Der Traum von der Anwendung

Dieses Stück Hochtemperatur-Supraleiter wurde mit flüssigem Stickstoff gekühlt: Jetzt schwebt es eigenstabil über einem Permanentmagneten.

22 Jahre später hatten Fritz Walther Meißner und sein Mitarbeiter Robert Ochsenfeld endlich ihren Traum verwirklicht. Ihr Tieftemperaturlabor an der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt in Berlin war nun weltweit das dritte, das nennenswerte Mengen an flüssigem Helium herstellen konnte. Damit konnten die beiden Physiker etwas völlig Neues ausprobieren. Sie kühlten ihre Supraleiter in einem Magnetfeld ab – und erhielten ein verblüffendes Ergebnis: Sobald ihre Probe supraleitend wurde, drängte sie das Magnetfeld geradezu aus ihrem Inneren heraus.

Dieser "Meißner-Effekt" ist so charakteristisch für die Supraleitung wie der verschwindende elektrische Widerstand. Er kann einen kalten Supraleiter über einem Permanentmagneten schweben lassen wie auf einem unsichtbaren Kissen. Dieses „eigenstabile“ Schweben ist einzigartig und nur mit Supraleitern möglich. Ein Transrapid zum Beispiel schwebt instabil über seiner Schiene. Er setzt nur deshalb nicht auf, weil ihn eine ausgefeilte Regelungstechnik permanent ausbalanciert (in Japan gibt es allerdings schon einen Prototypen, der Supraleitung zum Schweben nutzt).

Die Physiker fanden auch schnell heraus, wie sie den Meißner-Effekt erklären konnten: Wenn ein Magnetfeld in einen Supraleiter eindringen will, wirft es nach dem Faraday-Effekt an seiner Oberfläche elektrische Ströme an. Diese Ströme laufen um den Supraleiter herum und klingen ohne Störung nicht mehr ab – wie Kamerlingh Onnes’ permanenter Ringstrom. So schirmen sie wie ein Schutzschild das Innere des Supraleiters gegen das Magnetfeld ab.

Bei diesem faszinierenden Phänomen drängt sich der Gedanke an eine technische Nutzung geradezu auf. Schon Kamerlingh Onnes hatte die Vision, dass supraleitende Kabel elektrischen Strom ohne Verluste über Hunderte von Kilometern transportieren könnten. Doch der Pionier wurde schnell enttäuscht. Alle damals bekannten Supraleiter verloren ihre wunderbare Fähigkeit schon in desillusionierend schwachen Magnetfeldern; von den Magnetfeldern, die die Starkströme der Energietechnik durch ihr Fließen erzeugen, ganz zu schweigen.

Zu diesem grundlegenden Problem kam noch ein weiteres: Flüssiges Helium erfordert eine extrem teure und aufwendige Kältetechnik. Trotz intensiver Suche konnten die Forscher lange kein Material finden, das bei nennenswert höheren Temperaturen supraleitend wird. Bis 1986 hielt die Niob-Germanium-Verbindung Nb₃Ge den Rekord – mit mickrigen 23 Kelvin. In den 1950er-Jahren entdeckten Forscher Metalllegierungen, die auch in starken Magnetfeldern supraleitend blieben. Diese „Typ-II-Supraleiter“ öffneten das Fenster zur technischen Anwendung. Drähte und Spulen aus ihnen wurden zum Laborstandard. Doch der Weg aus dem Labor heraus in eine breitere technische Anwendung scheiterte an der immer noch nötigen Ultrakälte.