Ti… a gba awọn alabojuto iwọn otutu giga? Awọn isopọ ireti

Awọn laini agbara ti ko ni ipadanu, imọ-ẹrọ itanna iwọn otutu kekere, awọn superelectromagnets nipari rọra rọra awọn miliọnu awọn iwọn pilasima ni awọn reactors idapọ, idakẹjẹ ati iyara maglev. A ni ireti pupọ fun superconductors…

Superconductivity ipinle ohun elo ti odo itanna resistance ni a npe ni. Eyi jẹ aṣeyọri ni diẹ ninu awọn ohun elo ni awọn iwọn otutu kekere pupọ. O ṣe awari iṣẹlẹ kuatomu yii Kamerling Onnes (1) ni Makiuri, ni 1911. Classical fisiksi ko le bawa pẹlu awọn oniwe-apejuwe. Yato si resistance odo, ẹya pataki miiran ti superconductors jẹ Titari aaye oofa kuro ninu iwọn didun rẹohun ti a npe ni Meissner ipa (ni iru I superconductors) tabi idojukọ aaye oofa sinu "vortices" (ni iru II superconductors).

Pupọ julọ superconductors ṣiṣẹ nikan ni awọn iwọn otutu ti o sunmọ odo pipe. O ti royin pe o jẹ 0 Kelvin (-273,15 °C). Atomic ronu ni iwọn otutu yii ko fẹrẹ si. Eyi ni bọtini si superconductors. Bi alaiyatọ elekitironi gbigbe ni a adaorin collide pẹlu miiran gbigbọn awọn ọta, nfa pipadanu agbara ati resistance. Sibẹsibẹ, a mọ pe superconductivity ṣee ṣe ni awọn iwọn otutu ti o ga julọ. Diẹdiẹ a n ṣe awari awọn ohun elo ti n ṣafihan ipa yii ni isalẹ iyokuro Celsius, ati laipẹ paapaa ni Celsius rere. Sibẹsibẹ, eyi lẹẹkansi nigbagbogbo pẹlu ohun elo ti titẹ giga pupọ. Ala ti o tobi julọ ni lati ṣẹda imọ-ẹrọ yii ni iwọn otutu yara laisi titẹ nla.

Ipilẹ ti ara fun iṣẹlẹ ti ipo ti superconductivity jẹ Ibiyi ti orisii fifuye grabbers - ti a npe ni Cooper. Iru orisii le dide bi kan abajade ti awọn apapo ti meji elekitironi pẹlu iru awọn agbara Agbara Fermi, i.e. Agbara ti o kere julọ nipasẹ eyiti agbara ti eto fermionic yoo pọ si lẹhin fifi nkan kan kun, paapaa nigbati agbara ti ibaraenisepo ti o so wọn pọ si kere pupọ. Eyi yipada awọn ohun-ini itanna ti ohun elo naa, nitori awọn gbigbe ẹyọkan jẹ fermions ati awọn orisii jẹ awọn bosons.

Ṣe ifowosowopo nitorina, o jẹ eto kan ti meji fermions (gẹgẹ bi awọn elekitironi) ibaraenisepo pẹlu kọọkan miiran nipasẹ gara latissi vibrations ti a npe ni phonons. A ṣe apejuwe iṣẹlẹ naa Leona ṣe ifowosowopo ni 1956 ati pe o jẹ apakan ti imọ-jinlẹ BCS ti iwọn-kekere superconductivity. Awọn fermions ti o jẹ batapọ Cooper ni awọn iyipo idaji (eyiti o ṣe itọsọna ni awọn itọnisọna idakeji), ṣugbọn abajade ti eto naa ti kun, ie, Cooper bata jẹ boson.

Diẹ ninu awọn eroja jẹ superconductors ni awọn iwọn otutu kan, fun apẹẹrẹ, cadmium, tin, aluminiomu, iridium, Pilatnomu, awọn miiran lọ si ipo ti superconductivity nikan ni titẹ giga pupọ (fun apẹẹrẹ, oxygen, irawọ owurọ, sulfur, germanium, lithium) tabi ninu fọọmu ti tinrin fẹlẹfẹlẹ (tungsten, beryllium, chromium), ati diẹ ninu awọn ko le sibẹsibẹ wa ni superconducting, gẹgẹ bi awọn fadaka, Ejò, goolu, ọlọla ategun, hydrogen, biotilejepe wura, fadaka ati Ejò jẹ ninu awọn ti o dara ju conductors ni yara otutu.

“Iwọn otutu giga” tun nilo awọn iwọn otutu kekere pupọ

Ni odun 1964 William A. Kekere daba awọn seese ti awọn aye ti ga-otutu superconductivity ni Organic polima. Imọran yii da lori isọpọ elekitironi ti o ni agbedemeji exciton, ni idakeji si isọpọ phonon-ilaja ninu ilana BCS. Oro ti "ga otutu superconductors" ti a lo lati se apejuwe titun kan ebi ti seramiki pẹlu kan perovskite be awari nipa Johannes G. Bednorz ati K.A. Muller ni ọdun 1986, eyiti wọn gba Ebun Nobel. Wọnyi titun seramiki superconductors (2) won se lati Ejò ati atẹgun adalu pẹlu miiran eroja bi lanthanum, barium ati bismuth.

2. Seramiki awo lilefoofo loke awọn alagbara oofa

Lati oju-ọna wa, “iwọn otutu-giga” superconductivity tun jẹ kekere pupọ. Fun awọn titẹ deede, opin jẹ -140 ° C, ati paapaa iru awọn superconductors ni a pe ni "iwọn otutu giga". Awọn iwọn otutu superconductivity ti -70°C fun hydrogen sulfide ti waye ni awọn igara giga julọ. Bibẹẹkọ, awọn alabojuto iwọn otutu giga nilo nitrogen olomi olowo poku fun itutu agbaiye, dipo helium olomi, eyiti o ṣe pataki.

Ni ida keji, o jẹ seramiki brittle pupọ julọ, ko wulo pupọ fun lilo ninu awọn eto itanna.

Awọn onimo ijinlẹ sayensi tun gbagbọ pe aṣayan ti o dara julọ wa ti nduro lati wa awari, ohun elo iyalẹnu tuntun ti yoo pade awọn ibeere bii superconductivity ni yara otutu, ti ifarada ati ilowo lati lo. Diẹ ninu awọn iwadii ti dojukọ bàbà, kirisita eka kan ti o ni awọn fẹlẹfẹlẹ ti bàbà ati awọn ọta atẹgun ninu. Iwadi n tẹsiwaju si diẹ ninu awọn ijabọ aiṣedeede ṣugbọn ti imọ-jinlẹ ti ko ṣe alaye pe graphite ti omi sinu le ṣe bi superconductor ni iwọn otutu yara.

Awọn ọdun aipẹ ti jẹ ṣiṣan otitọ ti “awọn iyipada,” “awọn aṣeyọri,” ati “awọn ipin tuntun” ni aaye ti superconductivity ni awọn iwọn otutu ti o ga julọ. Ni Oṣu Kẹwa Ọdun 2020, superconductivity ni iwọn otutu yara (ni 15°C) ti royin ninu erogba disulfide hydride (3), sibẹsibẹ, ni kan gan ga titẹ (267 GPA) ti ipilẹṣẹ nipasẹ awọn alawọ lesa. Grail Mimọ, eyiti yoo jẹ ohun elo olowo poku ti o dara julọ ni iwọn otutu yara ati titẹ deede, ko tii rii.

3. Awọn ohun elo ti o da lori erogba ti o ni agbara julọ ni 15 ° C.

Dawn ti awọn oofa-ori

Atokọ ti awọn ohun elo ti o ṣee ṣe ti awọn superconductors giga-giga le bẹrẹ pẹlu ẹrọ itanna ati imọ-ẹrọ kọnputa, awọn ẹrọ ọgbọn, awọn eroja iranti, awọn iyipada ati awọn asopọ, awọn olupilẹṣẹ, awọn ampilifaya, awọn accelerators patiku. Nigbamii lori atokọ: awọn ẹrọ ifura pupọ fun wiwọn awọn aaye oofa, awọn foliteji tabi awọn ṣiṣan, awọn oofa fun awọn ẹrọ MRI iṣoogun, Awọn ẹrọ ibi ipamọ agbara oofa, awọn ọkọ oju-irin ọta ibọn leviating, awọn ẹrọ, awọn olupilẹṣẹ, awọn oluyipada ati awọn laini agbara. Awọn anfani akọkọ ti awọn ẹrọ superconducting ala wọnyi yoo jẹ itusilẹ agbara kekere, iyara iṣẹ ṣiṣe ati awọn iwọn ifamọ.

