Kabel Koaksial Superkonduktor Suhu Rendah

Kabel Koaksial Superkonduktor Suhu Rendah (Kabel Koaksial LTS) adalah 'fiber saraf' yang sangat diperlukan dalam eksperimen fizik suhu ultra-rendah dan teknologi terkini seperti pengkomputeran kuantum.

Untuk memahami kabel ini dengan lebih baik, kita boleh mengkajinya dari tiga perspektif: struktur, prinsip operasi, dan cabaran asas yang direka untuk diselesaikan.

1. Struktur Teras: Mengapa Ia Dipanggil 'Koaksial'?

Secara struktur, kabel koaksial superkonduktor suhu rendah menggunakan konfigurasi koaksial yang serupa dengan kabel TV koaksial rumah tangga biasa. Namun begitu, bahan dan keadaan operasi adalah secara asasnya berbeza.

Konduktor dalaman dan luar: Ini biasanya diperbuat daripada bahan superkonduktor suhu rendah seperti NbTi (Niobium-Titanium).

Lapisan penebat (dielektrik): Terletak di antara pengalir dalaman dan luaran, dielektrik biasanya merupakan bahan dengan kehilangan dielektrik yang sangat rendah, seperti PTFE (Teflon).

Persekitaran pengendalian: Kabel mesti beroperasi pada suhu yang sangat rendah—biasanya di bawah 4.2 K (suhu helium cecair). Dalam keadaan ini, bahan superkonduktor memasuki keadaan rintangan sifar.

Struktur koaksial ini memastikan penghantaran isyarat frekuensi tinggi yang stabil dengan kehilangan minimum di bawah keadaan kriogenik.

2. Mengapa Gunakan Bahan Superkonduktor untuk Kabel?

Dalam eksperimen tepat seperti kawalan cip kuantum, isyarat gelombang mikro mesti dipindahkan dari persekitaran suhu bilik ke peringkat suhu ultra-rendah (contohnya, 20 mK). Jika kabel tembaga konvensional digunakan, dua masalah kritikal timbul.

Atenuasi isyarat (kehilangan isyarat): Logam biasa mempunyai rintangan elektrik. Semasa penghantaran isyarat frekuensi tinggi, tenaga ditukarkan kepada haba, menyebabkan amplitud isyarat berkurang dan boleh mengakibatkan penyongsangan atau kehilangan isyarat.

Konduksi haba (cabaran kebocoran haba): Kuprum bukan sahaja pengalir elektrik yang baik tetapi juga pengalir haba yang sangat baik. Haba dari bahagian bersuhu bilik boleh dengan mudah mengalir sepanjang kabel ke kawasan kriogenik, memberikan beban terma yang besar kepada sistem penyejukan dan berpotensi menyebabkan ketidaktentuan sistem.

‘Sifat ajaib’ kabel superkonduktor suhu rendah terletak pada rintangan elektrik sifar dan konduktiviti terma yang rendah, membolehkan isyarat mikrogelombang dipancarkan hampir tanpa kehilangan sambil berkesan melindungi persekitaran suhu ultra-rendah.

3. Senario aplikasi

Komputing Kuantum: Kabel ini menghantar isyarat kawalan dan bacaan mikrogelombang secara tepat kepada qubit superkonduktor, meminimumkan penyahkoherenan yang disebabkan oleh hingar terma.

Fizik Medan Magnet Tinggi: Dalam pemecut zarah dan sistem MRI, kabel koaksial superkonduktor memastikan penghantaran isyarat frekuensi tinggi yang boleh dipercayai di bawah medan magnet yang kuat.

Penerokaan Angkasa Lepas: Dalam satelit dan sistem pengesanan inframerah yang memerlukan penyejukan kriogenik, kabel ini membantu mengekalkan kepekaan yang sangat tinggi sambil mengurangkan beban terma.

4. Superkonduktor Suhu Rendah (LTS) berbanding Superkonduktor Suhu Tinggi (HTS)

Kabel Koaksial Superkonduktor Suhu Rendah (LTS): Bahan termasuk NbTi dan Nb3Sn, beroperasi di bawah 10 K menggunakan helium cecair, terutamanya untuk penghantaran isyarat dan ukuran ketepatan.

Kabel Kuasa Superkonduktor Suhu Tinggi (HTS): Bahan termasuk YBCO dan BSCCO, beroperasi pada 65–77 K menggunakan nitrogen cecair, terutamanya untuk penghantaran kuasa arus tinggi.

Kesimpulan

Kabel koaksial superkonduktor suhu rendah boleh dianggap sebagai lebuhraya maklumat skala mikro tanpa kehilangan. Kabel ini memastikan penghantaran isyarat gelombang mikro hampir tanpa kehilangan sambil menekan kebocoran haba dalam sistem bersuhu sangat rendah.

Dengan pengalaman jangka panjang dalam teknologi kabel frekuensi tinggi dan presisi, Hotten terus memperbaiki bahan konduktor, struktur dielektrik, dan keseluruhan kestabilan kabel, menyediakan penyelesaian penghantaran isyarat frekuensi tinggi dan suhu rendah yang boleh dipercayai untuk penyelidikan maju dan aplikasi berkualiti tinggi.