Was wäre, wenn Sie in knapp sieben Stunden von New York nach Los Angeles reisen könnten, ohne in ein Flugzeug zu steigen? Es könnte in einem Maglev-Zug möglich sein.
Maglev – kurz für Magnetschwebebahn – Züge können ihre Wurzeln auf Technologien zurückführen, die im Brookhaven National Laboratory entwickelt wurden. James Powell und Gordon Danby aus Brookhaven erhielten Ende der 1960er Jahre das erste Patent für ein magnetisch schwebendes Zugdesign. Die Idee kam Powell, als er im Stau saß und dachte, es müsse eine bessere Art geben, an Land zu reisen als Autos oder traditionelle Züge. Er hatte die Idee, mit supraleitenden Magneten einen Waggon zu schweben. Supraleitende Magnete sind Elektromagnete, die während des Gebrauchs auf extreme Temperaturen abgekühlt werden, was die Leistung des Magnetfelds dramatisch erhöht.
Der erste kommerziell betriebene supraleitende Hochgeschwindigkeitszug Maglev wurde 2004 in Shanghai eröffnet, während andere in Japan und Südkorea in Betrieb sind. In den Vereinigten Staaten wird eine Reihe von Routen untersucht, um Städte wie Baltimore und Washington, DC, zu verbinden.
In Maglev hängen supraleitende Magnete einen Waggon über einer U-förmigen Betonführung auf. Wie gewöhnliche Magnete stoßen sich diese Magnete gegenseitig ab, wenn passende Pole einander zugewandt sind.
„Ein Maglev-Waggon ist nur eine Kiste mit Magnete an den vier Ecken “, sagt Jesse Powell, der Sohn des Maglev-Erfinders, der jetzt mit seinem Vater zusammenarbeitet. Es ist etwas komplexer als das, aber das Konzept ist einfach. Die verwendeten Magnete sind supraleitend, was bedeutet, wenn sie Wenn sie auf weniger als 450 Grad Fahrenheit unter Null gekühlt werden, können sie Magnetfelder erzeugen, die bis zu zehnmal stärker sind als gewöhnliche Elektromagnete, genug, um einen Zug aufzuhängen und anzutreiben.
Diese Magnetfelder interagieren mit einfachen Metallschleifen, in die sie eingesetzt sind die Betonwände der Maglev-Führung. Die Schleifen bestehen aus leitfähigen Materialien wie Aluminium. Wenn sich ein Magnetfeld vorbeibewegt, erzeugt es einen elektrischen Strom, der ein weiteres Magnetfeld erzeugt.
Drei Arten von Schleifen werden in bestimmten Intervallen in die Führungsbahn eingesetzt, um drei wichtige Aufgaben zu erledigen: eine c wiederholt ein Feld, auf dem der Zug etwa 5 Zoll über der Führungsbahn schwebt; Eine Sekunde hält den Zug horizontal stabil. Beide Schleifen verwenden eine magnetische Abstoßung, um den Waggon an der optimalen Stelle zu halten. Je weiter es von der Mitte der Führungsbahn entfernt ist oder je näher es am Boden liegt, desto mehr magnetischer Widerstand drückt es zurück auf die Spur.
Der dritte Satz von Schleifen ist ein Antriebssystem, das mit Wechselstrom betrieben wird. Hier werden sowohl magnetische Anziehung als auch Abstoßung verwendet, um den Waggon entlang der Führungsbahn zu bewegen. Stellen Sie sich die Box mit vier Magneten vor – einen an jeder Ecke. Die vorderen Ecken haben Magnete mit nach außen gerichteten Nordpolen, und die hinteren Ecken haben Magnete mit nach außen gerichteten Südpolen. Durch die Elektrifizierung der Antriebsschleifen werden Magnetfelder erzeugt, die den Zug von vorne nach vorne ziehen und von hinten nach vorne schieben.
Dieses schwebende Magnetdesign sorgt für eine reibungslose Fahrt. Obwohl der Zug bis zu 375 Meilen pro Stunde fahren kann, erfährt ein Fahrer weniger Turbulenzen als bei herkömmlichen Stahlradzügen, da die einzige Reibungsquelle Luft ist.
Ein weiterer großer Vorteil ist die Sicherheit. Maglev-Züge werden von der angetriebenen Führungsbahn „gefahren“. Zwei Züge, die auf derselben Strecke fahren, können nicht aufholen und ineinander stoßen, da sie alle mit der gleichen Geschwindigkeit fahren. Ebenso wie herkömmliche Zugentgleisungen, die aufgrund von Kurvenfahrten auftreten Zu schnell kann mit Maglev nicht passieren. Je weiter ein Maglev-Zug von seiner normalen Position zwischen den Führungsbahnwänden entfernt ist, desto stärker wird die Magnetkraft, die ihn zurückschiebt.
Dieses Kernmerkmal ist das Aufregendste an Jesse Powell. „Mit Maglev gibt es keinen Fahrer. Die Fahrzeuge müssen sich dorthin bewegen, wo das Netzwerk sie sendet. Das ist grundlegende Physik. Jetzt, da wir über Computeralgorithmen verfügen, mit denen die Dinge sehr effizient weitergeleitet werden können, können wir die Planung des gesamten Netzwerks im laufenden Betrieb ändern. Dies führt in Zukunft zu einem viel flexibleren Transportsystem “, sagte er.
Obwohl diese aufregende Technologie heute in den USA nicht eingesetzt wird, könnten Sie sich eines Tages auf den Weg zu Ihrem nächsten Ziel machen, wenn Powell und sein Team ihren Weg finden.
Editors Hinweis: Dieser Beitrag wurde von einem Wissenschaftsjournalisten im Brookhaven National Laboratory verfasst, einem der 17 National Labs des Energieministeriums.