Supraconducteur??

[invite5351d78c]

Bonjour à tous,

Voilà, ce matin j'étais en TP de synthèse organique et enfin, depuis tant d'années à analyser des spectres, on nous a montré une RMN, en métal et en magnétisme pur et dur!!! D'un côté c'est un peu normal quand on sait le prix que ça coûte, il n'y en a pas 50 par fac.

Bref, on nous a dit que le courant magnétique était créé par un supraconducteur, modernité géniale puiqu'avant, pour générer des courants magnétiques de plusieurs mégaHertz, il fallait des électro-aimants de plusieurs tonnes.

J'aimerai donc que quelqu'un m'explique ce que sont les supraconducteurs, développés à partir de la mécanique quantique il me semble. J'aimerai surtout savoir quelles sont leurs propriétés et a priori pourquoi ces propriétés???

Merci d'avance.
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[inviteefe3192d]

Salut
Je ne voudrais pas dire de bêtise mais il me semble que les supraconducteurs ont une résistance nulle. Résistance électrique bien sûr. Mais ils doivent être à très basse température. Ils ont la propriété de détourner les champs magnétiques également il me semble, contraire du fer doux. Enfin ces infos sont à vérifier. Google t'en dirait plus j'en suis sûr !
Tchao
Loïc

[invitea3eb043e]

Bonjour à tous,

Bref, on nous a dit que le courant magnétique était créé par un supraconducteur, modernité géniale puiqu'avant, pour générer des courants magnétiques de plusieurs mégaHertz, il fallait des électro-aimants de plusieurs tonnes.

D'abord un rectificatif : les aimants supraconducteurs servent à créer un champ magnétique constant dans le temps. Pour les champs radiofréquences, on utilise des bobines en cuivre.
Ensuite la supraconductivité des métaux (mercure, niobium...) s'explique par une attraction entre électrons qui les fait bouger par paires (dites de Cooper). La température doit être assez basse pour que ces paires ne se détruisent pas.
La supraconductivité s'explique par le fait que quand une telle paire passe, le réseau se déforme et ne crée pas de phonons (vibrations).
C'est un phénomène purement quantique qui ne s'explique pas en quelques mots et de toutes façons, pour les supraconducteurs à haute température critique, ça ne vaut pas.

[invite88ef51f0]

Salut,
Je confirme ce qu'a dit Loïc50. Un supraconducteur a une résistance strictement nulle (si tu fais tourner un courant dans une bobine supraconductrice et que tu reviens 20 ans plus tard, il n'aura pas du tout diminuer). Pour ce qui est des lignes de champ, c'est l'effet Meissner : le champ dans le supraconducteur est nul, les lignes de champ n'y pénètrent pas.
De nombreux matériaux sont supra, mais le problème c'est que c'est seulement en-dessous d'une température très très basse (il faut les refroidir à l'hélium liquide).
Il y a une théorie quantique, celle qu'explique Jeanpaul, qui décrit tout ça : la théorie BCS (Bardeen, Cooper, Schrieffer).
Mais il y a une vingtaine d'années, on a découvert un nouveau type de supraconducteurs, qui ne sont pas expliqués par la théorie BCS, et qui sont supra jusqu'à des températures plus élevées (on parle de supraconducteurs à "haute température critique"). Quand on parle de "hautes" températures, ça reste quand même du -200°C / -150°C, mais c'est déjà super parce qu'on peut les refroidir à l'azote liquide, ce qui est beaucoup moins coûteux.

En RMN, l'intérêt est de faire un fort champ magnétique, sans avoir un énorme électroaimant qui dissipe énormément d'énergie sous forme de chaleur.

Par contre, je ne sais pas exactement ce qui est utilisé dans les appareils de RMN ou d'IRM...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6c250b59]

Je ne penses pas que les supraconducteurs hautes températures soient utilisées dans les IRM et les SQUIDs (MEG), car le refroidissement est (si je me souviens bien) hélium/hydrogène dans le premier cas, hélium dans l'autre.

[invitea3eb043e]

Les nouveaux supraconducteurs sont hélas des céramiques et non des métaux comme les anciens.
Alors, on éprouve les pires difficultés pour en faire des fils.
Un prix Nobel pour celui (ou celle) qui saura faire des fils industriellement.

