Разделы сайта

Читаемое

Обновления Nov-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 [ 98 ] 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

(TMTSF)2PFg. После открытия фуллеренов сверхпроводимость была обнаружена в легированных щелочными металлами молекулах Cq.

2001 г. ознаменовался рядом крупных достижений. Прежде всего надо отметить рекорд критической температуры сверхпроводящего перехода в фуллеритах, установленный учеными из Bell Laboratories (исследовательский центр компании AT&T): расширяя решетку монокристаллов Cq интеркаляцией молекул CHBtj, удалось получить 117 К. В другом кристалле - CHClj/CgQ достигнута = 80 К. В 2001 г. сверхпроводимость при нескольких градусах К бьша найдена в углеродных нанотрубках. В этом же году был обнаружен новый сверхпроводник, имеющий серьезные технологические преимущества перед ВТСП, - диборид магния MgB2 с критической температурой 39 К.

Динамика роста достигнутой критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние за период с 1911 по 2002 гг. показана на рис. 8.16.


1940 I960 Годы

2000 2020

Рис8.16. Критическая температура различных сверхпроводящих соединений за 1911-1 - металлические сверхпроводники; 2 - ВТСП; 3 - ортанические сверхпроводники 586

Основные физические свойства сверхпроводников, лежащие в основе их практических применений, можно сформулировать следующим образом.

Сверхпроводники в интервале значений ниже критических величин температуры, индукции магнитного поля и плотности электрического тока имеют нулевое сопротивление, т. е. способны нести бездиссипативный постоянный ток без потерь на нагрев проводника. Уровень потерь определяется фактором р/, где р - удельное сопротивление, а у - плотность тока. В технических изделиях из сверхпроводников (проводах, кабелях и т. д.) эффективное сопротивление на переменном токе промышленной частоты (50...60 Гц) из-за потерь на гистерезис и вихревые токи хотя и отличается от нуля, но составляет одну десятитысячную или менее от эффективного сопротивления обычного проводника при комнатной температуре.

При значениях магнитного поля ниже определенного критического значения сверхпроводники обладают идеальным диамагнетизмом - магнитное поле не проникает в объем материала (эффект Мейсснера).

Магнитный момент сверхпроводящего кольца или полого цилиндра может изменяться только дискретно на величину кванта магнитного потока, равную 2x10 Гс см.

Поверхностное сопротивление (импеданс) сверхпроводника при частотах ниже критических в 10-100 раз меньше поверхностного сопротивления хорошо проводящих материалов (медь, алюминий) при тех же температурах.

В сверхпроводниках возможно протекание тока без падения напряжения через туннельный контакт, образованный двумя сверхпроводниками, которые разделены тонким слоем (масштаба нанометров) диэлектрика (стационарный эффект Джозефсона), либо протекание тока, сопровождаемое при превышении некоторой критической его величины генерацией электромагнитного излучения с частотой, которая определяется разностью потенциалов на контакте (нестационарный эффект Джозефсона).

Первые два из указанных свойств лежат в основе сильноточных сверхпроводниковых технологий, предназначенных для устройств больших мощностей и запасенных энергий. Эти технологии находят непосредственное применение в электроэнергетике, а с некоторыми вариациями - во всех направлениях промышленного производства и транспорта. OctanbHbie свойства используются в слаботочных сверхпроводниковых технологиях, применяемых в телекоммуникационной технике, прецизионном приборостроении, научном и медицинском оборудовании. Основные сверхпроводники, используемые сегодня в технике, и их физические параметры представлены в табл. 8.17.



с; <в

§. с к

£

(в 3-Э

Is (!

i

° - 5 о о-

i 5 ь g 1 S

, -

is ag-

X ~ 7 2

X X

es о

e о J

5 о о о

§ i

D. о 5 I

о s 5

u о u <u S [2

a О H X s с

? 2 §

А Л

g i ё 1

= о S . u u пз с

а> со o oj со

Ё 1§ ~

s л

§ s 1

, , g g ----

1Ы 1 ш Ш1 sill iii if III Hit liil

-

Коммерческие материалы и приборы на основе сверхпроводимости

Сильноточные технологии

Промышленное производство технических сверхпроводящих материалов было освоено в мире к середине 70-х годов XX в. Активно разрабатывались различные устройства, использующие явление сверхпроводимости, - от лабораторных магнитов для камерных научных исследований в физике, химии, биологии до крупных, индустриального масштаба уста-I новок по магнитному удержанию горячей термоядерной плазмы или импульсные источники энергии большой мощности на базе индуктивных накопителей.

