ตัวนำยิ่งยวด

ดวงสมร เจริญกุล

    

    ตัวนำยิ่งยวดหรือ Superconductor เป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพ ในการนำกระแสไฟฟ้าตรงได้ 100% เนื่องจากไม่มีการ สูญเสียพลังงานความร้อน ที่เกิดจากการต้านทาน ตัวนำยิ่งยวดที่เป็นที่รู้จักกันในปัจจุบันแบ่งเป็น ตัวนำยิ่งยวด ที่อุณหภูมิสูง และตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งทั้ง 2 ชนิดจะต้องทำให้เย็นตัวลง ถึงอุณหภูมิเฉพาะตัวที่ต่ำมาก เพื่อที่จะแสดงสมบัติของตัวนำยิ่งยวด

    วัสดุที่เป็นตัวนำยิ่งยวดถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1911 โดยนักฟิสิกส์ชาวดัทช์ชื่อ ไฮด์ แคมเมอร์ลิง ออนเนส เมื่อเขาสังเกตว่าปรอทถ้าเย็นตัวลงถึงอุณหภูมิของฮีเลียมเหลว (4 องศาเคลวิน) จะสูญเสียความต้านทานไฟฟ้าทั้งหมด จากนั้นในปี 1933 วอลเตอร์ ไมซเนอร์ และโรเบิร์ต ออคเซนเฟล พบว่าตัวนำยิ่งยวดสามารถผลักสนาม
แม่เหล็กได้ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแม่เหล็ก ที่เคลื่อนที่โดยตัวนำและเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ทำให้แม่เหล็ก “ลอยตัว” ขึ้นเหนือตัวนำยิ่งยวดดังที่หลายๆ ท่านอาจเคยเห็นมาแล้วในภาพถ่าย ปรากฏการณ์นี้ จึงเรียกตามชื่อของผู้ที่ค้นพบว่า ปรากฏการณ์ไมซเนอร์

    ก่อนปี 1986 อุณหภูมิใช้งานเฉพาะตัว ของตัวนำยิ่งยวดที่มีอยู่ในสมัยนั้นต่ำกว่า 23 องศาเคลวิน และยังไม่มี การนำมาใช้งานมากนัก นอกจากใช้ใน Magnetic Resonance Imaging (MRI) และ Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) เนื่องจากกระบวนการ ในการทำให้ตัวนำยิ่งยวดเหล่านี้เย็นตัวลง ถึงอุณหภูมิใช้งานเฉพาะตัว เป็นกระบวนการที่มีราคาสูง เนื่องจากต้องใช้ฮีเลียมเหลว จึงยังไม่เป็นที่นิยมเท่าใดนัก แต่ในปี 1986 ดร.อเล็กซ์ มูลเลอร์ และ ดร.จอร์จ เบดนอร์ช สามารถทำให้ สารประกอบเซรามิกออกไซด์ ซึ่งปกติเป็นฉนวนไฟฟ้า มีสมบัติเป็นตัวนำยิ่งยวด ที่อุณหภูมิ 36 องศาเคลวิน (จัดเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง) ซึ่งทำให้เกิดการวิจัยและพัฒนาตัวนำยิ่งยวด ที่ทำจากสารประกอบเซรามิก ที่มีอุณหภูมิเฉพาะตัวสูงขึ้นเรื่อยๆ ทำให้มีการนำมาใช้งานเพิ่มขึ้น

    ในปัจจุบันมีการนำตัวนำยิ่งยวดมาใช้ในงานหลายๆ ด้าน เช่น แมกเนติก-เลฟวิเทรชันเทรน หรือรถไฟแมกเลฟ ในประเทศญี่ปุ่น ซึ่งใช้ประโยชน์จาก ปรากฏการณ์ไมซเนอร์ ทำให้รถไฟ “ลอยขึ้น” จากราง เป็นการลดแรงเสียดทาน ทำให้รถไฟวิ่งได้เร็วมาก ในทางการแพทย์ มีการนำตัวนำยิ่งยวดมาใช้ในเครื่องมือ MRI เพื่อศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้น ภายในร่างกายมนุษย์ โดยไม่ทำให้เจ็บปวดหรือเกิดบาดแผลใดๆ นอกจากนั้นยังมี เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทำด้วยสายไฟ ที่เป็นตัวนำยิ่งยวด ทำให้มีประสิทธิภาพสูงกว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทำด้วยสายไฟทองแดง ในขณะที่มีขนาดเล็กกว่าครึ่งหนึ่ง

    ในขณะนี้นักวิจัยก็ยังคงพัฒนา ตัวนำยิ่งยวด ให้สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิห้อง ในอนาคต เราอาจจะ ใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และอาจจะได้เห็นอะไรแปลกใหม่ขึ้นด้วย

 

อกสารอ้างอิง

  • http://www.amsuper.com
  • http:// superconductors.org.

 

กลับไปหน้าแสดงรายการ