В течение довольно продолжительного времени основные усилия как экспериментаторов, так и теоретиков были направлены на то, чтобы разрешить загадку сверхпроводимости, понять природу самого явления. Конечно, и тогда необычные свойства сверхпровод­ников использовались в различных устройствах, но особенно ин­тенсивно прикладная сверхпроводимость стала развиваться за последние годы. Если раньше сверхпроводящие вещества в основ­ном были предметом исследования, то в последнее время все больше возрастает роль сверхпроводимости как метода, с помощью которого получаются интересные результаты в различных областях физики и техники. Возникла новая область техники— прикладная сверхпро­водимость.

Одно нз важнейших достижений физики низких температур — использование сверхпроводящих сплавов для получения сверхсильных постоянных магнитов. Сверхпроводящий соленоид не нуждается, в отличие от обычного электромагнита, во внешнем источнике питания, поскольку протекающий в нем ток не испытывает электри­ческого сопротивления. Сейчас уже получены сверхпроводящие соленоиды, позволяющие получать поля около 2*105 гс.

Много исследований посвящается вопросу об использовании сверхпроводников при создании вычислительных машин. Сверхпроводящий ток является незатухающим. Это позволяет использовать его в качестве идеального запоминающего устройства, причем скорость «вспоминания» сверхпроводящих устройств значительно превышает возможности человеческого мозга.

Сверхпроводники используются и в качестве переключающих устройств, работающих с очень высокой скоростью при малых затратах мощности.

На рисунке 2.7 изображено одно из таких устройств, так называемый проволочный криотрон. Слово «криотрон» греческого происхождения (kryos— холод). Прибор состоит из проволоки, сделан­ной например, из свинца или тантала, находящихся в сверхпроводящем состоянии. Эта проволока называется клапаном. На нее намотана более тонкая проволока из ниобия. Катушка, образован­ная этим тонким проводом, называется управляющей. При протекании по ней тока определен­ной величины сверхпроводи­мость в клапане разрушается.

Ниобий был выбран в качестве материала для изготовления управляющего провода по той простой причине, что сверхпроводимость сохраняется в нем при достаточно сильных магнитных полях. Критические же поля свинца или тантала, образующих клапан, являются весьма малыми, и сверхпрово­димость в них поэтому раз­рушается при пропускании в ниобиевой катушке достаточно слабо­го тока. Сопротивление в клапане меняется при этом скачком от нуля до некоторого конечного значения. Это соответствует размыка­нию цепи. Уменьшая ток в управляющем проводе, можно снова восстановить сверхпроводящее состояние свинца или тантала.

Скорость переключения в криотронах достигает двух наносе­кунд (2-10-9). Высокая скорость в сочетании с простотой устройства и делает весьма привлекательным использование сверхпроводящих криотронов в вычислительной технике. Электронно-вычислитель­ные машины со сверхпроводящими устройствами очень компактны.

В начале нашего рассказа мы говорили об эффекте отталки­вания, который используется сейчас для создания опор без трения. Сверхпроводящая сфера благодаря этому эффекту висит над коль­цом, в котором циркулирует незатухающий ток. Сила тяжести уровновешнвается магнитной «подушкой», создаваемой током, те­кущим по сверхпроводящему кольцу. Оказывается, что могут «па­рить» довольно тяжелые предметы. Так, например, в одном из опы­тов был подвешен свинцовый цилиндр массой 5

Устройство, в котором используется описанное явление, назы­вается сверхпроводящим подвесом. Такие подвесы могут приме­няться в гироскопах, моторах и в ряде других устройств.

Сейчас в ряде стран ведутся работы по созданию «сверхпроводя­щей железной дороги. Создается поезд на магнитной «подушке». В вагонах будут находиться сверхпроводящие магниты, благодаря которым поезд повиснет над металлическим путепроводом. Скорость такого поезда сможет достигать 500 км/ч. Теперь уже ясно, что способность сверхпроводников висеть при определенных условиях без всякой поддержки приведет к созданию поездов будущего.

Принцип механического отталкивания положен в основу созда­ния электрических машин, к. п. д. которых благодаря замечатель­ным свойствам сверхпроводников оказывается равным 100%. В этих машинах вращающаяся часть (ротор) выполнена в виде шести­угольного сверхпроводящего стакана. Два магнита, вращающиеся по окружности статора, отталкивают от себя магнитной «подушкой»

 

сверхпроводящий ротор. Последний приходит во вращение, ско­рость которого доводится до 20000 об/мин и в принципе может быть увеличена до большего значения.

Очень заманчивой является перспектива создания сверхпрово­дящих трансформаторов. Существенно отсутствие в них тепловых потерь; сверхпроводящие трансформаторы при большой мощности (проектируются мощности, достигающие 1000000 квт) оказывают­ся значительно более компактными по сравнению с обычными трансы- форматорами.

Благодаря эффекту Мейсснера появилась возможность создать так называемый магнитный экран — устройство, представляющее собой замкнутую металлическую оболочку из сверхпроводника, тол­щина которой превышает соответствующую глубину проникновения магнитного поля. Экспериментальная установка, окруженная такой оболочкой, оказывается не подверженной действию внешних магнитных полей.

Мы уже не раз говорили о том, что компактность сверхпроводя­щих установок является их большим преимуществом. Это качество становится главным при решении вопроса о применении сверхпроводников в космических кораблях. Хорошо известно, что в космосе имеются области повышенной радиации. Концентрация частиц в эгих областях намного превышает допустимую норму, что делает весьма опасным пребывание человека на борту корабля, совершаю­щего космический полет. Для защиты корабля в окружающем его пространстве должно быть создано магнитное поле, искривляющее траекторию заряженных частиц и не позволяющее им достигнуть поверхности корабля. Заметим, что именно магнитное поле Земли защищает население земного шара от космической радиации.

Компактную установку, создающую достаточно мощную магнитную защиту, можно сделать только с использованием эффекта сверхпроводимости.

Есть и другой интересный прибор — сверхпроводящий боло­метр. Он предназначается для измерения радиации в инфракрасной: области спектра. Основной частью такого болометра является тон­кая проволока из сверхпроводника (обычно используется Та или Sn), находящаяся при температуре, близкой к критической. Под действием падающего излучения температура проволоки повыша­ется и становится больше Tk. При этом сверхпроводимость разруша­ется и в проволоке скачком восстанавливается нормальное сопротивление. Это приводит к легко регистрируемому падению напря­жения. Резкость перехода в нормальное состояние делает сверхпроводимый болометр весьма чувствительным прибором. Порог чувствительности его составляет 10-10—10-12 вт.

Практическое использование сверхпроводимости существенно осложняется необходимостью получения весьма низких температур. Применение сверхпроводников значительно возросло, если бы удалось получить их при высоких температурах. К революции и игктротехнике привело бы создание вещества, сохраняющего сверхпроводящие свойства даже при температуре ≈100 °К. В са­мое последнее время появились надежды на положительное реше­ние этого вопроса, и он, конечно, больше всего интересует сейчас физиков, занимающихся изучением свойств сверхпроводников.

|
Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top