[invite5351d78c]

Merci pour les explications. J'en déduis donc que la RMN sur laquelle on a bossé était basée sur un supraconducteur haute température car juste avant de faire la manip, un chercheur a fait passer de l'azote liquide pour garder le système à bonne température.

Par contre, comment se fait-il que ce supraconducteur produise autant de magnétisme, je comprends pas le fait que, ayant une dissipation d'énergie nulle au sein du supra, on puisse créer autant de magnétisme!! est-ce les phonons qui produisent des vibrations électromagnétiques???

[invite88ef51f0]

J'en déduis donc que la RMN sur laquelle on a bossé était basée sur un supraconducteur haute température car juste avant de faire la manip, un chercheur a fait passer de l'azote liquide pour garder le système à bonne température.

A ta place, je n'en serais pas aussi sûr ! Je ne serais pas étonné que les aimants soient refrodis à l'hélium mais qu'on mette aussi de l'azote pour refroidir un peu le compartiment d'hélium...

comment se fait-il que ce supraconducteur produise autant de magnétisme

C'est le courant qui fait le champ. Comme dans un électro-aimant classique, quand tu fais passer du courant dans une boucle, tu crées un champ (proportionnel au courant, à la surface de la boucle et au nombre de spires). Une fois que tu as établi ton courant et qu'il devient constant, avec un supraconducteur tu n'as plus aucune perte d'énergie (par effet Joule ou par rayonnement). C'est quand on a un courant variable qu'on perd de l'énergie en rayonnant un champ.

[invitec215aece]

Le problème des bobines classiques est qu'elles chauffent trop pour produire un champ magnétique.
Pourquoi? parceque la chaleur produite varie avec le carré du courant qui passe dans la bobine.
Or il faut aussi augmenter le courant pour avoir un champ magnétique qui augmente...

On voit que les bobines classiques sont vite limitées pour produire un champ magnétique important. Car elles chauffent trop.

Justement, les supra conducteurs ne chauffent pas quand un courant passe... donc on peut y faire passer des courants plus importants... donc obtenir des champs magnétiques plus important.

Il me semble que la limite est qu'a partir d'une certaine valeur de courant, le matériaux perd ses propriétés supraconductrices.

@+

[invitea7fcfc37]

Ma prof de physiques nous a parlé des supraconducteurs mais à des températures extrêmement élevées

Elle dit n'importe quoi où j'ai rien compris

Cordialement.

[invite6c250b59]

le refroidissement est (si je me souviens bien) hélium/hydrogène dans le premier cas, hélium dans l'autre.

azote/hélium

Les nouveaux supraconducteurs sont hélas des céramiques et non des métaux comme les anciens.
Alors, on éprouve les pires difficultés pour en faire des fils.

ça doit être pour ça

[invite5abbed55]

A ta place, je n'en serais pas aussi sûr ! Je ne serais pas étonné que les aimants soient refrodis à l'hélium mais qu'on mette aussi de l'azote pour refroidir un peu le compartiment d'hélium...

Salut,
Les appareils de RMN sont effectivement refroidis à l'hélium et à l'azote liquide. Généralement on fait le plein d'azote toutes les semaine et le plein d'hélium tous les trimestres.

[inviteb836950d]

Oui, et ce sont des supra basse temperature (helas).

[inviteda517d83]

Salut à tous,
Effectivement la résistance est nule, alors on peut atteindre des intensité très importantes et des champs magnétiques en proportion.
La limite actuelle est de 1GHz je crois, je ne sais plus ce que ça représente en tesla pour le champs magnétique. Mais sachant que en générale un 200 ou 300 MHz est utilisé en routine (pour les chimistes organiciens), qu'un 600MHz donne déjà des résultats assez fabuleux, on peut imaginer pour 1GHz.

Ce qui est terrible c'est quand il y a une bule ou un glaçon dans l'enceinte d'hélium, alors l'aimant "quenche".
C'est a dire qu'il se forme un point chaud sur la bobine, alors la résistance n'est plus nule, la bobine chauffe, l'hélium se vaporise, la bobine se réchauffe encore plus vite...etc, ça peut être très violent, et là il faut courir très vite! C'est rare, mais l'aimant est foutu...
Le quench est parfois lent, là c'est pas dangeureux, mais ça coûte cher quand même, 10000 euro pour remonter un 300MHz en champ!
@+
Bruno