Superpërçueshmëri në temperaturë të ulët dhe në temperaturë të lartë. Superpërçueshmëri me temperaturë të lartë

Neni: Temperaturë të lartë

Superpërçueshmëria (HTSC).

Baza teorike dhe teknologjia e krijimit

Materialet me pronën

Superpërçueshmëri me temperaturë të lartë

(pa rezistencë elektrike

Deri në temperaturat e dhomës dhe më lart).

Akademiku MAANOI, Doktor RANS.

Neni: Superpërçueshmëria në temperaturë të lartë (HTSC).

Doktor i Akademisë Ruse të Shkencave të Natyrës).

Teknologjia e krijimit të materialeve me temperaturë të lartë

(në temperaturat e dhomës dhe më lart) superpërçueshmëri (mungesë e rezistencës elektrike).

1. Parakushtet për zgjidhjen e problemit HTSC.

Formulimi i problemit (zgjidhja e problemit HTSC) përcaktohet jo vetëm nga perspektivat unike të energjisë së gjelbër për zgjidhjen e tij, por edhe nga nevoja për zbatimin e avancuar të HTSC, si një parakusht për zbatimin e një SUBSTANCË REPLIKUESE KIBERNETIKE NË SHUMË TË UNIFIKUARA. MODULET NANO-SIZE (KS).

Arsyetimi teorik dhe nevoja për të krijuar një sistem hapësinor jepen në librin e autorit të këtij artikulli: “Kolonizimi i hapësirës: Problemet dhe perspektivat”. Në kohën e shkrimit të librit, u formuluan qasjet kryesore dhe parimet teorike për zbatimin e HTSC. Autori nuk i botoi qëllimisht, duke u dhënë mundësinë studiuesve të tjerë të zgjidhin problemin. Kjo pasqyrohet në librin e përmendur (1 1997, Novokuznetsk dhe 2 2003, Tyumen - botime). Motivimi i këtij veprimi ishte dëshira e autorit për të mos marrë mbi vete zgjidhjen e TË GJITHA problemeve të përgjithshme shkencore dhe teknike të njerëzimit dhe për t'u dhënë mundësinë për kreativitet studiuesve dhe ekipeve të tjera.

Teknologjitë për prodhimin e HTSC më në fund u “lustruan” në kohën kur autori shkroi artikullin: “FILLIMET E TEORISË TË PËRGJITHSHME TË UNIVERSUMIT” (NOTU), (2010 – 2011). Kur u publikua, u njoftua edhe botimi i këtij artikulli (në HTSC) (shih materialet në faqen personale të autorit).

Meqenëse, deri më sot, studiues të tjerë nuk e kanë zgjidhur problemin HTSC, autori i këtij artikulli publikon vizionin e tij për zgjidhjen e tij. Më tej, "t'i japësh një fillim" studiuesve të tjerë nuk ka kuptim.

Në të njëjtën kohë, me rastin e publikimit të këtij shkrimi, autori ndërmerr një sërë masash kundër plagjiaturës, si p.sh.: shpërndarja paraprake në autoritete të shumta (redaksia e revistave të specializuara, etj. media, ROSPATENT, RAS, Administrata e Presidentit të Rusia, Fondi për Bazat, etj.) me postë letre, me datën e prioritetit të deklaruar për artikullin postar; shpërndarja e mëvonshme tek marrësit e specializuar me e-mail; "shënues" logjikë në përmbajtjen e artikullit.

Vetëm si mjet i fundit teksti i artikullit postohet në faqen personale të autorit, i shoqëruar me njoftime për publikimin e tij në faqe të tjera.

Janë marrë edhe masa të tjera, të paparalajmëruara (por... - efektive) kundër plagjiaturës. Dashamirët grabitqarë dhe mediokër të përfitimit nga prona intelektuale e të tjerëve nuk kanë çfarë të bëjnë këtu...

Duhet shtuar se mënyrat për të zgjidhur problemin HTSC janë të lidhura dhe burojnë nga postulatet e NOTU. Logjika e teorisë gjeneralizuese të universit pasqyrohet këtu, edhe pse jo gjithmonë absolutisht (shteruese). Për më tepër, mënyrat e treguara për zgjidhjen e problemit HTSC janë pjesë përbërëse e të gjithë KOMPLEKSIT të ideve dhe zhvillimeve të autorit.

2. Bazat teorike.

Efekti i superpërçueshmërisë u zbulua nga Kamerlingh Onnes në vitin 1911 gjatë eksperimenteve që studionin rezistencën elektrike të një numri metalesh në temperatura ultra të ulëta. Numri i materialeve superpërcjellëse aktualisht arrin në dhjetëra. Temperaturat më të larta të kalimit në gjendjen superpërcjellëse (Tc) për materialet klasike (metalet dhe lidhjet) arrijnë 23,2 K (për niobin ndërmetalik dhe germaniumin). Vlerat rekord të temperaturave kritike u morën pas zbulimit të një klase të re superpërcjellësish nga G. Bednorz dhe K. Müller - qeramika që përmban bakër. Këtu arrin temperatura kritike

135 K. Superpërcjellësit ndahen në: S/P tip I dhe S/P I tip.

Fusha magnetike praktikisht nuk depërton në ato të parat (ajo është e shtyrë - domethënë, ajo shfaq vetinë e një materiali ideal diamagnetik). Së dyti, fusha magnetike depërton. Arsyetimi teorik i pranuar përgjithësisht për ekzistencën e superpërçueshmërisë është teoria BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer). Shpjegimi i efektit S/P vjen deri te shfaqja e çifteve bosonike të elektroneve në material dhe manifestimi i mekanizmit të fononit. Në të njëjtën kohë, zbulimi i qeramikës superpërcjellëse tregoi se BCS është i pamjaftueshëm për të kuptuar të gjitha karakteristikat e efektit të superpërçueshmërisë.

Detyra shkencore dhe teknike më e rëndësishme dhe më e ngutshme është justifikimi teorik dhe kërkimi (ose krijimi) i materialeve S/P me një temperaturë kritike (TC) të rendit 300 gradë K dhe më lart (e ashtuquajtura superpërçueshmëri e temperaturës së lartë - HTSC). Arritja e këtij qëllimi do të çojë në një revolucion në industrinë e energjisë elektrike Në veçanti, nevoja për pajisje kriogjenike për të marrë C/P do të eliminohet. Më tej, bëhet e mundur ndërtimi i linjave të energjisë në distanca ultra të gjata që funksionojnë praktikisht pa humbje energjie. Për më tepër, do të jetë e mundur të krijohen pajisje dhe pajisje të energjisë me karakteristika që aktualisht janë të pamundura.

Kjo është deklarata e detyrës (problemit). Ne do të përpiqemi ta zgjidhim.

Zgjidhja e këtij problemi duhet të bazohet jo vetëm në konceptet kuantike dhe teorinë BCS, por edhe në koncepte që shkojnë përtej kornizës së teorive tashmë klasike. Për më tepër, S/P në qeramikë (siç u përmend më parë) tregon veti përtej qëllimit të përshkrimit nga BCS. Ky është një fakt i pranuar përgjithësisht. Prandaj, duhet përdorur një gamë më e gjerë përkufizimesh dhe ligjesh fizike kur zgjidhet problemi HTSC. Për lehtësinë e perceptimit, temën do ta paraqesim në formën e tezave dhe postulateve të veçanta.

3. Tezat dhe postulatet e HTSC.

3.1. Baza e ideve për sjelljen e rrymës elektrike në një përcjellës nën ndikimin e një potenciali të jashtëm duhet të marrë parasysh efektet e rrjedhës së rrymës në plazmë. Dihet se në plazmë rryma (rrjedha totale e elektroneve) lëviz përgjatë vijave të fushës magnetike, ndërsa elektronet "rrotullojnë" rreth linjave të fushës së përmendur me orbita karakteristike LARMOR që kanë një rreze DEBYE (shih fizikën e plazmës). Lëvizja e treguar karakterizohet nga vetitë superpërçuese në zonat lokale. Kjo rrjedh nga vetitë themelore të elektroneve (në veçanti, spin-i dhe të tjera të përshkruara në SHËNIME). Në të njëjtën kohë, për ndonjë arsye një konsideratë e tillë refuzohet (në mënyrë të pajustifikueshme) (?!) kur modelohet lëvizja e rrymës në materiale të ngurta. Ndërkohë, kjo qasje është shumë produktive në përshkrimin e lëvizjeve lokale të elektroneve përgjatë strukturave kristalore (dhe amorfe) në nivelin nano. Është ky lloj konsiderate që siguron çelësin për të kuptuar humbjet e energjisë për shkak të nxehtësisë në një përcjellës, si dhe shfaqjen e superpërçueshmërisë.

3.2. Lëvizja spirale e çifteve të elektroneve të lidhura kuantike (sipas BCS) jep superpërçueshmëri të tipit I. Lëvizja spirale e çifteve kuantike të elektroneve të palidhura shkakton superpërçueshmëri të tipit II në plazmë.

Një model i ngjashëm është gjithashtu i vlefshëm për lëvizjen e elektroneve në materialet e ngurta superpërcjellëse.

