Supraleitung (nicht nur) in der Weltraumforschung

Supraleiter zum Anfassen gab es am 28. November 2014 bei der Gesellschaft für astronomische Bildung e.V. in Halle.
Wir hatten Herrn Dr. Frank N. Werfel vom Adelwitz Technologiezentrum GmbH (ATZ) Torgau zu Gast, der über die aktuelle Forschung in der Supraleitertechnologie informierte.

Supraleiter zum Anfassen

Zunächst ein kleiner Abriss der Geschichte der Supraleiter: Im Jahr 1911 entdeckte der niederländische Physiker Heike Kamerlingh Onnes beim Element Quecksilber, dass es seinen elektrischen Widerstand verliert, wenn es unter 4,15 Kelvin (Sprungtemperatur) heruntergekühlt wird.
Diese niedrige Temperatur ist jedoch nur sehr aufwändig durch flüssiges Helium zu erreichen, daher waren die Supraleiter lange Zeit technisch nicht nutzbar.
Ab den 70er Jahren fanden verbesserte Materialien ihren Einsatz in der Magnetresonanztomografie.
Aber erst in der Mitte der 80er Jahre fand man Materialien, die bei höheren Temperaturen supraleitend werden.
Gegenwärtig ist die Entwicklung bei sog. Hochtemperatursupraleitern (HTS) angekommen, deren Sprungtemperatur im günstigsten Fall bei 130 K (-140°C) liegt.

Deren Kühlung ist inzwischen so effizient durchzuführen, dass die technische Anwendung von Supraleitern bereits begonnen hat.


Der Vereinsvorsitzende René Schlesier gibt eine kurze Einleitung

Der Vereinsvorsitzende René Schlesier gibt eine kurze Einleitung und begrüßt den Referenten Herrn Dr. Frank N. Werfel

Supraleiter werden erfolgreich in der Medizin beim Magnetresonanztomografen eingesetzt. Dies ist ein bildgebendes Verfahren, das ohne Röntgenstrahlung oder andere schädliche ionisierende Strahlung auskommt.

Fortgeschritten ist die Forschung im Bereich der Leiterherstellung. Es gibt inzwischen eine zweite Drahtgeneration, die mit extrem dünnen supraleitenden Materialien beschichtet sind. Die Herstellungskosten dieser Metallbänder werden in wenigen Jahren die Kosten von Kupferdrähten unterschreiten, so informiert die ausgehändigte Informationsbroschüre "iv Supra - Supraleiter im Fokus: Fakten und Chancen".

In dieser Broschüre ist auch der Einsatz von Hochspannungskabeln aus supraleitenden Materialien beschrieben. Diese Kabel transportieren die fünffache Menge Energie und haben keine negativen Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Vorteilhaft ist auch die Kostenersparnis durch Wegfall von Umspannstationen.
Auf diesem Gebiet gibt es bereits praktische Anwendungen, seit April 2014 ist in Essen ein solches Kabel in das Stromnetz integriert:

Siehe: www.rwe.com

Der Referent Herr Dr. Werfel

Im Bereich der erneuerbaren Energien werden Supraleiter unabkömmlich werden. Supraleiter ermöglichen den Bau von Generatoren, die den Anforderungen der Wind- und Wasserkrafterzeugung entsprechen. Sie müssen im Teillastbetrieb hocheffizient arbeiten und gleichzeitig Überlastresistenz aufweisen. Auch die Stromnetze können mit supraleitenden Strombegrenzern besser vor Schäden durch Kurzschlüsse oder Kapazitätsengpässe geschützt werden.

Mit Supraleitern ist es möglich Motoren mit kontaktlosen, freischwebenden Magnetlagern zu bauen, die eine Rotationsgeschwindigkeit von mehr als 180.000 Umdrehungen/Minute zulassen.

Diese Antriebstechnik ermöglicht es auch Lager mit bis dahin unerreichter Laufruhe zu konstruieren, so dass sie für den Antrieb von hochpräzisen Messgeräten eingesetzt werden können. Die finden wiederum Anwendung bei der genauen Ausmessung der kosmischen Hintergrundstrahlung.

Siehe: magnetic bearing im EBEX

Für diese Messungen sind weitere Raumflugmissionen zum Lagrangepunkt 2 der Erde geplant, um die Strahlung der Sonne im "Rücken" zu haben.

Viel Wissenswertes wurde mitgeteilt

Die Erzeugung starker Magnetfelder durch Supraleiter ist für die bemannte Raumfahrt interessant, da Magnetfelder die harte kosmische Strahlung abschwächen können. Hierzu gab es auf der ISS ein Experiment, das von Alexander Gerst durchgeführt wurde.

Siehe: DLR.de

Weitere Anwendungen in der Raumfahrt werden angestrebt, so gibt es Projekte, die sich mit Transportsystemen auf kleinen Himmelskörpern mit geringer Schwerkraft befassen. Auch soll die Eigenheit von Supraleitern, unter Protonenbestrahlung Eigenschaftsverbesserungen zu zeigen, weiter untersucht werden.

Abschliessende Fragerunde


Unsere Gäste zeigten sich in der anschließenden Fragerunde begeistert von den technischen Möglichkeiten der Supraleiter. Es gab zum Abschluß auch noch die Möglichkeit in einem persönlichen Gespräch interessante Details zu erläutern.

Es konnten noch wichtige Details erfragt werden

Unser Dank geht an
das Geologische Institut der Martin-Luther-Universität Halle,
an Achim Jaroschinsky für die Idee, wie für die Herstellung des Kontakts zum Referenten
und natürlich an
Herrn Dr. Frank N. Werfel

 

Verwendete Literatur:

iv Supra - Supraleiter im Fokus: Fakten und Chancen, Industrieverband Supraleitung, Hürth