Alacsony és magas hőmérsékletű szupravezetés. Magas hőmérsékletű szupravezetés

Cikk: Magas hőmérséklet

Szupravezetés (HTSC).

Az alkotás elméleti alapjai és technológiája

Anyagok az ingatlannal

Magas hőmérsékletű szupravezetés

(nincs elektromos ellenállás

Szobahőmérsékletig és afölött).

MAANOI akadémikus, RANS doktor.

Cikk: Magas hőmérsékletű szupravezetés (HTSC).

Az Orosz Természettudományi Akadémia doktora).

Anyagtulajdonságok létrehozásának technológiája magas hőmérséklet

(szobahőmérsékletre és magasabbra) szupravezetés (elektromos ellenállás hiánya).

1. A HTSC probléma megoldásának előfeltételei.

A probléma megfogalmazását (a HTSC probléma megoldását) nemcsak a megoldás egyedi zöldenergetikai kilátásai határozzák meg, hanem a HTSC előrehaladott megvalósításának szükségessége is, amely előfeltétele a KIBERNETIKUS REPLIKÁLÓ ANYAG SOK EGYESÍTETT ANYAG megvalósításának. NANO-MÉRETŰ MODULOK (KS).

Az elméleti indoklást és az űrrendszer létrehozásának szükségességét a cikk szerzőjének „A tér kolonizációja: problémák és kilátások” című könyve adja meg. A könyv írásakor megfogalmazódtak a HTSC megvalósításának főbb megközelítései és elméleti alapelvei. A szerző szándékosan nem publikálta ezeket, így más kutatók is lehetőséget kaptak a probléma megoldására. Ez tükröződik az említett könyvben (1. 1997, Novokuznetsk és 2. 2003, Tyumen - kiadások). Ennek az akciónak a motivációja a szerző azon vágya volt, hogy ne vállalja magára az emberiség ÖSSZES általános tudományos és műszaki problémájának megoldását, és lehetőséget adjon a kreativitásra más kutatóknak és csapatoknak.

A HTSC-k gyártásának technológiái végül „csiszolódtak”, mire a szerző megírta a cikket: „AZ UNIVERZUM ÁLTALÁNOS ELMÉLETE KEZDETE” (NOTU), (2010 – 2011). Megjelenésekor ennek a (HTSC-n) cikknek a megjelenését is bejelentették (lásd a szerző személyes honlapján található anyagokat).

Mivel a mai napig más kutatók nem oldották meg a HTSC-problémát, a cikk szerzője közzéteszi elképzelését a megoldásról. Ezen túlmenően nincs értelme más kutatóknak „előnyt adni”.

Ugyanakkor a cikk közzétételekor a szerző egy sor plágiumellenes intézkedést tesz, mint például: előzetes terjesztés több hatóságnak (szakfolyóiratok szerkesztőségei, stb. média, ROSPATENT, RAS, az elnöki adminisztráció). Oroszország, Fund for Fundamentals stb.) papíralapú levélben, a postai küldemény deklarált elsőbbségi dátumával; utólagos elosztás a szakosodott címzettekhez e-mailben; logikai „könyvjelzők” a cikk tartalmában.

Csak legvégső esetben kerül fel a cikk szövege a szerző személyes weboldalára, a más oldalakon való megjelenésre vonatkozó közleményekkel együtt.

Egyéb, előre be nem jelentett (de... - hatékony) plágiumellenes intézkedések is történtek. A mások szellemi tulajdonából hasznot húzó ragadozó és középszerű szerelmeseknek nincs itt semmi dolguk...

Hozzá kell tenni, hogy a HTSC probléma megoldásának módjai összefüggenek, és a NOTU posztulátumaiból fakadnak. Az univerzum általánosító elméletének logikája tükröződik itt, bár nem mindig abszolút (kimerítően). Ezenkívül a HTSC probléma megoldásának bemutatott módjai szerves részét képezik a szerző ötletei és fejlesztési komplexumának.

2. Elméleti alapok.

A szupravezetés hatását Kamerlingh Onnes fedezte fel 1911-ben számos fém elektromos ellenállásának vizsgálata során ultraalacsony hőmérsékleten. A szupravezető anyagok száma jelenleg több tucatnyira tehető. A legmagasabb átmeneti hőmérséklet a szupravezető állapotba (Tc) a klasszikus anyagok (fémek és ötvözetek) esetében eléri a 23,2 K-t (intermetallikus nióbium és germánium esetében). A kritikus hőmérsékletek rekordértékeit azután kapták meg, hogy G. Bednorz és K. Müller felfedezte a szupravezetők új osztályát - a réztartalmú kerámiákat. Itt éri el a kritikus hőmérsékletet

135 K. A szupravezetők a következőkre oszthatók: S/P I típusú és S/P I típusú.

A mágneses tér gyakorlatilag nem hatol be az előbbibe (kiszorul - azaz ideális diamágneses tulajdonságot mutat). Másodszor, a mágneses mező behatol. A szupravezetés létének általánosan elfogadott elméleti igazolása a BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer) elmélet. Az S/P hatás magyarázata a bozonikus elektronpárok anyagban való megjelenésére és a fononmechanizmus megnyilvánulására vezethető vissza. Ugyanakkor a szupravezető kerámiák felfedezése azt mutatta, hogy a BCS nem elegendő a szupravezető hatás összes jellemzőjének megértéséhez.

A legfontosabb és legsürgetőbb tudományos-technikai feladat a 300 K és a feletti kritikus hőmérsékletű (TC) (ún. magas hőmérsékletű szupravezető képességű) S/P anyagok elméleti igazolása és felkutatása (vagy létrehozása). HTSC). E cél elérése forradalomhoz vezet a villamosenergia-iparban. Különösen a C/P előállításához szükséges kriogén berendezésekre lesz szükség. Ezen túlmenően lehetővé válik a gyakorlatilag energiaveszteség nélkül működő, ultra-távolságú távvezetékek építése. Ezen kívül lehetőség nyílik olyan erőművi berendezések és eszközök létrehozására, amelyek jellemzői jelenleg lehetetlenek.

Ez a feladat (probléma) megfogalmazása. Megpróbáljuk megoldani.

A probléma megoldásának nemcsak a kvantumfogalmakon és a BCS-elméleten kell alapulnia, hanem olyan fogalmakon is, amelyek túlmutatnak a mára klasszikussá vált elméletek keretein. Ezenkívül a kerámiák S/P-je (ahogyan korábban említettük) olyan tulajdonságokat mutat, amelyek túlmutatnak a BCS által leírtakon. Ez egy általánosan elfogadott tény. Ezért a HTSC probléma megoldása során a fizikai definíciók és törvények szélesebb körét kell alkalmazni. Az áttekinthetőség kedvéért a témát külön tézisek és posztulátumok formájában mutatjuk be.

3. A HTSC tézisei és posztulátumai.

3.1. A külső potenciál hatására a vezetőben lévő elektromos áram viselkedésére vonatkozó elképzelések alapjául figyelembe kell venni a plazma áramának hatásait. Ismeretes, hogy a plazmában az áram (az elektronok teljes áramlása) mágneses erővonalak mentén mozog, míg az elektronok az említett erővonalak körül jellegzetes, DEBYE sugarú LARMOR pályákkal „forognak” (lásd plazmafizika). A bemutatott mozgást helyi területeken szupravezető tulajdonságok jellemzik. Ez az elektronok alapvető tulajdonságaiból fakad (különösen a spin és a MEGJEGYZÉSben leírt egyéb tulajdonságok). Ugyanakkor valamiért (indokolatlanul) megtagadják (?!) az ilyen mérlegelést a szilárd anyagok árammozgásának modellezésekor. Eközben ez a megközelítés nagyon eredményes az elektronok lokális mozgásának leírásában a kristályos (és amorf) struktúrák mentén nanoméretű szinten. Ez a fajta megfontolás adja a kulcsot a vezetőben lévő hő okozta energiaveszteségek, valamint a szupravezetés megjelenésének megértéséhez.