3.3. Superpërcjellshmëria në temperaturë të lartë është karakteristikë e shumicës së përçuesve në distanca atomike (nano), por zhduket me rritjen e shkallës, për shkak të mospërputhjes midis karakteristikave të valëve kuantike të elektroneve dhe strukturës kristalore të përcjellësit.

Kjo postulon një përfundim që është më i rëndësishmi për praktikë. Strukturat e përçuesve me përmasa të unazës së mbyllur, të ndërtuara sipas modelit të unazave të benzenit, janë superpërçues me temperaturë të lartë. Ky përfundim praktik duhet të konfirmohet eksperimentalisht. Studiuesit që e konfirmuan atë meritojnë të marrin një çmim Nobel. Përfitimi praktik i këtij postulati qëndron, para së gjithash, në faktin se ai hap mundësinë e krijimit të nanoakumulatorëve të energjisë elektrike për nevojat e mikroelektronikës. Zbatimi më premtues i këtij efekti është pajisja e një moduli CYBERNETIC REPLICATING SUBSTANCE me një bateri në MODULET MULTIPLE UNIFIED NANO-SIZE (KS).

3.4. Vetitë e dipoleve në feromagnet bëjnë të mundur atribuimin e tyre (vetitë) në një manifestim të veçantë të HTSC në nan nivel. Ky postulat duhet të konfirmohet në mënyrë të besueshme eksperimentalisht. Konfirmimi fiton shpërblime të larta.

3.5. Perspektivat më të mëdha në fizikë dhe teknologji janë të lidhura me HTSC lineare.

Në dritën e modelit të propozuar të lëvizjes konsistente kuantike të elektroneve në HTSC, struktura lineare më e favorshme (në nan nivel) e një materiali të ngurtë për shfaqjen e HTSC është një spirale spirale. Ky është postulati më i rëndësishëm! A ka struktura natyrore që plotësojnë këtë kërkesë? Po! Dhe ata njihen prej kohësh. Këto janë...MOLEKULA ARN-ADN! Si arritën që një numër i madh studiuesish të humbisnin një fakt kaq domethënës?! Mund të thuhet me përgjegjësi se janë vetitë e ARN-ADN HTSC ato që shpjegojnë shumë veti ndryshe të vështira për t'u shpjeguar të replikimit biologjik. Për të vërtetuar vlefshmërinë e tezës së fundit, mjafton të llogaritet energjia kimike e procesit të replikimit. Në mungesë të efektit HTSC, procesi i riprodhimit do të konsumonte aq energji sa thjesht do të bëhej i pamundur. Eksperimentet që konfirmojnë këtë postulat u janë lënë studiuesve të specializuar në këtë fushë. Megjithatë, rëndësia e këtyre studimeve konfirmuese është aq e madhe sa studiuesit meritojnë një çmim tjetër Nobel. Autori i këtij artikulli është i sigurt në konfirmimin e ardhshëm eksperimental të këtij postulati. Besimi buron nga të kuptuarit e shembujve të shumtë të manifestimeve të energjisë ekstreme të objekteve biologjike, të pashpjegueshme pa manifestimin e vetive të HTSC.

3.6. Postulimi i një modeli të strukturës spirale-spiralike të materialeve biologjike HTSC vendos në rendin e ditës prodhimin e materialeve të tilla jobiologjike - me veti optimale HTSC. Cilat duhet të jenë karakteristikat fizike dhe kimike të materialeve të tilla?

Para së gjithash, materiale të tilla duhet të jenë të orientuara në mënyrë lineare, me një strukturë spirale-spiralore dhe një prerje tërthore në madhësi nano. Këto materiale - "linja" janë të ngjashme me një tufë molekulash ARN-ADN të zgjatura (jo të përdredhura në top, siç është zakonisht në proteina). Një analogji mund të jepet me një kabllo me shumë bërthama. Vetia HTSC në një material të tillë do të shfaqet vetëm përgjatë një boshti koordinativ (gjatësor). Duhet të ketë një medium izolues elektrik midis linjave individuale HTSC. Kjo zbulon një analogji tjetër me një kabllo me shumë bërthama. Përçueshmëria elektrike (në modalitetin HTSC) e secilës linjë do të jetë shumë e ulët. Përçueshmëria e lartë elektrike e "kabllit" përcaktohet nga shuma e linjave të prerjes tërthore me madhësi nano të pranishme në kabllo.

Kërkohet një kombinim efektiv i teknologjive për prodhimin e materialeve me vetitë HTSC.

4. Teknologjitë e prodhimit të materialeve HTSC.

Një problem i rëndësishëm duket të jetë prodhimi i linjave ultra të gjata (në kryqëzimet e linjave do të shfaqet rezistenca e zakonshme elektrike dhe efekti HTSC zhduket) dhe instalimi i rregullt në kabllo. Problemi zgjidhet duke kombinuar të dyja teknologjitë në një teknologji të vetme. Paralelisht, shumë linja prodhohen dhe instalohen në një kabllo, siç ndodh në teknologjitë planare.

Në të njëjtën kohë, tashmë e përdorur në prodhimin e mikroelektronikës, teknologjive planare (dhe epitaksisë, në veçanti) në formën e njohur -

Jo mirë. Këtu nevojitet qartë redaktimi tredimensional, dhe dimensioni i tretë, i cili është përgjegjës për gjatësinë e rreshtit, është veçanërisht i rëndësishëm.

Kërkohet një mjedis organizues përgjatë dimensionit të tretë (gjatësor). Duket se nuk ka asgjë më të mirë se fusha elektromagnetike në këtë aplikacion. Fusha magnetike poloidale e anizotropisë optimale përfaqësohet si "kornizë" përgjatë së cilës formohen linjat HTSC. Përveç "kornizës" së përmendur të fuqisë, kërkohen edhe bartës materiale të bazës së fillit. Nuk ka asnjë mënyrë për të bërë pa materiale feromagnetike. Hekuri atomik (Fe) me sa duket është i përshtatshëm për këto qëllime. Vetë përcjellësi nanospiral, i lidhur në një bazë hekuri (prerje tërthore monoatomike), duhet të jetë prej karboni (C).

Për të arritur formimin e qëndrueshëm rrotullues të filamentit të karbonit rreth bazës së hekurit, është e nevojshme të kalohet një rrymë optimale përgjatë filamentit të formuar. Është e mundur të furnizohen "materiale ndërtimi" në grupe - Fe C.

Një kusht tjetër i domosdoshëm është formimi i linjave në një mjedis elektrik izolues, i cili pas përfundimit të procesit teknologjik stabilizohet, “ngrihet” dhe mbetet pjesë e kabllit për të gjithë periudhën e funksionimit. Shtresa izoluese e çdo linje duhet të jetë shumë e hollë (nano), e qëndrueshme gjatë procesit të prodhimit dhe gjatë funksionimit. Stabiliteti dhe rezistenca e tij ndaj karakteristikave të ndryshme fizike të mjedisit (kryesisht temperatura) përcaktojnë kryesisht funksionalitetin e kabllit HTSC në tërësi.

Është e nevojshme të përdoren kushtet e procesit kimik që mbrojnë më së miri produktin përfundimtar - kabllon HTSC. Tregohen koncepti bazë dhe idetë për prodhimin e HTSC. Të gjitha kërkimet dhe zhvillimet e detajuara kanë të bëjnë me përzgjedhjen e materialeve strukturore (lista e tyre, përmasat dhe përqendrimi), si dhe karakteristikat parametrike të teknologjisë (temperatura, forca e fushës magnetike, rryma elektrike, etj.). Disa parametra përcaktohen në mënyrë empirike.

konkluzioni.

Pjesa e treguar e teknologjisë për prodhimin e materialeve HTSC nuk është aspak shteruese. Duke marrë parasysh praktikën moderne të plagjiaturës masive dhe shkeljen e plotë të imperativit të pronësisë intelektuale, autori detyrohet të publikojë një pjesë tjetër të teknologjisë me vonesë në faqen personale të autorit http://futurocosmos.uCoz.ru/

Dy rrugë janë të hapura për studiuesit.

Së pari: pa pritur pjesën që mungon, filloni në mënyrë të pavarur punën në SHTETIN e treguar për marrjen e HTSC. Materiali i publikuar është më se i mjaftueshëm për të zgjeruar punën (dhe për të marrë një rezultat pozitiv) në këtë fushë.

Së dyti: prisni një botim gjithëpërfshirës të autorit, por publikimi do të vijojë vetëm kur të fillojë në të vërtetë puna për të gjithë kompleksin e zhvillimeve të autorit, të paraqitur në faqen e internetit dhe të botuar në librin: "Kolonizimi i hapësirës: Probleme dhe perspektiva".

Është e dobishme që shoqëria t'i japë fund praktikës së "rrëmbimit" të zgjidhjeve teknike më të lehta për të zbatuar që premtojnë përfitime të menjëhershme tregtare.

