Un magnete superconduttore è un elettromagnete in cui le bobine sono costituite da un superconduttore di tipo II. Può facilmente creare campi magnetici costanti di 100,000 Oersted (8,000,000 ampere per metro). Producono campi magnetici più forti rispetto agli elettromagneti standard con nucleo di ferro e costano meno per funzionare.
Per capire cos’è un magnete superconduttore, è importante conoscere un po’ la superconduttività. Quando alcuni metalli e ceramiche vengono raffreddati da un intervallo di gradi vicino allo zero assoluto, perdono la loro resistenza elettrica. Questa temperatura è chiamata temperatura critica (Tc) ed è diversa per ogni materiale. Quando non c’è resistenza elettrica, gli elettroni possono vagare liberamente in tutto il materiale. L’elemento può trattenere grandi quantità di corrente per lunghi periodi di tempo senza perdere energia sotto forma di calore. Questa capacità di trattenere una carica elettrica estrema è chiamata superconduttività.
La maggior parte dei metalli ha una sorta di struttura atomica intrecciata. I loro elettroni sono trattenuti liberamente, in modo che possano muoversi facilmente dentro e fuori dal modello intrecciato. Quando gli elettroni si muovono, entrano in collisione con gli atomi e perdono energia sotto forma di calore. I metalli sono in grado di riscaldare e condurre molto bene l’elettricità per questo motivo. Questo è il motivo per cui pentole e padelle e cose come i forni tostapane sono costruiti in metallo.
In un superconduttore, gli elettroni viaggiano in coppia e si muovono tra gli atomi, invece di scontrarsi con loro. Quando un elettrone caricato negativamente si muove attraverso la trama con atomi caricati positivamente, attira quegli atomi positivi. Un altro elettrone viene attirato verso la resistenza e si accoppia con l’elettrone originale. Si liberano costantemente e si uniscono ad altri elettroni, ma con poca o nessuna resistenza. Per questo motivo non perdono calore ed energia come il metallo standard.
I superconduttori di tipo II sono del tipo utilizzato nelle bobine di un magnete superconduttore. Un superconduttore di tipo II raggiunge Tc a una temperatura inferiore rispetto ai superconduttori di tipo I. Hanno una transizione graduale dal superconduttore al loro stato normale all’interno di un campo magnetico. Queste due caratteristiche consentono loro di condurre correnti più elevate rispetto al tipo I.
Un magnete superconduttore può essere utilizzato per la levitazione magnetica. Nell’effetto Meissner, un disco superconduttivo viene posto sotto un magnete e raffreddato con azoto liquido. Il superconduttore è aperto ad accettare una carica perché è raffreddato, il magnete induce una corrente e quindi un campo magnetico nel superconduttore e il magnete inizia a fluttuare su quel campo.
La ricerca è in corso per utilizzare un magnete superconduttore per un sistema ferroviario levitante. Viene anche preso in considerazione per realizzare magneti piccoli ma potenti in uso per la risonanza magnetica (MRI). I piani a lungo termine includono la scoperta di materiali in grado di produrre superconduttività senza congelamento. Se questo materiale viene scoperto, cambierà il futuro di molti campi, inclusi i trasporti e la produzione di energia.