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ELETTRONICA/ Problemi di cortocircuito? Ci pensa il limitatore di corrente superconduttivo

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Il limitatore di corrente RSE installato in rete  Il limitatore di corrente RSE installato in rete

Era il 1911 quando Heike Kamerlingh Onnes, che svolgeva la propria attività di ricerca presso i laboratori dell’Università di Leida in Olanda, si accorse con stupore che la resistenza elettrica del campione di mercurio che stava esaminando scompariva improvvisamente quando il materiale veniva raffreddato a una temperatura prossima a quella dell’elio liquido (-269 gradi centigradi). Lo stesso fenomeno, scoprì in seguito, si verificava anche nello stagno e nel piombo. Anche se involontariamente, Onnes aveva fatto una delle più importanti scoperte del secolo scorso: il fenomeno della superconduttività.

Per capire in cosa consiste questo stravagante comportamento della materia, occorre ricordare che tutti i metalli, anche quelli con un’ottima conducibilità elettrica - come l’oro, l’argento e il rame - tendono comunque a frenare il passaggio della corrente e quindi a dissipare energia sotto forma di calore (in termini tecnici si dice che hanno una certa “resistenza” elettrica). Le cause di questo comportamento vanno ricercate nelle imperfezioni del reticolo cristallino e nelle impurezze presenti nel solido che costringono gli elettroni della corrente elettrica a deviare dalla loro direzione di moto. 

Nei materiali superconduttori, al contrario, abbassando la temperatura sotto un determinato valore (detto “Temperatura Critica”) prossimo allo zero assoluto, avviene una transizione verso un nuovo stato fisico in cui gli elettroni possono muoversi liberamente nel materiale senza perdite di energia. Chiudendo su se stesso un avvolgimento superconduttore, ad esempio, la corrente elettrica - dopo essere stata iniettata - può circolare indefinitamente senza bisogno di alcuna alimentazione esterna e quindi senza alcun consumo di energia. La prima spiegazione di questo fenomeno, nota come “Teoria BCS” (dalle iniziali dei suoi scopritori: J. Bardeen, L.N. Cooper e J.R. Schrieffer) venne formulata nel 1957. Essa sfrutta un modello, detto “a due fluidi”, che prevede nei superconduttori oltre alla presenza dei normali elettroni anche l’esistenza di particolari “superelettroni” (coppie di elettroni con spin opposto) capaci di muoversi nel materiale senza urtare gli ioni del reticolo cristallino e perciò senza dissipazioni. 

Per le straordinarie proprietà di cui godono, i materiali superconduttori sono stati (e lo sono ancora) oggetto di indagine da parte di numerosi gruppi di ricerca. Va tuttavia sottolineato che, oltre alla ricerca di base, sono molteplici oggi gli studi riguardanti le possibili applicazioni dei superconduttori in ambito scientifico e tecnologico. Una delle più importanti, soprattutto in ambito industriale, riguarda i cosiddetti “limitatori di corrente superconduttivi” (noti con l’acronimo SFCL – Superconducting Fault Current Limiter), che sono utilizzati nelle reti elettriche per limitare i danni provocati da un eventuale corto circuito. 

Il loro principio di funzionamento è piuttosto semplice. Il dispositivo SFCL viene posto in serie alla linea elettrica da proteggere. In caso di corto circuito, la corrente che percorre il filo superconduttore aumenta improvvisamente raggiungendo un valore critico oltre al quale il materiale subisce una transizione di fase che comporta la perdita istantanea delle sue caratteristiche di superconduttività. In questo modo, in tempi molto brevi, viene introdotta nel circuito un’elevata impedenza elettrica che consente di limitare drasticamente l’intensità della corrente circolante. 



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