Salamon, Antal2020. október 24., szombat
Tudomány

Fizikai Nobel-díj és háttér – mi a szösz a szupravezető?

2003.10.07.Admin
National Geographic Magyarország

Megosztva kapta az idei fizikai Nobel-díjat egy orosz, egy orosz-amerikai és egy brit tudós: mindhárman úttörő jelentőségű munkát végeztek a szupravezetés terén.

A tízmillió svéd koronával (mintegy 280 millió forint) járó idei fizikai Nobel-díjon az Egyesült Államokban élő, orosz születésű Alekszej Abrikoszov, az orosz Vitalij Ginzburg és a brit-amerikai állampolgár Anthony Leggett osztozik. A három tudós kvantumfizika terén kifejtett munkássága főként a szupravezetésre összpontosult. A Nobel-bizottság történetében nem ez az első alkalom, hogy szupravezetésért ítéli oda a díjat

A 75 éves Abrikoszov az Illinois állambeli Argonne laboratóriumában dolgozik, a 87 éves Ginzburg a moszkvai Lebegyev Fizikai Intézet tudományos csoportjának volt egykor a vezetője, míg a 65 éves Leggett az Illinois Egyetem professzora Urbana-Champaign városában.

Fémek alacsony hőmérsékleten

A szupravezetés a rendkívül alacsony hőmérsékletre lehűtött fémek tulajdonsága: ilyenkor a fémben az ellenállás nemcsak nagyon kicsi, gyakorlatilag nulla. A szupravezetők zérus ellenállása már az 1900-as évek elején rendkívül megörvendeztette a fizikusokat, nem sok fantázia kellett ugyanis a veszteség nélkül óriási áramokat szállító távvezetékek elképzeléséhez. Hagyományos vezetékeken az ellenállás tetemes veszteséget okoz.

Ám a szupravezetők felfedezése után hamar kiderült, hogy a szupravezető-állapot nem túlságosan erős mágneses térrel meg is szüntethető. Ez pedig azt jelentette, hogy a szupravezetőben nem folyhat erős áram, hiszen az áram is létrehoz maga körül mágneses teret, ami viszont megszünti a szupravezető-állapotot.

A kutatás következő lépcsőfoka az volt, amikor az 1930-as években két berlini fizikus Meissner és Oschenfeld rájött, hogy a szupravezető belsejében nem csak az ellenállás, hanem a mágneses tér is zérus. Sőt az ötvenes évekre nyilvánvalóvá vált az is, hogy a fém normál és a szupravezető állapota közötti energiakülönbség éppen a mágnese tér kiszorításával mérhető. De hogy pontosan mi is történik a fázisátalakulás során, annak leírása még váratott magára egy darabig.

Az első Nobel díj szupravezetésért

Az ötvenes évek közepén a fizikusok már sejtették, hogy a szupravezetésnek mindenképpen köze van a fém kristályrácsához. Kísérletek igazolták, hogy a szupravezetéshez szükséges kritikus alacsony hőmérséklet függ a kristályrácsban lévő atomok tömegétől, azaz ugyanazon elem izotópjainak más és más a kritikus hőmérséklete.

Végül 1957-ben született meg Bardeen, Cooper és Schrieffer (BCS) elmélete, amely a szupravezetők minden alapvető tulajdonságára választ adott (részletesen >>), és még Nobel-díjjal is jutalmazták őket. Ám a szupravezető távvezetékek építéséhez még mindig nem volt elegendő tudás…

 Vitalij Ginzburg

Vitalij Ginzburg

Szupravezetés nem csak tiszta fémben

A szupravezetők kutatásának következő nagy szakasza az volt, amikor a tudósokat fokozottan kezdte el az a probléma foglalkoztatni, hogy hogyan fordulhat elő, hogy az ötvözetek és a szennyezett fémek szupravezető viselkedése eltér a szokásostól. Bizonyos esetekben például előfordul, hogy a mágneses tér nem szorul ki teljesen az anyagból.

