Supraleitung

Unter Supraleitung oder Supraleitfähigkeit versteht man die Erscheinung, dass bei einer Reihe von elektrischen Leitern bei sehr tiefen Temperaturen der elektrische Widerstand verschwindet und damit auch ein elektrischer Strom fließen kann, ohne dass ein ständiger Antrieb vorhanden ist. Neben etwa 30 supraleitenden Elementen sind inzwischen mehr als 1000 supraleitende Legierungen und Verbindungen bekannt.

Entdeckung der Supraleitung

Die Supraleitung wurde 1911 von dem niederländischen Physiker HEIKE KAMERLING-ONNES (1853-1926) in Leiden durch Untersuchungen der Leitfähigkeit von Quecksilber bei tiefen Temperaturen entdeckt. Intensivere Forschungen setzten aber erst in den fünfziger Jahren ein. In den sechziger Jahren konstruierte man die ersten Magnete auf dieser Grundlage und suchte nach weiteren Anwendungen.

Die kritische Temperatur

Bei Abkühlung von Stoffen geht der Übergang von einem Leiter zu einem Supraleiter in einem sehr engen Temperaturintervall vonstatten. Bei einer Temperatur, die man kritische Temperatur nennt, wird ein Leiter zu einem Supraleiter. Unterhalb dieser Temperatur ist er supraleitend. Diese kritischen Temperaturen liegen bei Elementen im Bereich von wenigen Kelvin, also bei Temperaturen um -270 °C. Die nachfolgende Übersicht zeigt einige Werte für Elemente:

Hochtemperatur-Supraleiter

Inzwischen ist auch gelungen, Legierungen zu schaffen, bei denen die kritische Temperatur über 40 Kelvin liegt. Es werden heute auch schon Werte von ca. 100 K , das sind etwa - 170 °C, erreicht. Solche Supraleiter mit kritischen Temperaturen über 40 K bezeichnet man als Hochtemperatur-Supraleiter.

Diese Gruppe von Supraleitern wurde 1986 von den Physikern JOHANNES GEORG BEDNORZ (*1950) und KARL ALEX MÜLLER (*1927) entdeckt. Beide erhielten bereits 1987 dafür den Nobelpreis für Physik. Hochtemperatur-Supraleiter sind komplizierte Legierungen aus Barium, Kupferoxid, und solchen Elementen wie Yttrium, Strontium oder Titan.
Ihre große Bedeutung liegt darin, dass man als Kühlmittel für diese Supraleiter statt des sehr teuren flüssigen Heliums den industriell leicht herstellbaren flüssigen Stickstoff (Siedepunkt: 77 K oder -196 °C) als Kühlflüssigkeit nutzen kann.

Die Supraleitung wird heute u. a. genutzt, um mit supraleitenden Spulen starke Magnetfelder zu erzeugen. Das macht man z. B. in der Medizin bei Kernspin-Tomografen und bei starken Magneten in Beschleunigern.
Versuche gibt es auch zur Nutzung der Supraleitung in der Rechentechnik, bei der Konstruktion von Generatoren und zur verlustarmen Übertragung von Elektroenergie mit supraleitenden Kabeln über weite Strecken.