Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Onderzoekers maken materiaal supergeleidend bij kamertemperatuur

Amerikaanse wetenschappers zijn er in geslaagd materiaal onder hoge druk supergeleidend te maken bij een temperatuur van 15 graden Celsius. Dit is een belangrijke stap op weg naar praktische inzet van supergeleiding op kamertemperatuur, voor bijvoorbeeld elektronica.

De onderzoekers van de Universiteit van Rochester zijn er in geslaagd het materiaal koolstofhoudende zwavelhydride supergeleidend te maken bij 15 graden Celsius en onder een druk van 39 miljoen psi, oftewel 267 gigapascal. De onderzoekers gaan zich nu richten op manieren om supergeleiding bij een lagere druk te realiseren zodat inzet in de praktijk op termijn mogelijk en economisch haalbaar is.

De hoeveelheid supergeleidend materiaal werd gemeten in picoliters, oftewel een miljoenste deel van een microliter. Die minieme hoeveelheid koolstofhoudende zwavelhydride werd onder extreme druk gebracht in een zogenoemde diamantaambeeldcel, die bij wetenschappelijke experimenten voor dit soort doeleinden gebruikt wordt.

Hoewel gebruik voor de praktijk nog ver weg is, noemen de onderzoekers hun werk een belangrijke stap in het streven naar de inzet van supergeleiding bij kamertemperatuur. Dit is iets wat bij sommige natuurkundige disciplines als een 'heilige graal' beschouwd wordt omdat dit transport van elektriciteit zonder verlies en zo bijvoorbeeld veel efficiëntere elektronica en elektriciteitsnetwerken mogelijk maakt.

Het vorige record wat betreft supergeleiding op relatief hoge temperatuur werd in 2018 door een team van de George Washington University geclaimd. De onderzoekers wisten lanthaanhydride supergeleidend te maken bij een temperatuur van -13 graden Celsius en ook hintten ze op 7 graden Celsius. Vergelijkbaar onderzoek van het Max Planck Instituut voor Chemie in Mainz kwam in 2019 overigens niet verder dan -23 graden Celsius.

Supergeleiding is in 1911 ontdekt door de Groningse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes, die constateerde dat de elektrische weerstand van kwik volledig wegviel bij een temperatuur van -268,95 graden Celsius. Sindsdien zijn wetenschappers bezig met experimenten met supergeleiding bij hogere temperaturen met verschillende materialen.

Het onderzoeksteam van de Universiteit van Rochester heeft zijn bevindingen gepubliceerd in Nature.

Door Olaf van Miltenburg

Nieuwscoördinator

15-10-2020 • 20:45

177 Linkedin

Reacties (177)

Wijzig sortering
Hier een link naar het wetenschappelijke artikel zelf: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z voor de enthousiastelingen met toegang die het complete verhaal willen lezen :)
Ik moet bekennen, zo spannend vind ik dit specifieke bericht niet. Het doel is om supergeleiders te ontwikkelen die werken op kamertemperatuur, onder atmosferische druk.

Dat doel komt niet uit de lucht vallen: het moet namelijk energieëfficienter zijn om zulke supergeleiders te gebruiken dan de bestaande alternatieven, en zowel het moeten koelen als de druk moeten opvoeren kost energie.

Het probleem is dat de druk zo hoog moet zijn dat ze hiermee alsnog netto energie toevoeren, en niet zo'n klein beetje ook.

Ik begrijp dat het een proces is en dat ze er misschien nog eens komen, maar niemand heeft wat aan een false Messiah.

[Reactie gewijzigd door Jeanpaul145 op 16 oktober 2020 11:28]

Natuurkundig gesproken is er geen energie nodig om een materiaal onder hoge druk te houden. Het energieverbruik is beperkt tot het onder hoge druk brengen.

Leg maar een baksteen op de grond. Dat houdt de grond eronder onder een hogere druk, maar de baksteen heetf geen daarvoor batterij nodig.
Natuurkundig gesproken is er geen energie nodig om een materiaal onder hoge druk te houden. Het energieverbruik is beperkt tot het onder hoge druk brengen.
Wat je zegt klopt in een ideale wereld. In de echte wereld heb je te maken met kruip. Bij normale belasting van materialen bij kamertemperatuur is dat meestal niet zo'n belangrijke factor. Echter, bij het soort drukken waar we het hier over hebben wordt dit toch wel een attentiepunt voor zowel het handhaven van de benodigde druk als voor de levensduur van de constructie.
Wat je zegt klopt goeddeels, ik weet bv niet of metallic hydrogen supergeleidend blijft als je de druk omlaag schroeft van Jupiter's kaliber naar 1 atmosfeer. Idem voor andere high pressure superconductors.

Maar laten we zeggen dat dat hier helemaal klopt. Bedenk dan dat als supergeleidende materialen zoals deze commercieel ingezet zou worden, dat de kosten van het vervaardigen van die materialen op zo'n schaal het economisch alsnog niet rendabel maken.
De kosten van het vervaardigen van de materialen zijn meestal wel te overzien. Als je naar de huidige toepassingen van supergeleiders kijkt zijn de supergeleidende materialen die daarvoor gebruikt worden ook extreem duur. Desalniettemin is het bij lange na niet de hoogste kostenpost voor de toepassingen. Dat zijn altijd de kosten om het systeem gekoeld te houden. Over de levensduur van die systemen zijn de kosten daarvoor een veelvoud van de materiaalkosten van de supergeleiders.
Dat was ook mijn gedachte.
Het lijkt er op dat ze het probleem van extreem lage temperatuur vervangen hebben door het probleem van extreem hoge druk.
Ben je daarmee dan werkelijk dichterbij gekomen bij een praktisch gebruik?

Wel extra inzicht in supergeleiding gekregen.
Het is interessant, maar het geeft bij mij niet het gevoel dat we een grote mijlpaal hebben bereikt.

Ik heb de indruk dat praktische inzetbaarheid bij de temperatuur van vloeibare stikstof dichterbij ligt dan praktische inzetbaarheid bij extreme druk.
-Koeling kost blijvend energie door constant opwarming door de omgeving.