Prioriteti i parë është zbatimi i HTSC (dhe shpikjet dhe zhvillimet e tjera pronësore) në Rusi dhe mbi këtë bazë marrja e një avantazhi teknologjik në konkurrencë me vendet dhe kombet e tjera.

Unë kam nderin!

Akademik

dhe shpikjet (MAANOI),

Doktor i Akademisë Ruse të Shkencave të Natyrës Zolotukhin Vladimir Antonovich.

Dhe diskutimi më poshtë. Duke pasur parasysh që sot isha në prodhimin e kabllove superpërçues, doja të fusja disa komente, por vetëm për lexim... Në fund vendosa të shkruaj një artikull të shkurtër për superpërçuesit me temperaturë të lartë.

Për të filluar, për çdo rast, dëshiroj të vërej se vetë termi "superpërçues me temperaturë të lartë" nënkupton superpërçuesit me një temperaturë kritike mbi 77 K (-196 °C) - pika e vlimit të azotit të lëngshëm të lirë. Ato shpesh përfshijnë superpërçues me një temperaturë kritike prej rreth 35 K, sepse Kjo ishte temperatura e cupratit të parë superpërçues La 2-x Ba x CuO 4 (një substancë me përbërje të ndryshueshme, pra x). Ato. Temperaturat "të larta" këtu janë ende shumë të ulëta.

Dy superpërçues me temperaturë të lartë përdoren gjerësisht - YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO, Y123) dhe Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (BSCCO, Bi-2223). Përdoren gjithashtu materiale të ngjashme me YBCO, në të cilat ittriumi zëvendësohet nga një element tjetër i tokës së rrallë, për shembull gadolinium, emërtimi i tyre i përgjithshëm është ReBCO.
YBCO e prodhuar dhe ReBCO të tjera kanë një temperaturë kritike prej 90-95 K. BSCCO e prodhuar arrin një temperaturë kritike prej 108 K.

Përveç temperaturës së lartë kritike, ReBCO dhe BSCCO dallohen nga vlerat e larta të fushës magnetike kritike (në helium të lëngshëm - më shumë se 100 T) dhe rryma kritike. Megjithatë, me këtë të fundit gjithçka nuk është aq e thjeshtë...

Në një superpërçues, elektronet nuk lëvizin në mënyrë të pavarur, por në çifte (çifte Cooper). Nëse duam që rryma të kalojë nga një superpërçues në tjetrin, atëherë hendeku midis tyre duhet të jetë më i vogël se madhësia karakteristike e këtij çifti. Për metalet dhe lidhjet, kjo madhësi është dhjetëra apo edhe qindra nanometra. Por në YBCO dhe BSCCO është vetëm disa nanometra dhe fraksione të një nanometri, në varësi të drejtimit të lëvizjes. Edhe boshllëqet midis kokrrizave individuale të një polikristali rezultojnë të jenë një pengesë mjaft e dukshme, për të mos përmendur boshllëqet midis dy pjesëve të veçanta të një superpërçuesi. Si rezultat, qeramika superpërçuese, nëse nuk merren truke të veçanta, janë në gjendje të kalojnë vetëm një rrymë relativisht të vogël përmes tyre.

Mënyra më e lehtë për të zgjidhur problemin ishte në BSCCO: kokrrat e saj kanë natyrshëm skajet e lëmuara dhe ngjeshja më e thjeshtë mekanike lejon që këto kokrriza të porositen për të marrë një vlerë të lartë të rrymës kritike. Kjo bëri të mundur krijimin e shpejtë dhe të lehtë të gjeneratës së parë të kabllove superpërcjellëse me temperaturë të lartë, ose më saktë, shiritave superpërçues me temperaturë të lartë. Ato janë një matricë argjendi që përmban shumë tuba të hollë të mbushur me BSCCO. Kjo matricë rrafshohet dhe kokrrat e superpërçuesit marrin rendin e dëshiruar. Ne marrim një shirit të hollë fleksibël që përmban shumë bërthama individuale të sheshta superpërçuese.

Mjerisht, materiali BSCCO është larg idealit: rryma e tij kritike bie shumë shpejt me rritjen e fushës magnetike të jashtme. Fusha e saj magnetike kritike është mjaft e lartë, por shumë kohë përpara se të arrijë këtë kufi, ajo humb aftësinë për të kaluar çdo rrymë të madhe. Kjo kufizoi shumë përdorimin e shiritave superpërcjellës me temperaturë të lartë, ato nuk mund të zëvendësonin lidhjet e vjetra të mira të niobium-titanit dhe niobium-kallajit që vepronin në helium të lëngshëm.

ReBCO është një çështje krejtësisht tjetër. Por krijimi i orientimit të saktë të grurit në të është shumë i vështirë. Vetëm relativisht kohët e fundit ata kanë mësuar të bëjnë shirita superpërçues bazuar në këtë material. Shirita të tillë, të quajtur gjenerata e dytë, prodhohen duke spërkatur një material superpërçues në një substrat që ka një strukturë të veçantë që specifikon drejtimin e rritjes së kristalit. Tekstura, siç mund ta merrni me mend, është në madhësi nanometër, kështu që kjo është nanoteknologji e vërtetë. Në kompaninë e Moskës "SuperOx", e cila nuk ka lidhje me Skolkovo, ku unë në të vërtetë isha, për të marrë një strukturë të tillë, pesë shtresa të ndërmjetme spërkaten mbi një substrat metalik, njëra prej të cilave spërkatet njëkohësisht me një rrymë jonesh të shpejta që bien nën një kënd të caktuar. Si rezultat, kristalet e kësaj shtrese rriten vetëm në një drejtim, në të cilin është më e vështirë për jonet t'i spërkasin ato. Prodhuesit e tjerë, nga të cilët ka katër në botë, mund të përdorin teknologji të tjera. Nga rruga, kaseta shtëpiake përdorin gadolinium në vend të ittriumit, rezulton të jetë më i avancuar teknologjikisht.

Shiritat superpërcjellës të gjeneratës së dytë me gjerësi 12 mm dhe trashësi 0,1 mm në azot të lëngshëm në mungesë të një fushe magnetike të jashtme kalojnë një rrymë deri në 500 A. Në një fushë magnetike të jashtme prej 1 T, rryma kritike ende arrin 100 A, dhe në 5 T - deri në 5 A Nëse e ftohni shiritin në temperaturën e hidrogjenit të lëngshëm (lidhjet e niobiumit në këtë temperaturë as nuk kalojnë në gjendjen superpërcjellëse), atëherë e njëjta shirit do të jetë në gjendje të kalojë 500 A në një fushë prej 8 T, dhe "disa" 200-300 A në një fushë prej 8 T. niveli i disa dhjetëra Tesla (bretkosa fluturon). Nuk ka nevojë të flasim për heliumin e lëngshëm: ka projekte magnetësh në këto kaseta me një fushë në një nivel prej 100 Tesla! Vërtet, këtu problemi i forcës mekanike lind me forcë të plotë: fusha magnetike gjithmonë tenton të thyejë elektromagnetin, por kur kjo fushë arrin dhjetëra tesla, aspiratat e saj realizohen lehtësisht...

Megjithatë, të gjitha këto teknologji të shkëlqyera nuk e zgjidhin problemin e lidhjes së dy pjesëve të një superpërcjellësi: megjithëse kristalet janë të orientuara në një drejtim, nuk flitet për lustrim të sipërfaqes së jashtme deri në vrazhdësi të përmasave nënnanometër. Amerikanët kanë një teknologji për shkrirjen e shiritave individualë me njëri-tjetrin, por ajo është, për ta thënë butë, ende larg nga e përsosura. Në mënyrë tipike, shiritat lidhen me njëri-tjetrin me saldim konvencional duke përdorur saldim konvencional me plumb kallaji ose një metodë tjetër klasike. Sigurisht, në këtë rast, në kontakt shfaqet një rezistencë e kufizuar, kështu që është e pamundur të krijohet një magnet superpërçues nga kaseta të tilla që nuk kërkon energji për shumë vite, dhe thjesht një linjë energjie me humbje saktësisht zero. Por rezistenca e kontaktit është fraksione të vogla të një mikroom, kështu që edhe në rrymë 500 A lëshohen vetëm fraksione të një milivat.

Sigurisht, në një artikull shkencor popullor lexuesi kërkon më shumë argëtim... Këtu janë disa video të eksperimenteve të mia me shirit superpërçues të temperaturës së lartë të gjeneratës së dytë:

Videoja e fundit u regjistrua nën përshtypjen e një komenti në YouTube, në të cilin autori argumentoi se superpërcjellshmëria nuk ekziston, dhe levitimi i një magneti është një efekt krejtësisht i pavarur, duke i ftuar të gjithë të verifikojnë korrektësinë e tij duke matur drejtpërdrejt rezistencën. Siç e shohim, superpërçueshmëria ende ekziston.

Superpërçueshmëria është një fenomen kuantik që manifestohet në një shkallë makroskopike. Superpërçueshmëria ndodh kur disa substanca ftohen në një temperaturë specifike për atë substancë. temperatura kritike, në të cilën një substancë hidhet në një gjendje të veçantë superpërcjellëse. Tipari themelor i superpërçuesve është mungesa e plotë e rezistencës elektrike.

Ky fenomen u zbulua në vitin 1911 nga H. Kamerlingh Onnes. Superpërçueshmëria mund të vërehet në eksperimentin e mëposhtëm. Një unazë metalike vendoset në një fushë magnetike B në një temperaturë mbi Tc kritike. Pastaj temperatura bie në vlerat T< 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.

Nëse në temperatura T< 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).

Oriz. 1.

Vetia e dytë themelore e superpërcjellësve është efekti Meissner, d.m.th. superpërçuesit bëhen materiale diamagnetike ideale dhe largojnë fushën magnetike të jashtme. Në të kundërt, përçuesit idealë rezistues duhet të kapin fluksin magnetik. Figura 2 më poshtë tregon sjelljen e një sfere superpërcjellëse dhe një përcjellësi rezistent në temperatura të ndryshme dhe fusha magnetike të jashtme. Në Fig.2. rastet e shqyrtuara: 2a) T>T k, 2b) T<Т к, внешнее магнитное поле не равно нулю 2в) Т<Т к, внешнее магнитное поле равно нулю

Fig.2

Efekti Meissner është për shkak të faktit se një rrymë e drejtpërdrejtë fillon të qarkullojë në një shtresë afër sipërfaqes me trashësi rreth 10-6 cm, forca e së cilës është e tillë që fusha që krijon kompenson fushën e jashtme në trashësinë e superpërçuesit. .

Ekzistojnë superpërçues të tipit I dhe të tipit II.

Superpërcjellësit e tipit I kalojnë në gjendje normale papritur, ndërsa përçuesit e tipit II kalojnë në gjendjen normale gradualisht. Figura më poshtë tregon varësinë e magnetizimit M nga induksioni B i fushës magnetike të jashtme. Lakoret fillestare nga 0 në vlerën kritike Bc për superpërçuesit e tipit I dhe tipit II janë të njëjta. Ato korrespondojnë me efektin Meissner. Superpërcjellësit e tipit I (Fig. a) në një vlerë kritike të fushës magnetike kalojnë papritur në gjendjen normale, ndërsa magnetizimi i tyre zvogëlohet ndjeshëm.

Superpërcjellësit e tipit II (Fig.b) në një vlerë kritike të fushës magnetike fillojnë të kalojnë pa probleme në gjendjen normale, ndërsa magnetizimi i tyre zvogëlohet pa probleme.

Deri në vitet 1980, temperatura më e lartë kritike për superpërçuesit ishte 23 K.

Në vitin 1986, u zbuluan superpërçues me temperatura kritike prej 35 K. Tani janë zbuluar materiale me temperatura kritike prej 135 K. Pas zbulimit të superpërçuesve me temperatura kritike që tejkalojnë 77.3 K (pika e vlimit të azotit), azoti më i lirë dhe më i arritshëm filloi të përdoret si ftohës. Prandaj, superpërcjellësit me temperaturë të ulët filluan të quheshin si superpërçues të nivelit të temperaturës së heliumit, dhe superpërçuesit me temperaturë të lartë quheshin superpërçues të nivelit të temperaturës së azotit.

Dy fakte eksperimentale çuan në një kuptim të natyrës së superpërçueshmërisë në temperaturë të ulët.

1. Metalet që janë përcjellës të mirë në temperaturën e dhomës (argjendi, bakri) nuk kanë vetinë e superpërcjellshmërisë. Përçuesit e dobët (merkuri) bëhen superpërçues në temperatura të ulëta. Përçueshmëria e mirë e argjendit dhe bakrit tregon ndërveprim të dobët të elektroneve me rrjetën kristalore. Përkundrazi, në merkur, elektronet ndërveprojnë me rrjetën më intensivisht.

2. Për shumicën e superpërçuesve, relacioni është i kënaqur, ku M është masa e një atomi izotop. Fenomeni quhet efekt izotop. Kjo marrëdhënie tregoi ndërveprimin e elektroneve me jonet e rrjetës kristalore.

Në mënyrë cilësore, fenomeni i superpërçueshmërisë në temperaturë të ulët mund të përshkruhet si më poshtë. Fusha elektrike e një elektroni në lëvizje ndikon në rrjetën kristalore, duke e deformuar (polarizuar) atë. Në këtë rast, elektroni e gjen veten të rrethuar nga një re pozitive ngarkese në një vend të rrjetës kristalore. Nëse ngarkesa totale e rajonit të elektronit dhe jonit të polarizuar rezulton të jetë pozitive, atëherë ky rajon mund të tërheqë një elektron tjetër. Në këtë rast, nëpërmjet ndërveprimit me vendin pozitiv të rrjetës kristalore, elektronet me rrotullime dhe momente të orientuara kundërt kombinohen në një çift. Një çift i tillë quhet çift Cooper sipas emrit të shkencëtarit L. Cooper, i cili zhvilloi këtë teori. Një çift Cooper ka një rrotullim 0 dhe i bindet statistikave Bose-Einstein. Prandaj, në temperatura të ulëta, shndërrimi në çifte Cooper është i përhapur. Çdo elektron me moment mund të bashkëveprojë vetëm me një elektron, momenti i të cilit është i barabartë me . Gjendjet e elektroneve në një kristal ndryshojnë vazhdimisht, kështu që grupet e çifteve ndryshojnë vazhdimisht. Ky proces siguron lidhjen midis të gjitha çifteve Cooper. Një grup i tillë çiftesh Cooper mund të konsiderohet si një kondensatë Bose.

Zbulimi i superpërcjellshmërisë në temperaturë të lartë erdhi si befasi për fizikën teorike, sepse teoria e superpërçueshmërisë në temperaturë të ulët nuk dha vlera të larta të temperaturave kritike.

Midis superpërçuesve me temperaturë të lartë, një grup të veçantë formojnë cupratet, përbërjet me një strukturë komplekse të shtresuar. Një kristal cuprate mund të krahasohet në mënyrë figurative me një "sanduiç" me elementë të ndryshëm. V.L. Ginzburg konsideroi një model të një superpërçuesi që përbëhet nga një film metalik i vendosur midis shtresave të një dielektrike ose gjysmëpërçuesi. Elektronet e këtyre shtresave zmbrapsen nga elektronet e metalit, si rezultat i së cilës rreth këtij të fundit shfaqet një re me ngarkesë pozitive, e cila kontribuon në formimin e çifteve të Cooper. Sipas V.L. Ginzburg, një model i tillë lejon ekzistencën e temperaturave kritike deri në 200 K.

Deri më sot, nuk ka një teori të zhvilluar mirë të superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë.

Superpërçuesit përdoren në pajisje dhe instrumente të ndryshme. Produktet superpërcjellëse në nivelet e temperaturës së heliumit përfshijnë tomografët, ndarësit dhe pajisjet e ruajtjes së energjisë. Tomografët superpërçues sigurojnë diagnostifikim me cilësi më të lartë të organeve të brendshme, ndarësit përdoren për pasurimin e mineralit dhe pajisjet e ruajtjes ofrojnë rezerva energjie të rendit të disa kilovat-orëve.

Zëvendësimi i heliumit të lëngshëm me azot si ftohës ul koston e krijimit të instalimeve qindra herë.

Zëvendësimi i përçuesve konvencionalë me superpërçues me temperaturë të lartë redukton ndjeshëm peshën e tyre dhe rrit ndjeshëm kohën e funksionimit. Aktualisht, ato përdoren në sistemet e komunikimit satelitor dhe celular, pajisje precize që matin rrymat e papërfillshme dhe ndryshimet në flukset magnetike.

Në elektronikën superpërçuese dixhitale, pajisjet krijohen me një numër të madh elementësh në një çip të vetëm.

Ndodh një zmbrapsje midis unazës superpërcjellëse dhe magnetit. Ky fenomen mund të përdoret në motorë dhe xhiroskopë. Projektet e trenave të levitacionit magnetik po zhvillohen në shumë vende. Një rrymë elektrike kalon nëpër një shina superpërçuese. Magnetët superpërçues vendosen në vagonët e trenave. Makinat rri pezull mbi hekurudhë. Një tren i tillë arrin një shpejtësi të krahasueshme me atë të një aeroplani.

Jo shumë kohë më parë, fenomeni i superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë (HTSC) ishte me interes vetëm për shkencëtarët. Sidoqoftë, sot produktet komerciale fitimprurëse të bazuara në HTSC, përfshirë ato të prodhuara në Rusi, po hyjnë në treg për pajisjet e energjisë elektrike. HTSC mund të bëjë një përparim në teknologjitë e transmetimit të energjisë.

HTSC nuk është aspak i nxehtë

Në fillim të shekullit të njëzetë, u zbulua se një sërë metalesh dhe lidhjesh karakterizohen nga superpërçueshmëria, domethënë aftësia për të patur rezistencë zero në temperatura afër zeros absolute (rreth -270 ° C). Për një kohë të gjatë, superpërçuesit mund të përdoreshin vetëm në temperaturën e heliumit të lëngshëm, gjë që bëri të mundur krijimin e pajisjeve përshpejtues dhe rezonancë magnetike tomografi.

