CuliosWelt: HochtemperaturSupraleiter

Schon seit langer Zeit ist es der Wunsch vieler Physiker, Forscher und Firmen Strom ohne Verluste zu fließen zu lassen.
Herkömmliche Leiter, sind alle Materialien die dem elektrischen Strom wenig Widerstand, wie zum Beispiel Silber oder Kupfer, entgegensetzen. Wichtige Dinge die bei der Leiterproduktion berücksichtigt werden müssen, sind die Spannung, Stromstärke und Widerstand. Diese "normalen Leiter"; reichen in vielen Fällen bei dem heutigen Stromverbrauch nicht mehr aus.
Durch die Supraleitfähigkeit ist es möglich geworden, Strom fast ganz verlustfrei fließen zu lassen. Supraleitfähigkeit ist die physikalische Eigenschaft ganz bestimmter Materialien, wie beispielsweise einige Metalle, Legierungen oder Keramiken, dem Fluss eines elektrischen Stromes keinen elektrischen Widerstand entgegenzustellen. Supraleitfähigkeit tritt erst unterhalb einer bestimmten Sprungtemperatur , dem absoluten Temperaturnullpunkt von -273.15 Grad Celsius oder 0 Kelvin auf.
Allerdings hat diese den Nachteil, dass die absolute Nulltemperatur nur durch sehr großen Aufwand möglich ist. Die erste Entdeckung von supraleitfähigen Materialien war 1911 und es wurde diese wurden danach immer weiter ausgebaut. Bei Hochtemperatursupraleitern (HTS) wird ein spezielles Keramikmaterial aus Wismut, Strontium, Kalzium, Kupfer und Sauerstoff durch Stickstoff gekühlt und dadurch sinkt der Widerstand dieses Materials fast auf Null. Das besondere ist, dass die Supraleitfähigkeit durch dieses Keramikmaterial schon bei -196°C erreicht wird und dadurch mit Stickstoff gekühlt werden kann. Doch leider ist diese Anwendung noch in ihren Kindesjahren und es stehen noch viele Probleme vor den Wissenschaftlern die es noch zu lösen gilt.

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Herstellung und Aufbau:

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Silberrohre mit üblicherweise einem Durchmesser von 18 bis 30 mm werden mit Keramikpulver gefüllt und dann an beiden Enden verschlossen. Danach werden sie gepresst und gezogen und zu dünnen Bändern gewalzt. Nach diesem Vorgang werden sie mit 820 Grad erhitzt. Diese Prozedur dauert zwei bis vier Tage und dabei werden die HTS- Keramikkristalle zu Blättchen gepresst, welche 0.1 mm lang und 0.005mm dick sind. Auch werden sie bei diesem Vorgang zu einer gemeinsamen Vorzugsrichtung gezwungen.
Allerdings ist dies wirklich "Perfekt" noch nicht möglich, zum Beispiel müssten dann die Blättchen alle die exakt gleiche Dicke besitzen und auch die ganz gleiche Orientierung in Richtung des Stromflusses.

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Die Probleme:
* Die Stromtragfähigkeit ist nicht hoch genug.
Diese liegt zur Zeit ungefähr bei 10 000 Ampere pro Quadratzentimeter. Im Vergleich dazu bringt Kupfer es auf 100 Ampere pro Quadratzentimeter, allerdings kann man im Gegensatz zu Hochtemperatursupraleiter(wegen dem Kühlproblem), Kupferdrähte auch um einiges dicker bauen. Damit diese Leiter rentabel wären, bräuchten sie eine Stromtragfähigkeit von 25 000 Ampere.
* Die Kosten sind zu groß.
Zur Zeit liegen diese bei ca. 3500 Schilling pro Kiloampere und Meter Draht.Allerdings müssten es 100 Mark sein, damit sich Leistung und Kosten ausgleichen. Durch das verwendete Silber ist dies nicht möglich und aus diesen Grund müssen für Ersatzstoffe, die billiger sind als Silber, gesucht werden.
* Durch den starken Konkurrenzdruck wird es nur schwer möglich sein, sich in der Energietechnik Anerkennung zu verschaffen, da die wenigsten Leute Geld und Risikobereitschaft aufbringen und HTS-Komponenten in ihre Netze einzuführen.
* Durch die Durchleitung von Wechselstrom der Interessanter ist als Gleichstrom treten trotz allem auch Verluste auf.
* Die HTS-Keramik ist sehr körnig und dadurch ist eines der größten Probleme die Störung durch Korngrenzen. Dies ist der Grenzbereich zwischen zwei Keramik-Kristalliten. Dadurch bricht die Supraleitung gelegentlich an den Korngrenzen ab. Zur Vorstellung: wenn ein Mensch von einem Boot zu einem anderen springt, rutscht er auch mal aus und fällt ins Wasser ca. das selbe passiert bei der Supraleitung.