-Indien je eenmalig een construtie maakt die blijvend druk uitoefent hoef je hier geen nieuwe energie meer in te stoppen.
Deze druk is dan weer zo extreem dat die druk denk ik niet kan blijven bestaan zonder energie toe te blijven voegen. Welke chip package is hier tegen bestand?
Inderdaad. Het is al heel lang bekend dat supergeleiding mogelijk is onder hoge druk en/ of lage temperatuur. Sinds de jaren 80 al. Wat hier is gedaan is dat ze een materiaal hebben gemaakt dat onder hoge druk bij een iets hogere temperatuur dan andere materialen ook supergeleiding vertoont. Maar ze weten de precieze samenstelling niet eens, ze hebben een mix gemaakt en wat geprobeerd, en dat kwam toevallig goed uit.

Meh. Maak me maar wakker als ze weten hoe het materiaal was samengesteld en waarom deze op hogere temperatuur werkt dan de andere materialen.
Zwavelhydride? Is dat gewoon waterstofsulfide?
Het lijkt hier te gaan om methaan, waterstofsulfide en waterstof CH4, H2S en H2 wat wordt gecomprimeerd onder extreme druk tot iets wat mogelijk kan worden beschreven als CH8S.
Maar die beschrijving lijkt mij dan nogal afhankelijk van de gebruikte verhoudingen van de 3 componenten.
Waterstofsulfide is H2S, Zwavelhydride is H3S.
offtopic:
Tip: op Tweakers kun je [sub] openen en afsluiten en dus (met een beetje moeite en goede wil) H2S en H3S schrijven.
Wat is het toch eenvoudig om een tot nu toe onbekende chemische verbinding te ontdekken.
Had het kunnen weten, waterstofhy-drie-de...
Is het wel 'gewoon' H3S?

S heeft als lading 2- en H heeft 1+
Dus 3x1 - 1x2 = 1
Is het niet H3S+ en/(of op z'n minst) een heel onstabiele stof?

Misschien verklaart die instabiliteit de vereiste hoge druk?
Even een vraag als leek. Is het voordeel van deze techniek dat er 0 energie verloren gaat hij transport? Is het realistisch te denken dat het toepasbaar wordt zonder dat het creëeren van deze omstandigheden meer kost dan er qua rendementswinst behaald wordt? Zijn er ook toepassingen denkbaar die meerwaarde bieden als we rendementdenken loslaten?
Bij transport van stroom in bijv hoogspanningsmasten gaat veel energie verloren. Dat en er is een maximale hoeveelheid energie die over een kabel kan voor deze een soort gloeidraad wordt. Met supergeleiding heb je dit niet of minder (er zal nog wel een maximale capaciteit zijn maar die ligt hoger en er is geen transport verlies)

Voor chips wordt een belangrijk gedeelte van de beperkingen in kloksnelheid opgelegd door de themperatuur die oploopt. Als dat door supergeleiding wordt weggenomen of iig wordt gereduceerd kunnen chips zelfs zonder verdere verkleining veeel sneller lopen
Dat klopt inderdaad dat er daar veel verloren gaat, maar dat komt niet door de weerstand van de draden, maar juist door de capacitieve koppeling naar de aarde. De leidingen oscileren met een amplitude van honderden kilovolts en een frequentie van 50 Hz. Dat induceert een tegengestelde lading in de aarde onder de leiding, waarbij de aarde precies in tegenfase positief en negatief geladen wordt. Dat kost energie, en die energie wordt geleverd door de leiding zelf.

Als je dat gaat doen met supergeleiders, heb je nog steeds die capaciteit, en gaat die energie niet verloren. Daarvoor zal je het eerst om moeten zetten van AC naar DC.
Als je dat gaat doen met supergeleiders, heb je nog steeds die capaciteit, en gaat die energie niet verloren. Daarvoor zal je het eerst om moeten zetten van AC naar DC.
We gebruiken AC omdat dat zo makkelijk transformeert. We transformeren om hoge spanningen te krijgen. We gebruiken hoge spanningen om verliezen te voorkomen. Zoals ik hieronder al schreef: de hele manier waarop wij onze elektriciteitsvoorziening hebben opgebouwd zou op de schop kunnen als we geen rekening met elektrische weerstand hoeven te houden.
edit:
Er op of er onder

[Reactie gewijzigd door 84hannes op 16 oktober 2020 13:39]

We gebruiken nu hoge stromen omdat het verlies daardoor lager is, ja.

Maar in een supergeleider is de maximale supergeleidende stroom beperkt. Kom je daarboven, dan stopt de supergeleiding en explodeert de weerstand. Dus ook dan wil je hoogspanning gebruiken om de stroom te verlagen. P=V*I, dus hogere V is lagere I voor dezelfde P.
Het punt is juist dat je in een supergeleider een vele malen hogere stroom kan geleiden per oppervlak dan in koper of aluminium. Hierdoor kun je een veel hogere capaciteit leveren bij hetzelfde of lager voltage. Het gevolg is dat je meer vermogen kan transporteren op plekken waar het nu beperkt is, zoals in steden waar geen plek is voor hoogspanningsmasten of ruimte voor meer ondergrondse hoogspanningskabels (hoge voltages hebben wegens veiligheid veel ruimte/isolatie om zich heen nodig).
Daar heb je helemaal gelijk in hoor. Voor lange afstanden zou het wellicht besparen om de AC om te zetten naar DC voor transport, en vervolgens weer terug om te zetten naar AC voor distributie. Daar komen natuurlijk ook weer verliezen bij kijken. Ik weet ook niet in hoeverre dat nodig is voor een klein land als Nederland. Voor echt lange leidingen zoals in de VS lijkt het mij zeker een goed idee om wel te doen.

Mijn punt was hier meer dat supergeleidende transportleidingen niet veel helpen met transportverliezen, omdat de meeste verliezen komen door capacitieve koppeling, niet door restitieve.
Ik vraag me eigenlijk af of we niet beter alles op DC houden en enkel naar AC omzetten als we moeten transformeren. In 19de eeuw ging dat inderdaad niet omdat halfgeleiders nog niet bestonden (of in elk geval nog niet in praktisch in gebruik waren, geen idee hoe de exacte geschiedenis van die dingen in mekaar zit). Maar hoe zit dit anno 2020?

