Endbericht - NachhaltigWirtschaften.at

nur etwa 100 nm weit in das Material ein. Diese dünne Schicht trägt die Abschirm- und
Leitungsströme, tiefere Schichten sind feld- und stromfrei. Supraleiter 2. Art haben zwei
kritische Feldstärken, eine niedrigere für beginnendes Eindringen des Feldes, eine höhere
für das Zusammenbrechen der Supraleitung.
Ein wichtiger Anwendungsbereich von Supraleitern ist die Erzeugung starker, konstanter
oder nur langsam variierender Magnetfelder. Der ohmsche Widerstand der Spulenwicklungen
konventioneller Elektromagnete erzeugt große Wärmemengen und damit auch
einen großen Energieverlust. Für diese Anwendung werden (im Gegensatz zu keramischen
Hochtemperatursupraleitern) nur klassische, metallische Supraleiter verwendet und hier
wiederum vor allem Legierungen von Niob, da diese höhere magnetische Feldstärken
tolerieren. Die Herstellung starker, supraleitender Spulen erfordert die Fabrikation von
kilometerlangen, nur wenige Mikrometer dünnen Leiterfäden.
Die Sprungtemperatur von Niob ist von allen chemischen Elementen die höchste und liegt
bei 9,25 K (-263,9 °C). Sie kann bereits durch Kühlung mit flüssigem Helium, dessen
Siedepunkt bei 4,22 K (-268,93 °C) liegt, erreicht werden. Anwendung als Supraleiter findet
Niob (vor allem als intermetallische Verbindung Nb 3 Sn oder der Legierung NbTi) zur
Erzeugung hoher Magnetfelder in Kernspintomographen im medizinischen (MRT) oder im
chemisch-pharmazeutischen Bereich (NMR) sowie in Teilchenbeschleunigern (z.B. LHC am
CERN in Genf) oder Fusionsreaktoren. Darüber hinaus weist auch Nb 3 Ge eine hohe
Sprungtemperatur (23,2 K) auf.
Die Supraleitung ermöglicht es, die von einem hohen Strom durchflossenen Feldspulen in
sich zu schließen, woraufhin der Strom im Prinzip unendlich lange verlustfrei in der Spule
erhalten bleibt. Zum Laden der in sich geschlossenen Spule wird ein kurzes Teilstück der
Spule über die Sprungtemperatur aufgeheizt, wodurch sich die Spule öffnet und über
Zuleitungen geladen werden kann. Wenn die gewünschte Stromstärke erreicht ist, erfolgt
das Abschalten des Heizers und damit das Schließen der Spule. Bei dauerhaftem Betrieb
lassen sich die elektrischen Anschlüsse nach dem Laden mechanisch entfernen und der
Behälter der Spule verschließen. Zur Erhaltung des Feldes ist dann nur ein regelmäßiges
Nachfüllen der Kühlmedien Flüssighelium oder -stickstoff erforderlich.
Nach Angaben von Dr. Wolfram Knabl, Leiter der Forschungsabteilung bei Plansee SE,
setzte diese im Jahr 2011 10–20 Tonnen reines Niob im Rahmen von Forschungsprojekten
um. Die verbrauchte Menge schwankt jedoch stark – je nachdem, ob gerade an Supraleitern
geforscht wird. Außerdem verwendet Plansee ca. 70 % des außerhalb der Supraleiterforschung
eingesetzten Niobs in Form von schmelzmetallurgisch hergestellten Ingots hoher
Reinheit (> 99 %). Daraus werden Bleche gewalzt und finalisiert. Weitere rund 20 % des Nb-
Bedarfs, jedoch mit normaler Reinheit, dienen ebenso zur Herstellung von Flachhalbzeugen.
Die restlichen ca. 10 % Niob finden Gebrauch als Drähte mit 1 % Zirkonium für den Licht-
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