Schwerpunkte

Supraleiter-Rekord

Neue Perspektiven für Medizin und Physik

27. August 2021, 14:33 Uhr   |  Heinz Arnold

Neue Perspektiven für Medizin und Physik
© Theva

Supraletiender Bandleiter von Theva.

Für die Kernspinresonanz bedeutet dies eine ungeheure Steigerung der Auflösung, der Kernfusion können die HTS-Leiter neuen Schub geben.

Zudem lässt sich mit dem neuen Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) der »Pro-Line«-Produktgruppe von Theva die Strahlführung in Großbeschleunigern wie dem CERN bei steigenden Partikelenergien kompakt halten. Denn mit den neuen Hochtemperatursupraleitern von Theva lassen sich kompaktere Spulen als bisher aufbauen, die höhere Magnetfelder erreichen.

Der neue Leiter von Theva übertrifft damit alle bislang eingesetzten, klassischen Supraleiter und auch die Hochtemperatur-Supraleiter der ersten Generation. Er eröffnet damit völlig neue Perspektiven für die Realisierung und den Einsatz hoher Magnetfelder in Forschung und Technik.

Stromdichten von 800 A/mm² sind möglich

Gelungen ist das über eingelagerte Nanopartikel, die die Magnetfeldfestigkeit um mehr als das Doppelte erhöhen. Das Material wurde speziell für Hochfeldanwendungen designt und erreicht unglaubliche Stromdichten von mehr als 800 A/mm² in einem Feld von 20 Tesla und einer Temperatur von 20 Kelvin. Angestoßen wurde diese Entwicklung durch die extrem hohen Anforderungen privater Initiativen im Bereich der Kernfusion.

Kompakte Fusionsreaktoren

Dort wird Plasma bei 100 Millionen Grad in einer Art magnetischen Flasche eingeschlossen. Je höher das Feld, desto kompakter können solche Reaktoren gebaut werden. »HTS-Bandleiter werden dort zu echten Game Changern, denn statt Anlagen in der Größe eines Fußballfelds zu benötigen, ist so ein Reaktor nur noch so groß wie ein Einfamilienhaus«, erklärt Dr. Werner Prusseit, Geschäftsführer der THEVA. »Diese Entwicklung eröffnet jedoch auch neue Perspektiven in vielen anderen Bereichen, u.a. in der Medizintechnik und in der Analytik. So wurden bereits erste supraleitende Magnete gebaut, die ein dauerhaftes Feld von mehr als 32 Tesla produzieren. Die 40-Tesla-Marke zu übertreffen, dürfte nur noch eine Frage der Zeit sein.« Für die Kernspinresonanz bedeute dies eine ungeheure Steigerung der Auflösung und die Strahlführung in Großbeschleunigern wie am CERN ließe sich auch bei steigenden Partikelenergien kompakt halten.

Der zentrale Schlüssel zu dieser Entwicklung ist der Einbau nur einige Nanometer großer Fremdphasen in die Supraleiter-Matrix. Diese wirken wie künstliche Haftzentren (»artificial pinning«) für den magnetischen Fluss im Supraleiter und verhindern dessen (verlustbehaftete) Bewegung, auch wenn enorme Lorentz-Kräfte daran ziehen. Das HTS-Material wird dadurch im Magnetfeld steifer und erlaubt den Transport höherer Ströme. Zusätzlich konnte die Substratdicke, die die supraleitende Schicht trägt, um 20 Prozent reduziert werden. Dadurch wird die technische Stromdichte im HTS-Draht noch einmal zusätzlich gesteigert.
 
Neben dem Pro-Line HTS-Draht entwickelt und baut Theva auch Magnetspulen für den Einsatz in der Industrie und im Transportwesen. Die gesteigerte Leistungsfähigkeit der HTS-Leiter sorgt dort auch für eine Reduzierung der Kosten, weil zur Erzielung derselben Feldstärke weniger Material eingesetzt werden muss.

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