Keraamiset, korkean lämpötilan suprajohteet olivat aikoinaan jymyuutinen, ja niille ounasteltiin suurta tulevaisuutta. Teollinen läpimurto on näkemättä, mutta usko sovelluksiin elää.

TEKSTI:Risto Varteva

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Keraamiset, korkean lämpötilan suprajohteet olivat aikoinaan
jymyuutinen, ja niille ounasteltiin suurta tulevaisuutta. Teollinen
läpimurto on näkemättä, mutta usko sovelluksiin elää.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä

7/2000


 





Suprien suppea historia

  että lämpö-tilassa 4 K eli -269 °C elohopea menettää sähkönvastuksensa täysin.

  löydetään metalliseos, jonka sup-rajohtavuuteen riittää 23 K eli -250 °C.

• 1986 Alex Müller ja Georg Bednorz valmistavat bariumista, lantaanista ja kuparioksidista keraamisen materiaalin, joka tulee suprajohtavaksi 35 K:n eli -238 °C:n lämpötilassa.

• 1987 Müller ja Bednorz saavat keksin-nöstään Nobelin fysiikanpalkinnon.

• 1993 tehdään keraamisuprajohteiden nykyinen lämpötilanennätys: 138 K eli -135 °C.



Nykyiset sovellukset

• Suprajohtavilla antureilla voidaan mitata hyvin pieniä magneettikentän muutoksia. Niitä käytetään mm. Otaniemen Kylmä-laboratoriossa aivojen sisäisten sähkö-virtojen mittaamiseen.

• Suprajohteilla voidaan tehdä hyvin vah-voja sähkömagneetteja. Outokumpu toi-mittaa hiukkasfysiikan tutkimuskeskuk-seen Cerniin suprajohtavaa niobium-titaanikaapelia, jolla ohjataan rakenteilla olevan LHC-kiihdyttimen protonisuihkuja.

Tulevat sovellukset

• Häviötön sähkönsiirto voimalasta kulut-tajille.

• Tehokas magneettinen suojaus, koska suprajohde ei päästä magneettikenttää lävitseen.


Tavallisissa johtimissa on vastusta sen verran, että kun sähkö siirtyy voimalasta kuluttajalle, vastuksen aiheuttamiin häviöihin katoaa sähkön energiasta 5-10 prosenttia. Suprajohteilla kaikki sähkö saataisiin hyötykäyttöön. Suprajohtava aine kun ei lainkaan vastusta sähkön kulkua. Sen sähkönvastus on nolla.

Metalliseoksista valmistetut suprajohteet on kuitenkin jäähdytettävä alle 250 asteen pakkaseen, ennen kuin johtimesta tulee suprajohtava. Siksi suprajohteita ei voimansiirtolinjoissa vielä ole.

Korkean lämpötilan suprajohteet ovat haurasta keraamia, jota on vaikea vetää langaksi. Ilmaisu "korkea lämpötila" antaa hieman väärän mielikuvan, sillä lämpötila on korkea vain suhteessa perinteisiin suprajohteisiin: keraamisuprajohteetkin on saatava alle 135 asteen pakkaseen, jotta niiden sähkönvastus katoaa.

Siinä on jo kaksi suurta ongelmaa, jotka selittävät, miksi nopea teollinen läpimurto jäi tulematta.

Pätevällä teorialla sovelluksiin

Ei kuitenkaan heitetä kirvestä kaivoon. Suprajohdeinsinööri Jeffery Tallon muistuttaa PhysicsWorld-lehdessä, että uuden keksinnön muotoutuminen arkipäivän tuotteeksi kestää yleensä ainakin 10-15 vuotta.

Esimerkiksi transistori keksittiin 1948, mutta vasta 1960-luvulla se syrjäytti radioputket. Laser keksittiin 1960, mutta koska tulivatkaan joka kodin lasersoittimet ja kaupan kassojen viivakoodinlukijat? Myös siihen meni pari vuosikymmentä, ylikin.

Keraamisuprajohteissa on kolmaskin suuri ongelma: kukaan ei osaa kunnolla selittää, miksi nämä yhdisteet ovat suprajohteita.

Metallista tulee suprajohde, kun sen elektronit muodostavat keskenään pareja, jotka vilistävät vapaasti atomien lomassa. Keraameissa ilmiö on mutkikkaampi, mutta ilmeisesti sähkövaraukset pääsevät hyppimään esteettä atomitasoissa, jotka ovat asettuneet siististi kerroksittain kuin päällekkäin pinotut kouluvihot.

Yksikään teoria ei kuitenkaan ole vielä kattava: eräät teoriat ennustavat, että suprajohtavuuden yläraja on noin -70 °C, mutta eräiden muiden teorioiden mukaan ylärajaa ei ole.