Zou het niet mogelijk zijn om DC te nemen, te converteren naar een wisselspanning met golfvorm wat het beste uitkomt en frequentie dat het beste uitkomt, dan omhoog te transformeren en dan weer te gelijkrichten. (Of een andere methode om DC omhoog te transformeren, zoals charge pumps of zo). Kost uiteraard meer hardware, maar je brengt de inductieve verliezen van je leidingen naar nul. Misschien is zelfs eenvoudiger om het net te beheren, aangezien je niet moet zorgen dat al je generatoren in fase werken?
Dat is een goede vraag waarop ik het antwoord niet weet. Ik denk dat het uiteindelijk niet zo heel veel verschil maakt, en dat de investering die het kost om alles om te zetten, zeer groot is. Ik denk dat het alleen uit kan voor erg lange transportleidingen, en niet voor distributie naar de huizen.
Niet echt handig: het transformeren van grote vermogens van AC naar DC en weer terug vraagt heel erg dure installaties, de meeste offshore windparken gebruiken daarom HVAC.

De verliezen bij HVDC zijn lager, daarom wordt het eigenlijk alleen gebruikt voor lange afstandverbingen zoals Nor-Ned, de verbinding tussen het Nederlandse grid en dat van Noorwegen.

Ik ben geen elektrotechnicus, maar ik begrijp dat een praktisch voordeel van AC dat het makkelijker regelbaar is: je kan de frequentie in de gaten houden. Bij DC is dat wat lastig.
¿frequentie bij DC in de gaten houden? :+

Zolang de omzettingsverliezen van AC <-> DC groter zijn dan het de verliezen van AC bij transport niet doen.
Op transport verlies is lineair (bij gelijk voltage (als 1ste effect)) met de afstand. Dus op kortere afstanden AC. Over honderden/duizende kilometers DC. Zeker als het kabels zijn onderzee, dan zijn de wisselstroomverliezen veel hoger.
[...]
zou onder de schop kunnen
Ik wilde hier niet op reageren, maar zag hieronder hoe een zinsconstructie je fascineerde ;)
Iets gaat namelijk op de schop, tenzij het een woordspelinkje van je was en je bedoelde dat we onze huidige werkwijze kunnen begraven? ;)
Je hebt gelijk, het gaat op de schop :) . Ik vindt Fred van Ria-versprekingen weliswaar fascinerend, het was niet mijn bedoeling er zelf eentje te maken. Ik was niet zeker of ik 'het moet op de schop' of 'we moeten onze hele filosofie aanpassen' ging schrijven, dus was niet met er-op-of-eronder bezig.

[Reactie gewijzigd door 84hannes op 16 oktober 2020 12:00]

Supergeleidende materialen in de infrastructuur van het elektriciteitsnetwerk ligt in de verre toekomst, als het ooit haalbaar is.
Niet alleen moet dan het materiaal supergeleidend zijn bij normale temperaturen en drukken, maar het moet ook nog eens structureel stevig zijn (huidige sg materialen zijn vaak erg broos) en in grote hoeveelheid te produceren zijn.
ligt in de verre toekomst, als het ooit haalbaar is.
Weet ik. Daarom schreef ik ook
Voorlopig science fiction denk ik.
Waar het mij om gaat is dat als we ooit supergeleiders kunnen gebruiken voor energietransport dan krijg je veel interresantere mogelijkheden dan alleen maar een paar procent minder energieverlies.
Er komt ook zeker warmte vrij in de leidingen. Ik kan we herinneren dat er een aantal winters geleden veel ijsafzetting plaats vond op op hoogspanningsleidingen.
Ze hebben er toen extra stroom doorheen gejast om het ijs er af te krijgen opdat de kabels niet zouden breken.
Lijkt me niet dat kabels breken, denk dat ze dat meer doen omdat ijspegels en hoogspanning corona verliezen optreden, en dan bedoel ik niet covid
Ik dacht eigenlijk ook altijd dat de kabels als eerste zouden breken maar over het algemeen zijn het de masten die als eerste bezwijken onder de extra massa van het ijs.
Mochten de kabels het ergens wel begeven heb je zomaar kans dat alsnog een heel rits masten bezwijkt door de ongelijke gewichtsverdeling die ontstaat.

Ik vraag mijzelf wel af hoe je extra stroom door de kabel heen krijgt. Het is niet dat je plotseling ergens extra afname kunt creëren.
Wat je wel zou kunnen doen is delen van het net die parallel lopen aan elkaar deels afschakelen waardoor al het vermogen door het resterende deel van het net moet.
Dus als je een mast heb met 2x3 kabelparen zou je 1 van die 2 kabelparen af kunnen schakelen tot het andere kabelpaar weer een beetje ijsvrij is. Daarna het trucje aan de andere kant herhalen. Wel oppassen dat je masten niet afbreken door ongelijke gewichtsverdelingen.

[Reactie gewijzigd door NBK op 16 oktober 2020 00:50]

Het is niet dat je plotseling ergens extra afname kunt creëren.
Eeh, weerstand naar aarde?
Nou, NBK heeft hier wel gewoon een punt hoor. V=I*R. Omdat de spanning constant is, moet je de weerstand veranderen om de stroom te veranderen. Het lijkt mij niet dat je zomaar een variabel aardlek kan maken om meer stroom door de leidingen te laten lopen. Verder is de weerstand van die draden enorm klein, en moet je er dus een enorme stroom doorheen laten lopen voordat er enig vermogen wordt afgezet in de leiding zelf. Als je dat richting de aarde doet, ben je voor elke ampere door je kabel, 100 kilowatt aan het gebruiken (P=V*I, en V~100 kV).

Ik ben wel benieuwd hoe daar mee wordt omgegaan. Want een simpel aardlek lijkt me niet persé de oplossing.
Het hoogspanningsnet is opgebouwd uit een heel deel parallelle lijnen, we noemen dit een vermaasd net (soms letterlijk dezelfde weg, soms via een “omweg”). Dit om in geval van een kortsluiting de bevoorradingszekerheid te garanderen (N-1 principe). Hoogspanningslijnen komen toe in schakelstations en daar kan je vrij gemakkelijk de stroom sturen door bepaalde lijnen met elkaar te verbinden of juist niet.

Bijkomend Als het koud is, is er normaal ook meer verbruik.