Fun superconductors. Idi kan wa ti awọn ile-iṣẹ agbara ni igbagbogbo kọ nitosi awọn ilu ti o nšišẹ. Paapaa 30 ogorun. ti a ṣẹda nipasẹ wọn Agbara itanna o le padanu lori awọn ila gbigbe. Eyi jẹ iṣoro ti o wọpọ pẹlu awọn ohun elo itanna. Pupọ julọ agbara ni a lo lori ooru. Nitorinaa, apakan pataki ti agbegbe dada kọnputa jẹ iyasọtọ si awọn paati itutu agbaiye, eyiti o ṣe iranlọwọ lati tu ooru ti ipilẹṣẹ nipasẹ awọn iyika.

Superconductors yanju iṣoro ti pipadanu agbara nitori ooru. Gẹgẹbi apakan ti awọn adanwo, awọn onimo ijinlẹ sayensi, fun apẹẹrẹ, ṣakoso lati ni igbesi aye itanna lọwọlọwọ inu kan superconducting oruka diẹ ẹ sii ju ọdun meji lọ. Ati eyi laisi afikun agbara.

Idi kan ṣoṣo ti lọwọlọwọ duro ni nitori ko si iwọle si helium olomi, kii ṣe nitori lọwọlọwọ ko le tẹsiwaju lati san. Awọn adanwo wa yorisi wa lati gbagbọ pe awọn ṣiṣan ni awọn ohun elo ti o ga julọ le ṣan fun awọn ọgọọgọrun ẹgbẹrun ọdun, ti kii ba ṣe diẹ sii. Ina lọwọlọwọ ni superconductors le ṣàn lailai, gbigbe agbara fun free.

в ko si resistance Ilọ lọwọlọwọ nla le ṣan nipasẹ okun waya ti o ni agbara, eyiti o ṣe ipilẹṣẹ awọn aaye oofa ti agbara iyalẹnu. Wọn le ṣee lo lati lefite awọn ọkọ oju irin maglev (4), eyiti o le de awọn iyara ti o to 600 km / h ati pe o da lori superconducting oofa. Tabi lo wọn ni awọn ile-iṣẹ agbara, rọpo awọn ọna ibile ti o yi awọn turbines ni awọn aaye oofa lati ṣe ina ina. Awọn oofa ti o lagbara ti o lagbara le ṣe iranlọwọ lati ṣakoso awọn aati idapọpọ iparun. Awọn superconducting waya le sise bi ohun bojumu agbara ipamọ ẹrọ kuku ju a batiri, ati awọn ti o pọju ninu awọn eto yoo wa ni muduro fun a ẹgbẹrun ati milionu odun.

Ni awọn kọnputa pipo, o le ṣàn lọna aago tabi ni idakeji aago ni superconductor. Awọn ọkọ oju-omi ati awọn ẹrọ ọkọ ayọkẹlẹ yoo jẹ igba mẹwa kere ju oni lọ, ati pe awọn ẹrọ MRI ti iwadii iṣoogun gbowolori yoo baamu ni ọpẹ ti ọwọ rẹ. Agbara oorun ti a gba lati awọn oko ni awọn aginju aginju nla ni ayika agbaye le wa ni ipamọ ati tan kaakiri laisi pipadanu eyikeyi.

4. Japanese maglev reluwe

Gẹgẹbi onimọ-jinlẹ ati olokiki olokiki ti imọ-jinlẹ, KakuAwọn imọ-ẹrọ bii superconductors yoo mu akoko tuntun wọle. Ti a ba tun n gbe ni ọjọ-ori ti ina, awọn alabojuto iwọn otutu yara yoo mu ọjọ-ori magnetism wa pẹlu wọn.