Transcript Süperiletkenli*e Genel Bak**, Ulusal Süperiletkenlik Ara*t

Prof. Dr. Ali Gencer (A.Ü.)
Hakkari
Üniv.
İletkenler
© John Wiley & Sons, Inc.
İletkenlerde, en dış
yörüngedeki elektronlar,
çekirdeğe gevşek bağlı ve
serbest olarak iletken içinde
hareket ederler.
SERBEST elektronlar
Metaller iyi iletkenlerdir.
Metal içinde elektrik enerjisi
Serbest elektronlar aracılığı ile taşınır!
Elektriksel Direnç R(ohm)
Elektronlar iletken içinde zorlu
bir süreçte hareket ederler.
Direncin Kaynağı:
Elektronların
birbirini itmesi
Atomların titreşimi
Safsızlıklar
Yapı kusurları vs.
Elektronların iletken içinde
hareketleri sıcaklığında
fonksiyonudur, özellikle yüksek
sıcaklıklarda hareket daha da
sınırlıdır.
Elektrik enerjisi elektronların
saçılmasıyla, ısı enerjisine
dönüşerek kaybolur.
http://regentsprep.org/Regents/physics/phys03/bresist/default.htm
Nasıl Başladı?
•
1908 – He sıvılaştırılması (~4 K = - 452°F )
•
1911 - Hg’nın Direncinin ölçümü “Keşif”
•
1913 – Fizikte Nobel Ödülü
Heike Kamerlingh Onnes
“sıfır direnci” doğrudan
ölçmek zor
Süperiletken halkada dolanan
akım
Kolay bir deney– Yüksek
manyetik alan için standart
konfigürasyon (10-20T)
Dirençli halka değişen akım
 değişen manyetik alan
Böyle bir deneyde 
Manyetik (dipol) Alanı
I
Dolanan
süperakım
Süperiletken
 SC
 1018
Cu
From Ustinov “Superconductivity” Lectures (WS 2008-2009)
Klasik elektronlar-düzensiz,
Süperlelektronlar düzenli!
ÖZELLİK 2 : MANYETİK ALANDA İLETKENLER
Kusursuz İletken
(a)-Sıfır Alanda
Soğutma

(b) Manyetik Alanda
Soğutma

Süperiletken
(c)-Sıfır Alanda
Soğutma

(d) Manyetik Alanda
Soğutma

Farkı fark etmek gerekir!, üstüniletken değil:Süperiletken!!
ÖZELLİK 3 : AKI KUANTUMLAMASI
 
