Superconduttività, dove le correnti elettriche scorrono senza ostacoli attraverso un materiale, è una delle scoperte scientifiche più intriganti della fisica moderna. Ha molti usi pratici. governi, industrie, e i centri sanitari e scientifici fanno tutti uso della superconduttività in applicazioni che vanno dalla risonanza magnetica negli ospedali alle cavità degli acceleratori di particelle, dove gli scienziati esplorano i fondamenti della materia. Però, lo sfruttamento pratico della superconduttività presenta anche molte sfide.
Le sfide sono forse maggiori per i ricercatori che cercano di integrare la superconduttività in piccoli, sistemi portatili. L'accademico dell'Università di Cambridge e l'esperto di superconduttività John Durrell e il suo team dimostrano questa settimana in Lettere di fisica applicata , da AIP Publishing, che un sistema magnetico superconduttore portatile, che è, in sostanza, un sostituto ad alte prestazioni per un magnete permanente convenzionale, può raggiungere un livello 3-tesla per il campo magnetico. Durrell ha affermato che il lavoro del suo team in gran parte si è evoluto dalle scoperte innovative del fisico dell'Università di Houston Roy Weinstein, che ha mostrato come gli elettromagneti convenzionali e la magnetizzazione a campo pulsato possono essere utilizzati per attivare campi magnetici superconduttori che vengono "catturati" e sostenuti come parte di una disposizione superconduttiva. Ciò evita la necessità di grandi e costosi magneti superconduttori per "attivare" tali sistemi portatili. anche chiave, Durrell ha sottolineato, è che il suo team ha capitalizzato su altre tecnologie nuove e più economiche, soprattutto per il raffreddamento.
"Per esempio, il salto con i progressi nella criogenia, ti permette di fare cose interessanti in altre aree, pure, "Spiega Durell. "Ci sono molte cose che si uniscono per renderlo possibile." Mentre i grandi sistemi superconduttori di dimensioni industriali generano un campo magnetico di 20 tesla, Il campo magnetico a 3 tesla di Durrell è nuovo per un sistema portatile.
Durrell e il suo team erano curiosi di sapere cosa potevano fare mentre guardavano il lavoro di Weinstein solo pochi anni prima. Weinstein ha dimostrato che con l'impulso elettromagnetico esterno convenzionale di un mezzo, è stato possibile "catturare" un campo magnetico in un superconduttore utilizzando un campo magnetico esterno molto più piccolo di quanto precedentemente ritenuto possibile. L'indagine Weinstein ha utilizzato ittrio bario cuprato drogato con uranio e sottoposto a trattamento di irradiazione. Il team di Durrell ha cercato un materiale meno costoso e ha scelto Gadolinio Bario Cuprato, senza doping di uranio. Difan Zhou, investigatore del team e autore principale, ebbe l'idea di estendere le scoperte di Weinstein, Durrel ha detto, e la ricerca, che ha richiesto poco meno di due anni per fare, ha pagato.
"È stata una sorpresa per noi riuscire a vedere in un materiale non proprio all'avanguardia lo stesso gigantesco effetto di salto di flusso come ha dimostrato Roy Weinstein, " Ha detto Durrell. "La cosa fondamentale che ha reso possibile questo è che abbiamo esaminato ciò che Roy ha fatto per farlo funzionare, ma per questo tipo di sistema portatile. Prima usavamo magneti superconduttori convenzionali per caricare le nostre masse. Ciò renderà più economico e pratico l'accesso a questi campi elevati".
I progressi in meno, anche un raffreddamento più efficiente, il sistema criogenico, è stato fondamentale per la ricerca di Durrell e del team. Per entrambe le fasi di carica e mantenimento del campo magnetico, è necessario mantenere fresco il campione superconduttore, altrimenti la superconduttività si esaurisce. Recentemente, il settore privato ha ideato sistemi criogenici economici e leggeri, e Durrell hanno utilizzato un sistema di raffreddamento di Sunpower Inc., una ditta statunitense. Secondo Durrell, questa leggerezza e il relativo basso costo potrebbero rendere la superconduttività portatile in vari prodotti una possibilità reale.
L'effetto complessivo dell'unione di queste nuove opportunità tecnologiche, Durrell ha sottolineato, è "essenzialmente un migliore, magnete permanente portatile, uno con un campo magnetico di 3 tesla anziché di 1 tesla. L'ovvio interesse è che potresti usarlo per realizzare un motore più piccolo e leggero."
Anche i sistemi NMR e MRI a basso costo per gli ospedali sono una forte possibilità di utilizzo, Durrell ha spiegato, poiché questi sistemi utilizzano spesso grandi magneti superconduttori. Possono essere abilitati anche sistemi di somministrazione di farmaci mirati magneticamente in applicazioni umane e veterinarie.
Durrell e il suo team stanno pianificando ulteriori test per una maggiore potenza magnetica ed efficienza complessiva. Hanno ricevuto un sostegno significativo da The Boeing Company per questa indagine, e Durrell ritiene che sia un forte esempio di ciò che un'azienda e un laboratorio accademico possono fare quando collaborano per la ricerca di base.