3.2. A kvantumkötött elektronpárok spirálszerű mozgása (a BCS szerint) I. típusú szupravezetést ad. A kvantumoktól független elektronpárok spirális mozgása II. típusú szupravezetést idéz elő a plazmában.

Hasonló modell érvényes az elektronok mozgására is szilárd szupravezető anyagokban.

3.3. A magas hőmérsékletű szupravezetés a legtöbb atomi (nano méretű) távolságra lévő vezetőre jellemző, de a skála növekedésével eltűnik, az elektronok kvantumhullám-jellemzői és a vezető kristályszerkezete közötti eltérés miatt.

Ez a gyakorlat szempontjából legfontosabb következtetést feltételez. A benzolgyűrűk mintájára felépített zárt gyűrűs, nanoméretű vezetőszerkezetek magas hőmérsékletű szupravezetők. Ezt a gyakorlati következtetést kísérletileg is meg kell erősíteni. Azok a kutatók, akik megerősítették, megérdemlik, hogy Nobel-díjat kapjanak. Ennek a posztulátumnak a gyakorlati haszna mindenekelőtt abban rejlik, hogy megnyitja a lehetőséget elektromos nanoakkumulátorok létrehozására a mikroelektronika igényeire. Ennek a hatásnak a legígéretesebb alkalmazása egy KIBERNETIKUS REPLIKÁLÓ ANYAG modul TÖBB EGYESÍTETT NANO-MÉRETŰ MODUL (KS) felszerelése ilyen akkumulátorral.

3.4. A ferromágnesekben lévő dipólusok tulajdonságai lehetővé teszik, hogy ezeket (tulajdonságokat) a HTSC egy adott nanoszintű megnyilvánulásának tulajdonítsuk. Ezt a posztulátumot kísérletileg megbízhatóan meg kell erősíteni. A megerősítés magas jutalmakkal jár.

3.5. A fizika és a technológia terén a legnagyobb kilátások a lineáris HTSC-hez kapcsolódnak.

A HTSC-ben az elektronok kvantumkonzisztens mozgásának javasolt modellje fényében a szilárd anyag legkedvezőbb lineáris szerkezete (nanoszinten) a HTSC előfordulásához a spirális spirális. Ez a legfontosabb posztulátum! Vannak-e olyan természetes építmények, amelyek megfelelnek ennek a követelménynek? Igen! És már régóta ismertek. Ezek...RNS-DNS Molekulák! Hogyan tudott hatalmas számú kutató figyelmen kívül hagyni egy ilyen jelentős tényt?! Felelősséggel kijelenthető, hogy az RNS-DNS HTSC tulajdonságai magyarázzák a biológiai replikáció számos, egyébként nehezen megmagyarázható tulajdonságát. Az utolsó tézis érvényességének bizonyításához elegendő kiszámítani a replikációs folyamat kémiai energiáját. A HTSC hatás hiányában a replikációs folyamat olyan energiaigényes lenne, hogy egyszerűen lehetetlenné válna. Az ezt a posztulátumot megerősítő kísérleteket az erre a területre szakosodott kutatókra bízzuk. Ezeknek a megerősítő vizsgálatoknak a jelentősége azonban olyan nagy, hogy a kutatók újabb Nobel-díjat érdemelnek. A cikk szerzője bízik e posztulátum közelgő kísérleti megerősítésében. A bizalom abból fakad, hogy számos példát megértünk a biológiai objektumok extrém energiájú megnyilvánulásaira, amelyek megmagyarázhatatlanok a HTSC tulajdonságok megnyilvánulása nélkül.

3.6. A HTSC biológiai anyagok helikális-helikális szerkezetének modellezése napirendre tűzi az ilyen nem biológiai anyagok előállítását - optimális HTSC tulajdonságokkal. Mik legyenek az ilyen anyagok fizikai és kémiai jellemzői?

Az ilyen anyagoknak mindenekelőtt lineárisan orientáltnak, spirális-spirális szerkezetűnek, nanoméretű keresztmetszetűnek kell lenniük. Ezek az anyagok - „vonalak” hasonlóak egy hosszúkás (nem golyóvá tekert, mint a fehérjékben szokásos) RNS-DNS molekulák kötegéhez. Analógia adható többeres kábellel. A HTSC tulajdonság egy ilyen anyagban csak egy (hosszirányú) koordinátatengely mentén nyilvánul meg. Az egyes HTSC-vezetékek között elektromosan szigetelő közegnek kell lennie. Ez egy másik analógiát tár fel a többeres kábellel. Az egyes vonalak elektromos vezetőképessége (HTSC módban) nagyon alacsony lesz. A „kábel” nagy elektromos vezetőképességét a kábelben jelen lévő nanoméretű keresztmetszetű vonalak összege határozza meg.

A HTSC tulajdonságokkal rendelkező anyagok előállításához a technológiák hatékony kombinációjára van szükség.

4. HTSC anyagok gyártási technológiái.

Jelentős problémának tűnik az ultrahosszú vezetékek gyártása (a vezetékek csomópontjainál megjelenik a szokásos elektromos ellenállás, és megszűnik a HTSC effektus) és a kábelbe való szabályos beépítés. A problémát úgy oldják meg, hogy mindkét technológiát egyetlen technológiává egyesítik. Ezzel párhuzamosan sok vezetéket gyártanak és szerelnek be egy kábelbe, ahogy az a síktechnológiákban történik.

Ugyanakkor a mikroelektronika, a planáris technológiák (és különösen az epitaxia) gyártásában már ismert formában -

nem jó. Itt egyértelműen háromdimenziós szerkesztésre van szükség, és különösen fontos a 3. dimenzió, amely a sor hosszáért felelős.

A harmadik (hosszirányú) dimenzió mentén szerveződő környezet szükséges. Úgy tűnik, ebben az alkalmazásban nincs jobb az elektromágneses mezőnél. Az optimális anizotrópia poloidális mágneses tere az a „keret”, amely mentén a HTSC vonalak kialakulnak. Az említett teljesítmény „váz” mellett a menetalap anyaghordozói is szükségesek. Nincs mód ferromágneses anyagok nélkül. Az atomvas (Fe) feltehetően alkalmas erre a célra. Maga a nanospirál vezető vas (monatomos keresztmetszetű) alapra felfűzve szénből (C) legyen.

Ahhoz, hogy a szénszál egyenletes forgási formáját érjük el a vasalap körül, optimális áramot kell átvezetni a kialakult izzószál mentén. Lehetőség van „építőanyagok” klaszterekben történő szállítására - Fe C.

Egy másik szükséges feltétel a vezetékek kialakítása elektromosan szigetelő környezetben, amely a technológiai folyamat befejezése után stabilizálódik, „lefagy”, és a kábel része marad a teljes működési időszak alatt. Az egyes sorok szigetelőrétegének nagyon vékonynak (nano méretűnek) kell lennie, stabilnak kell lennie a gyártási folyamat és az üzemeltetés során. Stabilitása és a környezet különböző fizikai jellemzőivel (elsősorban hőmérséklettel) szembeni ellenállása nagymértékben meghatározza a HTSC kábel egészének működőképességét.

Olyan kémiai folyamatfeltételeket kell alkalmazni, amelyek a legjobban védik a végterméket - HTSC-kábelt. Megjelenik a HTSC gyártásának alapkoncepciója és ötletei. Minden részletes kutatás-fejlesztés a szerkezeti anyagok kiválasztására (sorszámuk, arányuk és koncentrációjuk), valamint a technológia paraméteres jellemzőire (hőmérséklet, mágneses térerősség, elektromos áram stb.) vonatkozik. Néhány paramétert tapasztalati úton határoznak meg.

Következtetés.

A HTSC anyagok gyártási technológiájának bemutatott része korántsem teljes. Figyelembe véve a tömeges plágium modern gyakorlatát és a szellemi tulajdonra vonatkozó imperatívusz teljes megsértését, a szerző kénytelen késéssel közzétenni a technológia egy másik részét a szerző személyes honlapján http://futurocosmos.uCoz.ru/

Két út áll nyitva a kutatók előtt.

