Superlaidumo taikymas moksle ir technikoje
Superlaidumas vadinamas kvantiniu reiškiniu, kuris susideda iš to, kad kai kurios medžiagos, kai jų temperatūra pakyla iki tam tikros kritinės vertės, pradeda rodyti nulinę elektrinę varžą.
Šiandien mokslininkai jau žino kelis šimtus elementų, lydinių ir keramikos, galinčios taip elgtis. Į superlaidumo būseną patekęs laidininkas pradeda rodyti, kas vadinama Meisnerio efektas, kai magnetinis laukas iš jo tūrio visiškai pasislenka į išorę, o tai, žinoma, prieštarauja klasikiniam su įprastu laidumu susijusių efektų aprašymui hipotetinio idealo, tai yra nulinio pasipriešinimo, sąlygomis.
Laikotarpiu nuo 1986 iki 1993 m. buvo aptikta nemažai aukštos temperatūros superlaidininkų, ty tų, kurie pereina į superlaidžią būseną nebe tokioje žemoje temperatūroje kaip skysto helio virimo temperatūra (4,2 K), o verdant. skysto azoto taškas ( 77 K) - 18 kartų didesnis, o tai laboratorinėmis sąlygomis galima pasiekti daug lengviau ir pigiau nei naudojant helią.
Padidėjęs susidomėjimas praktiniu pritaikymu superlaidumas prasidėjo praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje, kai horizonte ryškiai pasirodė II tipo superlaidininkai, turintys didelį srovės tankį ir magnetinę indukciją. Tada jie pradėjo įgyti vis didesnę praktinę reikšmę.
Elektromagnetinės indukcijos dėsnis mums sako, kad aplink elektros srovę visada yra magnetinis laukas... O kadangi superlaidininkai srovę praleidžia be pasipriešinimo, pakanka tiesiog palaikyti tokias medžiagas tinkamoje temperatūroje ir taip gauti detalių idealiems elektromagnetams sukurti.
Pavyzdžiui, medicininėje diagnostikoje magnetinio rezonanso tomografijos technologija apima galingų superlaidžių elektromagnetų naudojimą tomografuose. Be jų gydytojai negalėtų gauti tokių įspūdingų didelės raiškos vidinių žmogaus kūno audinių vaizdų, nesinaudodami skalpeliu.
Didelę reikšmę įgijo superlaidūs lydiniai, tokie kaip niobio-titano ir niobio-alavo intermetalai, iš kurių techniškai lengva gauti stabilius plonus superlaidžius siūlus ir suvytusius laidus.
Mokslininkai jau seniai sukūrė skystintuvus ir šaldytuvus su dideliu aušinimo pajėgumu (esant skysto helio temperatūros lygiui), būtent jie prisidėjo prie superlaidumo technologijos kūrimo SSRS. Jau tada, devintajame dešimtmetyje, buvo statomos didelės elektromagnetinės sistemos.
Buvo paleistas pirmasis pasaulyje eksperimentinis objektas T-7, skirtas ištirti galimybę inicijuoti sintezės reakciją, kai toroidiniam magnetiniam laukui sukurti reikalingos superlaidžios ritės.Dideliuose dalelių greitintuvuose superlaidžios ritės taip pat naudojamos skysto vandenilio burbulų kamerose.
Kuriami ir kuriami turbininiai generatoriai (praėjusio amžiaus 80-aisiais superlaidininkų pagrindu sukurti itin galingi turbininiai generatoriai KGT-20 ir KGT-1000), elektros varikliai, kabeliai, magnetiniai separatoriai, transporto sistemos ir kt.
Debitmačiai, lygio matuokliai, barometrai, termometrai – superlaidininkai puikiai tinka visiems šiems tiksliams prietaisams.Pagrindinės pagrindinės superlaidininkų pramoninio panaudojimo sritys išlieka dvi: magnetinės sistemos ir elektros mašinos.
