در صنعت مخابرات قبل از هر چیز ابررساناها در اسیلاتورها و موجبرهای مایکروویو[1] به صورت فیلمهایی که سطح داخلی موجبرها را میپوشانند و تلفات را کاهش دهند استفاده میگردد. در سال ١٩٩٥ اولین آنتن ابررسانا در آزمایشگاه ملی Oak Ridge ساخته شد. همانطور که میبینیم نسبت به سایر محصولات ابررسانایی، آنتن ها چند سالی است که به میان آمدهاند.
یکی از مهمترین پارامترها در آنتن بهرهوری است. که از دو جهت آنتنهای ابررسانا به ما کمک میکنند. اولا" تلفات اهمی را تقریبا" از بین میبرد، ثانیا" طول خطوط انتقال را نیز کاهش میدهد. جالب است بدانیم سالانه حدود %١٥تولیدات برق به دلیل تلفات حرارتی ناشی از مقاومت اهمیک از بین میروند.
درحقیقت در آنتنهای ابررسانایی به طور موثرتری به بهرهای نزدیک %١٠٠میرسیم. این آنتنها دارای شدت تشعشع بالاتری نیز میباشند. در ایران این آنتنها فعلا کاربردی نداشته و مرکز یا شرکتی روی این محصولات کار نمیکنند که از دلایل آن میتوان به جدید بودن این تکنولوژی اشاره نمود.
اتصال جوزفسون برای ساخت گیرندهها و فرستندههای فونونی با فرکانسهای بسیار بالا نیز قابل استفاده هستند. فرکانس کار تجهیزات مخابراتی ابرررسانا با حداقل تلفات میتواند تا صدها گیگاهرتز و حتی محدوده تراهرتز برسد که قابل مقایسه با فرستندهها و گیرندههای متداول نیست. علاوه بر فرستندهها و گیرندههای فونونی، آشکارسازهای میکروویو نیز با ابررساناها ساخته شدهاند که قادرند٣ /٠ پیکووات را با فرکانس ٧٠ گیگاهرتز تشخیص دهند. ابررساناها براس ساخت فیلتر مایکروویو در ایستگاه تلفنهای موبایل نیز استفاده می شود.
در مغز و اعصاب فرمانها به وسیله سیگنالهای الکتریکی انتقال مییابند، میدانهای مغناطیسی ایجاد شده توسط این سیگنالهای الکتریکی در حدودFT ٥٠٠-٥٠ (FT=10-15 Tesla)میباشد، که با توجه به دقت SQUID به راحتی قابل آشکارسازی هستند و به این وسیله میتوان به رویدادهای داخلی مغز و اعصاب پی برد. با استفاده از این خواص SQUID ها روشهای نوینی در تکنولوژی تصویر برداری بوجود آمده است که مبتنی بر تستهای غیر مخرب میباشد که بعنوان نمونه میتوان به موارد جدول زیر اشاره کرد.
مزیت عمده استفاده از SQUIDها کیفیت بسیار بهتر تصاویر، سرعت بیشتر و قدرت تفکیک بهتر است علاوه بر این کاملا بیخطر است و مصرف انرژی کمتری دارد. به طور کلی وسایل پزشکی که در دماهای پایین کار میکنند وزن و حجم کمتری دارند و کمتر تحت تاثیر نویز قرار میگیرند. وسایل مورد نیاز در مهندسی پزشکی باید در فرکانسهای پایین(٠١ /٠-٣٠٠ هرتز) دارای حساسیت بالا باشند که SQUIDاین منظور را برآورده میکند.
در مراکزی که از ابررسانایی استفاده نمیشود آزمایشها توسط CAT [1]ترموگرافی محور رایانهای با استفاده از اشعهX که برای بدن مضر است انجام میشود.
MRI [2] |
تصویربرداری به کمک تشدید مغناطیسی |
EEG [3] |
تصویربرداری الکتریکی مغز |
MCG [4] |
تصویربرداری مغناطیسی قلب |
MGG [5] |
تصویربرداری مغناطیسی شکم |
MEG [6] |
تصویربرداری مغناطیسی مغز |
ECG [7] |
تصویربرداری الکتریکی قلب |
[1] Computerized Axial Tomography
[2] Magneto Resonance Imaging
[3] Electro Encephalography
[4] Magneto Cardiography
[5] Magneto Gastrography
[6]Magneto Encephalography
[7] Electro Cardiography
در ساخت مدارهای الکترونیکی از دو تکنولوژی عمده ترانزیستور و مدارهای مجتمع استفاده میشود که ابررساناها به یاری پدیدههای مقاومت صفر و جوزفسون میتوانند در هر دو مورد به کار روند.