Először is: anélkül, hogy megvárná a hiányzó részt, önállóan kezdje el a munkát a bemutatott PATH-on a HTSC megszerzéséhez. A publikált anyag bőven elegendő a munka bővítéséhez (és pozitív eredmény eléréséhez) ezen a területen.

Másodszor: várja meg a szerző átfogó publikációját, de a publikálás csak akkor következik be, amikor a szerző fejlesztéseinek teljes komplexumán, amelyet a honlapon bemutatnak és a „Tér kolonizációja: problémák és kilátások” című könyvben is megjelentek, elkezdődik a munka.

A társadalom számára hasznos, hogy véget vessen annak a gyakorlatnak, hogy a legkönnyebben megvalósítható, azonnali kereskedelmi haszonnal kecsegtető műszaki megoldásokat „kiragadja”.

Az első prioritás a HTSC (és más szabadalmaztatott találmányok és fejlesztések) bevezetése Oroszországban, és ennek alapján technológiai előny megszerzése a versenyben más országokkal és nemzetekkel.

Engem a megtiszteltetés!

Akadémikus

és találmányok (MAANOI),

Az Orosz Természettudományi Akadémia doktora Zolotukhin Vlagyimir Antonovics.

És az alatta lévő vita. Tekintettel arra, hogy ma szupravezető kábelek gyártásával foglalkoztam, szerettem volna beszúrni pár megjegyzést, de csak olvasható... Végül úgy döntöttem, írok egy rövid cikket a magas hőmérsékletű szupravezetőkről.

Először is, minden esetre szeretném megjegyezni, hogy maga a „magas hőmérsékletű szupravezető” kifejezés olyan szupravezetőket jelent, amelyek kritikus hőmérséklete meghaladja a 77 K (-196 °C) - az olcsó folyékony nitrogén forráspontját. Gyakran tartalmaznak körülbelül 35 K kritikus hőmérsékletű szupravezetőket, mert Ez volt az első szupravezető La 2-x Ba x CuO 4 kuprát (változó összetételű anyag, tehát x) hőmérséklete. Azok. A „magas” hőmérséklet itt még mindig nagyon alacsony.

Két magas hőmérsékletű szupravezetőt széles körben alkalmaznak - YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO, Y123) és Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (BSCCO, Bi-2223). Az YBCO-hoz hasonló anyagokat is használnak, amelyekben az ittriumot egy másik ritkaföldfém elem, például gadolínium helyettesíti, általános elnevezésük ReBCO.
Az előállított YBCO és más ReBCO kritikus hőmérséklete 90-95 K. Az előállított BSCCO eléri a 108 K kritikus hőmérsékletet.

A magas kritikus hőmérséklet mellett a ReBCO és a BSCCO a kritikus mágneses mező (folyékony héliumban - több mint 100 T) és a kritikus áram magas értékeivel is megkülönböztethető. Utóbbinál azonban nem minden olyan egyszerű...

A szupravezetőben az elektronok nem önállóan mozognak, hanem párban (Cooper-párok). Ha azt akarjuk, hogy az áram áthaladjon az egyik szupravezetőből a másikba, akkor a köztük lévő résnek kisebbnek kell lennie, mint ennek a párnak a jellemző mérete. Fémek és ötvözetek esetében ez a méret több tíz vagy akár több száz nanométer. De az YBCO-ban és a BSCCO-ban ez csak néhány nanométer és egy nanométer töredéke, a mozgás irányától függően. Még a polikristály egyes szemcséi közötti hézagok is eléggé észrevehető akadálynak bizonyulnak, nem beszélve a szupravezető két különálló darabja közötti résekről. Ennek eredményeként a szupravezető kerámiák, hacsak nem alkalmaznak speciális trükköket, csak viszonylag kis áramot képesek átvezetni magukon.

A problémát legegyszerűbben a BSCCO-ban oldották meg: szemcséi természetesen sima élekkel rendelkeznek, és a legegyszerűbb mechanikai tömörítés lehetővé teszi, hogy ezeket a szemcséket nagy kritikus áramérték elérése érdekében rendezzék. Ez lehetővé tette a magas hőmérsékletű szupravezető kábelek, vagy inkább a magas hőmérsékletű szupravezető szalagok első generációjának gyors és egyszerű létrehozását. Ezek egy ezüst mátrix, sok vékony, BSCCO-val töltött csövet tartalmaznak. Ez a mátrix lelapul, és a szupravezető szemcséi elérik a kívánt sorrendet. Vékony rugalmas szalagot kapunk, amely sok egyedi lapos szupravezető magot tartalmaz.

Sajnos a BSCCO anyaga korántsem ideális: kritikus árama nagyon gyorsan csökken a külső mágneses tér növekedésével. Kritikus mágneses tere meglehetősen nagy, de jóval e határérték elérése előtt elveszíti azt a képességét, hogy bármilyen nagy áramot átengedjen. Ez nagymértékben korlátozta a magas hőmérsékletű szupravezető szalagok használatát, nem tudták helyettesíteni a folyékony héliumban működő jó öreg nióbium-titán és nióbium-ón ötvözeteket.

A ReBCO teljesen más kérdés. De a megfelelő szemcseorientáció létrehozása nagyon nehéz. Csak viszonylag nemrég tanultak meg szupravezető szalagokat készíteni ezen az anyagon. Az ilyen, második generációs szalagokat úgy állítják elő, hogy szupravezető anyagot porlasztanak egy olyan hordozóra, amelynek speciális textúrája van, amely meghatározza a kristálynövekedés irányát. A textúra, ahogy sejthető, nanométeres méretű, tehát ez igazi nanotechnológia. A moszkvai „SuperOx” cégnél, amely nem kapcsolódik Szkolkovóhoz, ahol valójában voltam, egy ilyen szerkezet létrehozása érdekében öt közbenső réteget permeteznek egy fém hordozóra, amelyek közül az egyiket egyidejűleg permetezzük be egy gyors ionárammal, amely alá kerül. egy bizonyos szög. Ennek eredményeként ennek a rétegnek a kristályai csak egy irányban nőnek, amelybe az ionok a legnehezebbek kiporlasztani őket. Más gyártók, amelyekből négy van a világon, más technológiákat alkalmazhatnak. A hazai szalagok egyébként ittrium helyett gadolíniumot használnak, technológiailag fejlettebbnek bizonyul.

Második generációs szupravezető szalagok 12 mm szélességgel és 0,1 mm vastagságú folyékony nitrogénben külső mágneses tér hiányában akár 500 A áramot engednek át. 1 T erősségű külső mágneses térben a kritikus áram továbbra is eléri a 100 A-t, és 5 T-nál - 5 A-ig Ha lehűti a szalagot folyékony hidrogén hőmérsékletére (a nióbiumötvözetek ezen a hőmérsékleten még csak nem is mennek szupravezető állapotba), akkor ugyanaz a szalag képes lesz átmenni 500 A 8 T-os mezőben, és „valami” 200-300 A 8 T-os mezőben pár tíz Tesla (repül a béka). A folyékony héliumról nem kell beszélni: ezeken a szalagokon mágnesek vannak, amelyek mezője 100 Tesla! Igaz, itt teljes erővel jelentkezik a mechanikai szilárdság problémája: a mágneses tér mindig hajlamos megtörni az elektromágnest, de amikor ez a tér eléri a több tíz teslát, a törekvései könnyen megvalósulnak...

Mindezek a kiváló technológiák azonban nem oldják meg a szupravezető két darabjának összekapcsolásának problémáját: bár a kristályok egy irányba vannak orientálva, szó sincs a külső felület szubnanométer méretű érdességre való polírozásáról. Az amerikaiaknak van egy technológiájuk az egyes csíkok egymással való szinterelésére, de ez finoman szólva még mindig messze van a tökéletestől. A szalagokat jellemzően hagyományos forrasztással kötik össze, hagyományos ón-ólom forrasztóanyaggal vagy más klasszikus módszerrel. Természetesen ilyenkor véges ellenállás jelenik meg az érintkezőn, így ilyen szalagokból nem lehet olyan szupravezető mágnest létrehozni, ami nem igényel hosszú évekig tartó áramot, és egyszerűen egy pontosan nulla veszteségű vezetéket. De az érintkezési ellenállás a mikroohm kis töredéke, így 500 A áram mellett is csak a milliwatt töredékei szabadulnak fel ott.

