超電導とは？

超伝導は、私たちの生活の多くの要素で使用されている物理学のクールな部分です。科学者が室温と圧力の超伝導体を発見できれば、それは技術に革命をもたらすでしょう。残念ながら、これは非常に困難な作業であることが証明されており、まったく不可能な場合があります。

超電導とは？

導電体は、電気を通すことができる材料です。各材料には、電流の流れに対する反対の尺度である独自の電気抵抗があります。抵抗の高い材料は導体が貧弱であり、その逆も同様です。

超伝導は、材料の電気抵抗がゼロである物理現象です。この状態では、多くの興味深い有用な効果があります。抵抗のない超伝導体とは、エネルギーを失ったり、加熱したりすることなく、電流を流すことができることを意味します。これにより、完全に効率的なエネルギーの伝達と貯蔵が可能になります。

超伝導体は非常に強力な磁石を作成することもできます。この例は、MRI装置や粒子加速器に見られます。実験によると、これらの磁石の電流は、測定可能な強度の低下なしに何年も持続する可能性があります。研究によると、電流は少なくとも100、000年間安定しており、一部の推定では、電流は宇宙の推定寿命よりも長く持続できると予測されています。

磁石の上に置かれると、超伝導体は磁石をはじく等しい磁場を形成します。これにより、超伝導体は磁石の上または下、あるいは磁石の軌道に沿って完全に浮上することができます。

超電導の要件

材料は、電気抵抗が突然ゼロに低下する特定の温度未満でのみ超伝導を開始します。残念ながら、すべての既知の超伝導体は、極低温でのみ超伝導体になります。「高温」超伝導体は、液体窒素の温度（73Kまたは-200°C）を超えると超伝導体として動作する材料として定義されます。材料の電気抵抗がゼロに低下する正確な温度は、「臨界温度」と呼ばれます。

ヒント：物理学の特に冷たい要素は、一般的にケルビン（K）で測定されます。1ケルビンは摂氏1度に相当しますが、ケルビンスケールは絶対零度（-273.15°C）から始まります。

2020年の時点で発見された最高温度の超伝導体は、1気圧で138Kまたは-135°Cの臨界温度を持つHg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127です。

超伝導の重要な要素は温度だけではありません。圧力も多くの超伝導体に影響を及ぼします。硫化水素（H2S）の臨界温度はわずか203K（-70°C）で、デカ水素化ランタン（LAH10）の臨界温度は250K（-23°C）です。残念ながら、これらの材料は超伝導になるために信じられないほど高圧である必要があり、H2Sは986,923気圧を必要とし、LaH10は1,677,770気圧を必要とします。

ヒント：このスケールの圧力は、通常、GPaまたはギガパスカルで測定され、数値はそれぞれ100GPaと170GPaです。この値をより理解しやすくするために、大気に変換されています。気圧の1つは、地球の海面での平均気圧です。比較のために、地球の海の最も深い地点であるマリアナ海溝のチャレンジャーディープの圧力は、海面下10,994メートルで1,071気圧です。

室温超伝導体の潜在的な将来の用途

「室温超伝導体」という用語は、273Kまたは0°Cを超える温度で超伝導を示す潜在的な将来の材料を指すために使用されます。現実の世界で特に有用になるためには、これらの材料は、1気圧またはその近くの圧力で超伝導性でなければなりません。

室温超伝導体は、電力線を介した長距離送電中に失われる電気エネルギーをほぼ排除することにより、世界のエネルギー問題を軽減するのに役立ちます。それらはまた、より感度の高い科学センサーとともに、より高速なコンピューターとメモリストレージデバイスを可能にします。磁石は超伝導体を十分に冷却するために液体窒素を必要としないため、粒子加速器、MRI装置、プロトタイプの核融合反応器、磁気浮上式鉄道などのデバイスで使用される超強力磁石を実行する方がはるかに安価になります。