Në vitin 1986, superpërçueshmëria u zbulua në një temperaturë prej rreth 30 K, e cila u nderua me çmimin Nobel, dhe në fillim të viteve 1990. Ishte e mundur të arrihet superpërçueshmëri tashmë në 138K, dhe jo metalet, por komponimet okside u përdorën si një superpërçues.
Materialet qeramike që kanë rezistencë zero në temperatura mbi temperaturën e azotit të lëngshëm (77 K) quhen superpërçues me temperaturë të lartë (HTSC). Sidoqoftë, nëse e kthejmë Kelvinin në gradë Celsius, të cilat janë më të njohura për ne, do të kuptojmë se po flasim për temperatura jo shumë të larta, të themi, rreth minus 169–200 ° C. Edhe dimri i ashpër rus nuk është në gjendje të sigurojë kushte të tilla.

Mendjet e studiuesve janë të ngazëllyer nga ideja e gjetjes së materialeve që mund të transferohen te superpërcjellshmëria gjendje në temperaturën e dhomës (293K). Teorikisht, një mundësi e tillë ekziston. Sipas disa raporteve, vetitë superpërçuese dyshohet se u zbuluan edhe në kokrra individuale të grafitit pas një trajtimi të veçantë. Sot, kërkimi i superpërçuesve "temperaturë dhome" (RTSC) konsiderohet si një nga detyrat kryesore kërkimore në fushën e nanoteknologjisë. Sidoqoftë, jo vetëm aplikimi praktik, por edhe konfirmimi i besueshëm eksperimental i CTSC mbetet një pyetje për nesër. Industria e sotme e energjisë elektrike po zotëron përdorimin e superpërçuesve me temperaturë të lartë.

Pajisjet e bazuara në superpërçueshmëri në temperaturë të lartë kërkojnë ftohje me azot të lëngshëm. Sipas ekspertëve të industrisë, është një ftohës relativisht i lirë dhe i përshtatshëm që siguron temperatura 77K dhe lejon zbatimin e projekteve praktike.

Përfitimet e superpërçueshmërisë

Superpërcjellshmëria mund të përdoret (dhe tashmë po përdoret) në fusha të ndryshme. Fillimisht u përdor për të krijuar magnet me fushë të lartë. Me ndihmën e superpërçuesve, mund të arrihet levitacioni magnetik, duke lejuar që trenat me shpejtësi të lartë të lëvizin pa probleme, pa zhurmë apo fërkime. Po krijohen motorë elektrikë HTSC për anijet dhe industria, të cilat kanë parametra dukshëm më të vegjël të peshës dhe madhësisë me fuqi të barabartë. Superpërcjellshmëria është interesante nga pikëpamja e mikroelektronikës dhe teknologjisë kompjuterike. Superpërçuesit me temperaturë të ulët përdoren në pajisjet diagnostikuese mjekësore (tomografë), madje edhe në projekte të tilla ekzotike "megashkencë" si Përplasësi i Madh i Hadronit dhe Reaktori Ndërkombëtar Termonuklear.

Superpërcjellshmëria në temperaturë të lartë shoqërohet me shpresat për tejkalimin e dilemës globale të energjisë që lidhet, nga njëra anë, me rritjen e vazhdueshme të konsumit të energjisë në të tashmen dhe të ardhmen, dhe nga ana tjetër, me domosdoshmëri reduktojnë rrënjësisht emetimet e karbonit për të parandaluar ndryshimet klimatike. Në fund të fundit, në thelb, HTSC nxjerr në pah pajisjet e zakonshme për gjenerimin dhe transmetimin e energjisë elektrike në parim një nivel i ri për sa i përket efikasitetit.

Një nga aplikimet më të dukshme të superpërçuesve është në transmetimin e energjisë elektrike. Kabllot HTS mund të transmetojnë fuqi të konsiderueshme me një seksion kryq minimal, d.m.th., ato kanë një kapacitet të xhiros së një rendi të ndryshëm nga kabllot tradicionale. Kur rryma kalon nëpër një superpërçues, nuk gjenerohet nxehtësi dhe praktikisht nuk ka humbje, gjë që zgjidh problemin kryesor të rrjeteve të shpërndarjes.

Gjeneratorët falë mbështjelljes bërë nga superpërçues materialet që ofrojnë fusha të mëdha magnetike bëhen shumë më të fuqishme. Për shembull, koncerni Siemens ka ndërtuar tre gjeneratorë HTSC me fuqi deri në 4 MW. Makina është dy herë më e lehtë dhe më e vogël në krahasim me një gjenerator konvencional me të njëjtën fuqi. Gjithashtu, gjeneratori HTSC tregoi stabilitet më të madh të tensionit kur ndryshon ngarkesa dhe performancë më të mirë për sa i përket konsumit të energjisë reaktive.

Sot, bota po zhvillon në mënyrë aktive gjeneratorë të erës bazuar në superpërçueshmëri me temperaturë të lartë. Duke përdorur Mbështjelljet HTSC bëjnë të mundur krijimin e gjeneratorëve HTSC 10 MW, të cilët do të jenë 2–4 herë më të lehta se ato konvencionale.

Një fushë premtuese për përdorimin e gjerë të superpërçuesve janë pajisjet e ruajtjes së energjisë, roli i të cilave është gjithashtu i madh nga pikëpamja e zhvillimit të sistemeve moderne të energjisë që përdorin burime të rinovueshme të energjisë. Edhe pajisjet elektrike të njohura, si transformatorët, fitojnë karakteristika cilësore të reja falë HTSC.

Superpërçueshmëria bën të mundur krijimin e pajisjeve të tilla të pazakonta si kufizuesit e rrymës së qarkut të shkurtër, të cilët kufizojnë plotësisht rrymën gjatë një qarku të shkurtër dhe automatikisht ndizet kur të hiqet qarku i shkurtër.

Shirit i gjeneratës së dytë

Cilat nga këto ide premtuese janë vënë tashmë në praktikë dhe me përpjekjet e kujt? Para së gjithash, duhet të theksohet se sot tregu ofron superpërçues me temperaturë të lartë të gjeneratës së parë dhe të dytë (HTSC-1 dhe HTSC-2). Për sa i përket vëllimit të produkteve të prodhuara deri më sot, VTSP-1 është ende fitues, por për ekspertët është e qartë se e ardhmja për superpërçuesit gjenerata e dytë. Kjo për faktin se në hartimin e superpërçuesve HTSC-2, më shumë se 70% është një matricë e bërë prej argjendi.

Një nga kompanitë kryesore ruse që punon në temën e superpërçuesve të gjeneratës së dytë është SuperOx CJSC. Filloi brenda mureve të Universitetit Shtetëror të Moskës Lomonosov, ku një grup shkencor nga Fakulteti i Kimisë punoi në teknologjinë e depozitimit të filmave të hollë të superpërçuesve. Në vitin 2006, bazuar në njohuritë e akumuluara, filloi një projekt tregtar për krijimin e prodhimit vendas të telave HTSC të gjeneratës së dytë.

Në vitin 2011, sfera e interesave të SuperOx u zgjerua përmes bashkëpunimit të ngushtë me kompaninë e sapokrijuar SuperOx Japan LLC. U krijua një linjë pilot prodhimi që lejon prodhimin e telit HTSC me një rrymë kritike deri në 500 A/cm gjerësi. Që nga viti 2011, kompania SuperOx-Innovations është gjithashtu banore në Skolkovo, ku kryen kërkime të aplikuara që synojnë optimizimin e karakteristikave teknike të shiritave HTSC të gjeneratës së dytë dhe zhvillon teknologji të ndryshme për prodhimin e këtyre materialeve. Në vitin 2013, prodhimi i shiritit VTSP-2 filloi në parkun teknologjik të Moskës Slava.

"Produkti ynë, shiriti superpërcjellës i gjeneratës së dytë, është një substrat i bërë nga çelik inox special, rezistent ndaj temperaturave të larta, i cili më pas nuk i humbet vetitë e tij mekanike kur aplikoni filma të hollë," thotë Vadim Amelichev, specialist kryesor në SuperOx SHA. - Me metoda speciale, në këtë nënshtresë aplikohen shtresa oksidi tampon dhe si shtresë funksionale aplikohet një film me kuprat gadolinium-barium. Kjo strukturë është e veshur më pas me shtresa të holla argjendi ose bakri dhe përdoret si e tillë. në superpërçueshmëri pajisje.

Ky material, me një trashësi filmi prej vetëm një ose dy mikronësh, ka një kapacitet mbajtës të rrymës prej rreth 500 A për 1 mm² seksion kryq, domethënë qindra herë më shumë se ai i një kabllo bakri të zakonshëm. Prandaj, kjo shirit është ideale për aplikacione ku kërkohet rrymë e lartë. Kabllot për rryma të larta, magnet për fusha të larta janë fushat kryesore të aplikimit.”

