Supraleiter und die medizinische Anwendung Wir haben bereits eine Menge über Isolatoren, Halbleiter und Leiter gelernt. Was aber ist ein Supraleiter? Etwa ein „Super Leiter“? Ja! Der Supraleiter ist ein „Super Leiter“ bei tiefen Temperaturen. Supraleitende Stoffe wie Germanium, Silizium, Keramiken bzw. verschiedenste Verbindungen mit Eisen, verlieren bei ei tiefen Temperaturen ihren elektrischen Widerstand nahezu vollständig. Die Konsequenz ist, dass Strom ungehindert, also ohne Verluste fließen kann. k Die Temperatur, bei der der Supraleiter seinen elektrischen Widerstand verliert, nennt man Sprungtemperatur TC. Über Supraleitungen kann also Energie (Strom) ohne Verluste transportiert werden. R in Ω Normalleiter Supraleiter Restwiderstand 0 T in K TC Man unterscheidet zwischen Tief Tief- und Hochtemperatursupraleitern. Tieftemperatursupraleiter Hochtemperatursupraleiter Stoffbeispiel Quecksilber, Wolfram,… Keramiken Eisenverbindungen Sprungtemperatur -235°C 235°C bis -273°C -130°C bis -180°C -220°C 220°C bis -250°C entdeckt 1920 bis heute 1920 bis heute 2008 bis heute Solche tiefen Temperaturen erreicht man z.B. mit Kühlung durch flüssigen Stickstoff ((-195°C) oder flüssiges Helium (-273°C). Eine weitere Eigenschaft, diee sich aus der Supraleitung ergibt, sind hohe Magnetfelder. Wir wissen, dass jeder stromdurchflossene Leiter von einem Magnetfeld umgeben ist. Hoher Strom bedeutet hohes Magnetfeld. Dadurch werden Supraleiter beim Bau von Magnetschwebebahnen eingesetzt. Supraleiter in der Radiologie: Im Folgenden soll vereinfacht erklärt werden, warum der Supraleiter unendlich wichtig für die heutige Medizin ist. Die Heilung von Krebs, ist von der Früherkennung im Kernspintomograf abhängig. Hirnverletzungen können nur durch rch geeignete Kernspinoperationen durchgeführt werden. Der Körper besteht aus vielen verschiedenen Atomen. Diese haben alle einen Kern. Der Kern dreht sich um seine eigene Achse. Man sagt dazu Kernspin. 1 Der Pfeil ist die Drehachse und zugleich steht er für ein magnetisches Feld. Man sagt, jeder Kern hat ein magnetisches Moment (langer Pfeil). Wird ein solcher Atomkern in ein äußeres Magnetfeld (Bz) eingebracht, dann macht er eine Präzessionsbewegung wie ein Kreisel. Bei der Kernspin- oder Magnetresonanztomographie (MRT) wird der Patient in ein starkes Magnetfeld gebracht. Bestimmte Atomkerne im Körper richten sich darin wie Magnetnadeln aus. Wenn nun ein starker Hochfrequenzimpuls (Radiowelle) eingestrahlt wird, ändern sich die Orientierung der Atomkerne. Beim Abschalten des Impulses kehren die Kerne (Spins) in ihre Ausgangslage zurück, wobei sie ein Radiosignal abstrahlen, welches in speziellen Empfangsspulen gemessen wird. Die verschiedenen Gewebe im Körper reagieren auf das Magnetfeld und den Impuls unterschiedlich, wodurch verschiedene Signale ausgesendet werden. Die Signalstärke wird zur Erzeugung eines Bildes verwendet. Dies wird auf der nächsten Seite nochmals genauer erläutert. Zunächst der Aufbau eines MRT: 2 Der Magnet in der obigen Abbildung (Ziffer 5) ist ein Elektromagnet aus supraleitendem Material. Die 1,5 Tesla des „Magnetom Vision“ entsprechen dem 25.000 bis 50.000 fachen des Erdmagnetfelds. Wird ein Körper in ein MRT eingeführt, dann präzedieren alle Kerne um das statische Magnetfeld. Durch weitere supraleitende Elektromagnete wird kurzzeitig ein Feld erzeugt, welches die Präzessionsbewegung stört. Es dauert eine gewisse Zeit (Relaxationszeit) bis der Kernspin sich der Präzessionsbewegung wieder angepasst hat. Diese Zeit ist für die unterschiedlichen Gewebeschichten charakteristisch. In der sogenannten Kopfspule (bei Kopfuntersuchungen) werden die Relaxationszeiten gemessen und an einen PC übertragen. Die entstanden Rohdaten werden mit Hilfe der Mathematik (Fourier-Transformation) zu Bildern umgerechnet. Querschnitt: Schädel von oben Mathematik Die MRT kommt also ohne Röntgenstrahlung aus. Ein weiterer Vorteil ist der hohe Gewebekontrast, speziell auch im Bereich des Bewegungsapparates, wo sich auch feinste Strukturen voneinander abgrenzen lassen. 3