LTS ve HTS Süperiletkenler ile Büyük Ölçekli Uygulamalar

Günümüzde HTS sistemler ile çeşitli büyük ölçekli uygulamalarda aktif olarak çalışılmaktadır. Bu ileri uygulamalarda artık teknik fizibilite dönemleri tamamlanmış ve alan testlerine geçilmiş hatta birçoğunun testleri de başarı ile gerçekleştiriliştir. Bu uygulamaların büyük çoğunluğunda LTS süperiletkenlerin, örneğin NbTi veya Nb3Sn’nin kullanıldığı bilinmektedir. Ancak, HTS veya 2. Tip süperiletkenlerin bu malzemelerin yerini alması için teknik fizibilite çalışmaları tamamlanmış ve artık ticarileştirilme aşamasına gelinmiştir. Fakat mevcut uygulamaların bazılarında LTS malzemelerin kullanımının bir sure daha devam edeceği düşünülmektedir.

Süperiletken malzemelerin en başarılı büyük ölçekli uygulaması MRI magnetleridir ve bu magnetler genellikle NbTi veya Nb3Sn LTS tellerin sarımı ile oluşturulmuştur. Benzer şekilde yüksek enerji fiziği (HEP) çalışanlarının kullandığı parçacık hızlandırıcılarında da yüksek magnetik alan üreten magnetler için NbTi süperiletkenleri en önemli bileşenlerden birini oluşturmaktadır. Füzyon cihazları örneğin ITER programı da çok yüksek manyetik alanları sağlayacak magnetler için NbTi and Nb3Sn süperiletkenleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çok stabil manyetik alan verebilen NMR magnetleri de LTS malzemelerden sarılmış teller ile üretilmektedir. Daha büyük ölçekli uygulamalar da düşünüldüğünde örneğin Japonya’daki magnetik olarak levite edilen MAGLEV treni içinde yine LTS NbTi malzemesi kullanılmaktadır ve burada esas ilginç olan da Tokyo-Nagoya-Osaka arasında çalışması planlanan bu trenin tüm finansmanın özel bir demiryolu şirketi tarafından karşılanıyor olmasıdır. Bu süperiletkenlerin büyük ölçekli uygulamaları için ilginin hangi boyutta olduğunun önemli bir göstergesidir. Burada dikkat edilmesi gereken en önemli konu bu bahsedilen uygulamaların hepsi yüksek manyetik alanlar gerektiren uygulamalardır ve bu magnetlerin normal iletkenler ile örneğin bakır teller ile üretilmesi, dayanımları ve kaplayacakları alanlar göz önüne alındığında mümkün görünmemektedir. Dolayısıyla büyük ölçekli uygulamalarda süperiletkenlerin alternatif bulunmamaktadır.

Bu uygulamalar için süperiletkenlerin kendi aralarındaki özellikleri göz önüne alındığında LTS süperiletkenler HTS süperiletkenler ve MgB2 arasında önemli bir çekişme söz konusudur. Çünkü uygulamalar söz konusu olduğunda fiziksel ve manyetik özelliklerine göre bu kez de bu sistemler arasında bir rekabet başlamaktadır. Şöyle ki,elektrikli makineler, güçlü magnetler ve güç transfer kabloları üzerinde en fazla çalışılan uygulamalardır. Eğer bunlar LTS malzemeler ile yapılacak olursa sistemlere entegresi soğutma sistemlerinde kullanılacak sıvı helyumdan dolayı oldukça zor olmaktadır. Oysa HTS malzemeler ile üretilecek elektrikli cihazlar çok daha ucuz ve kompakt soğutma sistemleri ve ticari olarak bolca bulunabilen sıvı azot ile soğutulacaktır. Özellikle bu durum hem maddi hem de teknolojik açıdan ele alındığında HTS malzemelerin üstünlüğü hemen ortaya çıkmaktadır. Bir başka önemli durum da HTS sistemlerin yüksek kritik manyetik alan değerleridir. Çünkü HTS malzemelerden yapılan magnetlerin kritik manyetik alanları 4.2 K de LTS malzemelerden yapılan magnetlere göre daha yüksek olmaktadır.

Ayrıca yüksek sıcaklık bölgelerinde büyük özgül ısı (specific heat) değerlerine sahip oldukları için termal stabiliteleri de iyi olmaktadır buda HTS malzemeler için önemli bir avantajdır. Dolayısıyla işletme maliyeti/uygunluk/güvenilirlik kritik bir durum olarak düşüldüğünde özellikle gelişmekte olan medikal ve endüstriyel uygulamalarda HTS malzemeler önümüzdeki yıllarda daha da ön plana çıkacaktır. Ancak bu yarışta MgB2 süperiletken sisteminin özelliklerini de göz ardı etmemek gerekmektedir. Çünkü MgB2’nin fiziksel ve manyetik özellikleri LTS malzemelere göre büyük bir üstünlük sağlamaktadır ve hatta 10-20 K arasında soğutulup manyetize edildiklerinde uzun süre süperiletkenlik özelliklerini saklamaları ve stabil alan üretebilmeleri HTS malzemelere bile üstünlük sağlayabilmektedir. Gelecekte sıvı helyum rezervlerinin tükeneceği düşünüldüğünde LTS malzemeler ile üretilmiş sistemlerin HTS veya MgB2 malzemeler ile üretilen sistemler ile değiştirilmesi mümkün olacak buda sadece MRI sistemleri için bile düşünüldüğünde önemli bir pazarı ortaya çıkaracaktır.