Supraleiter auf dem Weg ins All

Für das im Jahr 2001 entdeckte Supraleiter-Material Magnesiumdiborid gibt es die erste technische Anwendung.

Karlsruhe - Im Januar 2001 entdeckte der Japaner Jun Akimitsu überraschend die supraleitenden Eigenschaften von Magnesiumdiborid. Nun haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Karlsruhe einen Draht aus diesem Material für die erste technische Anwendung in dem japanisch-amerikanischen Forschungssatelliten ASTRO-E2 entwickelt. Ein stahlverstärkter dünner Draht aus Magnesiumdiborid soll dort als Stromzuführung eines von der NASA entwickelten Instrumentes zur Messung von Röntgenstrahlung dienen. 60 Meter des Drahtes wurden an die NASA ausgeliefert und haben die Tests mit Erfolg bestanden. Damit ist der Weg zur weltweit ersten technischen Anwendung des neuen Supraleiters geebnet.

Querschliff des supraleitenden Drahtes aus Magnesiumdiborid. Das supraleitende Material ist in ein Eisenbett eingelagert und von einem Stahlmantel zur Verbesserung der mechanischen Stabilität umgeben. (Quelle: FZK)

Im Jahr 2005 soll der Satellit ASTRO-E2 gestartet werden. An Bord werden verschiedene Instrumente für die Röntgen-Astronomie sein. Mit ihrer Hilfe sollen hochenergetische Phänomene im Universum, beispielsweise Supernovae, Schwarze Löcher und Quasare, untersucht werden. Mit dabei ist auch ein von der US-Raumfahrtbehörde NASA entwickeltes neuartiges Quantenkalorimeter, das die Energie der Strahlung misst, die von einem Röntgenteleskop gesammelt wird.

Für die technisch komplexen Stromzuführungen zu diesem Instrument hat das Forschungszentrum Karlsruhe 0,3 mm dicke Drähte aus Magnesiumdiborid entwickelt. Ein integrierter Edelstahlmantel gibt den Drähten eine hohe mechanische Stabilität.

"Wir haben uns für dieses Material entschieden, weil die Drähte trotz ihres geringen Querschnitts sehr viel Strom transportieren können und ideal zum Kühlsystem des Satelliten mit einer Betriebstemperatur von -256 °C passen", erläutert Wilfried Goldacker, Leiter der Arbeitsgruppe "Supraleiter und Strukturmaterialien" im Institut für Technische Physik des Forschungszentrums Karlsruhe. "Weitere wichtige Eigenschaften sind die geringe Wärmeleitfähigkeit und natürlich die hohe mechanische Stabilität."

60 Meter dieses Drahtes wurden an die NASA geliefert und dort ausführlichen Tests unterzogen, die das Material mit Bravour bestanden hat. Damit ist der Weg frei für die erste technische Anwendung von supraleitendem Magnesiumdiborid - nur drei Jahre nach seiner Entdeckung.

Weitere Entwicklungen für die Satellitentechnik stehen an. Auch Anwendungen in besonders verlustarmen Magnetspulen von Kernspin-Tomographen für die Medizintechnik oder als Strombegrenzer zur Stabilisierung des Stromnetzes werden untersucht. Ein technischer Durchbruch von Magnesiumdiborid zeichnet sich damit ab.

Hintergrund: Magnesiumdiborid
Die chemische Verbindung Magnesiumdiborid ist seit über 50 Jahren bekannt und im Chemikalienhandel erhältlich. Ihre Supraleitungseigenschaften wurden bis zur Entdeckung durch den Japaner Jun Akimitsu im Jahr 2001 schlicht übersehen. Die kritische Temperatur von Magnesiumdiborid liegt mit -234 °C deutlich über den Werten bisheriger Tieftemperatursupraleiter und damit ausreichend weit über der Betriebstemperatur von -256 °C beim Einsatz auf dem Satelliten. Darüber hinaus hat Magnesiumdiborid eine hohe Stromtragfähigkeit und ein recht hohes kritisches Magnetfeld. Für technische Anwendungen erscheint das - noch dazu relativ preiswerte - Magnesiumdiborid ideal. Verbesserte Drähte für weitere Anwendungen, beispielsweise in supraleitenden Magnetspulen, werden im Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt.

Quelle: idw

Weitere Infos:

• Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft:
  http://www.fzk.de 
• Institut für Technische Physik des Forschungszentrums Karlsruhe:
  http://www.fzk.de/stellent/groups/itp/documents/published_pages/itp_index.php 
• Arbeitsgruppe „Supraleiter und Strukturmaterialien“:
  http://hikwww4.fzk.de/itp/material-leiter-entwicklung/leiterentwicklung/d_index.html 
• Weitere Forschungsartikel auf pro-physik.de finden Sie in der Rubrik Forschung. 
• Spezielle Dokumente und Informationen zum Thema Magnesiumdiborid finden Sie ganz einfach mit der Findemaschine, z. B. in der Kategorie Materialwissenschaften.