Kadangi superlaidininkas nepraleidžia magnetinio srauto, tai reiškia, kad tokio tipo gaminys apsaugo nuo magnetinės spinduliuotės. Ši superlaidininkų savybė naudojama tiksliuose mikrobangų įrenginiuose, taip pat apsaugai nuo tokio pavojingo žalingo branduolinio sprogimo veiksnio kaip galinga elektromagnetinė spinduliuotė.
Dėl to žemos temperatūros superlaidininkai išlieka nepakeičiami kuriant magnetus mokslinių tyrimų įrangoje, pavyzdžiui, dalelių greitintuvuose ir branduolių sintezės reaktoriuose.
Magnetinės levitacijos traukiniai, kurie šiandien aktyviai naudojami Japonijoje, dabar gali judėti 600 km/h greičiu ir jau seniai įrodė savo pagrįstumą ir efektyvumą.
Dėl to, kad superlaidininkuose nėra elektrinės varžos, elektros energijos perdavimo procesas tampa ekonomiškesnis. Pavyzdžiui, superlaidus plonas kabelis, nutiestas po žeme, iš esmės galėtų perduoti energiją, kuriai tradiciniu būdu perduoti prireiktų storo laidų pluošto – sudėtingos linijos.
Šiuo metu išlieka aktualūs tik išlaidų ir priežiūros klausimai, susiję su poreikiu nuolat siurbti azotą per sistemą. Tačiau 2008 m. „American Superconductor“ sėkmingai paleido pirmąją komercinę superlaidžią perdavimo liniją Niujorke.
Be to, yra pramoninė baterijų technologija, leidžianti šiandien kaupti ir kaupti (kaupti) energiją nuolatinės cirkuliuojančios srovės pavidalu.
Sujungdami superlaidininkus su puslaidininkiais, mokslininkai kuria itin sparčius kvantinius kompiuterius, kurie supažindina pasaulį su naujos kartos skaičiavimo technologijomis.
Superlaidžioje būsenoje esančios medžiagos pereinamosios temperatūros priklausomybės nuo magnetinio lauko dydžio reiškinys yra valdomų rezistorių – kriotronų – pagrindas.
Šiuo metu, žinoma, galime kalbėti apie didelę pažangą siekiant gauti aukštos temperatūros superlaidininkus.
Pavyzdžiui, metalo keramikos kompozicija YBa2Cu3Ox pereina į superlaidžią būseną esant aukštesnei nei azoto suskystinimo temperatūrai!
Tačiau dauguma šių sprendimų yra dėl to, kad gauti pavyzdžiai yra trapūs ir nestabilūs; todėl minėti niobio lydiniai vis dar aktualūs technologijoje.
Superlaidininkai leidžia sukurti fotonų detektorius. Kai kurie iš jų naudoja Andrejevo atspindį, kiti naudoja Josephsono efektą, kritinės srovės buvimo faktą ir kt.
Sukurti detektoriai, fiksuojantys pavienius fotonus iš infraraudonųjų spindulių diapazono, kurie turi daug pranašumų prieš detektorius, paremtus kitais įrašymo principais, pavyzdžiui, fotoelektriniais daugikliais ir kt.
Atminties ląstelės gali būti sukurtos remiantis sūkuriais superlaidininkuose. Kai kurie magnetiniai solitonai jau naudojami panašiai. Dvimačiai ir trimačiai magnetiniai solitonai yra panašūs į sūkurius skystyje, kur srautų vaidmenį atlieka domenų išlyginimo linijos.
Kalmarai yra miniatiūriniai žiediniai superlaidininkai, veikiantys pagal ryšį tarp magnetinio srauto pokyčių ir elektros įtampos. Tokie mikroįrenginiai veikia itin jautriuose magnetometruose, galinčiuose išmatuoti Žemės magnetinį lauką, taip pat medicinos įrangoje, skirtoje nuskaitytų organų magnetogramoms gauti.