Tot slot: een verbinding maken naar de aarde is een heel slecht idee, dit kan spanningsdips veroorzaken. Vb: nominaal loopt er 1000A door een lijn, dit kan bij kortsluiting ogenblikkelijk oplopen tot 40.000A, die 39.000A moet ergens vandaan komen natuurlijk. Als het net dit niet kan leveren dan zakt de spanning in elkaar (maar het net is hier natuurlijk wel op voorzien). Wel ga je steeds transienten krijgen op de spanning door die plotse piek in stroom.

[Reactie gewijzigd door Joewkes op 16 oktober 2020 08:51]

Op verschillende plekken hebben ze condensatorbanken staan. Deze worden normaal ingeschakeld om het reactief vermogen te beperken aangezien dit slechts leidt tot verliezen. Je zou ze dus ook kunnen uitschakelen of extra stuks kunnen inschakelen om juist meer reactief vermogen te krijgen. Zo zou je een hogere stroom en dus hogere verliezen in de kabel kunnen krijgen om de temperatuur te verhogen.
Er zijn al wat hoogspanningskabels die op DC zitten, o.a. de kabel tussen NLD en Noorwegen.
Oh, ik wist niet dat we dat ook al in Nederland hadden. Weer wat geleerd! :)
Het probleem met capacative koppeling is neit dat het energiekost. Het ontladen van een capaciteit levert even veel energie op dan het opladen kost. Echter moet je de stroom die naar de capaciteit gaat, vervoeren door een geleider met weerstand R en de energie er weer uithalen door dezelfde geleider met wederom de weerstand R. De stroom die naar de capaciteit toe loopt en er uit gaat, ondervindt dus verliezen door de weerstand van de geleider. Als deze geleider supergeleidend is, ben je van je verliezen af.
Nu is er alleen een probleem in een klassiek hoogspanningssysteem: we kunnen de geleider aan de ene kant van de capaciteit (nml de hoogspanningskabel) theoretisch wel supergeleidend maken, maar die aan de andere kant (nml de aarde) niet. Dus die verliezen zul je in het klassieke systeem houden. Hoe groot deze verliezen zijn, durf ik niet te zeggen. Maar je zou natuurlijk wel naar andere oplossingen kunnen denken waarbij je de hoogspanningskabels in een schield legt en dit schield ook van supergeleidend materiaal maakt. Dan ben je (grotendeels?) van dit probleem af.
Tennet is ook daadwerkelijk al bezig geweest met het onderzoeken of supergeleidende hoogspanningskabels mogelijk zijn. Zie https://www.tennet.eu/nl/...n-enschede-te-kostbaar-2/
De capacitieve lekstroom bij hoogspanningsleidingen hoeft niet persé veel verliezen op te leveren, aangezien het diëlektricum voornamelijk lucht is. Wellicht ontstaan er wat verliezen doordat er ionen ontstaan, maar het lijkt me dat dit net zo goed het geval is bij hoge gelijkspanning.
Het is niet zo dat als je een wisselspanning op een ideale condensator zet dat je daardoor verliezen krijgt, dat is namelijk door de stroomtoename die extra verliezen geeft in de niet ideale geleiders.
Bij transport van stroom in bijv hoogspanningsmasten gaat veel energie verloren.
Er gaat zeker energie verloren, maar ik denk dat transport van elektriciteit over hoogspanningslijnen (het is expliciet niet de bedoeling dat de stroom door de masten loopt, maar ik begrijp wat je bedoelt) een van de meest efficiënte vormen van (energie)transport is. Ik stel me voor dat tankwagens met benzine of een liter waterstof voor de derde trap van een raket (ik bedenk een extreme) aanzienlijk meer verliezen kennen. Wat ik zelf veel interessanter vind zijn de kosten van de infrastructuur. De kabels en lijnen die nu gebruikt worden zijn dik, zwaar en duur om verliezen te minimaliseren. Hoogspanningstechniek in het algemeen en HVDC (gelijkstroomtransport) in het bijzonder bestaan zuiver om verliezen te minimaliseren. Stel je eens voor hoe eenvoudig de energievoorziening wordt als je overal flinterdunne draadjes met 12V gelijkstroom zou hebben? Geen (dikke) masten, geen transformatorhuisjes, geen onderstations, geen compensatie van reactief vermogen... Voorlopig science fiction denk ik.
Hoe lager het voltage, hoe dikker de kabels die nodig zijn voor een beetje vermogen.
Om de weerstand omlaag te krijgen. Bij supergeleiders is er geen weerstand, en hoeft dat dus niet.
Daar heb je zeker een punt. Bijkomend is wel dat supergeleiders een maximale stroomdichtheid hebben voordat ze hun supergeleiding opgeven. Dat betekent alsnog dat je voor grote stromen, grote kabels nodig hebt.
Bijkomend is wel dat supergeleiders een maximale stroomdichtheid hebben
Dat is jammer, dan valt mijn droom toch in duigen.
Behalve bij supergeleiding
Hoe lager het voltage
hoe hoger de vierkante millimetrage voor een beetje wattage?
Zoals @kolonel klapzak al zegt: die dikkere kabels wil je om de verliezen te beperken. Als die verliezen er niet zijn speelt dat geen rol.
Leuke discussie over hoogspanning maar even aarden..... voordat we leidingen met supergeleidend materiaal kunnen maken in de volumes die nodig zijn we een tiental jaren verder waarschijnlijk. Reken daarbij nog eens wat het kost om alle leidingen te vervangen en de tijd en we zijn nog verder.

De meer realistische toepassing zal in computers zijn. We zitten nu bij cpu al met probleem lekstroom en lagere voltages, weet niet als je cpu maakt met supergeleidend materiaal wat daar de voordelen van zijn, geen hitte meer ?
kloksnelheid omhoog ?
cpu dus nog vele malen sneller ?
Dat is een meer realistische toepassing die veel dichterbij zit.
er zal nog wel een maximale capaciteit zijn maar die ligt hoger en er is geen transport verlies)
Er is inderdaad voor supergeleiders ook een maximale stroomdichtheid die mogelijk is. Die heeft te maken met het magnetische veld dat als gevolg van de stroom ontstaat. Bij extreem hoge stroomdichtheid word dat veld zo sterk dat deze de supergeleidende eigenschappen van het materiaal aantast. Indien dat gebeurt krijg je weerstand in je systeem en dan vliegt de temperatuur omhoog (weerstand → energieverlies → hogere temperatuur → hogere weerstand → meer energieverlies → hogere temperatuur enz.). Voor ieder materiaal is bekend bij welke stroomdichtheid/magnetische veldsterkte dit gebeurt.

