Widerstand zwecklos – Möglichkeiten und Grenzen von Supraleitern

Man braucht sie für starke Magnete, Transformatoren, Elektromotoren und Generatoren, aber auch als Bauteil für Großrechner: Supraleiter dringen seit einiger Zeit fast unbemerkt in das Alltagsleben vor.

Verantwortlich für diese Entwicklung sind große Fortschritte im Bereich der Physik seit der Entdeckung des Phänomens der Supraleitung durch den Forscher Heike Kamerlingh Onnes vor knapp 100 Jahren. Damals war es nur unter schwierigsten Bedingungen und bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (-273,16 Grad Celsius) möglich, solche Supraleiter zu erzeugen.

Eine wichtige Hürde zur Nutzung des Phänomens für technische Anwendungen war genommen als Alex Müller und Georg Bednorz im Jahr 1986 eine Verbindung aus Barium, Lanthan und Kupfer entdeckten, die schon bei viel höheren Temperaturen supraleitend wurde. Seitdem haben Forscher zahlreiche dieser so genannten Hochtemperatur-Supraleiter entdeckt. Rekordhalter ist momentan eine Hg-Ba-Ca-Cu-O-Verbindung, die schon bei 133 Kelvin (das entspricht –140,15 Grad Celsius) ihren elektrischen Widerstand verliert.

Heute können deshalb schon Schüler der Supraleitung auf den Grund gehen. So haben Gymnasiasten im Rahmen des Wettbewerbs „jugend forscht“ im Jahr 1999 in einem gut ausgerüsteten Schullabor eine supraleitende „Tablette“ aus einer Ytrium-Barium-Kupferverbindung selbst hergestellt.

Doch trotz aller Forschungserfolge vor allem in den letzten beiden Jahrzehnten sind längst noch nicht alle Rätsel um die Supraleiter gelöst. Bis die Vision von Kamerlingh Onnes wahr wird und supraleitende Kabel weltweit elektrischen Strom ohne Verluste transportieren können, wird es noch eine Weile dauern. Immerhin gibt es mittlerweile erste Pilotprojekte in Kopenhagen, Detroit und auf Long Island.

Die Auseinandersetzung mit dem Thema Supraleitung in der Schule sensibilisiert die Schüler nicht nur für eine wichtige Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, sie schafft auch die notwendigen physikalischen Grundlagen, um zukünftige Entwicklungen im Rahmen dieses Phänomens kompetent verfolgen und bewerten zu können.