Приложение на свръхпроводимостта в науката и технологиите

Свръхпроводимостта се нарича квантово явление, което се състои в това, че някои материали, когато температурата им се доведе до определена критична стойност, започват да проявяват нулево електрическо съпротивление.

Днес учените вече познават няколкостотин елемента, сплави и керамика, способни да се държат по този начин. Проводник, преминал в свръхпроводящо състояние, започва да показва какво се нарича Ефект на Майснер, когато магнитното поле от обема му е напълно изместено навън, което, разбира се, противоречи на класическото описание на ефектите, свързани с обикновената проводимост при условия на хипотетично идеално, тоест нулево съпротивление.

В периода от 1986 до 1993 г. са открити редица високотемпературни свръхпроводници, тоест такива, които преминават в свръхпроводящо състояние вече не при такива ниски температури като точката на кипене на течен хелий (4,2 К), а при кипене точка на течен азот (77 К) — 18 пъти по -висока, което в лабораторни условия може да се постигне много по -лесно и по -евтино, отколкото с хелий.

Повишен интерес към практическото приложение свръхпроводимост започна през 50 -те години на миналия век, когато свръхпроводниците тип II, с тяхната висока плътност на тока и магнитна индукция, излязоха ярко над хоризонта. Тогава те започнаха да придобиват все по -голямо практическо значение.

Законът за електромагнитната индукция ни казва, че около електрическия ток винаги има магнитно поле… И тъй като свръхпроводниците провеждат ток без съпротивление, достатъчно е просто да се поддържат такива материали при правилните температури и по този начин да се получат части за създаване на идеални електромагнити.

Например в медицинската диагностика технологията на магнитно -резонансната томография включва използването на мощни свръхпроводящи електромагнити в томографите. Без тях лекарите нямаше да могат да получат толкова впечатляващи изображения с висока разделителна способност на вътрешните тъкани на човешкото тяло, без да прибягнат до използването на скалпел.

Свръхпроводящи сплави като ниобий-титан и ниобий-калай интерметал са спечелили голямо значение, от което е технически лесно да се получат стабилни тънки свръхпроводящи нишки и многожилни проводници.

Учените отдавна са създали втечнители и хладилници с висок охлаждащ капацитет (при температурно ниво на течен хелий), именно те са допринесли за развитието на свръхпроводяща технология обратно в СССР. Дори тогава, през 80 -те години, са изградени големи електромагнитни системи.

Стартира първото в света експериментално съоръжение Т-7, предназначено да проучи възможността за иницииране на реакция на термоядрен синтез, където са необходими свръхпроводящи бобини за създаване на тороидално магнитно поле. В ускорители с големи частици свръхпроводящи намотки се използват и в балонни камери за течен водород.

Разработват се и се създават турбинни генератори (през 80-те години на миналия век на базата на свръхпроводници са създадени свръхмощни турбинни генератори KGT-20 и KGT-1000), електродвигатели, кабели, магнитни сепаратори, транспортни системи и др.

Разходомери, нивомери, барометри, термометри — свръхпроводниците са чудесни за всички тези прецизни инструменти.Основните основни области на индустриално приложение на свръхпроводници остават две: магнитни системи и електрически машини.

Тъй като свръхпроводникът не пропуска магнитния поток, това означава, че продукт от този вид защитава магнитното излъчване. Това свойство на свръхпроводниците се използва в прецизни микровълнови устройства, както и за защита срещу такъв опасен увреждащ фактор на ядрена експлозия като мощно електромагнитно излъчване.

В резултат на това нискотемпературните свръхпроводници остават незаменими за създаването на магнити в изследователско оборудване като ускорители на частици и термоядрени агрегати.

Влаковете с магнитна левитация, които се използват активно днес в Япония, вече могат да се движат със скорост от 600 км / ч и отдавна са доказали своята осъществимост и ефективност.

Липсата на електрическо съпротивление в свръхпроводниците прави процеса на прехвърляне на електрическа енергия по -икономичен. Например, един свръхпроводящ тънък кабел, положен под земята, по принцип би могъл да предава енергия, което би изисквало дебел сноп жици — тромава линия — да го предаде по традиционния начин.

В момента остават релевантни само проблемите с разходите и поддръжката, свързани с необходимостта от непрекъснато изпомпване на азот през системата. Въпреки това през 2008 г. American Superconductor успешно стартира първата търговска свръхпроводяща преносна линия в Ню Йорк.

В допълнение, има технология за индустриални батерии, която позволява днес да се натрупва и съхранява (акумулира) енергия под формата на непрекъснат циркулиращ ток.

Комбинирайки свръхпроводници с полупроводници, учените създават свръхбързи квантови компютри, които представят на света ново поколение изчислителни технологии.

Феноменът на зависимостта на температурата на преминаване на вещество в свръхпроводящо състояние от величината на магнитното поле е в основата на контролирани резистори — криотрони.

В момента, разбира се, можем да говорим за значителен напредък по отношение на напредъка към получаване на високотемпературни свръхпроводници.

Така например металокерамичният състав YBa2Cu3Ox преминава в свръхпроводящо състояние при температура над температурата на втечняване на азот!

Повечето от тези решения обаче се дължат на факта, че получените проби са крехки и нестабилни; следователно гореспоменатите ниобиеви сплави са все още актуални в технологията.

Свръхпроводниците правят възможно създаването на фотонни детектори. Някои от тях използват отражение на Андреев, други използват ефекта на Джоузефсън, факта на наличието на критичен ток и т.н.

Изградени са детектори, които записват единични фотони от инфрачервения диапазон, които показват редица предимства пред детекторите въз основа на други принципи на запис, като фотоелектрически множители и др.

Клетките с памет могат да бъдат създадени въз основа на вихри в свръхпроводници. Някои магнитни солитони вече се използват по подобен начин. Двуизмерните и триизмерните магнитни солитони са подобни на вихрите в течност, където ролята на поточните линии се играе от линиите на подравняване на домейна.

Калмарите са миниатюрни пръстенови базирани на свръхпроводници устройства, които действат въз основа на връзката между промените в магнитния поток и електрическото напрежение. Такива микроустройства работят във високочувствителни магнитометри, способни да измерват магнитното поле на Земята, както и в медицинско оборудване за получаване на магнитограми на сканирани органи.