Indien dit gebeurt word dat een quench genoemd. In zo'n geval kookt in zeer korte tijd alle vloeibare helium koeling weg en stopt de stroom in de supergeleider volledig. Zie hier een filmpje van hoe dat gaat bij een NMR apparaat.
Dat is geen quench, maar een 'simpele' transistie naar normale staat. Een quench is wanneer dit plotseling en onverwacht gebeurd door een lokale hotspot, en niet vanzelf hersteld kan worden
Er zijn al toepassingen voor supergeleiding, onder andere MRI-scanners etc leven erop, want die dingen hebben een electromagnetisch veld dankzij een supergeleidende spoel in een bak helium. Als we dat ook bij hogere temperaturen kunnen doen dan scheelt dat ons een hoop koel-energie (die dingen vreten vloeibare stikstof, en vloeibare helium, in een tweetraps-koeling). En nee, zonder supergeleiding is het hele idee onwerkbaar.

Verder is het uiteraard heel prettig als we stroom zonder al te veel weerstand over lange afstanden kunnen transporteren, want daar gaat nu zo'n 5-10 procent verloren tussen centrale en consument... Dat loopt best op op jaarbasis. Daarnaast kun je denken aan betere electromotoren, met supergeleiding werken ook die efficienter dan de koperen draadjes van nu (plus dat koper ook niet gratis is).
De Philips Ambition 1.5T, heeft vrijwel geen helium nodig. De innovatie voor MRI zit veel meer in koeltechniek dan in high temp superconductivity. HTC zal eerder een toepassing vinden bij een conventionele 4K maar dan voor compactere magneten of hogere veldsterktes.
Ook voor in aanbouw zijnde fusie-reactors worden supergeleiders gebruikt om de benodigde magnetische velden op te wekken, en met betere supergeleiders kunnen die reactoren kleiner zijn:
The SPARC design, [..] would be far more powerful, achieving fusion performance comparable to that expected in the much larger ITER reactor being built in France by an international consortium. The high power in a small size is made possible by advances in superconducting magnets that allow for a much stronger magnetic field to confine the hot plasma.
https://www.sciencedaily..../2020/09/200929123540.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/SPARC_(tokamak)
Dit is een goede vraag om te stellen. Enerzijds is het begrijpelijk is dat de resultaten worden gepresenteerd binnen het kader waaraan we vrij zeker weten dat het een significante contributie zal gaan leveren - zo zal bijvoorbeeld supergeleiding op hogere temperaturen een enorme stap voorwaarts zijn binnen quantumcomputing - is er ook de 'onwetende' zijde van dit soort onderzoek. Zoals je misschien weet is supergeleiding al in 1911 geconstateerd door Kamerlingh Onnes, maar het duurde decennia vooraleer er een praktische toepassing voor bestond. Kamerlingh Onnes had bij zijn toenmalige experimenten onmogelijk kunnen redeneren dat dit zou leiden tot MRI-scanners of de Large Hadron Collider. Je kunt je voorstellen dat wanneer supergeleiding op 'normale' temperaturen gangbaar is de basiswetenschap daar intensief mee aan de slag gaat. De uitkomsten daarvan zijn simpelweg niet te voorspellen, maar het verleden heeft keer op keer aangetoond dat er onvoorstelbare vooruitgang geboekt kan worden.
Jammer dat het op zo'n achterlijk hoge druk moet. Dan is extreem koelen nog makkelijker.
Dat vraagt een gigantische hoeveelheid energie inderdaad. Je moet dit dan ook zien als puur onderzoek met nog een heel lange weg te gaan voor er praktische toepassingen komen (als dat gaat gebeuren). Er gaat nu een veelvoud aan energie verloren om tot supergeleiding te komen.
Nee het kost geen energie het heeft een zeer hoge druk nodig, je zit fout.
Druk opbouwen kost ook energie. :D
Nee dat kost geen energie, je zou het handmatig kunnen doen. ;)
Heel hard ergens op duwen kost ook energie ;)
Nee, dat is middelbare school natuurkunde. Statische krachten (zonder beweging) kosten geen energie/vermogen. Afgelegde weg is namelijk nul.
Je zit nu moedwillig iets complexer en verwarrender te maken dan het is.

Om de druk op te bouwen is energie nodig en om die druk in stand te houden is ook energie nodig (omdat er altijd verliezen zijn).
Dat het object dat onder druk gebracht word niet beweegt en er geen energie/vermogen op dat object over gedragen word, betekent niet dat je in de rest van het systeem geen energie nodig hebt. Dat is overduidelijk waar de anderen het over hebben.

In de middelbare school was het wellicht nog leuk mensen op die manier te "corrigeren"?
Ik weet wel zeker dat het mij energie kost om ergens hard tegen aan te duwen.
En of natuurkunde beoefend wordt op een middelbare school of op een universiteit: de natuurkunde blijft gelijk.

[Reactie gewijzigd door kimborntobewild op 16 oktober 2020 21:37]

Het punt is dat wanneer dat er geen energie nodig is om druk te behouden.

Het kost meer energie om druk uit te voeren met meer kracht dan je massa oplevert door zwaartekracht dat is waar, die extra kracht moet ergens vandaan komen. Je beweegt niet wanneer de druk door puur zwaartekracht komt, er gaat dan geen potentiele energie verloren. Hetzelfde wanneer de druk geleverd word door rek/strain in een ander object of misschien zelfs door de gecomprimeerde substantie die supergeleidend is. Diamanten ontstaan ook enkel onder zeer hoge druk maar deze vallen niet uit elkaar bij 1 atmosfeer. Het is dus zeer waarschijnlijk dat er een substantie bestaat die door zijn structuur niet de-comprimeerd en zijn eigenschappen behoudt.
W=F * ∆x
Als ∆x nul is dat is de arbeid en ook energie ook nul.
Die formule gaat over het verplaatsen van massa en niet over het opbouwen van druk.
De wet voor het verplaatsen van massa is: F = m * a, maar ook de wet van de kinetische energie:
E = 1/2 m v ^2

Maar die wet van kinetische energie gaat hier niet op omdat er geen massa in beweging wordt gebracht, althans verwaarloosbaar, blijft dus de wet van arbeid over.
De wet voor het verplaatsen van massa is: F = m * a,
Die eerdere formule van jouw (W=F * ∆x) refereert aan een standaard gewicht.
Het is het werk (energie) die je in een systeem stopt als je een massa van 1kg met een kracht F over een afstand x verplaatst.
Bij druk is er niet echt sprake van het verplaatsen van een massa. Je zet kracht op het oppervlak van een 'statisch' voorwerp.
Daarmee alleen kom je niet op druk uit.