SuperOx ka një cikël të plotë prodhimi për shiritin VTSP-2. Shitjet e këtij produkti inovativ filluan në vitin 2012, dhe tani materiali furnizohet jo vetëm në Rusi, por dhe eksportohen në nëntë vende, duke përfshirë Bashkimin Evropian, Japoninë, Tajvanin dhe Zelandën e Re.
"Nuk ka shumë prodhues të shiritit VTSP-2 në botë," shpjegon Vadim Amelichev. - Janë dy kompani amerikane, kompani në Korenë e Jugut dhe Japoni. Në Evropë, askush përveç nesh nuk prodhon një shirit të tillë në shkallë industriale. Shiriti ynë u testua në shumë qendra kërkimore dhe konfirmoi konkurrencën e tij karakteristikat e tij”.

Zhvilloni një industri të re

“Përkundër faktit se superpërçueshmëria me temperaturë të lartë është shfaqur mjaft kohët e fundit, çështjet e aplikimit të saj në teknologji po studiohen intensivisht. në teknologji vendet e zhvilluara të botës, "thotë Viktor Pantsyrny, Doktor i Shkencave Teknike, anëtar i plotë i AES të Federatës Ruse, drejtor zhvillimi i Russian Superconductor SHA, "Në vendin tonë, në kuadër të Komisionit nën Presidentin e Federatës Ruse. Federata për Modernizim dhe teknologjike Për zhvillimin e ekonomisë ruse, projekti "Industria e Superpërçuesve" u iniciua si pjesë e projektit "Energjia Inovative" në fushën prioritare "Efiçenca e Energjisë".

Ky projekt në fushën e industrisë së superpërçuesve koordinohet nga kompania ruse Superconductor, e krijuar nga Korporata Shtetërore Rosatom. Gjatë periudhës pesëvjeçare nga 2011 deri në 2015, ata planifikojnë të krijojnë teknologji konkurruese për prodhimin e superpërçuesve të gjeneratës së dytë me temperaturë të lartë, prodhimin pilot të telave me shirita të gjatë (deri në 1000 m) HTSP-2, si dhe zhvillimin e prototipave të pajisjeve të bazuara në tela HTSP-2 për industrinë e energjisë elektrike. Këta janë gjeneratorë Kufizuesit e fuqisë dhe rrymës së lartë (COT) dhe pajisjet e ruajtjes së energjisë kinetike (KNE), si dhe prizat e fuqishme të rrymës për sistemet magnetike, pajisjet e ruajtjes së energjisë induktive (SPIN), transformatorët, motorët elektrikë me fuqi të lartë.

Duke filluar nga viti 2016, është planifikuar të nisë prodhimi serik i telave HTSC-2 dhe një sërë pajisjesh të bazuara në to. Rreth 30 organizata janë të përfshira në punën e këtij projekti, duke përfshirë universitete, qendra kërkimore akademike dhe të industrisë, zyrat e projektimit dhe organizatat industriale, në veçanti SHA VNIINM, SHA NIIEFA, SHA NIITFA, SH.A. “Tochmash” dhe jashtë tij, në Qendrën Kombëtare të Kërkimeve “Instituti Kurçatov”, ENIN ato. Krzhizhanovsky, FSBEI MAI, NRNU MEPhI, SUAI, SH.A. Rosseti, SH.A. STC FGC UES, SH.A. SuperOx, SH.A. VNIIKP, SH.A. NIIEM, OKB Yakor etj.

"Strukturisht, projekti përbëhet nga nëntë detyra të kryera paralelisht," shpjegon Viktor Pantsyrny. - Nga viti 2011 deri në 2013 arriti të krijojë prototipet e para operative shtëpiake të makinerive superpërcjellëse - një motor dhe gjenerator 50 kW, një pajisje ruajtëse të energjisë kinetike 0,5 MJ, një kufizues i rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës 3,5 MW për rrjetet e energjisë 3,5 kV, një transformator superpërcjellës 10 kVA, priza rryme për sistemet magnetike, duke kaluar një rrymë prej 1500A.

Janë krijuar gjithashtu themelet e teknologjisë për prodhimin plotësisht vendas të telave me shirit VTSP-2, duke filluar nga lëndët e para dhe duke përfunduar me metodat për monitorimin e produkteve të gatshme. U gjetën zgjidhje themelore teknologjike që bënë të mundur kalimin në krijimin e prototipeve në shkallë të plotë të pajisjeve energjetike. Kështu, puna për krijimin e një motori 200 kW aktualisht është duke përfunduar.”

Falë përdorimit të mbështjelljeve HTSP-2, një motor i tillë kur instalohet për një makinë elektrike(autobus elektrik) do të rrisë kilometrazhin me 15–20% ndërmjet rimbushjeve të baterisë. Është prodhuar dhe po përgatitet për testim në rrjetin e transportit hekurudhor, një kufizues i rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës me fuqi më shumë se 7 MVA. Po përfundon prodhimi i një gjeneratori 1 MVA, premtues për përdorim në termocentralet me erë.
Një pajisje për ruajtjen e energjisë kinetike po krijohet bazuar në teknologjitë unike të Rosatom me superpërcjellës pezullimi i volantëve, i cili ka një intensitet energjie prej më shumë se 7 MJ. Vlen të përmendet zhvillimi i një pajisjeje të ruajtjes së energjisë induktive e aftë për të çliruar energjinë e akumuluar deri në disa MJ në një kohë jashtëzakonisht të shkurtër. Puna për krijimin e një transformatori superpërcjellës me kapacitet 1000 kVA është gjithashtu në fazën përfundimtare.

“Përveç kësaj, rezultatet më të rëndësishme të projektit do të jenë krijimi i një eksperimenti të fuqishëm dhe teknologjike bazën, si dhe formimin e ekipeve të specialistëve shumë të kualifikuar në fushën e teknologjive të superpërçuesve”, përfundon Viktor Pantsyrny. - Këtë vit, në Qendrën Kërkimore të Institutit Kurchatov do të nisë një linjë gjithëpërfshirëse e prodhimit dhe kërkimit për prodhimin e superpërçuesve me shirit HTSC-2 me anë të ablacionit lazer. Linja do të bëhet një mjet për zhvillimin e shkencës dhe teknologjisë së materialeve HTSC, duke përdorur në masën maksimale infrastrukturën e fuqishme shkencore të Qendrës Kurchatov NBICS. Kjo do të lejojë zhvillimin intensiv të një fushe premtuese të teknologjisë së lartë drejt komercializimit teknologjitë superpërcjellëse”.

kabllot AC

Është e pamundur të mos flasim për projektin rus për të krijuar një kabllo superpërcjellëse 200 m të gjatë OJSC "Energjia institut ato. G.M. Krzhizhanovsky"(ENIN), OJSC "Gjithë-ruse Instituti i Kërkimeve Shkencore të Industrisë së Kabllit (VNIIKP), Instituti i Aviacionit në Moskë dhe Qendra Shkencore dhe Teknike e Industrisë së Energjisë Elektrike OJSC. Zhvillimi filloi në 2005, në 2009 u krijua një prototip, i cili u testua me sukses në një vend testimi të krijuar posaçërisht.

Përparësitë kryesore të kabllos HTSC janë ngarkesa e lartë aktuale, humbjet e ulëta, mirëdashja mjedisore dhe siguria nga zjarri. Për më tepër, kur transmetohet fuqi e lartë përmes një kablloje të tillë në një tension prej 10-20 kV, nënstacionet e ndërmjetme nuk kërkohen.

Kablloja HTSC është një strukturë komplekse me shumë shtresa. Elementi mbështetës qendror është bërë në formën e një spirale inox, e rrethuar nga një tufë bakri dhe tela inox të mbështjellë me shirit bakri. Dy shtresa shiritash superpërcjellës vendosen në krye të elementit qendror, dhe izolimi i tensionit të lartë vendoset në krye. Kjo pasohet nga aplikimi i një ekrani superpërçues, një shtresë shiritash bakri fleksibël të mbështjellë me shirit inox. Çdo bërthamë kabllor tërhiqet në kriostatin e vet fleksibël 200 m të gjatë.

Krijimi i kësaj strukture me shumë komponentë është i ndërlikuar nga fakti se kaseta HTSC është jashtëzakonisht e ndjeshme. Pjesa kryesore e operacioneve teknologjike është kryer në bazë të SHA VNIIKP. Sidoqoftë, për prodhimin e izolimit të tensionit të lartë, kablloja u transportua në Perm në uzinën Kamsky Kabel.

"Ne kemi kryer operacionin e aplikimit të izolimit të letrës për kabllon HTSC," thotë Alexander Azanov, zëvendës kryeteknolog i Kamsky Cable LLC. - Janë përdorur pajisje unike që janë përdorur më parë për prodhimin e kabllove të tensionit të lartë të mbushur me vaj. Kjo është arsyeja pse nuk u kursyen asnjë burim për dërgimin e produktit gjysëm të gatshëm nga Moska në Perm dhe mbrapa. Dhe unë mendoj se tani për tani, për prodhimin e kabllove të tilla speciale, këshillohet të përdorni pajisje unike të instaluara në fabrika të ndryshme, në vend që të organizoni prodhimin në një vend.

