Сверхпроводимость
Основная трудность, которая возникает при прокладке сверхпроводящего кабеля, - тепловая защита сверхпроводника. Предохранить кабель от большого притока тепла извне можно с помощью вакуумной изоляции. Кабель имеет вид многослойной трубы и, в сущности, представляет собой длинный криостат.[13] Внутренняя труба, покрытая слоем сверхпроводящего материала, заполнена жидким гелием, который гонят по ней насосы. Между первой и второй трубами вакуумная изоляция, между второй и третьей течёт жидкий азот, между третьей и четвёртой (наружной) опять вакуумная изоляция.
Несмотря на простоту конструкции, монтаж такой линии сопряжён со значительными трудностями. Надо обеспечить герметичность кабеля, научиться собирать его из отдельных коротких отрезков; разработать рефрижераторы, концевые устройства и другое оборудование, необходимое для стабильного функционирования таких линий передач.
Магнитопланы и магнитоходы.
Вот ещё одна проблема, удачно решённая с помощью уникального свойства сверхпроводников – диамагнетизма, - увеличение скоростей железнодорожного транспорта. Этого достигли, заменив колёса так называемой «магнитной подушкой». Этим же удалось добиться и плавности хода, и отсутствия шума, и устранения вибрации при движении.
Здесь используется следующий принцип. В отдельных вагонах поезда устанавливаются катушки, создающие довольно сильное магнитное поле.[14] Поездной электромагнит 1 делают сверхпроводящим. Он охлаждается жидким и газообразным гелием. При движении поезда в алюминиевых полосах – рельсах 2 наводятся вихревые токи, которые по правилу Ленца создают магнитное поле, направленное навстречу вызвавшему их магнитному полю, в нашем случае полю магнитов, расположенных в поезде. Это поле и создаёт силу отталкивания. Поезд – вагон приподнимается над эстакадой электромагнитными силами. Горизонтальная часть полосы – рельса 3 создаёт при этом подъёмную силу, а вертикальная обеспечивает устойчивость поезда. Между шинами – полосами проложен третий рельс – линейный двигатель, который и приводит поезд в движение.
Линейный двигатель это тот же самый электродвигатель, только здесь роль статора играет дорога, а роль ротора – поезд. Для обеспечения работы такого двигателя на дорогу укладывается множество проводящих стержней, в которые по специальной программе подаётся ток. Сверхпроводящая катушка на борту вагона может подтягиваться токами дороги. Токи смещаются, – поезд движется вслед за ними. При этом просвет между вагоном и дорогой можно увеличивать до определённого значения – это решает проблему безаварийного движения.
В настоящее время ведутся постройки таких поездов, а в Японии между Токио и Осакой уже действует скоростная сверхпроводниковая магистраль. В днище вагона - поезда размещаются сверхпроводящая обмотка возбуждения, криогенное хозяйство, металлические экраны для защиты пассажиров от мощных магнитных полей. Разгон и торможение производятся с помощью резиновых колёс, которые убираются и опускаются. Этот поезд развивает скорость в 500 км/ч.
Сверхпроводящие датчики и измерители.
С каждым годом в науке и технике требуются всё более точные измерения. И здесь на помощь приходит явление сверхпроводимости. Изменение свойств сверхпроводников при переходе в сверхпроводящее состояние используется для создания высокочувствительных измерителей и датчиков. Самая простая функция таких приборов связана с определением температур, магнитных полей и токов, которые непосредственно сравниваются с критическими параметрами сверхпроводника.
С помощью сверхпроводников можно измерить чрезвычайно слабое излучение. Если оно вызывает хотя бы незначительное изменение температуры сверхпроводника, находящегося при температуре перехода, то легко зафиксировать скачок сопротивления и его изменение. Такие приборы – болометры - обладают существенными достоинствами. В связи с тем, что они работают при низких температурах, в них очень слабы так называемые флуктуационные (тепловые) шумы. Сверхпроводники плохо проводят и запасают тепло, так что полученная доза излучения не расползается по чувствительному элементу – датчику, а действует всей своей величиной в определённом месте.
Датчик представляет собой фольгу или плёнку, напылённую на слюдяную подложку. Его свободно подвешивают в некотором объёме, охлаждаемом жидким гелием. Для пропускания излучения корпус приёмника должен иметь окно, прозрачное в требуемой области длин волн.
Сверхпроводящие приёмники используются также и для регистрации частиц высокой энергии. При попадании частицы в сверхпроводящую плёнку происходит локальный разогрев, в результате чего какой – то участок плёнки на пути частицы на короткое время переходит в нормальное состояние.
В измерительной схеме, присоединённой к приёмнику, появляется импульс напряжения. Достоинством таких детекторов является их быстродействие: за 1 с сверхпроводниковый счётчик способен регистрировать около 10 млн. частиц!
4.Заключение.
Удивительно, как быстро движется научно – технический прогресс. Исследования, начавшиеся в начале века, сейчас уже привели к появлению новой области техники – прикладной сверхпроводимости, которая, пожалуй, развивается ещё стремительнее. Для человечества это имеет огромное значение, ведь это позволит в скором будущем решить многие глобальные проблемы, такие как недостаток и немалая стоимость энергии; истощение земных ресурсов (угль, нефть, газ), которое растёт с каждым годом из-за возрастания потребности населения в энергетическом сырье. Человек сможет быстрее и безопаснее перемещаться по воде, по суше и по воздуху. Использование сверхпроводников в машиностроении и в энергетике решит большой ряд проблем, связанных с экологией (выбросы отработанных энергетических продуктов). Можно ещё продолжать и продолжать этот ряд, так как теперь на многие вещи, раньше казавшиеся пределом совершенствования, придётся взглянуть с другой стороны – со стороны явления сверхпроводимости.
Приложения.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8