Ga maar na, als ik twee diamanten heel hard op elkaar druk dan is ∆x heel erg klein terwijl ik er wel heel veel kracht op blijf zetten. De arbeid zou dan verwaarloosbaar zijn terwijl ik loop te zweten om die krengen op elkaar te persen. Erger nog, na elke ∆x (laten we een heel kleine ∆x nemen) moet ik exponentieel meer kracht zetten om de volgende ∆x te overbruggen. Dit kun je dus niet met W=F * ∆x beschrijven.
Het klopt wat je zegt dat er voor uit uitoefenen van een kracht in principe geen energie nodig is. Dat wil niet zeggen dat als je zelf die kracht moet produceren dat je dat kan zonder zelf. energie te verbranden, maar dat zegt meer over ons als mens, niet over de W = F * ∆x natuurwet.

Echter in deze formule is geen velden of wegen een massa te herkennen, waarschijnlijk bedoel je F = m * a?
Echter in deze formule is geen velden of wegen een massa te herkennen, waarschijnlijk bedoel je F = m * a?
Nee, kijk maar naar de eenheden.
1 W = 1 kg⋅m^2⋅s^−2, wat weer hetzelfde is als 1 Joule.

W = F * ∆x gaat over het zetten van kracht op een standaardmassa van 1kg.
Dus als je een kracht F zet op een massa van 1kg en die massa verplaatst een ∆x dan heb je W aan energie (arbeid) uitgegeven.

Het is een manier om energie te omschrjven in termen van het verplaatsen van een standaard massa. Dat heeft op zich dus nog niks met druk te maken.
Laten we dan maar hopen dat aan het einde van de ontwikkeling met dit met zwaartekracht kan doen ;)
Dat gaat er niet komen imo. de enige manier waaorp je dat kan benutten is door iets in dat zwaartekracht veld te plaatsen, te assembleren, en dan weer eruit te halen. dat eruit halen kost heel veel energie. denk aan een raket die moet wegvliegen, dat is nogal wat.
Misschien begrijp ik je verkeerd; de hoge druk wordt bereikt door een dun monster / pakking samen te drukken door twee diamanten aambeelden. Dat kost dus geen energie?
Het op druk houden kost geen energie.
Vergelijk het met een hijskraan, het omhoog takelen kost energie, maar het omhoog houden kost geen energie. De kraanmachinist kan gewoon uitstappen en weekend gaan vieren, het zaakje blijft wel in de lucht hangen.

Arbeid = Energie = Kracht * Afstand
Wanneer het eenmaal op druk staat, beweegt het niet, wordt er geen afstand afgelegd en is er dus geen arbeid/energie nodig.

[Reactie gewijzigd door DaManiac op 15 oktober 2020 21:15]

Alleen heb je in de praktijk altijd dat materiaal onder druk een beetje weglekt. Het kost energie om het materiaal dat weggelekt is te vervangen en weer op druk te brengen.
Huh heb je daar een bron van ?
Huis tuin en keuken druk-materiaal lekt altijd een beetje (fietsbanden, autobanden), ik denk dat daar de gedachtegang vandaan komt.
Dat geldt ook voor koelen. Als het eenmaal afgekoeld is, dan kost het geen energie om het koel te houden, mits goed geïsoleerd (wat in de praktijk natuurlijk nooit voor 100% kan)
Op druk houden kost echter geen energie, terwijl er altijd thermische verliezen zullen zijn.
Volgens mij zullen er eveneens altijd drukverliezen zijn. Het materiaal vervormt, of lekt weg (autoband).
Ze gebruiken niet voor niets diamant als materiaal om de druk mee aan te brengen.
Die diamanten zitten ook weer ergens tegen om ze tegen elkaar te drukken.

Voordeel van diamant is natuurlijk dat op het kleine oppervlak dat ze geven op de punt er weinig vervorming is. Maar de achterkant moet ook ergens tegen drukken.
Ja, daarom maak je dus een vorm zoals in de afbeelding bij het artikel. Je kan het oppervlak waar het gewicht op rust steeds groter maken. Als je maar ver genoeg doorgaat zou je het in principe met elk materiaal kunnen doen wat je wilt.

[Reactie gewijzigd door Koeitje op 17 oktober 2020 10:55]

Nee, dat geldt niet voor koelen. Iets koel houden op een temperatuur zonder het gebruik van energie, is onmogelijk.
Dat klopt en dat komt ook omdat de omgeving een warmte toevoer geeft - of te wel door warmte uitstraling van de aarde zelf of wel door de zon. Maar zelfs op de bijv. polen waar het wat kouder is, zul je energie moeten gebruiken voor het transport van de warmte. Al zijn daar soms natuurlijke processen inzetbaar waarbij de delta temperatuur de verplaatsing van warmte regelt.
Al bestaan er tegenwoordig wel erg goede warmte isolatoren.
Dus kun je niet iets zonder energietoevoer koel houden. Druk kun je opbouwen en zonder energie op druk houden
Dat geldt ook voor koelen. Als het eenmaal afgekoeld is, dan kost het geen energie om het koel te houden, mits goed geïsoleerd (wat in de praktijk natuurlijk nooit voor 100% kan)
Ik vermoed:

Het geval is dat supergeleiding doorgaans gebruikt wordt om anders door warmteontwikkeling onmogelijk sterke magnetische velden op te wekken. Daarbij laat men een enorm sterke stroom door spoelen circuleren. Zodra die arbeid gaan verrichten, wekt dat veranderingen in het magnetische veld op die weer tegenkrachten (op de stroom) opwekken. Dit verschijnsel heet Zelfinductie waarbij een kracht de oorzaak van zijn ontstaan tegenwerkt.