Természetesen egy népszerű tudományos cikkben több szórakozásra vágyik az olvasó... Íme néhány videó a második generációs, magas hőmérsékletű szupravezető szalaggal végzett kísérleteimről:

Az utolsó videót egy YouTube-on megjelent komment hatására rögzítették, amelyben a szerző azzal érvelt, hogy szupravezetés nem létezik, és a mágnes lebegése teljesen független hatás, amely mindenkit arra kér, hogy az ellenállás közvetlen mérésével ellenőrizze helyességét. Amint látjuk, a szupravezetés még mindig létezik.

A szupravezetés egy kvantumjelenség, amely makroszkopikus léptékben nyilvánul meg. Szupravezetés akkor következik be, amikor bizonyos anyagokat az adott anyag számára meghatározott hőmérsékletre hűtnek le. kritikus hőmérséklet, amelyben egy anyag különleges szupravezető állapotba ugrik. A szupravezetők alapvető jellemzője az elektromos ellenállás teljes hiánya.

Ezt a jelenséget 1911-ben fedezte fel H. Kamerlingh Onnes. A következő kísérletben szupravezetés figyelhető meg. A kritikus Tc feletti hőmérsékleten egy fémgyűrűt helyezünk a B mágneses térbe. Ezután a hőmérséklet T értékekre csökken< T с. После этого поле В выключают. По закону электромагнитной индукции изменение магнитного поля вызывает в образце появление тока. Вследствие того, что в образце отсутствует сопротивление, ток может циркулировать бесконечно долго.

Ha T hőmérsékleten< T 0 увеличить индукцию В магнитного поля, то при некотором критическом значении В кр, которое называется критическим магнитным полем, сверхпроводящее состояние нарушается. Согласно современным представлениям сверхпроводящее и нормальное состояния представляет собой две фазы вещества, которые могут переходить друг в друга (рис.1).

Rizs. 1.

A szupravezetők második alapvető tulajdonsága a Meissner-effektus, i.e. a szupravezetők ideális diamágnesekké válnak, és kiszorítják a külső mágneses teret. Ezzel szemben az ideális rezisztív vezetőknek rögzíteni kell a mágneses fluxust. Az alábbi 2. ábra egy szupravezető gömb és egy rezisztív vezető viselkedését mutatja különböző hőmérsékleteken és külső mágneses mezőkön. A 2. ábrán. figyelembe vett esetek: 2a) T>T k, 2b) T<Т к, внешнее магнитное поле не равно нулю 2в) Т<Т к, внешнее магнитное поле равно нулю

2. ábra

A Meissner-effektus azzal függ össze, hogy egy körülbelül 10-6 cm vastag felületközeli rétegben egy egyenáram keringeni kezd, amelynek erőssége olyan, hogy az általa létrehozott mező a szupravezető vastagságában kompenzálja a külső teret. .

Léteznek I. és II. típusú szupravezetők.

Az I-es típusú szupravezetők hirtelen, a II-es típusú szupravezetők pedig fokozatosan a normál állapotba. Az alábbi ábra az M mágnesezettség függését mutatja a külső mágneses tér B indukciójától. A kezdeti görbék 0-tól a kritikus Bc értékig az I. és II. típusú szupravezetők esetében megegyeznek. Megfelelnek a Meissner-effektusnak. Az I. típusú szupravezetők (a. ábra) a mágneses tér kritikus értékénél hirtelen átállnak a normál állapotba, míg mágnesezettségük meredeken csökken.

A II-es típusú szupravezetők (b. ábra) a mágneses tér kritikus értékénél elkezdenek zökkenőmentesen átállni a normál állapotba, miközben mágnesezettségük simán csökken.

Az 1980-as évekig a szupravezetők legmagasabb kritikus hőmérséklete 23 K volt.

1986-ban 35 K kritikus hőmérsékletű szupravezetőket fedeztek fel. A felfedezések előtt folyékony héliumot használtak hűtőközegként (forráspontja 4,2 K). A 77,3 K-t (a nitrogén forráspontját) meghaladó kritikus hőmérsékletű szupravezetők felfedezése után az olcsóbb és könnyebben hozzáférhető nitrogént kezdték hűtőközegként használni. Ennek megfelelően az alacsony hőmérsékletű szupravezetőkről a hélium hőmérsékleti szint szupravezetőiként kezdtek beszélni, a magas hőmérsékletű szupravezetőket pedig a nitrogén hőmérsékleti szint szupravezetőinek.

Két kísérleti tény vezetett az alacsony hőmérsékletű szupravezetés természetének megértéséhez.

1. Azok a fémek, amelyek szobahőmérsékleten jó vezetők (ezüst, réz), nem rendelkeznek szupravezető tulajdonsággal. A rossz vezetők (higany) alacsony hőmérsékleten szupravezetővé válnak. Az ezüst és a réz jó vezetőképessége az elektronok és a kristályrács közötti gyenge kölcsönhatást jelzi. Éppen ellenkezőleg, a higanyban az elektronok intenzívebben lépnek kölcsönhatásba a ráccsal.

2. A legtöbb szupravezető esetében teljesül az összefüggés, ahol M egy izotóp atom tömege. A jelenséget izotóphatásnak nevezzük. Ez a kapcsolat az elektronok és a kristályrács ionjainak kölcsönhatását jelezte.

Minőségileg az alacsony hőmérsékletű szupravezetés jelensége a következőképpen írható le. A mozgó elektron elektromos tere hat a kristályrácsra, deformálva (polarizálva) azt. Ebben az esetben az elektron egy pozitív töltésfelhővel veszi körül magát a kristályrács helyén. Ha az elektron és a polarizált ion régiójának teljes töltése pozitívnak bizonyul, akkor ez a tartomány újabb elektront vonzhat be. Ebben az esetben a kristályrács pozitív helyével való kölcsönhatás révén az ellentétes orientációjú spinekkel és momentumokkal rendelkező elektronok egy párba egyesülnek. Az ilyen párt Cooper-párnak nevezik L. Cooper tudós neve után, aki ezt az elméletet kidolgozta. Egy Cooper pár pörgése 0, és engedelmeskedik a Bose-Einstein statisztikának. Ezért alacsony hőmérsékleten a Cooper-párokká való átalakulás széles körben elterjedt. Minden lendülettel rendelkező elektron csak olyan elektronnal léphet kölcsönhatásba, amelynek impulzusa egyenlő. Egy kristályban az elektronok állapota folyamatosan változik, így a párok halmazai is folyamatosan változnak. Ez a folyamat biztosítja az összes Cooper-pár közötti kapcsolatot. Az ilyen Cooper-párok Bose kondenzátumnak tekinthetők.

A magas hőmérsékletű szupravezetés felfedezése meglepetésként érte az elméleti fizikát, mert az alacsony hőmérsékletű szupravezetés elmélete nem adott magas kritikus hőmérsékleti értékeket.

A magas hőmérsékletű szupravezetők között speciális csoportot alkotnak a kuprátok, a bonyolult rétegszerkezetű vegyületek. A kuprátkristály átvitt értelemben a különféle elemekből álló „szendvicshez” hasonlítható. V.L. Ginzburg egy dielektrikum vagy félvezető rétegei között elhelyezkedő fémfilmből álló szupravezető modelljét tekintette. Ezen rétegek elektronjait a fém elektronjai taszítják, aminek következtében az utóbbi körül pozitív töltésű felhő jelenik meg, ami hozzájárul a Cooper-párok kialakulásához. V.L. szerint Ginzburg modellje lehetővé teszi a kritikus hőmérsékletek 200 K-ig történő fennállását.

A mai napig nincs jól kidolgozott elmélet a magas hőmérsékletű szupravezetésről.

A szupravezetőket különféle eszközökben és műszerekben használják. A hélium hőmérsékletű szupravezető termékek közé tartoznak a tomográfok, szeparátorok és energiatároló eszközök. A szupravezető tomográfok a belső szervek minőségibb diagnosztikáját, az ércdúsításhoz szeparátorokat, a tárolóeszközök pedig több kilowattóra nagyságrendű energiatartalékot biztosítanak.

A folyékony hélium nitrogénnel való helyettesítése hűtőfolyadékként több százszorosára csökkenti a berendezések létrehozásának költségeit.

A hagyományos vezetők magas hőmérsékletű szupravezetőkkel való cseréje jelentősen csökkenti azok súlyát és jelentősen megnöveli az üzemidőt. Jelenleg műholdas és cellás kommunikációs rendszerekben, precíziós berendezésekben használják, amelyek elhanyagolható áramokat és a mágneses fluxusok változásait mérik.

A digitális szupravezető elektronikában olyan eszközöket hoznak létre, amelyek egy chipen nagy számú elemet tartalmaznak.

A szupravezető gyűrű és a mágnes között taszítás lép fel. Ez a jelenség motorokban és giroszkópokban is használható. Sok országban fejlesztenek mágneses levitációs vonatprojekteket. A szupravezető egysínen elektromos áram halad át. A vasúti kocsikban szupravezető mágneseket helyeznek el. A kocsik a sín fölött lebegnek. Egy ilyen vonat egy repülőgépéhez hasonló sebességet ér el.

Nem sokkal ezelőtt a magas hőmérsékletű szupravezetés (HTSC) jelensége csak a tudósokat érdekelte. Napjainkban azonban a HTSC-n alapuló, kereskedelmileg nyereséges termékek, köztük az Oroszországban gyártottak is belépnek az elektromos berendezések piacára. A HTSC áttörést hozhat az erőátviteli technológiák terén.

A HTSC egyáltalán nem meleg

A huszadik század elején felfedezték, hogy számos fémre és ötvözetre jellemző a szupravezetés, vagyis az a képesség, hogy az abszolút nullához közeli hőmérsékleten (körülbelül -270 °C) nulla ellenállással rendelkezzen. A szupravezetőket sokáig csak a folyékony hélium hőmérsékletén lehetett használni, ami lehetővé tette gyorsítóberendezések létrehozását és a mágneses rezonancia tomográfok.

1986-ban fedezték fel a szupravezetést körülbelül 30 K hőmérsékleten, amely Nobel-díjat kapott, majd az 1990-es évek elején. Már 138K-on is el lehetett érni a szupravezetést, és nem fémeket, hanem oxidvegyületeket használtak szupravezetőként.
Azokat a kerámia anyagokat, amelyek ellenállása nulla a folyékony nitrogén (77 K) hőmérséklete felett, magas hőmérsékletű szupravezetőknek (HTSC) nevezik. Ha azonban átváltjuk a Kelvint a számunkra jobban ismert Celsius-fokra, akkor megértjük, hogy nem túl magas hőmérsékletről beszélünk, mondjuk körülbelül mínusz 169–200 ° C-ról. Ilyen feltételeket még a kemény orosz tél sem képes biztosítani.

A kutatók elméjét izgatja az az ötlet, hogy olyan anyagokat találjanak, amelyek átvihetők szupravezetéshezállapota szobahőmérsékleten (293K). Elméletileg van ilyen lehetőség. Egyes jelentések szerint szupravezető tulajdonságokat állítólag még az egyes grafitszemcsékben is kimutattak speciális kezelés után. Napjainkban a „szoba-hőmérsékletű” szupravezetők (RTSC) keresése a nanotechnológia egyik kulcsfontosságú kutatási feladata. Azonban nem csak a gyakorlati alkalmazása, hanem a CTSC megbízható kísérleti megerősítése is holnap kérdése marad. A mai villamosenergia-ipar elsajátítja a magas hőmérsékletű szupravezetők használatát.

A magas hőmérsékletű szupravezetésen alapuló berendezések folyékony nitrogénnel történő hűtést igényelnek. Az iparági szakértők szerint ez egy viszonylag olcsó és kényelmes hűtőközeg, amely 77 K hőmérsékletet biztosít, és lehetővé teszi gyakorlati projektek megvalósítását.

A szupravezetés előnyei

A szupravezetés számos területen alkalmazható (és jelenleg is alkalmazzák). Először nagy térerejű mágnesek létrehozására használták. A szupravezetők segítségével mágneses levitáció érhető el, amely lehetővé teszi a nagysebességű vonatok zökkenőmentes, zaj és súrlódás nélküli mozgását. HTSC elektromos motorokat készítenek hajókhozés az ipar,

amelyek lényegesen kisebb tömeg- és méretparaméterekkel rendelkeznek azonos teljesítmény mellett. A szupravezetés a mikroelektronika és a számítástechnika szempontjából érdekes. Az alacsony hőmérsékletű szupravezetőket orvosi diagnosztikai eszközökben (tomográfokban) használják, sőt olyan egzotikus „megatudományi” projektekben is, mint a Nagy Hadronütköztető és a Nemzetközi Termonukleáris Reaktor. A magas hőmérsékletű szupravezetés a globális energia-dilemma leküzdésének reményeivel függ össze, amelyek egyrészt az energiafelhasználás jelen és jövőbeli folyamatos növekedésével járnak, másrészt radikálisan csökkenteni kell a szén-dioxid-kibocsátást a klímaváltozás megelőzése érdekében. Végül is a HTSC lényegében az elektromos áram előállítására és továbbítására szolgáló szokásos berendezéseket hozza ki elvbőlúj szint a hatékonyság terén.

A szupravezetők egyik legkézenfekvőbb alkalmazása az elektromosság átvitelében. A HTS kábelek minimális keresztmetszet mellett jelentős teljesítményt tudnak továbbítani, vagyis a hagyományos kábelektől eltérő sorrendű áteresztőképességűek. Amikor az áram áthalad egy szupravezetőn, nem keletkezik hő, és gyakorlatilag nincs veszteség, ami megoldja az elosztóhálózatok fő problémáját.

Generátorok a tekercselésnek köszönhetően szupravezetőből készült a hatalmas mágneses teret biztosító anyagok sokkal erősebbek lesznek. A Siemens konszern például három HTSC generátort épített, amelyek teljesítménye eléri a 4 MW-ot.

A gép kétszer könnyebb és kisebb, mint egy azonos teljesítményű hagyományos generátor. Ezenkívül a HTSC generátor nagyobb feszültségstabilitást mutatott, amikor a terhelés megváltozik, és jobb teljesítményt mutatott a meddő energiafogyasztás tekintetében. Ma a világ aktívan fejleszti a magas hőmérsékletű szupravezetésen alapuló szélgenerátorokat. Használatakor

A HTSC tekercsek 10 MW teljesítményű HTSC generátorok létrehozását teszik lehetővé, amelyek 2-4-szer könnyebbek, mint a hagyományosak.

A szupravezetők széleskörű elterjedésének ígéretes területe az energiatároló berendezések, amelyek szerepe a megújuló energiaforrásokat hasznosító korszerű energiarendszerek fejlesztése szempontjából is nagy. Még az ismert elektromos berendezések is, mint például a transzformátorok, minőségileg új tulajdonságokat szereznek a HTSC-nek köszönhetően. A szupravezetés lehetővé teszi olyan szokatlan eszközök létrehozását, mint a rövidzárlati áramkorlátozók, amelyek teljesen automatikusan korlátozzák az áramot rövidzárlat alattés automatikusan

a rövidzár megszűnésekor bekapcsol.

Második generációs szalag Ezek közül az ígéretes ötletek közül melyek váltak már gyakorlatba, és kinek az erőfeszítései? Először is meg kell jegyezni, hogy ma a piac az első és a második generációs magas hőmérsékletű szupravezetőket (HTSC-1 és HTSP-2) kínálja. Az eddig gyártott termékek mennyiségét tekintve a VTSP-1 még mindig nyerő, de a szakértők számára nyilvánvaló, hogy a jövő

Az egyik kulcsfontosságú orosz vállalat, amely a második generációs szupravezetők témájával foglalkozik, a SuperOx CJSC.

A Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem falain belül keletkezett, ahol a Kémiai Kar tudományos csoportja a szupravezetők vékonyrétegeinek lerakódásának technológiáján dolgozott. 2006-ban a felhalmozott ismeretek alapján kereskedelmi projekt indult a 2. generációs HTSC vezetékek hazai gyártásának megteremtésére.

2011-ben a SuperOx érdekköre az újonnan létrehozott SuperOx Japan LLC-vel való szoros együttműködés révén bővült. Létrehoztak egy kísérleti gyártósort, amely akár 500 A/cm szélességű kritikus áramú HTSC huzal gyártását teszi lehetővé. A SuperOx-Innovations cég 2011 óta szintén skolkovói rezidens, ahol alkalmazott kutatásokat végez a második generációs HTSC szalagok műszaki jellemzőinek optimalizálására, és különféle technológiákat fejleszt ezen anyagok előállításához. 2013-ban megkezdődött a VTSP-2 szalag gyártása a moszkvai Slava technológiai parkban. „Termékünk, a második generációs szupravezető szalag egy speciális rozsdamentes acélból készült, magas hőmérsékletnek ellenálló hordozó, amely utólag nem veszíti el mechanikai tulajdonságait vékony rétegek felhordásakor” – mondja Vadim Amelichev, a SuperOx JSC vezető specialistája.- Erre az aljzatra speciális módszerekkel puffer-oxid rétegeket, funkcionális rétegként gadolínium-bárium-kuprát filmet viszünk fel. Ezt a szerkezetet vékony ezüst- vagy rézréteggel vonják be, és úgy használják fel.

szupravezetésben

eszközöket. Ennek az anyagnak, amelynek filmvastagsága mindössze egy-két mikron, áramvezető képessége 1 mm² keresztmetszetenként körülbelül 500 A, vagyis több százszorosa a hagyományos rézkábelének. Ennek megfelelően ez a szalag ideális olyan alkalmazásokhoz, ahol nagy áramra van szükség. A fő alkalmazási területek a nagyáramú kábelek, a nagy mezőkhöz mágnesek.” A SuperOx teljes gyártási ciklussal rendelkezik a VTSP-2 szalaghoz. Ennek az innovatív terméknek az értékesítése 2012-ben kezdődött, és most már nemcsak Oroszországba, hanem Oroszországba szállítják az anyagot
„Nem sok VTSP-2 szalaggyártó létezik a világon” – magyarázza Vadim Amelichev. - Két amerikai cég van, Dél-Koreában és Japánban. Európában rajtunk kívül senki nem gyárt ilyen szalagot ipari méretekben.

Szalagunkat számos kutatóközpontban tesztelték, és megerősítették versenyképességét

jellemzői." Új iparág fejlesztése„Annak ellenére, hogy a magas hőmérsékletű szupravezetés meglehetősen nemrégiben jelent meg, a technológiai alkalmazásának kérdéseit intenzíven vizsgálják technológiailag a világ fejlett országaiban – mondja Viktor Pancsirnij, a műszaki tudományok doktora, az Orosz Föderáció AES rendes tagja, a Russian Superconductor JSC fejlesztési igazgatója. Modernizációs szövetség

és technológiai Az orosz gazdaság fejlesztése érdekében a „Szupravezetőipar” projekt az „Innovatív Energia” projekt részeként indult az „Energiahatékonyság” kiemelt területen. Ezt a projektet a szupravezetőipar területén a Rosatom Állami Corporation által létrehozott orosz Szupravezető vállalat koordinálja. A 2011-től 2015-ig tartó ötéves időszakban versenyképes technológiák létrehozását tervezik magas hőmérsékletű, második generációs szupravezetők gyártásához, hosszú (1000 m-ig) HTSP-2 szalaghuzalok kísérleti gyártásához, valamint prototípusok fejlesztését. HTSP-2 vezetékeken alapuló berendezések az elektromos energiaipar számára.

Ezek generátorok nagy teljesítményű és áramkorlátozók (COT), és kinetikus energiatárolók (KNE), valamint erős áramvezetékek mágneses rendszerek, induktív energiatároló eszközök (SPIN), transzformátorok, nagy teljesítményű villanymotorok számára. 2016-tól a tervek szerint a HTSC-2 vezetékek és számos, ezekre épülő eszköz sorozatgyártása indul.

„Strukturálisan a projekt kilenc, párhuzamosan végrehajtott feladatból áll” – magyarázza Viktor Pantsyrny. - 2011-től 2013-ig

sikerült elkészíteni a szupravezető gépek első hazai üzemű prototípusait - 50 kW-os motort és generátort, 0,5 MJ-os kinetikus energiatárolót, 3,5 MW-os szupravezető rövidzárlati áramkorlátozót 3,5 kV-os áramhálózatokhoz, 10 kVA-os szupravezető transzformátort, áramvezetékeket mágneses rendszerek esetén 1500A áramot enged át.

A VTSP-2 szalaghuzalok teljesen hazai gyártásának technológiájának alapjait is megteremtették, kezdve a nyersanyagoktól a késztermékek monitorozási módszereiig. Olyan alapvető technológiai megoldásokat találtak, amelyek lehetővé tették az energetikai eszközök teljes körű prototípusainak létrehozását. Így a 200 kW-os motor létrehozásának munkálatai jelenleg is zajlanak.” A HTSP-2 tekercsek használatának köszönhetően ilyen motor telepítve van elektromos autóhoz
(elektromos busz) 15-20%-kal növeli a futásteljesítményt az akkumulátortöltések között. 7 MVA-nál nagyobb teljesítményű szupravezető rövidzárlati áramkorlátozó készült és készül a vasúti közlekedési hálózatban történő tesztelésre. Befejeződik a szélerőművekben való használatra ígéretes 1 MVA generátor gyártása. Egyedülálló Rosatom technológiák alapján kinetikus energiatároló berendezés készül

szupravezetéssel lendkerekek felfüggesztése, amelynek energiaintenzitása meghaladja a 7 MJ-t.Érdemes megemlíteni egy olyan induktív energiatároló fejlesztését, amely rendkívül rövid idő alatt akár több MJ felhalmozott energiát is képes leadni. Az 1000 kVA kapacitású szupravezető transzformátor létrehozásának munkálatai szintén a végső szakaszban vannak. „Emellett a projekt legfontosabb eredménye egy erőteljes kísérleti kísérlet létrehozása lesz szupravezető technológiák".

AC kábelek

Lehetetlen nem beszélni egy 200 m hosszú szupravezető kábel létrehozásáról szóló orosz projektről. A kábel létrehozásán dolgoztak OJSC „Energia intézet őket. G.M. Krzhizhanovsky"(ENIN), OJSC "Összoroszország A Kábelipari Tudományos Kutatóintézet (VNIIKP), a Moszkvai Repülési Intézet és az OJSC Villamosenergia-ipari Tudományos és Műszaki Központja. A fejlesztés 2005-ben kezdődött, 2009-ben elkészült a prototípus, amelyet sikeresen teszteltek egy speciálisan kialakított egyedi teszthelyen.

A HTSC kábel fő előnyei a nagy áramterhelés, az alacsony veszteségek, a környezetbarátság és a tűzbiztonság. Ezen túlmenően, ha ilyen kábelen keresztül nagy teljesítményt továbbítanak 10–20 kV feszültségen, nincs szükség közbenső alállomásokra.

A HTSC kábel összetett többrétegű szerkezet. A központi tartóelem rozsdamentes acél spirál formájában készül, amelyet rézszalaggal áttekeredett réz- és rozsdamentes acélhuzalok vesznek körül. A központi elem tetejére két réteg szupravezető szalagot, a tetejére pedig nagyfeszültségű szigetelést helyeznek. Ezt követi a szupravezető ernyő, a rozsdamentes acél szalaggal tekert rugalmas rézszalag réteg felvitele. Mindegyik kábelmag a saját, 200 m hosszú, rugalmas kriosztátjába van behúzva.

