Esperienze

Con i "superconduttori" più energia, meno spreco

Grazie al loro utilizzo, in ambiti disparati, la corrente è in grado di scorrere senza incontrare resistenza (o produrre calore) con enormi vantaggi

Superconduttività è una parola relativamente nuova nel panorama della scienza e della fisica, senz'altro meno popolare di altre, quali relatività, gravità o raggi x. Eppure, ancor prima di entrare nel gergo quotidiano, ha già cominciato a modificare la nostra realtà.

Oggi, infatti, macchinari da laboratorio medico per l'indagine dei tumori, treni superveloci, nonché sperimentali generatori elettrici a energia eolica, funzionano in base a questa utile proprietà di alcuni materiali. In essi, a temperature molto basse, la corrente scorre senza incontrare resistenza o produrre calore.

Che significa? A chiarirlo basti questo dato: più del 50% dell'elettricità supportata dall'intera rete elettrica nazionale resta inutilizzata per via della dispersione termica, laddove l'utilizzo di materiali superconduttori, al posto di quelli convenzionali, per il trasporto dell'energia consentirebbe una piena efficienza, con un abbattimento vertiginoso di sprechi e bollette.

Tuttavia, fino a poco più di vent'anni fa, gli unici metalli in cui si era riscontrata tale caratteristica erano i parenti del ferro, in cui però raggiungere le condizioni necessarie alla manifestazione di questo stato necessitava di una procedura poco conveniente.

Fenomeni superconduttivi in quella classe di materiali si ottenevano infatti solo con un raffreddamento intenso a circa 273 gradi sotto lo zero (quello che i fisici chiamano zero assoluto), temperatura quasi chimerica che rendeva difficile il loro uso su vasta scala.

Con gli anni Ottanta, invece, è arrivata la scoperta di altri e insospettabili superconduttori in alcuni ossidi di rame, questa volta affini alla ceramica, capaci di funzionare lo stesso pur in presenza di un freddo meno acuto, e più vicino, si fa per dire, all'esperienza quotidiana (un pò oltre i 150 sotto zero).

Il vantaggio che essi presentavano non si esauriva però qui, ma coinvolgeva anche il costo di refrigerazione: per temperature del genere si poteva impiegare l'azoto allo stato liquido, insieme economico e di facile reperibilità.

Nel corso degli anni, numerosi team di fisici si sono orientati a questo genere di ricerca. Ciò nonostante, la maggior parte di essi ha fissato le dimensioni entro cui compiere le proprie indagini nell'ordine del nanometro (0,0000001 millimetri), l'unità con cui si misurano le distanze tra atomi prossimi l'uno all'altro, tentando quindi di imputare esclusivamente alle strutture che si potevano rintracciare a quella scala le ottime qualità superconduttive di questi ossidi di rame, senza peraltro riuscire a trovare alcun accordo a riguardo.

Fino ad oggi. Fino cioè alla pubblicazione risalente a quest'estate, sulla prestigiosa rivista scientifica Nature, di uno studio condotto da un gruppo di ricercatori del dipartimento di Fisica della Sapienza.

Animando da Roma un lavoro realizzato in collaborazione con altri laboratori, a Londra e Grenoble, essi hanno rovesciato l'approccio tradizionale all'enigma rappresentato da tali materiali.

Un nuovo dato sperimentale rivelava, infatti, come in essi la materia si organizzasse in base a un preciso criterio, quello che gli scienziati chiamano un "frattale". Vale a dire che a ogni livello presenterebbero sempre lo stesso aspetto.

Ora, la superiore complessità delle strutture interne di questa classe di superconduttori ceramici rispetto a quelle degli altri a base di ferro, più lineari, ne aveva da sempre ostacolato l'indagine. Ma la vera novità rappresentata dallo studio sta appunto nell'avervi riconosciuto un ordine.

Anzi, il team del professor Antonio Bianconi ha verificato che quanto più la struttura interna di tali materiali risulta ordinata, tanto più le proprietà superconduttive sono robuste.

Non solo. La regolarità di questa particolare struttura, questo "frattale", si estende anche ad ordini di grandezza con cui abbiamo a che fare nella nostra vita quotidiana, fino al millimetro.

Così, un fenomeno come la superconduttività - finora relegato in dimensioni imperscrutabili - diviene improvvisamente disponibile e manipolabile con ricadute tecnologiche sono potenzialmente enormi.

Francesco Bravi

17 Gennaio 2011

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