REVOLUCIONARNI IZUM

Znanstvenici: Imamo Sveti gral fizike! Ovo otkriće će promijeniti i mobitele i vlakove i elektrane...

 Thomas Coex/Afp
Potvrdi li se ovo otkriće, to bi moglo transformirati gotovo svaku tehnologiju koja koristi električnu energiju

Američki fizičari sa Sveučilišta u Rochesteru objavili su prije nekoliko dana da su razvili supravodič koji vodi električnu struju bez imalo otpora na sobnoj temperaturu što je neka vrsta Svetog grala moderne fizike. Potvrde li ovo otkriće i fizičari u ostalim laboratorijima diljem svijeta, to bi moglo transformirati gotovo svaku tehnologiju koja koristi električnu energiju, pružajući nove perspektive za naše mobitele, magnetske levitirajuće vlakove i buduće fuzijske elektrane.

Novi materijal sastoji se od metala lutecija iz skupine rijetke zemlje, vodika i dušika, a studija o njemu objavljena je u srijedu u vodećem svjetskom znanstvenom časopisu Nature.

- Ovo je početak nove vrste materijala koji je koristan za praktične primjene – rekao je Ranga P. Dias, profesor strojarstva i fizike na Sveučilištu Rochester u New Yorku i voditelj studije u Natureu u utorak navečer na sastanku Američkog fizikalnog društva u Las Vegasu. Zanimanje za Diasovo predavanje bilo je toliko veliko da su zaštitari 15 minuta prije prezentacije morali intervenirati i zaustaviti ulaz znatiželjnika u prepunu dvoranu. Dok su neki znanstvenici najavu otkrića dočekali s entuzijazmom, drugi su daleko oprezniji, ukazujući na kontroverznu povijest Diasove istraživačke skupine koja je 2020. godine, također u Natureu objavila otkriće obećavajućeg, ali manje praktičan supravodljivi materijala No, taj je rad povučen nakon što su drugi znanstvenici doveli u pitanje neke od objavljenih podataka.

- Ostvarivanje supravodljivosti na sobnoj temperaturi je ‘Sveti gral‘ fizike materijala, no kod mnogih znanstvenika iz tog područja postoji skepsa da ćemo to ikad postići. Od 2015. godine počinje značajan proboj u istraživanju supravodljivosti u spojevima baziranim na vodiku i opažena je supravodljivost skoro do sobne temperature, ali pri nevjerojatnim tlakovima koji iznose stotine gigapaskala, zbog čega ta otkrića ne mogu imati primjenu u svakodnevnom životu, a a to je glavni razlog zašto želimo postići supravodljivost na sobnoj temperaturi – rekao nam je dr. Emil Tafra, izvanredni profesor na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu (PMF) u Zagrebu.

- Autori članka objavljenog prije nekoliko dana tvrde da su opazili supravodljivost u nešto drugačijem spoju vodika, na sobnoj temperaturi, i dalje pod visokom tlakom, ali značajno nižim od onih prethodnih. No oni su to opazili samo u dijelu uzoraka, a procedura koju su primijenili je bila takva da tek predstoji istražiti točan sastav tog spoja. Zbog toga je u ovom trenutku prerano tvrditi je li se dogodilo epohalno otkriće, potrebno je da to potvrde druge, neovisne istraživačke grupe, potrebno je daljnje detaljno istraživanje takvih spojeva i neka eventualna primjena je u ovom trenutku jako daleko – dodao je Emil Tafra.

image

Emil Tafra

Goran Mehkek/Cropix

Supravodljivost je stanje pri kojemu materijal vodi električnu energiju bez imalo otpora. Taj je fenomen otkrio nizozemski fizičar Heike Kamerlingh Onnes koji je 1911. godine spoznao da električni otpor žive na temperaturi od minus 269 Celzijevih stupnjeva iznenada pada na nulu. Drugim riječima, živa na toj temperaturi postaje idealan vodič, supravodič ili supervodič.

Za to je otkriće Kamerlingh Onnes 1913. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku. Osim kod žive, fenomen supravodljivosti manifestira se kod još nekih metala, ali samo na ekstremno niskim temperaturama, blizu apsolutne nule (minus 273,15 Celzijevih stupnjeva). Postizanje tako niskih temperatura moguće je pomoću tekućeg helija koji je jako skup. Klasični supravodiči danas se najčešće primjenjuju za postizanje visokih magnetskih polja bez kojih ne bi radio nijedan uređaj za magnetsku rezonanciju u bolnicama, ali isto tako bez njih ne bi radili ubrzivači čestica u CERN-u ili fuzijski reaktori (ITER). Također, između Osake i Tokija napravljena je supravodljiva željeznička veza kojom prometuje Maglev, tip brzog vlaka Shinkansen.

Desetljećima su znanstvenici tragali za materijalima koji u supravodljivo stanje prelaze na višoj temperaturi, a onda je 1986. godine došlo do revolucionarnog prodora. Istraživači iz IBM-ova laboratorija u Zürichu, Alex Müller i Georg Bednorz, otkrili su da neke legure slične keramici (sastavljene od lantana, barija, bakra I kisika) postaju supravodljive na minus 238 Celzijevih stupnjeva. Za to su otkriće nagrađeni Nobelovom nagradom za fiziku 1987., a te je godine otkriven i keramički materijal koji u supravodljivo stanje prelazi na oko minus 180 Celzijevih stupnjeva.

Postizanje te temperature relativno je jeftino i lako izvedivo pomoću tekućeg dušika. Nastala je velika znanstvena utrka: tko će otkriti materijal koji će na što višoj temperaturi postati supravodljiv. Naša zemlja ima dugu tradiciju u istraživanju visokotemperaturne supravodljivosti. Primjerice, 1987. godine zagrebački znanstvenici dr. Mladen Prester s Instituta za fiziku, prof. Amir Hamzić s PMF-a i dr. Nevenka Brničević s Instuta "Ruđer Bošković" prvi su u nas sintetizirali materijal sastavljen od itrija, barija, bakra i kisika koji u supravodljivo stanje prelazi na minus 180 Celzijevih stupnjeva. Njihovim su stopama krenuli još neki hrvatski istraživači.

No, glavni problem u primjeni visokotemperaturnih supravodiča leži u njihovoj krtosti jer su keramički pa je teško izraditi žice koje se lako savijaju, za razliku od klasičnih supravodiča koji su kovni metali. Ipak, nekoliko dalekovoda u svijetu izrađeno je od visokotemperaturnih supravodiča koji su hlađeni tekućim dušikom, primjerice na Long Islandu, u Essenu, St. Peterburgu te u Japanu, Južnoj Koreji i Kini.

Želite li dopuniti temu ili prijaviti pogrešku u tekstu?
Linker
24. veljača 2024 13:00