Ennek a többkomponensű szerkezetnek a létrehozását bonyolítja, hogy a HTSC szalag rendkívül érzékeny A technológiai műveletek nagy részét a JSC VNIIKP alapján végezték.

A nagyfeszültségű szigetelés gyártásához azonban a kábelt Permbe szállították a Kamsky Kabel üzembe.

„A HTSC kábelnél a papírszigetelés felhordását végeztük el” – mondja Alexander Azanov, a Kamsky Cable LLC technológus-helyettese. - Egyedülálló berendezéseket használtak, amelyeket korábban olajjal töltött nagyfeszültségű kábelek gyártására használtak. Éppen ezért nem kímélték az erőforrásokat a félkész termék Moszkvából Permbe és vissza szállításában. És azt gondolom, hogy egyelőre az ilyen speciális kábelek gyártásához célszerű egyedi, különböző gyárakba telepített berendezéseket használni, mint egy helyre szervezni a gyártást. Rendkívül ritkán és nagyon rövid hosszban (legfeljebb 1 km) gyártják.

Ennek fő oka a HTSC kábelek és azok karbantartásának költsége (folyékony nitrogént folyamatosan át kell pumpálni a kábelen).

DC kábelek Napjainkban folytatódnak a fejlesztések a HTSC kábelek létrehozása terén. A JSC FGC UES és a JSC Tudományos és Műszaki Központ FGC UES közös kutatás-fejlesztési tevékenységet folytat „Magas hőmérsékletű szupravezető egyenáramú kábelvonal létrehozása 20 kV feszültségre, 2500 A áramerősséggel és legfeljebb 2500 m hosszúsággal.” A jövőbeli innovatív energiaátviteli rendszer első prototípusa - két darab 30 m-es bipoláris HTSC kábel, amelyet az FGC UES Tudományos és Műszaki Központjában fejlesztettek ki és az Irkutskkabel üzemben gyártottak - sikeresen átment a jelenlegi teszteken.

és nagyfeszültségű tesztek 2013-ban 2014 novemberében egy 50 MW teljesítményű innovatív erőátviteli átalakító berendezést teszteltek. segítségével több száz méter hosszú szupravezető kábel. A magas hőmérsékletű szupravezető kábelek használata a nagyvárosok áramellátására lehetővé teszi a földterületek és a hulladékok csökkentését

az építkezéstől

légvezetékeket és csökkenti a villamosenergia-veszteséget.

Az FGC UES Kutatási és Fejlesztési Központja megjegyzi, hogy a HTSC alapú egyenáramú kábelvonalnak számos előnye van a váltakozó áramú vonalhoz képest. Nemcsak a teljesítmény minimális veszteséggel történő átvitelét teszi lehetővé, hanem korlátozza a rövidzárlati áramokat, szabályozza a meddőteljesítményt, szabályozza a teljesítményáramlást és biztosítja annak fordítottját.

„Jó tudni, hogy a HTSC-kábelek orosz fejlesztői az élen járnak” – mondja Vitalij Viszockij, a műszaki tudományok doktora, az Orosz Tudományos Akadémia akadémikusa, a tudományos irány igazgatója - Head. a JSC "VNIIKP" szupravezető huzalok és kábelek osztálya.

„A villamosenergia-ipar szupravezetési piacának fejlődnie kell, mivel az energiafogyasztás sűrűsége folyamatosan növekszik, és szupravezetés nélkül lehetetlen a növekvő igények kielégítése” – mondja Vitalij Viszockij. - Az energetikai dolgozók azonban nagyon konzervatívak minden újjal kapcsolatban, sőt és drága. Ezért jelenleg a fő feladat az új projektek népszerűsítése kormányzati szervezetek támogatásával. Ez a szupravezető eszközök megbízhatóságának és hatékonyságának bizonyítéka lesz. Az új projektek megjelenése keresletet teremt a HTSC szalagok gyártására, növeli a kibocsátást és csökkenti az árakat, ami ismét segíti a piac fejlődését.”

„Ebben a szakaszban az összes kitűzött feladat átfogó megoldása lehetetlen az állam teljes segítsége nélkül, de évről évre nő a HTSC technológia befektetési vonzereje, ami lehetővé teszi, hogy nagy bizalommal számítsunk a magánbefektetések beáramlására. további kereskedelmi fejlesztésében” – ért egyet Viktor Pantsyrny kollégájával.
A szakértők örülnek annak, hogy általában véve állami szinten megértik a szupravezető technológiák fontosságát.
„A szupravezetőipar fejlesztése országos jelentőségű, és az átmenet fontos része az innovatívnak az ország gazdaságának fejlődési útja. Ezt a közelmúltban az Orosz Föderáció Szövetségi Nemzetgyűlése Állami Duma Energiaügyi Bizottságának elnöke mellett működő tanácsadó testület kibővített ülésén állapították meg, ahol különösen megjegyezték, hogy az Orosz Föderáció gazdasági és politikai függetlenségének biztosítása érdekében Oroszország, stratégiailag szükséges, hogy a hazai termelés alacsony legyen és magas hőmérséklet szupravezető anyagok, szupravezető eszközök és ezeken alapuló termékek” – számol be Viktor Pantsyrny.

Jövőbeli tervek

Szakértőket kértünk fel annak felmérésére, hogy szerintük a szupravezetés mely alkalmazásai a legígéretesebbek, és hol számíthatunk a technológia kereskedelmi felhasználására a következő években.

„Mint az egész világon, ma Oroszországban a szupravezető kábelprojektek a legfejlettebbek. Fejlődniük kell, és reméljük, hogy fognak is fejlődni” – mondja Vitalij Viszockij. - A HTSC alapú szupravezető kábelek már tisztán kereskedelmi terméknek számítanak, bár még mindig meglehetősen drágák. Olcsóbb lesz, ha elkezdődik széles körű bevezetése, és jelentős mennyiségű HTSC szalagra lesz szükség, ami csökkenti a költségeket termelésüket.

Azonban véleményem szerint a legszükségesebb és igényes a villamosenergia-ipar számára szupravezető rövidzárlati áramkorlátozók 100 kV-os és magasabb feszültségszintekhez.

Az ilyen feszültségosztályú hagyományos eszközök egyszerűen nem léteznek, és egyszerűen nem nélkülözhetjük a szupravezetést.

Hazánkban már tárgyalnak ilyen projektekről. Emellett véleményem szerint a szélgenerátorok HTSC gépeinek jó kilátásai vannak. Egyetlen generátor tömegének jelentős (sokszoros) csökkentését és az egységnyi teljesítmény növekedését ígérik.” „Ma a szupravezető termékek piacának fejlődésének motorja az elektromos energiaipar (tápkábelek és áramkorlátozók) – mondja Andrej Vavilov. „De számos más iparágban is jelentős potenciál rejlik. Például manapság olyan lehetőségeket fejlesztenek ki, amelyek segítségével a HTSC-huzal hatékonyan helyettesítheti az alacsony hőmérsékletű szupravezetőket a tudományban, az izotópgyártásban és az orvostudományban használt gyorsítótechnológiában. Oroszországnak nagy tervei vannak ezen a területen, különösen a dubnai modern NICA ütköző megépítésével.

Hatékony forgógépek létrehozása egyedi vontatási jellemzőkkel, kis tömeggel és tömeggel nagy lehetőségeket rejt magában.