De zelfinductie gedraagt zich als een schijnbare weerstand die warmte opwekt. Daardoor moet je warmte afvoeren bij de spoelen. Het zal gemakkelijker zijn om die op kamertemperatuur dan nabij het nulpunt te houden. Onderschat zelfinductie niet, bij plots onderbreken van de stroom in spoelen kan het zulke hoge tegenspanningen opwekken dat er een vlamboog ontstaat die contacten van de schakelaars samensmelt en zo de stroom door laat lopen.

Of kort: Het is gemakkelijk supergeleiding toe passen als je er niets mee doet, maar zodra je het nuttig gaat gebruiken ontstaat veel warmte die je af moet voeren, dat is een probleem als je tegelijkertijd een extreem lage temperatuur moet handhaven.

Ik vraag men alleen af hoe je hier zoiets als een spoel van zou kunnen maken. Misschien een spoel met een vloeistof-wikkeling. Holle kanalen in de vorm van een winding in een vast niet geleidend materiaal of holle windingen die je inbed in heel sterk materiaal. Waarbij je dan op een plaats enorme druk op de vloeistof in de windingen zet. Dus eigenlijk een hydraulische spoel. Dan moet de vloeistof wel slecht samenpersbaar zijn, want met een pomp of zuiger kan je dit soort druk niet aanbrengen en vasthouden, lijkt mij. Maar wie weet wat ze allemaal al kunnen, of kunnen ontwikkelen.

[Reactie gewijzigd door Elefant op 16 oktober 2020 01:28]

Zelfinductie is enkel een probleem bij het opstarten van een DC systeem, en daarbij is de vrijkomende energie makkelijk op te vangen. Bij een AC systeem merk je natuurlijk constante de invloed van de zelfinductie, echter zijn er in in supergeleiders andere verliezen in AC situaties die veel significanter zijn. De belangrijkste zijn hysteris losses (magnetizatie van de supergeleider) en coupling losses (geinduceerde stromen die door de normaal geleidende delen van de supergeleider loopt, alle prakstische supergeleiders zijn composieten).

Koeling van dit soort magneten is meestal van buitenaf, in de vorm van bad koeling of koellijnen (bijvoorbeeld LHe buizen) aan de buitenkant van de spoel package. In sommige gevallen zijn er van dit soort koellijnen in de kabel verwerkt, zoals in de kabels voor de ITER magneten
Datzelfde geldt echter ook voor de lage temperatuur supergeleiders ;)
Iets op een bepaalde druk krijgen kost wel degelijk energie.
Krijgen we eindelijk weer CPU-koelers die goed hard aanklemmen. Ooit komen we er wel ;)
De koelers zullen dan ook een stuk kleiner worden, een supergeleider geeft bijna geen weerstand aan stroom, geen weerstand geen warmte ontwikkeling ........
Dit klopt niet. Je hebt inderdaad bij een chip warmte-ontwikkeling door de stromen op de chip. Dat zou weg kunnen vallen. Maar een belangrijk ander deel van de warmteontwikkeling komt door het schakelen van transistoren, dus is er zonder weerstand alsnog warmteontwikkeling.
Dus krijgen we kleinere koelers ...........
Dit klopt niet. Je hebt inderdaad bij een chip warmte-ontwikkeling door de stromen op de chip. Dat zou weg kunnen vallen. Maar een belangrijk ander deel van de warmteontwikkeling komt door het schakelen van transistoren, dus is er zonder weerstand alsnog warmteontwikkeling.
Dus krijgen we kleinere koelers ...........
Jah, die 269 gigapascal met een diamantpers
neemt de charme van (bijna) kamertemperatuur een beetje weg. :+

[Reactie gewijzigd door Geekomatic op 16 oktober 2020 11:31]

Het zal wel een combi worden maar druk is statisch al deels te realiseren met zwaartekracht en wat hefboom effect. Koelen kost energie dus ik denk dat druk minder energie kan kosten.
druk is statisch al deels te realiseren met zwaartekracht en wat hefboom effect.
Even 27000 kg afsteunen op een vierkante millimeter.
precies! ik zei niet dat het nu toepasbaar is maar als temp en druk naar elkaar toekomen is druk goedkoper dan temp.
Haha ik zie het al voor me in de toekomst gebruiken we chips met daarop een wolkenkrabber |:( _/-\o_
Ik zit eerder aan een uit de kluiten gewassen plantenpers te de denken, maar het gaat nog even duren voor we dit zinvol toe kunnen passen op grotere (denk CPU) chips ja.
Ik fascineer me altijd over dergelijke onderzoeken: onvoorstelbare getallen als 39 miljoen psi (ondanks op minuscule schaal). Vet!
Ik fascineer me
En deze zinsconstructie fascineert mij :). Maar ik snap wat je bedoelt, ik vond 300bar in duikflessen al een eng idee.
Het fascineert mij* Het is fascinerend*

Jij wint, en inderdaad!

[Reactie gewijzigd door Danneh93x op 15 oktober 2020 22:11]

Of je bent gefascineerd door iets, dat is ook een optie ;-).

Maar die 39 miljoen psi is inderdaad een enorme druk. Knap dat ze dat voor elkaar krijgen. Mocht dit project nergens toe leiden, dan kunnen ze altijd nog synthetische diamanten gaan maken. Volgens mij gebruiken ze daarvoor een veel lagere druk.
Je kan prima jezelf fascineren hoor, misschien ietwat narcistisch, maar het kan
Wat ik vooral onbegrijpelijk vind is dat ze PSI gebruiken in deze tekst. Belachelijk omrekenen die rare Amerikanen
2688955.3431 BAR is ook zo'n lastig getal...
Het gaat om DRUK. De SI eenheid is Pascal. Dit is wetenschap, dan mag ik ervan uitgaan dat wetenschappers SI eenheden gebruiken.
Niet in the good old USA. Daar gaat nagenoeg alles nog met het imperial systeem.

Alleen in de chemie gebruiken ze daar relatief vaak het SI systeem en dat ook alleen maar omdat dit makkelijker is met rekenen met molmassa's.
Ik ken voldoende mensen in de VS, en ook daar gebruikt de wetenschap het SI. Ook voor druk, temp, en eigenlijk alle andere zaken.