Në të ardhmen e afërt, organizimi i prodhimit masiv të këtij kablli në fabrikën tonë ose në ndonjë fabrikë tjetër nuk ka gjasa, pasi instalimi i linjave me superpërçues Prodhohet jashtëzakonisht rrallë dhe në gjatësi shumë të shkurtra (jo më shumë se 1 km). Arsyeja kryesore për këtë është kostoja e kabllove HTSC dhe mirëmbajtja e tyre (është e nevojshme të pomponi vazhdimisht azot të lëngshëm përmes kabllit).

kabllot DC

Sot, zhvillimet në fushën e krijimit të kabllove HTSC vazhdojnë. SHA FGC UES dhe SHA Qendra Shkencore dhe Teknike FGC UES po kryejnë R&D të përbashkët "Krijimi i një linje kablloje DC superpërcjellëse me temperaturë të lartë për një tension 20 kV me një rrymë 2500 A dhe një gjatësi deri në 2500 m". Prototipi i parë i sistemit të ardhshëm inovativ të transmetimit të energjisë - dy seksione 30 m të kabllit bipolar HTSC, i zhvilluar në Qendrën Shkencore dhe Teknike të FGC UES dhe i prodhuar në uzinën Irkutskkabel - kaloi me sukses testet aktuale dhe tension të lartë testet në 2013

Në nëntor 2014 u kryen testet e një grupi pajisjesh konvertimi për transmetim inovativ të energjisë me një kapacitet prej 50 MW. duke përdorur kabllo superpërcjellëse disa qindra metra e gjatë. Përdorimi i kabllit HTSC për furnizimin me energji elektrike në qytetet e mëdha do të bëjë të mundur zvogëlimin e sipërfaqes së ndarjeve të tokës dhe refuzimit nga ndërtimi linjat ajrore dhe zvogëlojnë humbjet e energjisë elektrike.

Qendra e Kërkimit dhe Zhvillimit të FGC UES vëren se një linjë kabllore DC e bazuar në HTSC ka një sërë avantazhesh në krahasim me një linjë AC. Ai jo vetëm që ju lejon të transmetoni energji me humbje minimale, por gjithashtu kufizoni rrymat e qarkut të shkurtër, rregulloni fuqinë reaktive, kontrolloni rrjedhat e fuqisë dhe siguroni kthimin e saj.

"Është mirë të dish që zhvilluesit rusë të kabllove HTSC janë në ballë," thotë Vitaly Vysotsky, Doktor i Shkencave Teknike, Akademik i Akademisë Ruse të Shkencave, Drejtor i drejtimit shkencor - Drejtor. departamenti i telave dhe kabllove superpërcjellës të SHA "VNIIKP". - Për shembull, një kabllo 200 m ishte më e madhja në Evropë në 2009–2013, dhe vetëm në vitin 2014 një kabllo 1 km u instalua në Gjermani. Por ky rekord do të thyhet edhe me testimin e një kabllo 2.5 km për Shën Petersburg”.

Nga mbështetja e shtetit tek investimet private

Ekspertët parashikojnë zhvillim mjaft aktiv të tregut global dhe rus të superpërçuesve. Kështu, Andrey Vavilov, Kryetar i Bordit të Drejtorëve të SuperOx CJSC, vëren se vëllimi i tregut global të HTSC po dyfishohet çdo vit dhe do të arrijë në 1 miliard dollarë në 2017, ndërsa pjesa e Federatës Ruse në tregun global mund të vlerësohet afërsisht. 10%.

"Tregu i superpërçueshmërisë për industrinë e energjisë elektrike duhet të zhvillohet, pasi dendësia e konsumit të energjisë po rritet vazhdimisht dhe pa superpërçueshmëri është e pamundur të mbështeten kërkesat në rritje," thotë Vitaly Vysotsky. - Megjithatë, punëtorët e energjisë janë shumë konservatorë në lidhje me gjithçka të re, madje edhe dhe të shtrenjta. Prandaj, tani për tani detyra kryesore është promovimi i projekteve të reja me mbështetjen e organizatave qeveritare. Kjo do të jetë dëshmi e besueshmërisë dhe efikasitetit të pajisjeve superpërcjellëse. Shfaqja e projekteve të reja do të krijojë kërkesë për prodhimin e shiritave HTSC, do të rrisë prodhimin e tyre dhe do të ulë çmimet, gjë që do të ndihmojë përsëri zhvillimin e tregut.”

“Në këtë fazë, një zgjidhje gjithëpërfshirëse për të gjitha detyrat e vendosura është e pamundur pa ndihmën e plotë të shtetit, por çdo vit rritet atraktiviteti i investimeve të teknologjisë HTSC, gjë që na lejon të presim me një shkallë të lartë besimi një fluks investimesh private. në zhvillimin e saj të mëtejshëm tregtar,” pajtohet me kolegun e tij Viktor Pantsyrny.
Ekspertët janë të kënaqur që në përgjithësi ekziston një mirëkuptim në nivel shtetëror për rëndësinë e teknologjive superpërcjellëse.
“Zhvillimi i industrisë së superpërçuesve është i një rëndësie kombëtare dhe është një pjesë e rëndësishme e tranzicionit te novatore rrugën e zhvillimit të ekonomisë së vendit. Kjo u tha së fundmi në një takim të zgjeruar të Këshillit Këshillimor nën Kryetarin e Komitetit të Dumës Shtetërore për Energjinë të Asamblesë Federale të Federatës Ruse, ku, në veçanti, u vu re se për të siguruar pavarësinë ekonomike dhe politike të Rusia, është strategjikisht e nevojshme që prodhimi vendas të jetë i ulët dhe temperaturë të lartë materiale superpërcjellëse, pajisje superpërcjellëse dhe produkte të bazuara në to”, raporton Viktor Pantsyrny.

Planet e ardhshme

Ne i kërkuam ekspertëve të vlerësonin se cilat aplikime të superpërçueshmërisë, sipas mendimit të tyre, janë më premtuese dhe ku mund të presim përdorim komercial të teknologjisë në vitet e ardhshme.

“Ashtu si në të gjithë botën, projektet e kabllove superpërcjellëse janë më të avancuarat sot në Rusi. Ata duhet dhe shpresojmë se do të zhvillohen”, thotë Vitaly Vysotsky. - Kabllot superpërçues të bazuar në HTSC janë tashmë një produkt thjesht komercial, megjithëse janë ende mjaft të shtrenjtë. Do të bëhet më e lirë kur të fillojë prezantimi i saj i gjerë dhe të kërkohet një sasi e konsiderueshme shiritash HTSC, gjë që do të ulë koston prodhimin e tyre.

Megjithatë, për mendimin tim, më e nevojshme dhe në kërkesë për industrinë e energjisë elektrike janë kufizues të rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës për nivelet e tensionit prej 100 kV e lart. Pajisjet konvencionale të kësaj klase të tensionit thjesht nuk ekzistojnë, dhe thjesht nuk mund të bëhet pa superpërçueshmëri. Projekte të tilla tashmë po diskutohen në vendin tonë. Për më tepër, për mendimin tim, makinat HTSC për gjeneratorët e erës kanë perspektiva të mira. Ata premtojnë një ulje të konsiderueshme (me disa herë) në peshën e një gjeneratori të vetëm dhe një rritje të fuqisë së njësisë.

“Sot, shtytësi për zhvillimin e tregut të produkteve superpërcjellëse është industria e energjisë elektrike (kabllot e energjisë dhe kufizuesit e rrymës), thotë Andrei Vavilov. “Por ka potencial të rëndësishëm edhe në një sërë industrish të tjera. Për shembull, sot po zhvillohen opsione për përdorimin e telit HTSC si një zëvendësim efektiv për superpërçuesit me temperaturë të ulët në teknologjinë e përshpejtuesit të përdorur për shkencën, prodhimin e izotopeve dhe mjekësinë. Rusia ka plane të mëdha në këtë fushë, veçanërisht për ndërtimin e përplasësit modern NICA në Dubna.

Ekziston një potencial i madh për krijimin e makinerive rrotulluese efikase me karakteristika unike tërheqëse, masë dhe peshë të ulët. Motorë të tillë janë në kërkesë kryesisht për të siguruar lëvizjen e anijeve të mëdha dhe mund të përdoren gjeneratorë në të rinovueshme energji.

Fenomeni i levitacionit magnetik hap perspektiva krejtësisht të reja sot. Këto nuk janë vetëm sisteme transporti, por edhe manipulues pa kontakt, si dhe kushineta të qëndrueshme me një gamë të gjerë aplikimesh.”

“Zhvillimi i mëtejshëm i superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë do të ketë një efekt të theksuar shumëfishues jo vetëm në industrinë e energjisë elektrike, por edhe në industri të tjera, si hapësirë, aviacion, detar, automobilistik dhe hekurudhor transporti, inxhinieria mekanike, metalurgjia, elektronika, mjekësia, teknologjia e përshpejtuesit. Teknologjitë e superpërcjellshmërisë janë gjithashtu të rëndësishme për forcimin e aftësive mbrojtëse të vendit”, është i bindur Viktor Pantsyrny.

