Süperİletkenlİğe Genel BakIş, Ulusal Süperİletkenlİk AraştIrma Merkezİ (USAM) DPT Projesİ: Prof. Dr. Ali Gencer (A.Ü.) Hakkari Üniv.

İletkenler © John Wiley & Sons, Inc. İletkenlerde, en dış yörüngedeki elektronlar, çekirdeğe gevşek bağlı ve serbest olarak iletken içinde hareket ederler. SERBEST elektronlar Metaller iyi iletkenlerdir. Metal içinde elektrik enerjisi Serbest elektronlar aracılığı ile taşınır!

Elektronların birbirini itmesi Elektriksel Direnç R(ohm) Elektronlar iletken içinde zorlu bir süreçte hareket ederler. Direncin Kaynağı: Elektronların birbirini itmesi Atomların titreşimi Safsızlıklar Yapı kusurları vs. Elektronların iletken içinde hareketleri sıcaklığında fonksiyonudur, özellikle yüksek sıcaklıklarda hareket daha da sınırlıdır. Elektrik enerjisi elektronların saçılmasıyla, ısı enerjisine dönüşerek kaybolur. http://regentsprep.org/Regents/physics/phys03/bresist/default.htm

Nasıl Başladı? 1908 – He sıvılaştırılması (~4 K = - 452°F ) 1911 - Hg’nın Direncinin ölçümü “Keşif” 1913 – Fizikte Nobel Ödülü Heike Kamerlingh Onnes

Özellİk 1:SIfIr Dİrenç I “sıfır direnci” doğrudan ölçmek zor Süperiletken halkada dolanan akım Kolay bir deney– Yüksek manyetik alan için standart konfigürasyon (10-20T) Dirençli halka değişen akım  değişen manyetik alan Böyle bir deneyde  Manyetik (dipol) Alanı I Dolanan süperakım Süperiletken From Ustinov “Superconductivity” Lectures (WS 2008-2009)

Klasik elektronlar-düzensiz, Süperlelektronlar düzenli!

ÖZELLİK 2 : MANYETİK ALANDA İLETKENLER Kusursuz İletken (a)-Sıfır Alanda  Soğutma (b) Manyetik Alanda Soğutma  Süperiletken (c)-Sıfır Alanda  Soğutma (d) Manyetik Alanda Soğutma  Farkı fark etmek gerekir!, üstüniletken değil:Süperiletken!!

ÖZELLİK 3 : AKI KUANTUMLAMASI Dünya’nın manyetik alanı ~ 500 mG, 1 cm2 alanda ~ 2 milyon f0. Elektron çiftinin hareketine eşlik eden akı kuantası Toplam akı(B*alan)= = n x f0 S/I geçişinde özısı ve gizli ısı değişimleri de gözlenmektedir. BCS-1957

Neden Önemlidir? Enerji Endüstri Hava Kirliliği * G8- Kamu ve Özel sektör Ar-Ge çalışmaları için milyarlarca dolar kaynak ayrılmaktadır. *İnternet-Web taramasında ~2 milyon “hit” * Bilimsel ve Teknolojik “Gizem”, cazip ortam!

Yüksek Sıcaklık Süperiletkenler de Kaldırma Kuvveti Bir Kg kadar balık kavanozundan 202 Kg’a kadar Sumo Güreşcisi!!

Güncel Popüler Toplumsal Konular CO2 azaltma çabası Daha verimli sistemler Yenilenebilir enerjiler Yenilikçi cihazlar

Süperiletken (D)evriminin Olası Sonuçları Konvansiyonel Teknolojilerden Süperiletken Teknolojisine Geçişteki Kazanç (Sadece Japonya) 105 TWh= 15 adet %80 yükle çalışan 1000 MW sınıfı santral. (Keban=1300 MW) Kaynak: Satoshi Morozumi, Physica C: Superconductivity, Vol 357-360, Part 1, 2001, pp 20-24

Endüstrİyel uygulamalar İçİn önemlİ parametreler S/İ Tc Hc2 ( T= 4.2 K) Kütle Yoğunluğu Nb-Ti 9 K 10 T 6.0 g/cm3 Nb3Sn 18 K 28 T 7.8 g/cm3 MgB2 39 K 60 T 2.5 g/cm3 YBCO 90 K > 50 T 5.4 g/cm3 BSCCO 110 K 6.3 g/cm3

Süperİletken HatalI AkIm SInIrlayIcIlarI

S/İ ile ilgili Bazı Gerçekler 1- MRG- Yıllık Pazar 3 Milyar $ (Süperiletken bazlı) 2- LHC, 6000 S/İ magnet, 6 Milyar $: Önemi: a) Saniyenin 100 milyarda biri süresinde 13.7 milyar yıl öncesine dönüş, yüksek enerjili çarpışmalar ilk büyük patlamadan bu yana idame edememiş parçacıkları yeniden üretmeye yarıyor. b) CERN, LHC, protona ışık hızına çok yakın hız kazandırıyor (99.999999991)c 3- Japon Maglev- Kamu dışı, özel sektör finasmanı 50 Milyar $ 4- ITER Projesi- adeta yeryüzünde yeni bir yıldız inşa etmek-Yeni enerji kaynağı- Füzyon: Kullanılan 16 Nb3Sn magnetlerin her biri yaklaşık 300 ton ağırlığında.