ابررساناها ممکن است به صورت مادهای ایدهآل در ساخت اتصالات داخلی بهکار روند. از آنجا که ابررساناها میتوانند الکتریسیته را بدون هیچ مقاومتی از خود عبور دهند، به میزان قابل توجهی سبب کاهش اتلاف انرژی به صورت حرارت در مدارهای مجتمع و ترانزیستورها میگردند.
مواد ابررسانا مزیتهای دیگری از جمله حذف مشکلات مربوط به تداخل میدان مغناطیسی در مدارهای مجتمع را دارا میباشند. مشکل عمدهای که بر سر راه استفاده از ابررساناهای جدید با دمای گذار بالا، وجود دارد، پایین بودن چگالی جریان عبوری JCT در آنهاست. در مدارهای مجتمع، نیاز به چگالی جریان عبوری ١٠٠٠٠٠ آمپر بر سانتیمتر مربع تا ١٠٠٠٠٠٠ آمپر بر سانتی متر مربع داریم. درحال حاضر، مواد ابررسانایی با دمای گذار بالایی که بتوانند چنین گسترهای از چگالی جریان را داشته باشند، در اختیار نداریم.
استفاده از ابررساناها با توجه به عدم اتلاف انرژی الکتریکی به شکل گرما و طرد میدانهای مغناطیسی خارجی و جلوگیری از تداخل چنین میدانهایی در مدارهای مجتمع میتوانند بسیار مفید باشد.
مزیت ادوات الکترونیکی ابررسانایی به طور خلاصه عبارتند از:
با تغییر در شدت میدان مغناطیسی، امکان تغییر در وضعیت جسم ابررسانا از ابررسانایی به مقاومتی و برعکس امکانپذیر است. بنابراین از مواد ابررسانا جهت انجام سوئیچینگ یا کلیدزنی نیز میتوان بهره گرفت. تحقیقات اولیه در این زمینه از اواخر دهه 1950 میلادی آغاز شد و کوششهایی برای استفاده از سوئیچهای ابررسانا در مدارها و حافظه کامپیوترهای بزرگ صورت گرفت. باک[1] در سال 1956 مداری با نام کرایوترون[2] شامل یک سیمپیچ نیوبیوم با دمای بحرانی 3/9 درجه کلوین و هستهای از سیم تانتالوم با دمای بحرانی 4/4 درجه کلوین معرفی نمود که با توجه دمای 2/4 درجه کلوین هلیوم مایع، امکان تغییر وضعیت سیم تانتالوم در اثر ایجاد جریان الکتریکی و در نتیجه میدان مغناطیسی در سیمپیچ نیوبیوم وجود داشت. با توسعه دانش نیمههادی، توجه به سوئیچهای ابررسانا کاهش یافت اما حجم و تلفات کمتر، و سرعت بالاتر تراشههای ابررسانا نسبت به تراشههای نیمههادی، استفاده از سلولهای کرایوترونی و جایگزینی ابررسانا به جای مدارهای مسی را برای ساخت ابرکامپیوترهای بسیار سریع و کم تلفات، حتی با وجود پیشرفتهای صنعت نیمه هادی توجیه پذیر میسازد.
ابررساناها قادر به تولید میدان مغناطیسی بزرگتری نسبت به رساناهای معمولی (مثل مس) هستند و در این میان HTS از این لحاظ نسبت به LTS برتری دارد. همچنین درHTS هزینه تبرید کمتر بوده و محدودهی دمای کاری آن نسبت به LTS بیشتر میباشد.
در سادهترین حالت، آهنربای ابررسانا دارای یک منبع تغذیه، یک دستگاه برای تبرید و سیمپیچ ابررسانا است. از این آهنربای قوی به طور وسیعی در صنعت، آموزش و تحقیقات استفاده میشود. برای مثال در اکتشاف معادن از آهنربای ابررسانا برای جدا کردن سنگهای دارای فلز استفاده میشود. نمونههای دیگر، شامل شتاب دهندههای ذرات هستهای، کاشت یونی (برای اضافه کردن ناخالصی به نیمه هادیها)، شتاب دهندههای خطی (که در پزشکی برای از بین بردن تومور استفاده میشود)، MRI[1] و NMR[2] (که در آنها میدان مغناطیسی شیئی مورد نظر را تحریک کرده و سپس توسط یک آشکار ساز پاسخ آن به میدان مغناطیسی تحلیل میشود) میباشند. شرکتهای مختلفی از جمله Siemens، Philips و Oxford Instrument به تولید و پخش این نوع سیستمها میپردازند.
1 Magnetic Resonance Imager
2 Nuclear Magnetic Resonance