Anwendungsbeispiele

Synchronmaschinen
Synchronmaschinen können sowohl als Generator als auch als Motor eingesetzt
werden. Die Erregerwicklung im rotierenden Teil der Maschine besteht aus
BiSrCaCuODrähten, der stehende Teil aus einer normalleitenden Ständerwicklung
aus Kupfer. Die supraleitende Spule wird mit einem geschlossenen Kühlsystem auf
einer Betriebstemperatur von etwa 30K gehalten. Durch den Einsatz supraleitender
Spulen wird die Maschine im Vergleich zu konventionellen Maschinen deutlich
kleiner, leichter und besser im Wirkungsgrad.
Mögliche Einsatzfelder dieser supraleitende Maschinen befinden sich beispielsweise
beim Schiffbau, wo es besonders auf Platz-, Gewichts- und Energieeinsparung
ankommt. Dabei können diese Maschinen sowohl als Motor zum Antrieb des Schiffs
aber auch als Generator zur Energieerzeugung verwendet werden.
Transformatoren
Aus Supraleitern können auch Transformatoren mit einer Leistung von rund 1 MVA
gefertigt werden, die im Schienenverkehr verwendet werden können. Im Gegensatz
zu herkömmlichen Transformatoren zeichnen sich diese durch einen sehr hohen
Wirkungsgrad aus, wodurch erheblich Mengen an Energie eingespart werden
können. So besitzt ein konventioneller Bahntransformator einen Wirkungsgrad
zwischen 90% und 95%, wohingegen ein supraleitender Transformator einen
Wirkungsgrad von rund 99% aufweist, wobei der Energieaufwand für die Kühlung
bereits berücksichtigt ist.
Die Wicklungen bestehen jedoch aus supraleitenden BiSrCaCuO-Drähten, die mit
flüssigem Stickstoff auf Temperaturen von 65 bis 77K gekühlt werden.
Drosseln
Drosseln dienen dazu in elektrischen Anlagen und Netzen definierte Induktivität zu
liefern. Im Gegensatz zu Transformatoren besitzen diese nur eine Wicklung aus
BiSrCaCuODrähten. Derartige Drosseln können beispielsweise in elektrischen Zügen
als sogenannte „Traktionsdrossel“ verwendet werden.
SMES-Speicher (Superconducting
Magnetic Energy Storage)
Eine mögliche Anwendung in der Energietechnik sind die sogenannten SMESSpeicher Superconducting Magnetic Energie Storage). Dabei wird Energie in großen
supraleitenden Ringen gespeichert. Da der elektrische Strom direkt gespeichert wird,
kann man die sonst unvermeidlichen Verluste bei der Umwandlung elektrischer
Energie in andere Energieformen umgehen und einen hohen Wirkungsgrad
erreichen. Die gespeicherte Energie lässt sich dabei in wenigen Sekunden abrufen.
SQID-Sensoren (Superconducting
Interference Device)
Eine weitere nützliche Anwendung von Supraleitern sind die SQID-Sensoren
(Superconducting Intereference Device), mit deren Hilfe sehr schwache Magnetfelder
detektiert werden können. Diese werden daher beispielsweise in Geräten eingebaut,
mit denen sich magnetische Eigenschaften von Stoffen untersuchen lassen (SquidMagnetometer).
Kernspintomographie
Bei der Kernspintomographie (Magnetresonanztomographie) handelt es sich um ein
ein bildgebendes Untersuchungsverfahren, mit dem das Körperinnere eines
Menschen dargestellt werden kann. Mit diesem Verfahren lassen sich besonders gut
die Weichteile, wie beispielsweise das Gehirn darstellen. Es können auch
Informationen über die Lage und die Ausdehnung eines Tumors oder über die
Änderung der Durchblutung in einem Hirnbereich erhalten werden. Wie bei der
Computertomographie werden eine Reihe von Bildern aufgenommen um den
untersuchten Körperabschnitt in visuelle Längs- oder Querschichten zu zerlegen.
Das Gerät nimmt dabei viele Einzelbilder auf, die anschließend begutachtet werden
können. Mit Hilfe dieser Technik lassen sich genaue Bilder von Organen erhalten,
ohne dass der Mensch beispielsweise schädlicher Röntgenstrahlung wie bei
konventionellen Röntgenuntersuchungen ausgesetzt wird. Hierzu wird der Patient
einen starkem Magnetfeld ausgesetzt, welches die im Körper befindlichen
Wasserstoffatome ausrichtet. Durch Bestrahlung mit Radiowellen nehmen die
Wasserstoffatome Energie auf und werden dadurch etwas von ihrer Vorzugsrichtung
abgelenkt. Nach Abschalten der Radiowellen kehren die Wasserstoffatome in ihre
Ausgangsposition zurück und geben dabei die ursprünglich aufgenommene Energie
in Form schwacher Radiowellen wieder ab. Diese abgeschwächten Signale werden
von Antennen aufgefangen und durch ein computergestütztes Rechenverfahren in
ein Bild umgesetzt. Zur Bildgebung werden möglichst leistungsfähige Magnet
verwendet, die beispielsweise aus konventionellem Niob-Titan-Supraleiter hergestellt
werden können. Diese Magnete werden mit flüssigem Helium auf 4.2 K gekühlt um in
der Patientenbohrung ein Magnetfeld von mehreren Tesla zu erzeugen.
Kommunikationstechnik. Die Kommunikationstechnik bildet noch einen anderen
wichtigen Anwendungsbereich von Supraleitern. Aus einkristallinen dünnen Filmen
können winzige GHz-Mikrowellen- Schaltkreise für die Empfangs- oder Sendestufen
von Satelliten- oder Mobilfunksystemen hergestellt werden. Ein aktuelles Beispiel
sind miniaturisierte Band-Filter, die z. B. die bisher gebräuchlichen schweren und
großen Komponenten auf Fernsehsatelliten ersetzen können.