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§18. ¡Atención! Funcionan dispositivos, en principio, "irrealizables"

Al conquistar el nuevo mundo frío de los superconductores, los científicos se vieron obligados a resolver otra vez muchísimos problemas que se consideraban resueltos ya. Por ejemplo, ¿qué fuente de corriente sirve para alimentar un dispositivo superconductor? Si se trata de unas corrientes relativamente pequeñas, en principio, sirven las baterías, generadores o acumuladores habituales. Pero, a través de un superconductor de 1 mm ² de sección se puede hacer pasar una corriente de 1000 A, lo que supera 100 veces, aproximadamente, la que se puede pasar por un conductor de cobre de igual sección. Esa ventaja colosal de los superconductores se convirtió en una nueva dificultad para los ingenieros. Es sabido que esos mil amperios se deben obtener de un generador que funcione a temperatura ambiente y se transmitan luego por cables al crióstato con helio líquido en el que se halla el imán superconductor. La sección de los cables conductores de corriente (y éstos no son superconductores) debe ser 100 veces mayor, por lo menos, que la sección del superconductor. Por una sección tan grande, como a través de un portón abierto de par en par, el calor se precipitará en avalancha desde el cuarto (en plena correspondencia con la ley de Fourier), al crióstato, el helio enseguida se evaporará y la superconductividad desaparecerá.

He aquí por qué ante los diseñadores se planteó el problema de idear dispositivos que generasen grandes corrientes no fuera del crióstato, sino dentro de éste. Se logró conseguirlo, aprovechando las diferentes propiedades singulares de los superconductores, por ejemplo, su diamagnetismo. El diamagnetismo, precisamente, explica el experimento con "el imán planeador" que se exhibe a veces en laboratorios físicos. Las descripciones del "imán planeador" no desaparecen de los libros dedicados a la física de temperaturas bajas. Dicho sea de paso, no sólo de éstos...

"... Caminé un poco entre rocas. El cielo estaba absolutamente despejado y el sol quemaba tanto que me vi obligado a volverlo la espalda. De repente se oscureció, pero no así como suele ocurrir cuando una nube oculta el Sol. Miré atrás y vi en el aire un cuerpo grande no transparente que, tapando el Sol, se desplazaba hacia la isla... A medida de su aproximación, empezó a parecerme que el cuerpo era sólido; su base plana y lisa brillaba intensamente, reflejando la superficie del mar iluminada por el Sol..."

Lo que vio Gulliver, "primero cirujano y luego capitán de navíos", era una isla volante. En la misma, sobre soportes diamantíferos se hallaba un imán, que, repulsándose de cierta sustancia que se encontraba en el grueso de la Tierra, creaba la fuerza de sustentación.

Es dudoso que Swift supusiera que pasados doscientos años el físico moscovita V. Arkádiev plasmaría esta idea "loca" casi exactamente, aunque en escala algo diferente. Durante su experimento un pequeño imán pendía en el aire sobre una placa de plomo, sin soporte alguno. Ese experimento, que llaman a veces "ataúd de Mahoma" (según la leyenda el ataúd con el cuerpo del profeta pendía en el espacio sin soporte alguno), se realizó a temperatura muy próxima a cero absoluto, a la que el plomo se convierte en superconductor. Para nosotros, lo más importante en ese experimento es el hecho de que muestra el diamagnetismo ideal de algunos superconductores. En un cuerpo diamagnético no pueden penetrar líneas de fuerza del campo magnético: un cuerpo diamagnético es para las líneas de fuerza del campo magnético un obstáculo infranqueable, un muro, un plano impenetrable. Mas es suficiente que no haya diamagnetismo aunque sea en un solo punto de dicho plano para que éste se convierta, respecto al campo magnético, en un anillo, al hacer pasar por el cual la corriente eléctrica obtendremos un electroimán.

La diferencia de las propiedades magnéticas del conductor en estados superconductor y normal es tan notoria que hay plena razón para hablar de dos materiales diferentes. De ahí se deduce, en particular, que el anillo superconductor, por ejemplo, no debe tener obligatoriamente un hueco, es decir, un orificio en sentido mecánico común. La placa superconductora carente de orificios, puede considerarse, desde el punto de vista magnético, un anillo, si la superconductividad está alterada aunque fuese en un solo punto que no toca el borde.

La zona no superconductora o "normal" en un superconductor se puede crear por procedimientos diferentes: calentándolo en algún punto hasta una temperatura superior a la crítica, aplicando un intenso campo magnético local o alumbrando con un estrecho haz luminoso una pequeña zona del superconductor (en el último caso, la superconductividad desaparece también a costa del desprendimiento de calor).