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Ein Projekt und einige Einsatzmöglichkeiten.

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In Detroit ist es geplant bis zum Ende 2001 die neun Starkstromkabeln in den Kabelschächten die die Hauptschlagader dieser Stadt bedeuten, durch nur noch 3 Hochtemperatursupraleiter zu ersetzen. Dies hat den Vorteil, dass keine neuen Kabelschächte gebaut werden müssen, sondern die Alten benutzt werden können. Allerdings werden diese 3 Leiter 3 mal mehr Energie transportieren. Detroit hat zur Zeit Kupferkabel die 24000 Volt besitzen mit einer Stromstärke von 2400 Ampere.
Weiter Einsätze sind geplant beim Mobilfunk und in der Raumfahrt zum Beispiel in Satelliten.
Am 15. Mai 2000 ist die Meldung herrausgekommen, dass ab Sommer 2001 eine Supraleiter-Fabrik in Boston gebaut werden soll. Außerdem soll dann auch Arbeiter ausgebildet werden und die volle Produktion wird diese Firma 2002 beginnen

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(ChristianCharzewski)

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PhysikReferate

Hochtemperatursupraleiter

Schon seit langer Zeit ist es der Wunsch vieler Physiker, Forscher und Firmen Strom ohne Verluste zu fließen zu lassen. Herkömmliche Leiter, sind alle Materialien die dem elektrischen Strom wenig Widerstand, wie zum Beispiel Silber oder Kupfer, entgegensetzen. Wichtige Dinge die bei der Leiterproduktion berücksichtigt werden müssen, sind die Spannung, Stromstärke und Widerstand. Diese "normalen Leiter"; reichen in vielen Fällen bei dem heutigen Stromverbrauch nicht mehr aus. Durch die Supraleitfähigkeit ist es möglich geworden, Strom fast ganz verlustfrei fließen zu lassen. Supraleitfähigkeit ist die physikalische Eigenschaft ganz bestimmter Materialien, wie beispielsweise einige Metalle, Legierungen oder Keramiken, dem Fluss eines elektrischen Stromes keinen elektrischen Widerstand entgegenzustellen. Supraleitfähigkeit tritt erst unterhalb einer bestimmten Sprungtemperatur , dem absoluten Temperaturnullpunkt von -273.15 Grad Celsius oder 0 Kelvin auf. Allerdings hat diese den Nachteil, dass die absolute Nulltemperatur nur durch sehr großen Aufwand möglich ist. Die erste Entdeckung von supraleitfähigen Materialien war 1911 und es wurde diese wurden danach immer weiter ausgebaut. Bei Hochtemperatursupraleitern (HTS) wird ein spezielles Keramikmaterial aus Wismut, Strontium, Kalzium, Kupfer und Sauerstoff durch Stickstoff gekühlt und dadurch sinkt der Widerstand dieses Materials fast auf Null. Das besondere ist, dass die Supraleitfähigkeit durch dieses Keramikmaterial schon bei -196°C erreicht wird und dadurch mit Stickstoff gekühlt werden kann. Doch leider ist diese Anwendung noch in ihren Kindesjahren und es stehen noch viele Probleme vor den Wissenschaftlern die es noch zu lösen gilt.

