftleri olarak bilinen zıt momentumlu elektron çiftleri oluşturmasına dayanmaktadır.

Normal iletkenlerin atomik yapıları incelendiğinde bunların dış kabuklarında belli sayıda delik ve elektronların bulunduğu görülür, öyle ki dış kabuktaki elektronların kabuğa bağlılığı iç kabuktakiler kadar sıkı değildir. Bu nedenle, iletkene bir gerilim uygulandığında, dış kabuktaki elektronlar, diğer atomlardaki boş deliklere doğru hareket eder. İşte bu hareket esnasında, bazı elektronlar diğer elektronlarla çarpışarak enerjilerini ısıya dönüştürürler. Bilindiği gibi bu olay “elektriksel direnç” olarak adlandırılır. Süperiletkenler göz önüne alındığında bunlarda hareketli elektronlar tek tek hareket etmezler, elektron kendisine bir ortak, yani ikinci bir elektron arar. Böyle bir ortağın arandığı, metalin yapısını oluşturan kafesin titreşimleri aracılığıyla iletilir. Bu sayede aynı yerde olmasalar bile, her zaman birbirine uyan iki elektron bulunabilir. Çünkü fizikçilerin “foton” diye adlandırdıkları kafes titreşimleri bilgiyi bir elektrondan diğerine iletmektedir. Oluşan Cooper çiftinin elektronları arasındaki bağlantı, birbirinden uzakta olsalar bile, o kadar sağlamdırlar ki, tek başlarına kafes atomlarına çarpmaya yeterli bir enerjileri kalmaz ve elektron çiftleri çarpmadan kafesten sızarlar. Ayrıca herhangi bir elektron çifti bozulsa bile, bunlar hemen birleşerek eski konumlarına dönebilmektedirler. Bir süperiletkenin akıma karşı direnç gösterememesinin sebebi budur.

Ancak sıcaklık oda sıcaklığına yükseldiğinde elektronlar arası çekim kuvvetinin çok küçük değerlere düşmesi sebebiyle normal iletkenlerde elektron çiftleri oluşamamaktadır. Bu kuram mutlak sıfır civarındaki süperiletkenliği açıklamada oldukça başarılı olmuştur ki Bordeen’e göre yaklaşık 40°K’e kadar olan sıcaklıktaki süperiletkenlik durumlarını da açıklayabilmektedir.

Süperiletkenlik konusundaki çalışmalar hızla devam ederken ortaya çıkan bir özellik çalışmaların bir süre aksamasına yol açmıştır. Bu özellik, ilk metal üstün iletkenlerinden olan kurşun, kalay, civa gibi metallerin,büyük magnetik alanlar üretmek amacıyla içlerinden gerekli akımlar geçirildiğinde süperiletkenliklerini kaybetmeleri ve normal iletken durumuna geçmeleridir. Bu engeli bilim adamları alaşımlara yönelmiştir ve bu çalışmaların sonucu olarak 1950’lerde yüksek magnetik alanlarda süperiletkenlik özelliğini yitirmeyen Niobyum-kalay ( ) ve Niobyum-titanyum gibi alaşımlar bulunmuştur. Özellikle J. Künzler 1960’larda ( ) alaşımının tel haline getirilebileceğini bularak, elektrik makinalarında süperiletkenliğin kullanılmasına öncülük etmiştir. Bu alaşım Gauss’luk magnetik alanlarda süperiletkenliğini sürdürebilmektedir. Alaşımlar içinde kritik sıcaklığın en yüksek olanı 1973’te bulunan (Niobyum-Germanyum) alaşımıdır ve bu alaşım Tc=23°K de süperiletken hale geçebilmektedir.
 

Etiketler:  

Bilimler
Kimya
Süper İletkenlik 2

Sadece kayıtlı kullanıcılar yorum yazabilirler.
Lütfen hesabınıza giriş yapınız veya kayıt olunuz.

---