Me një fjalë, zhvillimi i mëtejshëm i teknologjive të bazuara në superpërçueshmëri hap perspektiva të mëdha për njerëzimin, dhe në të ardhmen e parashikueshme.

Superpërçueshmëri me temperaturë të lartë

Superpërcjellës me temperaturë të lartë(Tc i lartë) - një familje materialesh (qeramika superpërçuese) me një veçori të përbashkët strukturore, plane relativisht mirë të ndara bakër-oksigjen. Ata quhen gjithashtu superpërcjellës kuprat. Temperatura e tranzicionit superpërcjellës që mund të arrihet në disa komponime në këtë familje është më e larta nga çdo superpërçues i njohur. Aktualisht, temperatura kritike rekord T c = 135 K (nën presion T c = 165 K, -109 ° C) mbahet nga substanca HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 + x, e zbuluar në 1993 nga S. N. Putilin dhe E. V. Antipov nga Universiteti Shtetëror i Moskës. Gjendjet normale (dhe superpërcjellëse) shfaqin shumë veçori të përbashkëta midis përbërjeve të ndryshme të cupratit; shumë nga këto veti nuk mund të shpjegohen brenda kornizës së teorisë BCS. Aktualisht nuk ka një teori konsistente të superpërçueshmërisë në cuprates; megjithatë, problemi ka çuar në shumë rezultate eksperimentale dhe teorike, dhe interesi në këtë fushë nuk është vetëm në arritjen e superpërçueshmërisë në temperaturën e dhomës. Komponimi i parë nga klasa e kuprateve superpërcjellëse me temperaturë të lartë, La 2-x Ba x CuO 4, u zbulua nga Karl Müller dhe Georg Bednorz në vitin 1986. Për këtë zbulim, ata u nderuan menjëherë me çmimin Nobel në 1987.

Ndërmetalike

Në vitin 2001 u zbulua aliazhi 2 (dibori i magnezit) me një temperaturë rekord për kalimin në gjendjen superpërcjellëse për përbërjet ndërmetalike, T c = 40 K. Struktura kristalore e kësaj substance përbëhet nga shtresa të alternuara të borit dhe shtresave të magnezit. Shtresimi çon në anizotropi të vetive fizike, d.m.th. vlerat e përçueshmërisë elektrike, spektri i absorbimit optik, forca, etj. janë të ndryshme në rrafshin e shtresave dhe në drejtim pingul me shtresat. Ky komponim me dy breza u bë superpërçuesi i parë i njohur për shkencën që kishte dy boshllëqe superpërcjellëse njëherësh (superpërçueshmëria me hendeqe të dyfishta), e cila u parashikua teorikisht dhe u konfirmua eksperimentalisht. Në zonat e borit pothuajse dy-dimensionale të vrimave (σ-zonat), gjatë kalimit në gjendjen superpërcjellëse, një hendek Δ σ (banda e energjive të ndaluara për elektronet dhe vrimat e vetme) me vlera afërsisht (10-11) meV. në maksimum T s formohet në spektrin e kuazigrimcave. Në zonat tre-dimensionale të magnezit (zonat π), formohet gjithashtu një hendek superpërçues Δ π me një amplitudë afërsisht (1,5 - 3) meV. Kështu, në superpërcjellësin 2 bashkëjetojnë dy kondensata superpërcjellëse: një izotropik tredimensional (nga brezat π të magnezit) dhe një vrimë dydimensionale (e lokalizuar në shtresat e borit).

Futja e papastërtive të atomeve të tjera në 2, d.m.th. dopingu çon në një ulje të temperaturës kritike të tranzicionit Tc. Me sa duket, kjo përbërje ka karakteristika të optimizuara për superpërçueshmëri nga natyra dhe nuk mund të "përmirësohet" artificialisht. Kur Tc zvogëlohet nga 40 K në 10 K, vlera e hendekut të vogël Δπ ndryshon pak, dhe vlera e hendekut të madh Δσ zvogëlohet së bashku me temperaturën kritike, eksperimentuesit vërejnë një marrëdhënie lineare midis Tc dhe Δσ. Raporti karakteristik i teorisë BCS 2Δ σ / k B T s, sipas eksperimentuesve kryesorë rusë, është në intervalin 5-7, gjë që tregon një ndërveprim të fortë elektron-fonon në shtresat e borit dhe afron 2 me HTSC-të cuprate.

Pniktide dhe selenide superpërcjellëse

Në vitin 2008, pati një zbulim të jashtëzakonshëm të një klase të re të komponimeve superpërcjellëse me vlera të larta të temperaturës kritike Tc - komponimet me shtresa të bazuara në elementë hekuri dhe grupi V (pniktidet) ose të ashtuquajturat. ferropniktide ose selenide të hekurit. Për herë të parë, gjendja superpërcjellëse u vendos në përbërjet që përmbajnë atome magnetike (). Struktura kristalore e të gjithë superpërcjellësve që përmbajnë hekur (6 familje janë tashmë të njohura) përbëhet nga shtresa të alternuara në të cilat atomet e hekurit rrethohen nga një tetraedron atomesh ose që shtyp vetitë magnetike të atomeve. Për momentin, mbajtësi i rekordeve për vlerën T c është komponimi GdOFeAs (Gd-1111), i dopuar me fluor, i cili zëvendëson oksigjenin. T c i saj arrin 55 K.

Të gjithë superpërcjellësit që përmbajnë hekur kanë një strukturë me shumë breza dhe janë pothuajse dy-dimensionale (ata shfaqin anizotropi të vetive në drejtimin nëpër aeroplanë). Gjatë kalimit në gjendjen superpërcjellëse, secila zonë hap boshllëkun e vet në spektrin e kuazigrimcave, gjë që çon në shfaqjen e të paktën dy kondensatave superpërcjellëse dhe superpërçueshmërisë me shumë boshllëqe, të ngjashme me rastin 2 (diborid magnezi). Raporti karakteristik i teorisë BCS 2Δ i madh / k B T s, sipas vlerësimeve të eksperimentuesve rusë, është në intervalin 4.6 - 6.

Superpërçuesit organikë

Në fund të viteve '60 dhe në fillim të viteve '70 kishte shpresa të mëdha për sintezën e komplekseve të transferimit të ngarkesës organike (CTC) - për shembull, komplekset en:TCNQ -TTF (tetracianoquinodimethane-tetrathiafulvalene). Sidoqoftë, megjithë sintezën e një numri komponimesh premtuese, doli që superpërçueshmëria në këto komplekse është e paqëndrueshme edhe në densitet të ulët të rrymës.

Shënime

Lidhjet

Fondacioni Wikimedia. 2010.

• Wah (pasthirrmë)
• Ura e Pjetrit dhe Palit

Shihni se çfarë është "Superpërcjellshmëria e temperaturës së lartë" në fjalorë të tjerë:

superpërçueshmëri në temperaturë të lartë- superpërcjellshmëri në temperatura të larta - [A.S. Goldberg. Fjalori anglisht-rusisht i energjisë. 2006] Temat energjia në përgjithësi Sinonime superpërçueshmëri në temperatura të larta EN superpërçueshmëri në temperaturë të lartë ... Udhëzues teknik i përkthyesit

Superpërcjellshmëri- Një magnet që ngrihet mbi një superpërçues me temperaturë të lartë i ftohur nga azoti i lëngshëm është një veti e disa partnerëve... Wikipedia

QERAMIKË SUPERPERCUESE ME TEMPERATURË TË LARTË- (qeramika HTSC), qeramika (shih QERAMIKA), e krijuar mbi bazën e superpërcjellësve me temperaturë të lartë oksidi (shih GJYSMËPËRQESIT OXIDE). Qeramikat superpërcjellëse u morën për herë të parë në vitin 1986 nga J. Bednorz (shih BEDNORZ Johannes Georg) dhe K.... ... fjalor enciklopedik

HTSC- Superpërcjellshmëri me temperaturë të lartë... Fjalori i shkurtesave ruse

Lista e teknologjive të reja premtuese- përmban disa nga ngjarjet, arritjet dhe risitë më të spikatura aktuale në fusha të ndryshme të teknologjisë moderne. Teknologjitë e reja janë ato risi teknike që paraqesin ndryshime progresive brenda fushës... ... Wikipedia

Tellurium- 52 Antimoni ← Tellurium → Jod ... Wikipedia

Tellurium / Tellurium (Te) Numri atomik 52 Pamja e një lënde të thjeshtë Vetitë e atomit Masa atomike (masa molare) 127.6 a. e.m (g/mol) ... Wikipedia

OKSIDI SUPERPËRQËSIT ME TEMPERATURË TË LARTË- komponimet okside me kriticitet të lartë. shpejtësia e kalimit T nga kalimi në gjendjen superpërcjellëse. Zbulimi i superpërçueshmërisë në këto komponime (1986 88) rriti ndjeshëm nivelin e vlerave të njohura të Tc nga 24 K në Nb3Ge në 120 KV T12 Ba 2 Ca 2 Cu3 O ... ... Enciklopedi fizike