Az ilyen motorokra elsősorban a nagy hajók mozgásának biztosítására van szükség, és generátorokat is lehet használni megújulóban energia. A mágneses levitáció jelensége ma teljesen új távlatokat nyit meg. Ezek nem csak szállítórendszerek, hanem érintésmentes manipulátorok, valamint tartós csapágyak is sokféle alkalmazási lehetőséggel.”„A magas hőmérsékletű szupravezetés további fejlesztése nemcsak kifejezett multiplikátor hatással lesz

a villamosenergia-iparban,

hanem más iparágakban is, mint például az űripar, a repülés, a tengerészet, az autóipar

és a vasút(High T c) - anyagcsalád (szupravezető kerámia) közös szerkezeti jellemzővel, viszonylag jól elkülönülő réz-oxigén síkokkal. Ezeket kuprát szupravezetőknek is nevezik. A család egyes vegyületeiben elérhető szupravezető átmeneti hőmérséklet az ismert szupravezetők közül a legmagasabb. Jelenleg a rekord kritikus hőmérsékletet T c =135 K (nyomás alatt T c =165 K, -109 °C) az 1993-ban S. N. Putilin és E. V. Antipov által felfedezett HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+x anyag tartja. a Moszkvai Állami Egyetemről. A normál (és szupravezető) állapotok sok közös vonást mutatnak a különböző kuprát-összetételek között; ezen tulajdonságok közül sok nem magyarázható a BCS elmélet keretein belül. Jelenleg nincs konzisztens elmélet a kuprátok szupravezetésére; a probléma azonban számos kísérleti és elméleti eredményhez vezetett, és ezen a területen nem csak a szupravezetés szobahőmérsékleten való elérése az érdeklődés. A magas hőmérsékletű szupravezető kuprátok osztályának első vegyületét, a La 2-x Ba x CuO 4-et Karl Müller és Georg Bednorz fedezte fel 1986-ban. A felfedezésért 1987-ben azonnal Nobel-díjat kaptak.

Intermetallik

2001-ben felfedezték a 2-es ötvözetet (magnézium-diborid), amely rekord hőmérsékletű intermetallikus vegyületek esetén a szupravezető állapotba való átmenethez, T c = 40 K. Ennek az anyagnak a kristályszerkezete váltakozó bór- és magnéziumrétegekből áll. A rétegződés a fizikai tulajdonságok anizotrópiájához vezet, azaz. elektromos vezetőképesség, optikai abszorpciós spektrum, szilárdság stb. különböznek a rétegek síkjában és a rétegekre merőleges irányban. Ez a kétsávos vegyület lett a tudomány által ismert első olyan szupravezető, amelynél egyszerre két szupravezető rés van (duplarés szupravezetés), amit elméletileg megjósoltak és kísérletileg is megerősítettek. A lyuk kvázi-kétdimenziós bórzónáiban (σ-zónák) a szupravezető állapotba való átmenet során körülbelül (10-11) meV értékű Δ σ rés (egy elektronok és lyukak tiltott energiáinak sávja) keletkezik. maximum T s képződik a kvázirészecskék spektrumában. A magnézium háromdimenziós zónáiban (π-zónák) megközelítőleg (1,5 - 3) meV amplitúdójú Δ π szupravezető rés is kialakul. Így a szupravezető 2-ben két szupravezető kondenzátum létezik egymás mellett: egy izotróp háromdimenziós (a magnézium π-sávjaiból) és egy kétdimenziós lyukas (bórrétegekben lokalizálva).

Más atomok szennyeződéseinek bevitele a 2-be, azaz. az adalékolás a Tc kritikus átmeneti hőmérséklet csökkenéséhez vezet. Úgy tűnik, ennek a vegyületnek természeténél fogva a szupravezetésre optimalizált jellemzői vannak, és nem lehet mesterségesen „javítani”. Amikor Tc 40 K-ról 10 K-ra csökken, a kis Δπ rés értéke kissé megváltozik, és a nagy rés Δσ értéke a kritikus hőmérséklettel együtt csökken, a kísérletezők lineáris kapcsolatot észlelnek Tc és Δσ között. A BCS elmélet jellemző aránya 2Δ σ /k B T s vezető orosz kísérletezők szerint 5-7 tartományba esik, ami erős elektron-fonon kölcsönhatást jelez a bórrétegekben és 2-vel közelebb visz a kuprát HTSC-ekhez.

Szupravezető pniktidok és szelenidek

2008-ban figyelemreméltó felfedezés történt a szupravezető vegyületek egy új osztályára, amelyekben magas a kritikus hőmérséklet Tc - a vas és az V. csoportba tartozó elemek (pniktidok) vagy az ún. ferropniktidok vagy vas-szelenidek. A szupravezető állapotot először a mágneses atomokat tartalmazó vegyületekben állapították meg (). Az összes vastartalmú szupravezető (6 család ismert már) kristályszerkezete váltakozó rétegekből áll, amelyekben a vasatomokat atomtetraéder veszi körül, vagy ami elnyomja az atomok mágneses tulajdonságait. Jelenleg a Tc-érték rekordere az oxigént helyettesítő fluorral adalékolt GdOFeAs (Gd-1111) vegyület. T c értéke eléri az 55 K-t.

Minden vastartalmú szupravezető többsávos szerkezettel rendelkezik, és kvázi kétdimenziós (a síkok közötti irányú tulajdonságok anizotrópiáját mutatják). A szupravezető állapotba való átmenet során minden zóna saját rést nyit a kvázirészecske spektrumban, ami legalább két szupravezető kondenzátum megjelenéséhez és többrés szupravezetéshez vezet, hasonlóan a 2. esethez (magnézium-diborid). A BCS elmélet 2Δ nagy /k B T s karakterisztikus aránya az orosz kísérletezők becslései szerint 4,6-6 tartományba esik.

Szerves szupravezetők

A 60-as évek végén és a 70-es évek elején nagy reményeket fűztek a szerves töltéstranszfer komplexek (CTC) szintéziséhez - például az en:TCNQ -TTF (tetracianokinodimetán-tetratiafulvalén) komplexek. Számos ígéretes vegyület szintézise ellenére azonban kiderült, hogy ezekben a komplexekben a szupravezetés alacsony áramsűrűség mellett is instabil.

Megjegyzések

Linkek

Wikimédia Alapítvány.

• 2010.
• Wah (közbeszólás)

Péter és Pál híd

Nézze meg, mi a „magas hőmérsékletű szupravezetés” más szótárakban: magas hőmérsékletű szupravezetés - szupravezetés magas hőmérsékleten - [A.S. Goldberg. Angol-orosz energiaszótár. 2006] Energia általános szinonimák szupravezetés magas hőmérsékleten EN magas hőmérsékletű szupravezetés ...

Műszaki fordítói útmutató Szupravezetés

- A magas hőmérsékletű, folyékony nitrogénnel hűtött szupravezető felett lebegő mágnes A szupravezetés néhány társ tulajdonsága... Wikipédia MAGAS HŐMÉRSÉKLETŰ SZUPERVEZETÉS KERÁMIA - (HTSC kerámia), kerámiák (lásd KERÁMIA), oxid magas hőmérsékletű szupravezetők alapján készült (lásd OXID FÉLVEZETŐK). A szupravezető kerámiát először 1986-ban szerezte be J. Bednorz (lásd BEDNORZ Johannes Georg) és K...

Enciklopédiai szótár HTSC - magas hőmérsékletű szupravezetés...

Orosz rövidítések szótára Az új, ígéretes technológiák listája

- tartalmazza a legkiemelkedőbb aktuális eseményeket, eredményeket és innovációkat a modern technológia különböző területein. Az új technológiák azok a technikai újítások, amelyek progresszív változásokat jelentenek a területen belül... ... Wikipédia Tellúr

- 52 Antimon ← Tellúr → Jód ... Wikipédia

Tellúr / Tellúr (Te) Atomszám 52 Egyszerű anyag megjelenése Az atom tulajdonságai Atomtömeg (móltömeg) 127,6 a. e.m. (g/mol) ... Wikipédia MAGAS HŐMÉRSÉKLETŰ OXID SZUPERVEZETŐK - nagy kritikusságú oxidvegyületek. a T átmenet sebessége az átmenetből a szupravezető állapotba. A szupravezetés felfedezése ezekben a vegyületekben (1986 88) jelentősen megnövelte a Tc ismert értékeinek szintjét 24 K-ról Nb3Ge-ben 120 KV-ra T12 Ba 2 Ca 2 Cu3 O ... ...