S/İ Nobel Ödüllerİ 1913 Heike Kamerlingh Onnes 1962 Lev Landau 1972 John Bardeen, Leon Cooper, Robert Schrieffer 1973 Brian Josephson 1987 Georg Bednorz, Alexander Müller 2003 Alexei Abrikosov, Vitally Ginzburg

Kritik Sıcaklık Artışı/ Zaman Geleneksel süperiletkenler Sıcaklık (K) Ba(K,Bi)O3 A3C60 MgB2 39K TlBaCaCuO Bi2Sr2Ca2Cu3Ox HgBaCaCuO basınç ~ 168 K “Yüksek Sıcaklık” “cuprate” Süperiletkenleri YBa2Cu3O7-d basınçla 150 - 140 - 130 - 120 - 110 - 100 - 90 - 80 - 70 - Sıvı N2 60 - 50 - 40 - (La,Ba)CuO Bednorz ve Müller 30 - NbAlSi NbGe3 20 - V3Sn NbN Nb3Sn 10 - Pb organik malzemeler Nb Hg Hg NbO Ba(Pb,Bi)O3 0 - 0 - Sıvı He 1910 1930 1950 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Zaman (Yıl)

HTS Performans Düşük Maliyet B,T MgB2 NbTi süperiletken Son kullanıcılar İçin az miktarda girişimcilik S/İ Ekler, AA kayıplar, n-faktorü, vb. Handling ”Muhafaza!”

Süperiletkenlik alanında yapılan SCI yayın sayıları

Ülkemiz adresini taşıyan yayınlar

Dünya Süperiletkenlik Pazar Payı Projeksiyonu

Projenİn İlerleme Durumu Merkez laboratuvar inşaatı projelendirmesi tamamlanmak üzere Birinci yıl için ön görülen test ve ölçüm ekipmanlarının siparişleri tamamlandı Bir adet uzman kadrosuna eleman ataması rektörlükçe yapıldı İki adet uzman proje kapsamında görevlendirildi. Projenin uluslar arası düzeyde tanıtımı ICSM konferansındaki bir oturumda gerçekleştirildi.

DPT-Süperİletkenlİk Merkez AraştIrma LaboratuvarI Ulusal Süperiletkenlik Araştırma Laboratuvarı hizmet birimlerinin beş ana birimde oluşması planlanmaktadır. Temel Süperiletkenlik Araştırmalar Birimi (teorik, yeni malzeme sentezi ve karakterizasyonu ) Büyük Ölçekli Uygulamalar Birimi (kablo, hatalı akım sınırlayıcısı, magnet ) Küçük Ölçekli Uygulamalar Birimi (sensör, elektronik devreler) İnnovasyon Birimi Eğitim ve Halkla İlişkiler Birimi (Toplumsal bilinçlenme, alanla ilgili bilim merakı uyandırma, tanıtım )

“Yarınların Süperiletkenlik Dünyası” 600 km/h hızlı trenler Ankara-İstanbul 40 dakika! Hesaplama: 1000 defa hızlı süperbilgisayarlar Kargo-taşıyan denizaltları, (US Navy) Enerji Tasarrufu: güç hatları elektrik motorları transformatörler Medikal Diagnostik: Manyetik Rezonans Görüntüleme SQUID: Beyin aktivitesi Kalp fonksiyonu Bilgi Teknolojisi: çok hızlı, daha geniş band haberleşmeler Manyetik olarak atılan uzay aracı

Rüya’nın bir kısmı gerçek… Japon Maglev Tren Projesi- Ray ve gövde içine montajlı magnet süperiletkenden -Temas yok! Süperiletken güç kablosu (Danimarka’da kurulu) SQUID Nöro-manyetik sinyallerinölçümü Beynin (nükleer) manyetik rezonans görüntüleme resmi- manyetik alan süperiletken magnet tarafından sağlanmakta! www.rtri.or.jp/rd/maglev/html/english/maglev_frame_E.html http://www.bestofjesse.com/projects /indust/project1.html www.lanl.gov/quarterly/q_spring03/meg_helmet.shtml

Teknoloji Geliştirme Mizahı!!!

TEŞEKKÜRLER