Рефераты по Физике

Сверхпроводимость

Страница 6

Чёткий и окончательный ответ ещё не получен. Но если говорить о теории, то можно указать и другие механизмы сверхпроводимости, не связанные с колебаниями кристаллической решётки.

Один из таких предложил американский физик Литтл. Его идея заключалась в том, чтобы получить полимер особой структуры. Схематически модель такого органического сверхпроводника представляет собой длинную полимерную нить с ответвлениями по бокам.[12]

Основное в этой модели – существование двух групп электронов: Электроны проводимости движутся по полимерным нитям, а электроны – посредники располагаются в боковых ответвлениях. Когда электрон проводимости проходит около ответвления, создаваемое им электрическое поле наводит на короткое время положительный заряд на его конце, примыкающем к главной нити. Тогда другой электрон проводимости притягивается к области положительного заряда и поэтому косвенно притягивается первым электроном. При этом в главной – центральной нити возникает сверхпроводящее состояние, которое согласно расчётам, проведённым Литтлом, должно сохраняться до температуры T = 2400 К!

В основе своей эта идея правильна, но реализация её наталкивается на принципиальные трудности как теоретического, так и экспериментального характера.

С другой стороны, в модели Литтла привлекательна возможность обеспечить появление электронного механизма притяжения между электронами проводимости за счёт боковых ветвей, структуру и свойства которых в известных пределах можно регулировать.

И вот в конце 1986 г. были получены сверхпроводящие керамические оксидные образцы, содержащие лантан, барий, медь, кислород с температурой перехода в сверхпроводящее состояние Тк= 35 К, а в 1987 г. у иттриевых керамик был обнаружен переход при температуре Тк= 102 К. С этого момента началось интенсивное исследование свойств новых керамических материалов. Сейчас уже существуют множество систем, полностью сверхпроводящих в жидком азоте, кислороде, но даже в найденных материалах из-за стремительного развития событий практически ещё не проведена оптимизация условий приготовления примесей. Несомненно, что критические параметры и в первую очередь критические токи будут увеличены. Проблема всё ещё остаётся чисто научной. Чтобы придать ей технический характер – создать технологический сверхпроводник, требуется ещё немало работы. Многое предстоит изучить и создать, но прорыв в недоступную до сих пор для сверхпроводимости область азотных температур уже состоялся, и, похоже, что самые фантастические проекты использования сверхпроводников в скором времени станут реальностью.

4.Применение сверхпроводников.

Сверхпроводящие магниты.

Одно из важнейших достижений физики низких температур – использование сверхпроводников для получения сверхсильных постоянных магнитов. Сверхпроводящий соленоид , в отличие от обычно, не нуждается во внешнем источнике питания, поскольку однажды возбуждённый в нём ток не затухает. Нужно только поддерживать соленоид при низкой температуре, а для этого требуются гораздо меньшие мощности.

Решается проблема теплоотвода, так как мощность такого магнита равна нулю. Правда, остаётся проблема прочности (на обмотку действует сила Ампера, прямопропорциональная магнитной индукции), поэтому рекордных полей сверхпроводящие соленоиды не создают. Но зато они легче и меньше по размерам, чем обычные водоохлаждаемые. Так, при индукции магнитного поля 30…40 Тл сверхпроводящий магнит весит всего несколько десятков килограмм, со всем относящимся к нему оборудованием занимает площадь 4…6 м2 и расходует примерно 10 л жидкого гелия в сутки. И это вместо нескольких десятков тонн и тысяч киловатт электроэнергии!

Термоядерная энергетика.

Одной из наиболее острых и важных проблем является проблема осуществления управляемой термоядерной реакции. Ведь её успешное решение сулит человечеству неисчерпаемые источники энергии. Так, при синтезе ядер гелия из ядер дейтерия, содержащегося в одном литре воды, можно получить такую же энергию, как при сгорании 350 л бензина!

Чтобы осуществить управляемый термоядерный синтез, нужно разогнать ядра лёгких атомов до таких скоростей, чтобы при соударении они не разлетались. Это возможно только при температурах порядка 106 - 107 °С. При такой температуре любое вещество пребывает в так называемом плазменном состоянии. Атомы теряют свои электронные оболочки, и вещество превращается в бурлящую смесь заряженных ядер и электронов. Такую горячую плазму нельзя удержать ни в одном сосуде.

Но поскольку речь идёт о заряженных частицах, то на их траектории можно воздействовать магнитными полями. Тогда при достаточно сильных магнитных полях и их соответствующей геометрии можно, несмотря на высокие скорости частиц, удержать их в некотором реакционном пространстве (камере). Необходимые для этого магнитные поля столь велики, что их создание экономически будет оправдано только при использовании сверхпроводящих магнитов.

Кабели для передачи энергии.

С ростом потребляемых мощностей всё острей становится проблема передачи энергии. Воздушные линии передач хоть и самые дешёвые, но в них бьют молнии, они мешают строительству, транспорту, радиосвязи, портят ландшафт, вредят фауне и человеку. Можно, конечно, передавать энергию по подземному кабелю, но и здесь возникает немало сложностей. И в воздушной, и в кабельной линии приблизительно десятая часть энергии безвозвратно теряется при нагреве токоведущих жил.

Конечно же, очень заманчиво для решения этой проблемы использовать явление сверхпроводимости. Сам по себе сверхпроводящий материал намного дороже меди, но токонесущая жила оказывается дешевле. Ведь по проводу площадью сечения 1 мм­­­­­­2 можно пропускать не 1…2 А, а 10 кА. Сэкономленную на таковой жиле денежную сумму можно потратить на криогенное охлаждение.

Здесь надо отметить, что в кабелях переменного тока всё-таки появляется небольшое сопротивление, т.к. переменное электрическое поле воздействует на неспаренные электроны. Это приводит к выделению тепла и кабель надо охлаждать.

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6  7  8