   B  dA  n0
0 
Dünya’nın manyetik alanı ~ 500 mG, 1
cm2 alanda ~ 2 milyon 0.
h
hc
~ 2  10 15V  s 
~ 2  10 7 G  cm 2
2e
2e
Elektron çiftinin
hareketine eşlik eden akı
kuantası
Toplam akı(B*alan)=  = n x 0
S/I geçişinde özısı ve gizli ısı değişimleri de
gözlenmektedir.
BCS-1957
Neden Önemlidir?
Enerji
Endüstri
Hava Kirliliği
* G8- Kamu ve Özel sektör Ar-Ge çalışmaları için
milyarlarca dolar kaynak ayrılmaktadır.
*İnternet-Web taramasında ~2 milyon “hit”
* Bilimsel ve Teknolojik “Gizem”, cazip ortam!
Yüksek Sıcaklık Süperiletkenler de Kaldırma Kuvveti
Bir Kg kadar balık kavanozundan
202 Kg’a kadar Sumo Güreşcisi!!
Güncel Popüler Toplumsal Konular
CO2 azaltma çabası
Daha verimli
sistemler
Yenilenebilir enerjiler
Yenilikçi
cihazlar
Süperiletken (D)evriminin Olası Sonuçları
Konvansiyonel Teknolojilerden
Süperiletken Teknolojisine
Geçişteki Kazanç
(Sadece Japonya)
105 TWh= 15 adet %80 yükle
çalışan 1000 MW sınıfı santral.
(Keban=1300 MW)
Kaynak: Satoshi Morozumi, Physica C:
Superconductivity, Vol 357-360, Part 1, 2001, pp 20-24
Kütle
Yoğunluğu
S/İ
Tc
Nb-Ti
9K
10 T
6.0 g/cm3
Nb3Sn
18 K
28 T
7.8 g/cm3
MgB2
39 K
60 T
2.5 g/cm3
YBCO
90 K
> 50 T
5.4 g/cm3
BSCCO
110 K
> 50 T
6.3 g/cm3
Hc
2
( T= 4.2 K)
S/İ ile ilgili Bazı Gerçekler
1- MRG- Yıllık Pazar 3 Milyar $ (Süperiletken bazlı)
2- LHC, 6000 S/İ magnet, 6 Milyar $: Önemi:
a) Saniyenin 100 milyarda biri süresinde 13.7 milyar yıl öncesine
dönüş, yüksek enerjili çarpışmalar ilk büyük patlamadan bu yana
idame edememiş parçacıkları yeniden üretmeye yarıyor.
b) CERN, LHC, protona ışık hızına çok yakın hız kazandırıyor
(99.999999991)c
3- Japon Maglev- Kamu dışı, özel sektör finasmanı 50 Milyar $
4- ITER Projesi- adeta yeryüzünde yeni bir yıldız inşa etmek-Yeni
enerji kaynağı- Füzyon: Kullanılan 16 Nb3Sn magnetlerin her biri
yaklaşık 300 ton ağırlığında.
1913
1962
1972
1973
1987
2003
Heike Kamerlingh Onnes
Lev Landau
John Bardeen, Leon Cooper, Robert Schrieffer
Brian Josephson
Georg Bednorz, Alexander Müller
Alexei Abrikosov, Vitally Ginzburg
Kritik Sıcaklık Artışı/ Zaman
140
-
130
-
150
~ 168 K
Sıcaklık (K)
basınç
HgBaCaCuO
TlBaCaCuO
Bi2Sr2Ca2Cu3Ox
110 100 YBa2Cu3O7-d
90 80 70 Geleneksel
60 süperiletkenler
50 basınçla
Bednorz ve Müller
40 (La,Ba)CuO
NbAlSi
Ba(K,Bi)O3
30 NbGe3
V3Sn
20 NbN
Nb3Sn
organik malzemeler
Pb Nb
Ba(Pb,Bi)O
10 - Hg
3
NbO
0 -
“Yüksek Sıcaklık”
“cuprate”
Süperiletkenleri
120
1910
1930
1950
1970
1975
1980
1985
1990 1995
Sıvı N2
MgB2 39K
A3C60
Sıvı He
2000
2005
Zaman (Yıl)
Düşük Maliyet
Son kullanıcılar
İçin az miktarda
girişimcilik
Performans
B,T
MgB2
süperiletken
Handling
”Muhafaza!”
S/İ Ekler,
AA kayıplar,
n-faktorü,
vb.
Süperiletkenlik alanında yapılan SCI yayın sayıları
8000
7000
5000
4000
3000
2000
1000
0
19
45
19
49
19
53
19
57
19
61
19
65
19
69
19
73
19
77
19
81
19
85
19
89
19
93
19
97
20
01
20
05
20
09
Yayın Sayısı
6000
Yıllar
18,00
Ülkemiz adresini taşıyan yayınlar
16,00
Yurtiçi kurumlar
Yayın Sayıları (%)
14,00
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
Yabancı Kurumlar
Dünya Süperiletkenlik Pazar Payı Projeksiyonu
1. Merkez laboratuvar inşaatı projelendirmesi
tamamlanmak üzere
2. Birinci yıl için ön görülen test ve ölçüm
ekipmanlarının siparişleri tamamlandı
3. Bir adet uzman kadrosuna eleman ataması
rektörlükçe yapıldı
4. İki adet uzman proje kapsamında
görevlendirildi.
5. Projenin uluslar arası düzeyde tanıtımı ICSM
konferansındaki bir oturumda gerçekleştirildi.
Ulusal Süperiletkenlik Araştırma Laboratuvarı hizmet birimlerinin beş ana
birimde oluşması planlanmaktadır.
 Temel Süperiletkenlik Araştırmalar Birimi (teorik, yeni malzeme sentezi
ve karakterizasyonu )
 Büyük Ölçekli Uygulamalar Birimi (kablo, hatalı akım sınırlayıcısı,
magnet )
 Küçük Ölçekli Uygulamalar Birimi (sensör, elektronik devreler)
 İnnovasyon Birimi
 Eğitim ve Halkla İlişkiler Birimi (Toplumsal bilinçlenme, alanla ilgili bilim
merakı uyandırma, tanıtım )
“Yarınların Süperiletkenlik Dünyası”
Manyetik
olarak atılan
uzay aracı
Enerji Tasarrufu:
güç hatları
elektrik motorları
transformatörler
Kargotaşıyan
denizaltları,
(US Navy)
Medikal
Diagnostik:
Manyetik
Rezonans
Görüntüleme
SQUID:
Beyin aktivitesi
Kalp fonksiyonu
Hesaplama:
1000 defa hızlı
süperbilgisayarlar
600 km/h
hızlı trenler
Bilgi Teknolojisi: çok hızlı,
daha geniş band
haberleşmeler
Ankara-İstanbul 40 dakika!
Rüya’nın bir kısmı gerçek…
http://www.bestofjesse.com/projects
/indust/project1.html
www.lanl.gov/quarterly/q_spring03/meg_helmet.shtml
Süperiletken güç kablosu
(Danimarka’da kurulu)
Japon Maglev Tren Projesi- Ray ve
gövde içine montajlı magnet
süperiletkenden -Temas yok!
www.rtri.or.jp/rd/maglev/html/english/maglev_frame_E.html
SQUID
Nöromanyetik
sinyallerin
ölçümü
Beynin (nükleer) manyetik
rezonans görüntüleme
resmi- manyetik alan
süperiletken magnet
tarafından sağlanmakta!
Teknoloji Geliştirme Mizahı!!!
TEŞEKKÜRLER