Herstellung und Aufbau:

Silberrohre mit üblicherweise einem Durchmesser von 18 bis 30 mm werden mit Keramikpulver gefüllt und dann an beiden Enden verschlossen. Danach werden sie gepresst und gezogen und zu dünnen Bändern gewalzt. Nach diesem Vorgang werden sie mit 820 Grad erhitzt. Diese Prozedur dauert zwei bis vier Tage und dabei werden die HTS- Keramikkristalle zu Blättchen gepresst, welche 0.1 mm lang und 0.005mm dick sind. Auch werden sie bei diesem Vorgang zu einer gemeinsamen Vorzugsrichtung gezwungen. Allerdings ist dies wirklich "Perfekt" noch nicht möglich, zum Beispiel müssten dann die Blättchen alle die exakt gleiche Dicke besitzen und auch die ganz gleiche Orientierung in Richtung des Stromflusses.

Die Probleme:

Die Stromtragfähigkeit ist nicht hoch genug.

Diese liegt zur Zeit ungefähr bei 10 000 Ampere pro Quadratzentimeter. Im Vergleich dazu bringt Kupfer es auf 100 Ampere pro Quadratzentimeter, allerdings kann man im Gegensatz zu Hochtemperatursupraleiter(wegen dem Kühlproblem), Kupferdrähte auch um einiges dicker bauen. Damit diese Leiter rentabel wären, bräuchten sie eine Stromtragfähigkeit von 25 000 Ampere.

Die Kosten sind zu groß.

Zur Zeit liegen diese bei ca. 3500 Schilling pro Kiloampere und Meter Draht.Allerdings müssten es 100 Mark sein, damit sich Leistung und Kosten ausgleichen. Durch das verwendete Silber ist dies nicht möglich und aus diesen Grund müssen für Ersatzstoffe, die billiger sind als Silber, gesucht werden.

Durch den starken Konkurrenzdruck wird es nur schwer möglich sein, sich in der Energietechnik Anerkennung zu verschaffen, da die wenigsten Leute Geld und Risikobereitschaft aufbringen und HTS-Komponenten in ihre Netze einzuführen.
Durch die Durchleitung von Wechselstrom der Interessanter ist als Gleichstrom treten trotz allem auch Verluste auf.
Die HTS-Keramik ist sehr körnig und dadurch ist eines der größten Probleme die Störung durch Korngrenzen. Dies ist der Grenzbereich zwischen zwei Keramik-Kristalliten. Dadurch bricht die Supraleitung gelegentlich an den Korngrenzen ab. Zur Vorstellung: wenn ein Mensch von einem Boot zu einem anderen springt, rutscht er auch mal aus und fällt ins Wasser ca. das selbe passiert bei der Supraleitung.

Ein Projekt und einige Einsatzmöglichkeiten.

In Detroit ist es geplant bis zum Ende 2001 die neun Starkstromkabeln in den Kabelschächten die die Hauptschlagader dieser Stadt bedeuten, durch nur noch 3 Hochtemperatursupraleiter zu ersetzen. Dies hat den Vorteil, dass keine neuen Kabelschächte gebaut werden müssen, sondern die Alten benutzt werden können. Allerdings werden diese 3 Leiter 3 mal mehr Energie transportieren. Detroit hat zur Zeit Kupferkabel die 24000 Volt besitzen mit einer Stromstärke von 2400 Ampere. Weiter Einsätze sind geplant beim Mobilfunk und in der Raumfahrt zum Beispiel in Satelliten. Am 15. Mai 2000 ist die Meldung herrausgekommen, dass ab Sommer 2001 eine Supraleiter-Fabrik in Boston gebaut werden soll. Außerdem soll dann auch Arbeiter ausgebildet werden und die volle Produktion wird diese Firma 2002 beginnen

(ChristianCharzewski)

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