Süperiletkenler; enerji, haberleşme ve ulaşım anlayışımızı değiştirebilir

Koreli bilim insanlarının duyurduğu ve deneysel durumdaki LK-99 adı verilen dünyanın ilk ortam sıcaklığı süperiletkeninin, enerji başta olmak üzere savunma, haberleşme, ulaştırma ve sağlık teknolojileri gibi bir çok sektörde kullanılması ile bilinen verimlilik kavramlarının büyük ölçüde değişmesi bekleniyor.

Koreli bilim insanları temmuz sonunda oda sıcaklığında "dünyanın ilk ortam sıcaklığı süper iletkeninin sentezini" duyuran bir makale yayınladı.

Mevcut durumdaki materyallerle tasarlanan elektrik şebekelerinde iletimden kaynaklı kayıp kaçaklar ABD'de yüzde 5 seviyesinde bulunuyor. LK99 eğer elektrik iletimi için kablo haline getirilip kullanılabilirse dünya genelinde ortalama yüzde 8 olan kayıp kaçak oranını da önemli ölçüde düşürülebilir.

Farklı ülke ve sıcaklık değerlerine göre artış veya azalış gösteren kayıpların sıfıra yakın seviyelere indirilmesi ve iletimin çok daha verimli yapılabilmesi için süperiletken malzemelere ihtiyaç duyuluyor. Bir elektrik akımı süperiletken malzemenin içinden hiçbir kaynaktan güç almadan akmaya devam edebiliyor.

Bilgisayar çiplerinin sahip olduğu verimlilik değerlerinden 100 kat fazla verimli olabileceği düşünülen süperiletken materyalli çiplerin, veri merkezlerini daha çevreci hale getirip yeniden yapılandıracağı hesaplanıyor.

Süperiletkenlerin haberleşme, sanayi ve sağlık teknolojilerinde kullanılmasıyla verimlilik ve hız özelliklerinin dikkate değer gelişme göstermesi bekleniyor.

Süperiletkenlik nasıl gerçekleşiyor?

Ankara Üniversitesi Süperiletken Teknolojileri Uygulama ve Araştırma Merkezi'ndeki bilgilere göre, süperiletkenlik, sıcaklığın belli bir değerin altına düşmesi halinde bir malzemenin direncinin tamamen sıfır olması anlamına geliyor. Süperiletken malzemeleri teknolojik açıdan ön plana çıkaran iki önemli özellik bulunuyor. Buna göre, elektriksel açıdan doğru akıma karşı sıfır direnç göstermeleri ve normal iletkenler ile karşılaştırıldıklarında da oldukça yüksek akım taşıma kapasitesine sahip olmaları geliyor.

Süperiletkenlerin bu özelliklere sahip olması bu materyallerin enerji sektöründe özellikle elektrik akımının taşınmasında, depolanmasında, güçlü mıknatısların yapılmasında, jeneratörlerde ve elektrik ile çalışan hassas cihazların üretilmesinde önemli bir rol üstlenmesine neden oluyor.

Öte yandan, yüksek frekanslarda son derece düşük direnç göstermeleri, çok düşük sinyal dağılımı ve neredeyse ışık hızına yakın hızlarda sinyal taşıma kapasitesine sahip olmaları ise haberleşme, askeri amaçlar (savunma sanayinde) ve mikrodalga teknolojilerinde bunları önemli hale getiriyor.

Süperiletkenler, dirençsiz veya kayıpsız olarak elektrik akımını iletmeleri ve hatta yüksek frekanslarda dahi çok düşük direnç göstermeleri devre elemanları üzerinde veya daha geniş anlamda devrelerde veya cihazlarda ısınma problemini de ortadan kaldırıyor.

"Süperiletkenlik için soğutma şart"

Süperiletkenler üzerine bilimsel araştırmalar yapan Sinop Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü Başkanı Prof. Dr. Şükrü Çelik, Türkiye'de bir çok üniversitede süperiletkenlik üzerine araştırmalar yapıldığını söyledi.

Çelik, şöyle devam etti: "Süperiletkenlik, malzemelerin belirli bir sıcaklığın altında süperiletken duruma geçebilme özelliğidir. Süperiletkenliğe ulaşmak için malzemenin soğutulması gerekiyor. Genellikle bu sıcaklık yaklaşık 4 kelvin sıcaklığıdır. Yani -268 santigrat dereceye denk geliyor. Örneğin MRI manyetik rezonans görüntüleme. MRI'da ilgili malzeme yerine eğer mümkün olursa LK-99 kullanılacak olursa soğutma sistemi kullanılmaksızın bu sistem çalışabilecektir."

Elektriksel güç tüketimi ve sürekliliği yönünden süperiletkenlerin büyük avantajları olduğunu ifade eden Çelik, elektriksel motorlarda yüksek güce ulaşmak için yüksek akım veya bobinlerde sarım sayısının artırılması gerektiğini anlattı.

Çelik, akım artırınca bakır kabloların ısınması sonucu enerji kaybının artacağı belirli bir ısıya ulaştığında da kullanılamaz hale geleceği, sarım sayısı artınca da hacim ile kütlenin büyüdüğünü ve süperiletkenlerin bu sorunların çözümüne katkı sunacağını ifade ederek, şunları kaydetti:

"Bu malzeme eğer kullanılabilirse ilgili sıcaklığın altında örneğin oda sıcaklığında, küçük hacimli yüksek torklu motorlar elde edilebilecektir. Günümüzde elektrik motorunun kullanılmadığı hiç bir yer yok. Bu malzeme ticarileşirse tüm elektrik kullanılan alanlarda çok bir büyük avantaj sağlayacaktır. Ayrıca bakır tellerdeki gibi güç kaybı da olmayacaktır."

Bilim dünyasında "oldukça iddialı" olarak adlandırılan bu gelişmenin enerji başta olmak üzere bir çok alanda "çığır açıcı" olarak nitelendirilebilmesi için geçerlilik ve güvenirlik testlerinin olumlu sonuçlanması gerekiyor.

Altın, gümüş, bakır gibi iletkenlerin direnci sıcaklık düştükçe azalırken, sıcaklığın mutlak sıfıra (mümkün olan en düşük sıcaklığa) yaklaştığı durumlarda bile direnç sıfıra düşmüyor. Süperiletken malzemelerde ise sıcaklık belirli bir değerin altına düştüğünde malzeme süperiletken duruma yani elektrik akımına karşı direnci düşük ve yüksek akım taşıma kapasiteli bir hale geliyor.