 Alekszej Abrikoszov

Alekszej Abrikoszov

Korábban is tapasztalták, hogy a szupravezető alakjától függően normális és szupravezető tulajdonságot mutató rétegek alakulnak ki bennük. Ezt figyelte meg a most Nobel díjjal jutalmazott két orosz, Ginzburg és Abrikoszov is az általuk vizsgált szennyezett fémeknél illetve ötvözeteknél is. A két tudós kutatásai nagyban hozzájárultak annak megállapításához, hogy a mágneses tér nem feltétlenül akadálya a szupravezetésnek.

A második Nobel-díj

Az ipari alkalmazást azonban még visszavetette, hogy a szupravezetés rendkívül alacsony hőmérséklethez volt kötve. A szupravezetés felfedezésének 75. évfordulóján, 1986-ban két svájci tudós – Bednorz és Müller – bejelentették, hogy egy rejtélyes anyagon már 30-35 kelvin környékén tapasztaltak szupravezetést. Ezután kutatások hada indult, és egyre magasabb hőmérsékeleten tapasztalták a különleges állapotot, ma már 130-140 kelvinnél tartunk.

Mire jók a szupravezetők?

A szupravezetők három leggyakoribb felhasználása a következő:

  • Nagy teljesítmények (gigawatt) felett a szupravezető kábelek az áramvezetés szempontjából már gazdaságosabbak, mint a hagyományos távvezetékek
  • Elektromos energia tárolására: ha egy szupravezető tekercsbe áramot vezetünk, s utána a tekercs két végét megfelelően alacsony hőmársékleten összekötjük, rövidre zárjuk, akkor az áram mindaddig kering a tekercsben, amíg a hőmérséklet elegendően alacsony.
  • A harmadik alkalmazás azt használja ki, hogy a mágneses tér nem hatol be egészen a szupravezetőbe – Japánban például ezen elvre épül a szupravezető vasút.

  • Hozzászólások

    Mi okozta a legnagyobb kihalási eseményt?

    Mi okozta a legnagyobb kihalási eseményt?

    A földi életet története során több úgynevezett tömegkihalás is sújtotta, melynek során a fajok egy jelentős része eltűnt.

    Új módszer az ivarváltásra képes kétéltűek genetikai ivarmeghatározására

    Új módszer az ivarváltásra képes kétéltűek genetikai ivarmeghatározására

    Az Agrártudományi Kutatóközpont (ATK) Növényvédelmi Intézet Lendület Evolúciós Ökológiai Kutatócsoportjának munkatársai egy olyan molekuláris diagnosztikai módszert dolgoztak ki, amely lehetővé teszi az erdei békák genetikai ivarának a meghatározását.

    A fényszennyezés növelheti a szúnyogcsípések mennyiségét

    A fényszennyezés növelheti a szúnyogcsípések mennyiségét

    Az ember közelében élő, nappal aktív szúnyogok életmódját változtatja meg a világítás.

    Magyar kutatók készítettek 3D-modelleket a kutyák agyáról

    Magyar kutatók készítettek 3D-modelleket a kutyák agyáról

    Digitalizált koponyák alapján rekonstruálták az ELTE és a Kaposvári Egyetem kutatói 24 kutyafajta és 4 vadon élő farkasféle agyát - tájékoztatta az ELTE az MTI-t.

    A Yellowstone értékes alapanyagot adott az őslakosoknak

    A Yellowstone értékes alapanyagot adott az őslakosoknak

    A Yellowstone vulkánját leginkább csak a gejzírjeiről vagy a pusztító kitöréssel fenyegető rémhírekből ismerjük, holott egészen kézzel fogható és hasznos dolgokat is adott.

    National Geographic 2020. októberi címlap

    Előfizetés

    A nyomtatott magazinra,
    12 hónapra

    9 960 Ft

    Korábbi számok

    National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlapNational Geographic 2020. októberi címlap

    Hírlevél feliratkozás

    Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

    Kövess minket