Zelfs veel "gewone" mensen gebruiken redelijk vaak metric.
Mijn ervaring is anders. De meeste wetenschappers die ik in de USA ken communiceren vooral in imperial units (behalve de chemici; die gebruiken wel vaak SI). Waarschijnlijk is het afhankelijk van welke tak van wetenschap je bekijkt.

De USA heeft wel wetgeving geintroduceerd die als doel heeft het SI te promoten. Die wetgeving is echter vrijblijvend opgesteld; de conversie is vrijwillig en ze hebben nooit het SI als het officiële primaire systeem gedefinieerd. Dat heeft ervoor gezorgd dat de overschakeling die in de jaren '70 is begonnen in het slop is geraakt, o.a. doordat in 1982 de overheidsinstantie die dit proces moest stimuleren werd opgeheven. Het gevolg is dat dit proces waarschijnlijk nog ettelijke decennia zal duren.

Het voordeel is wel dat we af en toe leuk kunnen lachen om blunders zoals de Mars Climate Orbiter. :+
De onderzoekers gaan zich nu richten op manieren om supergeleiding bij een lagere druk te realiseren zodat inzet in de praktijk op termijn mogelijk en economisch haalbaar is.
Degene die als eerste supergeleiding aan de praat krijgt bij "hoge temperatuur" (zelfs 15 graden Celcius is al enorm hoog; voor de meeste materialen moet je eerder aan 15 Kelvin denken) en "lage druk" (een paar atmosfeer), die kan zijn reis naar Stockholm alvast boeken.

Wat betreft temperatuur: als je een processor kunt bouwen van supergeleidend materiaal, dan zal het stroomverbruik opeens vele malen lager worden. Dat betekent dat koelen opeens een heel stuk makkelijker is. Dus zelfs een materiaal als dit, dat ietsje onder kamertemperatuur gebracht moet worden, zou wel degelijk interessant kunnen zijn; thuis misschien niet, maar voor supercomputers en datacentra zeker!
Stel dat het lukt om op "normale" omstandigheden supergeleiding aan de praat te krijgen, dan betekend dat niet dat je er ook echt wat aan hebt. Voor praktsich nut heb je ook een bruibare maximale stroomdichtheid nodig. Gezien deze afhangt van parameter zoals de temperatuur, het magnetisch veld en de druk, moet je meestal aardig ver onder het critische punt gaan zitten. En zelfs dan moet je nog verder, om genoeg marge te hebben voor veiligheid (voor je systeem).
Om een voorbeeld te geven: De supergeleidende tapes (2nd gen HTS) waar ik momenteel mee werk zijn supergeleidend tot zo'n 90 K onder atmospherische druk, maar dan kan ik er hoogstens enkele Amperes in kwijt. Als ik er een meer bruikbare stroom van een paar honderd A in wil hebben, dan moet ik al richting de 60 K gaan. Houd ik vervolgens rekening met het opgewekte magneetveld, dan wordt dit 50 K. En dan moet je nog lager gaan om onverwachte invloeden van buitenaf of andere verstoringen op te kunnen vangen
Ik denk waarschijnlijk veel te simpel... Maar is die enorme druk nou gewoon een andere manier om de atomen 'stil' te krijgen? Vlakbij het absolute nulpunt bewegen atomen nauwelijks meer, ik vermoed dat dat iets te maken zal hebben met waarom ze supergeleidend worden... Als je er nou extreme druk op uitoefent, kan het dat je dan hetzelfde effect krijgt op hoge temperatuur?
Maar als dat zo is dan vraag ik me af hoe dit ooit zou kunnen leiden tot alledaagse toepassingen (maar ja als we dat al wisten dan waren we daar al natuurlijk).
Iemand die er werkelijk wat vanaf weet die kan zeggen of ik te veel Fanta gedronken heb of dat er toch iets van klopt? :+
druk uitoefenen zorgt normaal gesproken juist voor meer beweging (warmte)
De hoge druk is hier nodig zodat het waterstof metallische eigenschappen krijgt. Beweging van atomen heeft (direct) niets te maken met druk, maar met temperatuur. Het is een logische gedachtengang dat bewegings "snelheid" wat te maken heeft met wanneer iets supergeleidend wordt. Het heeft wel effect op bij welke temperatuur de overgang ligt, doordat de interne energie van een atoom in zekere zit temperatuur is. Met of iets wel of niet supergeleidend is, heeft het niet direct wat te maken. Supergeleiding is een quantum mechanisch effect, en heeft te maken met electron verdelingen, golffuncties en symmetriën in de kristalstructuur
Vet, supergeleiding op kamertemperatuur zou echt een revolutie met zich mee brengen die we nu heel hard kunnen gebruiken. Quantum locked zweef treinen, energie transport zal compleet op de schop kunnen, mobieltjes die wekenlang meegaan, electrische auto's met een drastisch hoger bereik, en stroom consumptie zou overal hard omlaag gaan.

Dat in combinatie met de andere heilige graal, kern fusie, en we kunnen het tij gaan keren op het klimaat...

Maar het zal allemaal nog wel een tijd lang duren helaas, ben wel super benieuwd.
Leuk onderwerp waar ik als kind 40
jaar geleden al geïnteresseerd in was en verwonderd keek hoe een magneetje ging zweven als je er vloeistof over heen goot. Ik kan er zelf niet zo veel mee maar het is leuk om mee te maken hoe dit soort onderwerpen volwassen worden over de decennia heen.
Trans-Atlantische energiekabels onder hoge druk van de oceaan en op 4 graden Celsius was het 1e waar ik aan dacht. Ik ben benieuwd waar we over 10 jaar staan.
Is kamertemperatuur een harde definitie van 15 graden? want eerlijk gezegt als mijn kamer 15 graden is dan gaat de verwarming aan.
Kamertemperatuur is met absolute nauwkerigheid gedefinieerd als... van alles en nog wat. De meeste defenities liggen wel in het bereik van 15~25 °C.


Om te kunnen reageren moet je ingelogd zijn


Microsoft Xbox Series X LG CX Google Pixel 5 CES 2020 Samsung Galaxy S20 4G Sony PlayStation 5 Nintendo Switch Lite

Tweakers vormt samen met Hardware Info, AutoTrack, Gaspedaal.nl, Nationale Vacaturebank, Intermediair en Independer DPG Online Services B.V.
Alle rechten voorbehouden © 1998 - 2020 Hosting door True