Kun pätevä teoria lopulta löydetään, sen avulla ehkä voidaan valmistaa suprajohteita, jotka toimivat meille tutuissa lämpötiloissa.

Kodin sähkölasku siitä tuskin pienenee, mutta voimme saada paljon uusia kivoja kapineita, joita kukaan ei ole vielä ruvennut keksimäänkään.

Robonaut huoltaa avaruudessa

Robonaut on Houstonin avaruuskeskuksessa Yhdysvalloissa suunniteltu robotti, joka voi tulevaisuudessa hoitaa huoltotehtävät avaruudessa.

Aluksen ulkopuolelle siirtyvän avaruuslentäjän pukeutuminen avaruuspukuun ja muut valmistelut vievät nykyisin tunteja. Varsinaiseen työtehtävään jää siten vain niukasti aikaa.

Robonautilla näitä valmisteluja ei tarvita. Se on tehty ihmisen kaltaiseksi, koska sitä on tarkoitus ohjata aluksen sisältä siten, että se toistaa kaikki ihmisen tekemät liikkeet. Siksi sillä on neljä sormea ja peukalo kuten ihmiselläkin.

Kun aluksessa oleva Robonautin ohjaaja tarttuu kiintoavaimeen ja vääntää pultin kireälle, seinän takana avaruudessa oleva Robonaut tekee samoin. Robonautin ohjaaja tietenkin näkee koko ajan, mitä robotti tekee.

Robonautin kädessä on 150 tuntoelintä. Sen liikkeet ovat niin tarkat, että se pystyy vaikka solmimaan kengännauhat.

Mitä on koneen tietoisuus?

- Tietokoneen tietoisuutta on vaikea määritellä, koska emme ole vielä kunnolla päässeet perille siitäkään, mitä ihmisen tietoisuudella tarkoitetaan.

TKK:n pääsuunnittelija Jouko Seppänen esitti tekoälyseuran päivillä, että tietokoneella on tietoisuus, kun se osaa uuden tehtävän saadessaan sanoa: "Valitan, mutta minuun ei ole ohjelmoitu tätä."

Vai pitäisikö ulottaa koneen tietoisuus pidemmälle? Ehtona voisi olla kyky kertoa vitsejä. Tai ehkä pitäisi vaatia, että koneen on keksittävä vitsejä.

   Tai sitten emme vain huomaa tietoverkkoihin kytkettyjen koneiden huumoria, koska emme tiedä, mikä koneista on hauskaa.

Pannaan siis koneen tietoisuudelle äärimmäisen ihmiskeskeinen määritelmä: tietoisen koneen on osattava kertoa sellaisia vitsejä, joille ihminen nauraa. RV

Otsoni tehokkaampaan käyttöön

- Vedenpuhdistuksessa käytetty otsoni toimii normaalisti melko tehottomasti, englantilaisen yliopiston tutkijat huomasivat. Siksi he kokeilivat keinoa, jossa otsonia ei puhalletakaan kaasuna jäteveteen, vaan se imeytetään pieniin kvartsihelmiin.

Näin otsoni ei pääse karkaamaan kesken kaiken vaan voi tappaa bakteereita ja pilkkoa suuria molekyylejä pienemmiksi kymmenen kertaa aiempaa tehokkaammin.

Puhdistuslaitteen kuntoa on helppo seurata, sillä otsonipitoiset kvartsihelmet ovat kirkkaansinisiä. Kun helmet muuttuvat valkoisiksi, on aika antaa niille uusi otsonilataus.

Kuka siellä taivaalla pörrääkään...

James Bond -elokuvassa Pallosalama oli yhden miehen lentolaite, joka tosin pysyi ilmassa vain puoli minuuttia kerrallaan. Siitä on 35 vuotta aikaa: nyt tilanne on jo toinen.

Kaliforniassa toimiva Millennium Jet -yhtiö kehittää yhden hengen helikopteria, jolla voitaisiin lentää 250 kilometrin päähän yhtä soittoa.

Kapine on saanut nimekseen SoloTrek. Sen on suunnitellut entinen hävittäjälentäjä Michael Moshier.

Voimanlähteenä on nelisylinterinen kaksitahtimoottori, jonka jokaisessa sylinterissä on varmuuden vuoksi kaksi sytytystulppaa. Tehoa irtoaa 130 hevosvoimaa, mutta käytännössä sitä tarvitaan vain 60-80 hevosvoimaa.

SoloTrekin hintaa ei ole ilmoitettu, mutta eipä ole konekaan vielä lentänyt, sillä tuulitunnelikokeet ovat kesken.

Sisältö jatkuu mainoksen alla