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Superconductividad a temperatura ambiente, ¿Una de las claves para el siglo XXI?

agosto 16, 2010

Todos sabemos que el consumo de energía mundial está en aumento (se espera que aumente en un 50% para el año 2030, según informes de la Energy Information Administration de los EEUU) y también somos concientes de que cómo proveer esta energía y cómo distribuirla es una de las principales cuestiones a resolver en la actualidad. En este sentido, los materiales superconductores pueden jugar un rol importante en los aspectos relacionados con la transmisión de energía eléctrica, su almacenamiento y la generación de altos campos magnéticos.

¿Por qué?

Existen dos principales razones:

  • No presentan resistencia al paso de corriente eléctrica. Es decir que, al no sufrir pérdidas por calor, estos materiales pueden mantener corrientes eléctricas de forma indefinida, sin recibir energía de una fuente externa.
  • Expulsan por completo todo campo magnético externo, lo que permite que un imán “levite” sobre un material superconductor. Esto permite pensar en aplicaciones de transporte en las cuales la única resistencia a vencer es la del aire.

¿A que costo?

Éste es un problema: los materiales deben estar por debajo de una cierta temperatura crítica que está muy por debajo de la temperatura ambiente. De hecho en los orígenes de la superconductividad (este fenómeno fue descubierto por el físico holandés y premio nobel, Kamerlingh-Onnes en 1913), tal temperatura era cercana al cero absoluto, lo que implicaba refrigerar los materiales con helio líquido. Con las investigaciones en diferentes materiales a lo largo de los años esta temperatura crítica ha podido aumentarse “enormemente” desde 5 grados Kelvin a valores mayores a los 130 K, permitiendo emplear nitrógeno líquido como refrigerante (77 K), que es más abundante y barato que el helio.

Actualmente quizá las dos aplicaciones más popularizadas de la superconductividad son el LHC (Large Hadron Collyder) que se está empleando para el estudio de colisiones de partículas elementales; y los trenes Maglev, como el que transporta pasajeros a lo largo de 30 km con velocidades máximas de 430 km/h en la ciudad de Shangai. Sin embargo, más allá de algunas aplicaciones específicas y de alto costo, la gran limitación es la baja temperatura a la que deben trabajar estos materiales.

El desafío: Obtener materiales que desarrollen superconductividad a temperaturas cercanas a la ambiente. Si esto se consiguiera se abrirían un sinfín de posibilidades y de “aplicaciones soñadas” como ser el diseño de sistemas de transporte levitantes de bajo consumo y no contaminantes, el aumento de la capacidad eléctrica de ciudades simplemente reemplazando los cables de cobre por cables superconductores, el transporte de energía en grandes distancias sin pérdidas (actualmente son de un 20%), la construcción de equipos de tomografía portátiles y de bajo costo, fabricación de supercomputadoras del tamaño de una caja de zapatos que podrían realizar un teraflop (1012) de operaciones por segundo, o de superconductores mil veces más rápidos y menos calientes que los actuales, la creación de “botellas magnéticas” para almacenamiento de energía, generación de energía por procesos de fusión nuclear controlada, o la construcción de aceleradores de partículas elementales de menor tamaño a los actuales.

Entonces la superconductividad a temperatura ambiente… ¿Es una meta alcanzable o sólo ciencia-ficción? Si bien existen opiniones divididas en cuanto a la respuesta a esta pregunta, un ejemplo de visión optimista la da Jorge Ossandón Gaete, nacido en chile y doctor en Física de la University of Tennessee at Knoxvill: “Queda aún un largo camino por recorrer, pero la carrera ya está lanzada y falta esperar con paciencia su culminación. Al igual que tuvieron que transcurrir un par de décadas cuando se descubrió el rayo láser en 1960 antes que surgieran sus primeras aplicaciones (y hoy en día el rayo láser está en miles de utensilios del diario vivir), así también deberán pasar un par de décadas para ver las aplicaciones de los nuevos superconductores en nuestra vida diaria. En veinte años los trenes levitantes serán una realidad cotidiana, los scanner de resonancia magnética nuclear estarán en todos los hospitales, los dispositivos serán parte habitual de computadores, instrumentos médicos, amplificadores y de todo tipo de equipos electrónicos.”

¿Crees que esta meta es alcanzable? ¿Serán los superconductores de baja temperatura una alternativa económica de múltiples aplicaciones? ¿Cuál será el rol de la ingeniería en este campo?

¡Participa de los Debates!

Ezequiel Santillán

Eventos Mundiales sobre Superconductividad

Applied Superconductivity Conference, Washington, D.C., August 1 – 6, 2010 (http://www.ascinc.org)

International Conference on Superconductivity and Magnetism 25-30 April 2010 with spring school 20-25 April 2010 (http://www.icsm2010.org/)

¿Conoces más eventos? Dejá tu comentario.

Otros links de interés:

  • Superconductors Links (http://www.superconductors.org/Links.htm) Una página que te ofrece links a diferentes sitios internacionales de Universidades, Institutos, Asociaciones, con información sobre la superconductividad, experimentos, papers, etc.
  • Superconductor Science and Technology (http://iopscience.iop.org/0953-2048) Sector de la web del IOP (Institute of Physics, Reino Unido) dedicado a los artículos y publicaciones en materia de superconductividad.
  • Superconductor Week, (http://superconductorweek.com/cms/) El boletín informativo que provee cobertura global de la tecnología y comercialización de superconductores de baja y alta temperatura y sistemas de criogenización para aplicaciones de pequeña y gran escala.
  • Prototipo Tren Maglev (video), (http://www.youtube.com/watch?v=2–43eAS1iY) modelo experimental de un tren levitante de la Université de Sherbrooke.
  • Room-Temperature Superconductivity (e-book), (http://arxiv.org/ftp/cond-mat/papers/0606/0606187.pdf) Vision del investigador ruso Andrei Marouchkine, Ph.D. in Physics from The Free University of Brussels in 1996.
  • Superconductores de Alta Temperatura, algunas aplicaciones. (http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/644/64408807.pdf). Interesante artículo de la Revista Ciencias, número 88, de la UNAM (Universidad Nacional de México)
  • Superconductivity: its role, its success and its setbacks in the Large Hadron Collider of CERN. (http://stacks.iop.org/SUST/23/034001) Artículo sobre el rol de la superconductividad en el afamado LHC de Lucio Rossi. CERN, European Organization for Nuclear Research, CH-1211 Geneva 23, Switzerland.
  • Supercoductividad, ¿Qué tiene de “super”? (http://www.profisica.cl/ventana/22-superconductividad.php). Análisis de Jorge Ossandón Gaete, Doctor en Física de la University of Tennessee at Knoxvill.

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Algunos investigadores importantes en superconductividad de la actualidad:

  • Alexei A. Abrikosov (persik@itep.ru) Materials Science Division, Argonne National Laboratory.
  • V. L. Ginzburg (ufn@ufn.ru) Physical Institute, USSR Academy of Sciences, Moscow, USSR.
  • Anthony J. Leggett (aleggett@illinois.edu) Department of Physics at the University of Illinois.
  • Paul C. W. Chu (Ching-Wu.Chu@mail.uh.edu) University of Houston, Lawrence Berkeley Laboratory, and Hong Kong University of Science and Technology
  • Igor I. Mazin (mazin@dave.nrl.navy.mil) Center for Computational Materials Science US Naval Research Laboratory

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