Aprovechando el hecho de que la posición de la zona normal (del "orificio") en la superficie del superconductor es fácil de cambiar, se puede crear un acumulador de flujo magnético o, como suelen llamarlo, generador topológico. Supongamos que en una placa superconductora exista realmente el hueco 1, en el cual se haya creado el flujo magnético F ₁ y en la zona 2 de la placa, sin destruirla mecánicamente, por algún procedimiento se altere simultáneamente la superconductividad. Esta región no superconductora jugará el papel de hueco para las líneas de fuerza magnéticas engendradas por la corriente que circula en el anillo recién formado. Cambiando ahora la situación del orificio 2, se puede crear una situación en la cual el flujo F ₂ del segundo hueco se unirá con el flujo del orificio real, que es la zona de trabajo de la espira conductora de corriente. Como resultado, el flujo en el orificio 1 aumentará, lo que equivale al crecimiento de la corriente en la espira que rodea el hueco 1. De esta manera se logra obtener en el circuito superconductor una corriente tan grande como se quiera, sin su contacto eléctrico con el circuito que se halla a temperatura ambiente. Es posible desplazar el hueco por medio de un pequeño imán suficientemente intenso, pasándolo por encima de la superficie de la placa superconductora. Bajo la acción del campo del pequeño imán, la superconductividad y el diamagnetismo desaparecerán y se formará un hueco que se desplazará junto con el imán. Lo más notorio en esa construcción es que la corriente continua se toma de la parte inmóvil del dispositivo. En realidad, ese dispositivo es un generador de corriente continua sin colector, que según se demostró repetidas veces no pudo existir en principio. En laboratorios soviéticos, norteamericanos y holandeses ya funcionan ahora varias decenas de dispositivos "irrealizables".

Es interesante señalar que incluso muchos científicos eminentes hayan reconocido reiteradamente como irrealizable la idea de un generador de corriente continua, en el cual la tensión se tomó de la parte inmóvil de la máquina. Hay que subrayar, sin embargo, que el error de esos científicos consistía únicamente en la afirmación de que para la toma de corriente eran necesarias escobillas deslizantes.

Entre los dispositivos considerados irrealizables figura también el transformador de corriente continua. Obtener corriente continua en el devanado secundario de un transformador no superconductor es realmente imposible. Si se aplica al devanado primario la corriente continua, en el secundario aparecerá un débil impulso de corriente, mas éste se amortiguará rápidamente debido a la resistencia eléctrica del devanado secundario.

Si el circuito secundario del transformador es superconductor, al aplicar corriente al devanado primario, en el secundario se inducirá la f.e.m., provocando una corriente que no puede amortiguarse incluso cuando no exista ya la f.e.m. que la había inducido. Por medio de tales transformadores de corriente continua se logró, suministrando por finos conductores al crióstato con helio líquido una débil corriente, transformarla, elevando su intensidad hasta 25 mil A.

De esta manera, las propiedades especiales de los superconductores fueron aprovechadas para luchar contra las dificultades originadas por las mismas propiedades. Gracias a tal enfoque, ¡se han elaborado generadores y transformadores con ayuda de los cuales el electroimán superconductor puede alimentarse de corrientes de miles de amperios! Y esas enormes corrientes circulan por el devanado superconductor, mientras que desde la zona con temperatura ambiente se suministra al generador o transformador una corriente de tan sólo unos cuantos amperios.

Estos dispositivos permiten también reducir el consumo de helio líquido por los imanes superconductores, es decir, hacerlos más económicos aún.

¿Qué pronósticos se puede hacer ya hoy en día respecto al futuro de los imanes superconductores? La incertidumbre completa, que existía en esa cuestión hace varios años, ha dado lugar ahora a un optimismo firme. No está lejos, por lo visto, el día en que tendremos imanes superconductores ¡con el campo de unos 250 mil G y zona de acción que se medirá por metros! Desde luego, los imanes superconductores con tales parámetros tendrán dimensiones de varios metros, pesarán cientos y miles de kilogramos y para su enfriamiento consumirán decenas de kilovatios. Mas hablando de semejantes cifras no pequeñas ya, se debe tener en cuenta que en comparación con los imanes no superconductores, esos metros sustituyen a los kilómetros; los kilovatios, a los miles de kilovatios y los kilogramos, a las toneladas...

Ultimamente se escribe mucho acerca de la posibilidad de la existencia de superconductividad de algunos polímeros lineales a temperatura ambiente. Las opiniones de los científicos respecto a la posibilidad de la síntesis de tales superconductores divergen. Sin embargo, una cosa está clara: por cuanto la teoría sugiere que en este caso se podrá obtener, prácticamente, cualesquiera campos magnéticos, las posibilidades de utilizar imanes superconductores serán verdaderamente ilimitadas...

¿Dónde se aplicarán los imanes superconductores? La respuesta a esa pregunta la contiene en cierta medida el capítulo que sigue.