Основу технических сверхпроводящих материалов составляли в то время два НТСП-материала. Первый из них - деформируемый сплав Nb-Ti со следующими параметрами: критическая температура 9,6 К при нулевых магнитном поле и токе, критическое магнитное поле 12 Тл при 4,2 К (температура кипения жидкого гелия при нормальном давлении), нулевом токе и критической плотности тока, равной 3x10 А при 4,2 К и в магнитном поле 5 Тл. Стоимость такого материала не превышает нескольких долларов за 1 кА м.

Вторым сверхпроводником, освоенным промышленностью несколько позже, бьшо интерметаллическое соединение NbjSn, которое расширило диапазон рабочих температур и магнитных полей для сверхпроводниковых устройств. Материал на основе NbjSn имеет критическую температуру 18,3 К при нулевых магнитном поле и токе, критическое магнитное поле около 22 Тл при 4,2 К и нулевом токе, критическую плотность тока более высокую, чем в материалах на основе сплава Nb-Ti, в частности, при 4,2 К в поле ЮТл плотность тока в нем превышала 10 А-м . Его стоимость составляет примерно 10 долл. за I кА м.

Сами технические сверхпроводящие провода представляли собой сложные композитные конструкции из разнородных материалов с ультратонкими (до долей микрона) нитями собственно сверхпроводника. Наукоемкая технология их изготовления (рис. 8.17) бьша освоена СССР, США, Японией, ФРГ и другими индустриально развитыми странами.

Значения рабочих магнитных полей и плотностей тока, которых удавалось достичь в сверхпроводниковых устройствах, использующих материалы Nb-Ti и NbjSn при температурах вблизи 4,2 К, практически перекрывали прогнозируемые потребности всего электротехнического и электроэнергетического оборудования. К тому же значительно уменьша-



новыГматериа/гы


§


и <а э-

лись его омические потери и массогабаритные показатели. Естественно, ожидали, что применение сверхпроводниковых технологий гелиевого уровня температур позволит не только расширить спектр исследовательских установок и устройств специальной техники, но прежде всего окажет преобразующее воздействие на электроэнергетику, транспорт и другие электропотребляющие отрасли экономики.

С середины 60-х годов, когда начались исследования по прикладной сверхпроводимости, в развитых странах разрабатьшаются сверхпроводниковые варианты практически всех основных электротехнических устройств, которые генерируют, передают, преобразуют и потребляют электроэнергию в промышленном масштабе. В России в течение последних 20 лет созданы и испытаны представительные модели и опытно-промышленные образцы сверхпроводниковых турбогенераторов мощностью от 1 до 20 MB А, изготовлены турбогенератор мощностью 300 MB А, коллекторные и униполярные двигатели мощностью до 10 МВт, системы движения для морского и железнодорожного транспорта, трансформаторы, токоограничители, гибкие и жесткие линии электропередач, индуктивные накопители энергии.

Это оборудование действительно продемонстрировало выигрыш в КПД и массогабаритных показателях по сравнению с традиционным. И хотя были очеввдны пути повышения его надежности до уровня требований энергетических стандартов, промышленного распространения оно не получило. Причин тому несколько. Из-за слишком большого значения фактора р/, или фактора омических потерь, конкурентоспособным сверхпроводниковое оборудование признавалось при больших единичных мощностях, например, генераторы при мощностях более 800...1000 MB А, линии электропередач при мощностях более 5 ГВ А и дальностях в несколько тысяч километров. Большое сопротивление (и не только психологическое) по отношению к новому встречала перспектива использования сложного и на первых порах недостаточно надежного криогенного оборудования гелиевого уровня температур и самого хладагента -дорогого жидкого гелия.

Выйти на коммерческих основаниях за пределы экономических и психологических барьеров смогли три типа сверхпроводниковых устройств гелиевого уровня температур: магниторезонансные томографы со сверхпроводящими магнитами, сверхпроводниковые сепараторы и малые индуктивные накопители энергии. Производство сверхпроводниковых томографов началось в 80-е годы. Благодаря хорошему качеству диагностической информации, связанному с высокой индукцией магнитного



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 [ 98 ] 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка