Struktura e superpërçuesve me temperaturë të lartë. Zhvendosja e kalorësit, superpërçueshmëria me temperaturë të lartë - fenomeni i superpërçueshmërisë Superpërcjellësit me temperaturë të lartë

Superpërçueshmëri me temperaturë të lartë

Zbulimi në fund të vitit 1986 i një klase të re materialesh superpërcjellëse me temperaturë të lartë zgjeron rrënjësisht mundësitë e përdorimit praktik të superpërçueshmërisë për të krijuar teknologji të re dhe do të ketë një ndikim revolucionar në efikasitetin e sektorëve të ekonomisë kombëtare.

Fenomeni i zhdukjes së plotë të rezistencës elektrike të një përcjellësi kur ftohet nën një temperaturë kritike u zbulua në vitin 1911, por përdorimi praktik i këtij fenomeni filloi në mesin e viteve gjashtëdhjetë, pasi u zhvilluan materiale superpërçuese të përshtatshme për aplikime teknike. Për shkak të faktit se temperaturat kritike të këtyre materialeve nuk i kalonin 20 K, të gjitha pajisjet superpërcjellëse të krijuara funksionuan në temperatura të heliumit të lëngshëm, d.m.th. në 4-5 K. Pavarësisht nga pamjaftueshmëria e këtij ftohësi, kostot e larta të energjisë për lëngëzimin e tij, kompleksiteti dhe kostoja e lartë e sistemeve termoizoluese në një sërë fushash, përdorimi praktik i superpërcjellshmërisë ka filluar. Aplikimet më të mëdha të superpërçuesve janë elektromagnetët e përshpejtuesve të grimcave të ngarkuara, instalimet termonukleare dhe gjeneratorët MHD. U krijuan prototipe të gjeneratorëve elektrikë superpërcjellës, linjave të transmetimit të energjisë, pajisjeve të ruajtjes së energjisë, ndarësve magnetikë, etj.. Vitet e fundit, në vende të ndryshme kapitaliste ka filluar prodhimi masiv i tomografëve mjekësorë diagnostikues NMR me magnet superpërcjellës, tregu potencial i të cilëve vlerësohet në disa miliardë dollarë.

Zbulimi i superpërçuesve me temperaturë të lartë, temperatura kritike e të cilëve tejkalon pikën e vlimit të azotit të lëngshëm me një diferencë, ndryshon rrënjësisht treguesit ekonomikë të pajisjeve superpërcjellëse, pasi kostoja e ftohësit dhe kostoja e ruajtjes së temperaturës së kërkuar zvogëlohen me 50-100 herë. Për më tepër, zbulimi i superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë (HTSC) hoqi ndalimin teorik për rritjen e mëtejshme të temperaturës kritike nga 30 në temperaturën e dhomës. Kështu, që nga zbulimi i këtij fenomeni, temperatura kritike është rritur nga 30 në 130 K.

Programi shtetëror shkencor dhe teknik parashikon një gamë të gjerë pune, duke përfshirë kërkime themelore dhe të aplikuara që synojnë zgjidhjen e problemit të zbatimit teknik të superpërçueshmërisë me temperaturë të lartë.

Në përputhje me strukturën e programit, fushat kryesore të punës janë:

1. HULUMTIMI I NATYRES DHE VETIVE TE HTSC.

Detyrat kryesore të këtij drejtimi janë kërkimi themelor për të sqaruar mekanizmin e superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë, zhvillimi i teorisë së HTSC, parashikimi i kërkimit të komponimeve të reja me parametra të lartë kritikë dhe përcaktimi i vetive fiziko-kimike të tyre.

2. NDIKIMI I FAKTORËVE TË JASHTËM NË VETITË E MATERIALEVE HTSC.

Në këtë fushë do të kryhen kërkime mbi ndikimin e presioneve të larta, efekteve mekanike dhe termike, rrezatimit jonizues, fushave elektromagnetike dhe faktorëve të tjerë të jashtëm në vetitë e materialeve HTSC dhe zhvillimi i rekomandimeve për krijimin e materialeve HTSC me teknologjinë optimale. dhe karakteristikat teknike.

3. BAZAT DHE TEKNOLOGJI SHKENCORE PËR PRODHIMIN E MATERIALEVE HTSC.

Objektivat kryesore të kërkimit në këtë fushë janë zhvillimi i bazave teorike për prodhimin e materialeve superpërcjellëse në temperaturë të lartë me veti të specifikuara, sinteza e materialeve të reja me parametrat e nevojshëm për zbatimin teknik dhe zhvillimi i teknologjive për prodhimin e temperaturës së lartë. superpërcjellës të formave teknike të specifikuara. Çështjet kryesore në këtë drejtim dhe i gjithë programi në tërësi janë krijimi i strukturave teknologjikisht të avancuara dhe të qëndrueshme me shtresë të hollë, të përshtatshme për zbatim në teknologjinë me rrymë të ulët, dhe veçanërisht elementët me rrymë të lartë në formën e telave, shiritave. , kabllot etj. për përdorim në teknologjinë me rrymë të lartë.

4. APLIKIMET E HTSC me AKTIM TË ULËT.

Krijimi i produkteve teknike specifike bazuar në materialet HTSC është më realisti në të ardhmen e afërt pikërisht në teknologjinë me rrymë të ulët, d.m.th. në mikroelektronikë dhe teknologji kompjuterike.

Programi përfshin zhvillimin dhe zotërimin e prodhimit serik të tre klasave të pajisjeve elektronike superpërcjellëse:

SQUIDs (pajisje të bazuara në kryqëzimet Josephson) si detektorë të fushave magnetike të dobëta për përdorim në mjekësi (magnetoencefalografi), gjeologji dhe gjeofizikë (kërkim i mineraleve, studimi i strukturës gjeologjike të kores së tokës, parashikimi i tërmeteve), shkenca materiale
(testim jo destruktiv i materialeve, strukturave), pajisje ushtarake
(zbulimi i anomalive magnetike, në veçanti, nëndetëset e thella), kërkimi shkencor, komunikimi dhe navigimi.

Zhvillimi dhe zbatimi i gjerë i metodës së matjes magnetometrike SQUID do të bëjë të mundur në një kohë të shkurtër ndryshimin cilësor të shumë llojeve të pajisjeve matëse, rritjen e ndjeshmërisë së instrumenteve dhe saktësinë e matjeve me qindra ose më shumë herë, duke sjellë aftësitë matëse të një gamën e sensorëve në kufirin teorik dhe sjellin pajisjet matëse në nivelin më të lartë cilësor të ri.

Pajisjet analoge-dixhitale (ADC) që përdorin kalimin ultra të shpejtë (fraksione të një pikosekondi) nga mënyrat e funksionimit të Josephson në "Dhurues", për aplikime në sistemet më të fundit të komunikimit, pajisje llogaritëse dixhitale për përpunimin dhe analizimin e sinjaleve analoge, etj.

Pajisjet e bazuara në efektin e shfaqjes së një tensioni konstant në një kryqëzim Josephson kur një sinjal mikrovalë aplikohet në të, për përdorim në sistemet matëse precize (për shembull, një standard
Volta).

HTSC do të gjejë aplikim të gjerë në teknologjinë kompjuterike. Tashmë në kohën e tanishme, janë zhvilluar prototipe të një qelize memorie, një element leximi ultra i ndjeshëm në filmat HTSC me një reduktim të shumëfishtë të çlirimit të energjisë në krahasim me amplifikatorët e leximit gjysmëpërçues dhe linja komunikimi me shpejtësi ultra të lartë, të cilat do të rrisin produktiviteti i sistemeve nga 10 - 100 herë. Futja e HTSC në teknologjinë kompjuterike do të sigurojë një rritje të shumëfishtë në shpejtësinë dhe shkallën e integrimit të tij. Pra, kaloni në
Lidhjet HTSC dhe ulja e temperaturës së funksionimit të superkompjuterëve gjysmëpërçues do të rrisë produktivitetin e tyre nga 10x9 në 10x12 operacione/sek.

Perspektiva të gjera për përdorimin e HTSC-ve po hapen në teknologjinë e mikrovalëve dhe në krijimin e sensorëve në rangun e dukshëm dhe IR me ndjeshmëri të lartë.

5. APLIKACIONET E HTSC ME AKTUALE TË LARTË.

Përdorimi i HTSC në teknologjinë me rrymë të lartë do të ketë pasojat ekonomike më radikale për ekonominë kombëtare.

Ky drejtim përfshin krijimin e pajisjeve dhe sistemeve të energjisë elektrike që gjenerojnë, transmetojnë dhe konvertojnë energjinë elektrike në shkallë industriale. Baza e këtij drejtimi është aftësia e superpërçuesve për të bartur densitet të lartë (10x9-10x10 A/m2) të rrymës së transportit në fusha të forta magnetike në temperatura nën kritike pa humbje. Kjo veti e superpërçuesve bën të mundur krijimin e pajisjeve të energjisë elektrike për qëllime të ndryshme me karakteristika të përmirësuara të peshës dhe madhësisë, më të larta
efikasitet dhe reduktuar ndjeshëm (dhjetëra herë) kostot operative.

Kështu, gjatë transmetimit të fuqisë mbi 20 milion kW nëpërmjet linjave kabllore të energjisë në një distancë prej mbi 2000 km, pritet një reduktim i humbjeve elektrike me 10%, që korrespondon me kursime nga 7 deri në 10 milion t.e. në vit. Në të njëjtën kohë, kostot e dhëna për një linjë elektrike kabllore superpërçuese mund të mos jenë më të mëdha se për një linjë tradicionale të tensionit të lartë.
Gjeneratorët sinkron superpërcjellës për termocentralet, centralet bërthamore dhe hidrocentralet do të kenë
0,5-0,8% efikasitet më i lartë dhe 30% peshë dhe dimensione më të vogla. Është planifikuar të krijohen pajisje superpërcjellëse të ruajtjes së energjisë induktive, të cilat, në krahasim me stacionet e depozitimit me pompë, i vetmi lloj i pajisjes së ruajtjes së energjisë që ka gjetur aplikim industrial në sektorin e energjisë, do të kenë një efikasitet dukshëm më të lartë (deri në 97-98% në vend të kësaj. prej 70%). Në kuadër të programit është planifikuar të krijohet një gamë e gjerë pajisjesh elektrike dhe elektrike, ndërsa shkalla e kursimit total të energjisë për shkak të përdorimit masiv të superpërcjellësve me temperaturë të lartë do të jetë aq e madhe sa do të mundësojë të rishikojë rrënjësisht strategjinë ekzistuese të gjerë për zhvillimin e kompleksit të karburantit dhe energjisë.

Sipas strukturës së programit, është planifikuar të zhvillohen dhe prodhohen pajisje dhe sisteme superpërcjellëse, krijimi i të cilave është ekonomikisht dhe teknikisht i realizueshëm bazuar në superpërçuesit tradicionalë të heliumit.
Këta janë ndarës superpërcjellës, tomografë NMR, sisteme magnetike për mbylljen e plazmës në TOCOMAC dhe përshpejtues të grimcave të ngarkuara, etj.
Krijimi i sistemeve të tilla, përveç efektit real ekonomik nga zbatimi i tyre, do të vendosë bazat e nevojshme teknike dhe teknologjike për një kalim të shpejtë në HTSC pasi krijohen përçues HTSC të avancuar teknologjikisht.

6. KRIOSTATIMI.

Meqenëse, megjithë një rritje të konsiderueshme të temperaturave kritike të materialeve të reja superpërcjellëse, vlera e tyre absolute mbetet në nivelin e temperaturave kriogjenike, një nga fushat më të rëndësishme të kërkimit dhe zhvillimit është krijimi i impianteve të azotit të lëngëzimit dhe ftohjes automatike shumë ekonomike dhe të besueshme. , sistemet kriostatike për produkte specifike superpërcjellëse, si dhe kërkimi i metodave thelbësisht të reja për prodhimin e të ftohtit në intervalin e temperaturës së funksionimit të HTSC.

Është planifikuar të krijohen sisteme për diagnostikimin dhe monitorimin e parametrave të pajisjeve kriostatike.

Përveç kësaj, për produktet dhe sistemet e krijuara në bazë të superpërcjellësve tradicionalë, do të zhvillohen dhe prodhohen instalime të heliumit të gjeneratës së re me tregues të lartë tekniko-ekonomik.

7. PUNA MBËSHTETËSE SIPAS PROGRAMIT HTSC.

Në kuadër të këtij drejtimi është planifikuar të kryhet një gamë e gjerë punimesh për parashikimin shkencor dhe teknik dhe studimet e fizibilitetit për përdorimin e HTSC, zhvillimin dhe zbatimin e sistemeve të automatizuara të informacionit, si dhe krijimin e bazave të të dhënave për HTSC.
Përveç kësaj, do të zbatohet një program gjithëpërfshirës i trajnimit dhe rikualifikimit të personelit të kualifikimeve të ndryshme për të punuar në çështje
HTSC.

Sot pashë këtë koment dhe diskutimin nën të. Duke pasur parasysh që sot isha në prodhimin e kabllove superpërçues, doja të fusja disa komente, por vetëm për lexim... Si rezultat, vendosa të shkruaj një artikull të shkurtër për superpërçuesit me temperaturë të lartë.

Për të filluar, për çdo rast, dëshiroj të vërej se vetë termi "superpërçues me temperaturë të lartë" nënkupton superpërçuesit me një temperaturë kritike mbi 77 K (-196 °C) - pika e vlimit të azotit të lëngshëm të lirë. Ato shpesh përfshijnë superpërçues me një temperaturë kritike prej rreth 35 K, sepse Kjo ishte temperatura e cupratit të parë superpërçues La 2-x Ba x CuO 4 (një substancë me përbërje të ndryshueshme, pra x). Ato. Temperaturat "të larta" këtu janë ende shumë të ulëta.

Dy superpërçues me temperaturë të lartë përdoren gjerësisht - YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO, Y123) dhe Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (BSCCO, Bi-2223). Përdoren gjithashtu materiale të ngjashme me YBCO, në të cilat ittriumi zëvendësohet nga një element tjetër i tokës së rrallë, për shembull gadolinium, emërtimi i tyre i përgjithshëm është ReBCO.
YBCO e prodhuar dhe ReBCO të tjera kanë një temperaturë kritike prej 90-95 K. BSCCO e prodhuar arrin një temperaturë kritike prej 108 K.

Përveç temperaturës së lartë kritike, ReBCO dhe BSCCO dallohen nga vlera të mëdha të fushës magnetike kritike (në helium të lëngshëm - më shumë se 100 T) dhe rrymë kritike. Megjithatë, me këtë të fundit gjithçka nuk është aq e thjeshtë...

Në një superpërçues, elektronet nuk lëvizin në mënyrë të pavarur, por në çifte (çifte Cooper). Nëse duam që rryma të kalojë nga një superpërçues në tjetrin, atëherë hendeku midis tyre duhet të jetë më i vogël se madhësia karakteristike e këtij çifti. Për metalet dhe lidhjet, kjo madhësi është dhjetëra apo edhe qindra nanometra. Por në YBCO dhe BSCCO është vetëm disa nanometra dhe fraksione të një nanometri, në varësi të drejtimit të lëvizjes. Edhe boshllëqet midis kokrrizave individuale të një polikristali rezultojnë të jenë një pengesë mjaft e dukshme, për të mos përmendur boshllëqet midis pjesëve individuale të një superpërçuesi. Si rezultat, qeramika superpërçuese, nëse nuk merren truke të veçanta, janë në gjendje të kalojnë vetëm një rrymë relativisht të vogël përmes tyre.

Mënyra më e lehtë për të zgjidhur problemin ishte në BSCCO: kokrrat e saj kanë natyrshëm skajet e lëmuara dhe ngjeshja më e thjeshtë mekanike lejon që këto kokrriza të porositen për të marrë një vlerë të lartë të rrymës kritike. Kjo bëri të mundur krijimin e shpejtë dhe të lehtë të gjeneratës së parë të kabllove superpërcjellëse me temperaturë të lartë, ose më saktë, shiritave superpërçues me temperaturë të lartë. Ato janë një matricë argjendi që përmban shumë tuba të hollë të mbushur me BSCCO. Kjo matricë rrafshohet dhe kokrrat e superpërçuesit marrin rendin e dëshiruar. Ne marrim një shirit të hollë fleksibël që përmban shumë bërthama individuale të sheshta superpërçuese.

Mjerisht, materiali BSCCO është larg idealit: rryma e tij kritike bie shumë shpejt me rritjen e fushës magnetike të jashtme. Fusha e saj magnetike kritike është mjaft e lartë, por shumë kohë përpara se të arrijë këtë kufi, ajo humb aftësinë për të kaluar çdo rrymë të madhe. Kjo kufizoi shumë përdorimin e shiritave superpërcjellës me temperaturë të lartë; ato nuk mund të zëvendësonin lidhjet e vjetra të mira të niobium-titanit dhe niobium-kallajit që vepronin në helium të lëngshëm.

ReBCO është një çështje krejtësisht tjetër. Por krijimi i orientimit të saktë të grurit në të është shumë i vështirë. Vetëm relativisht kohët e fundit ata kanë mësuar të bëjnë shirita superpërçues bazuar në këtë material. Shirita të tillë, të quajtur gjenerata e dytë, prodhohen duke spërkatur një material superpërçues në një substrat që ka një strukturë të veçantë që specifikon drejtimin e rritjes së kristalit. Tekstura, siç mund ta merrni me mend, është në madhësi nanometër, kështu që kjo është nanoteknologji e vërtetë. Në kompaninë e Moskës SuperOx, ku isha në të vërtetë, për të marrë një strukturë të tillë, pesë shtresa të ndërmjetme spërkaten mbi një nënshtresë metalike, njëra prej të cilave spërkatet njëkohësisht me një rrymë jonesh të shpejta që bien në një kënd të caktuar. Si rezultat, kristalet e kësaj shtrese rriten vetëm në një drejtim, në të cilin është më e vështirë për jonet t'i spërkasin ato. Prodhuesit e tjerë, nga të cilët ka katër në botë, mund të përdorin teknologji të tjera. Nga rruga, kasetat shtëpiake përdorin gadolinium në vend të ittriumit; rezulton të jetë më i avancuar teknologjikisht.

Shiritat superpërcjellës të gjeneratës së dytë me gjerësi 12 mm dhe trashësi 0,1 mm në azot të lëngshëm në mungesë të një fushe magnetike të jashtme kalojnë një rrymë deri në 500 A. Në një fushë magnetike të jashtme prej 1 T, rryma kritike ende arrin 100 A, dhe në 5 T - deri në 5 A Nëse e ftohni shiritin në temperaturën e hidrogjenit të lëngshëm (lidhjet e niobiumit në këtë temperaturë as nuk kalojnë në gjendjen superpërcjellëse), atëherë e njëjta shirit do të jetë në gjendje të kalojë 500 A në një fushë prej 8 T, dhe "disa" 200-300 A në një fushë të nivelit të disa dhjetëra Tesla (bretkosa fluturon). Nuk ka nevojë të flasim për heliumin e lëngshëm: ka projekte magnetësh në këto kaseta me një fushë në një nivel prej 100 Tesla! Vërtet, këtu problemi i forcës mekanike lind me forcë të plotë: fusha magnetike gjithmonë tenton të thyejë elektromagnetin, por kur kjo fushë arrin dhjetëra tesla, aspiratat e saj realizohen lehtësisht...

Megjithatë, të gjitha këto teknologji të shkëlqyera nuk e zgjidhin problemin e lidhjes së dy pjesëve të superpërcjellësit: megjithëse kristalet janë të orientuar në një drejtim, nuk flitet për lustrim të sipërfaqes së jashtme deri në vrazhdësi të përmasave nënnanometër. Koreanët kanë një teknologji për shkrirjen e shiritave individualë me njëri-tjetrin, por ajo është ende, për ta thënë butë, larg nga perfektja. Në mënyrë tipike, shiritat lidhen me njëri-tjetrin me saldim konvencional duke përdorur saldim konvencional me plumb kallaji ose një metodë tjetër klasike. Sigurisht, në këtë rast në kontakt shfaqet një rezistencë e kufizuar, kështu që nuk është e mundur të krijohet një magnet superpërçues nga kaseta të tilla që nuk kërkon energji për shumë vite, dhe thjesht një linjë energjie me humbje saktësisht zero. Por rezistenca e kontaktit është fraksione të vogla të një mikroom, kështu që edhe në rrymë 500 A lëshohen vetëm fraksione të një milivat.

Sigurisht, në një artikull shkencor popullor lexuesi kërkon më shumë argëtim... Këtu janë disa video të eksperimenteve të mia me shirit superpërçues të temperaturës së lartë të gjeneratës së dytë:

Videoja e fundit u regjistrua nën përshtypjen e një komenti në YouTube, në të cilin autori argumentoi se superpërcjellshmëria nuk ekziston, dhe levitimi i një magneti është një efekt krejtësisht i pavarur, duke i ftuar të gjithë të verifikojnë korrektësinë e tij duke matur drejtpërdrejt rezistencën. Siç e shohim, superpërçueshmëria ende ekziston.

Jo shumë kohë më parë, fenomeni i superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë (HTSC) ishte me interes vetëm për shkencëtarët. Sidoqoftë, sot produktet komerciale fitimprurëse të bazuara në HTSC, përfshirë ato të prodhuara në Rusi, po hyjnë në treg për pajisjet e energjisë elektrike. HTSC mund të bëjë një përparim në teknologjitë e transmetimit të energjisë.

HTSC nuk është aspak i nxehtë

Në fillim të shekullit të njëzetë, u zbulua se një sërë metalesh dhe lidhjesh karakterizohen nga superpërçueshmëria, domethënë aftësia për të patur rezistencë zero në temperatura afër zeros absolute (rreth -270 ° C). Për një kohë të gjatë, superpërçuesit mund të përdoreshin vetëm në temperaturën e heliumit të lëngshëm, gjë që bëri të mundur krijimin e pajisjeve përshpejtues dhe rezonancë magnetike tomografi.

Në vitin 1986, superpërçueshmëria u zbulua në një temperaturë prej rreth 30 K, e cila u nderua me çmimin Nobel, dhe në fillim të viteve 1990. Ishte e mundur të arrihet superpërçueshmëri tashmë në 138K, dhe jo metalet, por komponimet okside u përdorën si një superpërçues.
Materialet qeramike që kanë rezistencë zero në temperatura mbi temperaturën e azotit të lëngshëm (77 K) quhen superpërçues me temperaturë të lartë (HTSC). Sidoqoftë, nëse e kthejmë Kelvinin në gradë Celsius, të cilat janë më të njohura për ne, do të kuptojmë se po flasim për temperatura jo shumë të larta, të themi, rreth minus 169–200 ° C. Edhe dimri i ashpër rus nuk është në gjendje të sigurojë kushte të tilla.

Mendjet e studiuesve janë të ngazëllyer nga ideja e gjetjes së materialeve që mund të transferohen te superpërcjellshmëria gjendje në temperaturën e dhomës (293K). Teorikisht, një mundësi e tillë ekziston. Sipas disa raporteve, vetitë superpërçuese dyshohet se u zbuluan edhe në kokrra individuale të grafitit pas një trajtimi të veçantë. Sot, kërkimi i superpërçuesve "temperaturë dhome" (RTSC) konsiderohet si një nga detyrat kryesore kërkimore në fushën e nanoteknologjisë. Megjithatë, jo vetëm aplikimi praktik, por edhe konfirmimi i besueshëm eksperimental i CTSC mbetet një pyetje për nesër. Industria e sotme e energjisë elektrike po zotëron përdorimin e superpërçuesve me temperaturë të lartë.

Pajisjet e bazuara në superpërçueshmëri në temperaturë të lartë kërkojnë ftohje me azot të lëngshëm. Sipas ekspertëve të industrisë, është një ftohës relativisht i lirë dhe i përshtatshëm që siguron temperatura 77K dhe lejon zbatimin e projekteve praktike.

Përfitimet e superpërçueshmërisë

Superpërçueshmëria mund të përdoret (dhe tashmë po përdoret) në fusha të ndryshme. Fillimisht u përdor për të krijuar magnet me fushë të lartë. Me ndihmën e superpërçuesve, mund të arrihet levitacioni magnetik, duke lejuar që trenat me shpejtësi të lartë të lëvizin pa probleme, pa zhurmë apo fërkime. Po krijohen motorë elektrikë HTSC për anijet dhe industria, të cilat kanë parametra dukshëm më të vegjël të peshës dhe madhësisë me fuqi të barabartë. Superpërcjellshmëria është interesante nga pikëpamja e mikroelektronikës dhe teknologjisë kompjuterike. Superpërçuesit me temperaturë të ulët përdoren në pajisjet diagnostikuese mjekësore (tomografë), madje edhe në projekte të tilla ekzotike "megashkencë" si Përplasësi i Madh i Hadronit dhe Reaktori Ndërkombëtar Termonuklear.

Superpërcjellshmëria në temperaturë të lartë shoqërohet me shpresat për tejkalimin e dilemës globale të energjisë që lidhet, nga njëra anë, me rritjen e vazhdueshme të konsumit të energjisë në të tashmen dhe të ardhmen, dhe nga ana tjetër, me domosdoshmëri reduktojnë rrënjësisht emetimet e karbonit për të parandaluar ndryshimet klimatike. Në fund të fundit, në thelb, HTSC nxjerr në pah pajisjet e zakonshme për gjenerimin dhe transmetimin e energjisë elektrike në parim një nivel i ri për sa i përket efikasitetit.

Një nga aplikimet më të dukshme të superpërçuesve është në transmetimin e energjisë elektrike. Kabllot HTS mund të transmetojnë fuqi të konsiderueshme me një seksion kryq minimal, d.m.th., ato kanë një kapacitet të xhiros së një rendi të ndryshëm nga kabllot tradicionale. Kur rryma kalon nëpër një superpërçues, nuk gjenerohet nxehtësi dhe praktikisht nuk ka humbje, gjë që zgjidh problemin kryesor të rrjeteve të shpërndarjes.

Gjeneratorët falë mbështjelljes bërë nga superpërçues materialet që ofrojnë fusha të mëdha magnetike bëhen shumë më të fuqishme. Për shembull, koncerni Siemens ka ndërtuar tre gjeneratorë HTSC me fuqi deri në 4 MW. Makina është dy herë më e lehtë dhe më e vogël në krahasim me një gjenerator konvencional me të njëjtën fuqi. Gjithashtu, gjeneratori HTSC tregoi stabilitet më të madh të tensionit kur ndryshon ngarkesa dhe performancë më të mirë për sa i përket konsumit të energjisë reaktive.

Sot, bota po zhvillon në mënyrë aktive gjeneratorë të erës bazuar në superpërçueshmëri me temperaturë të lartë. Duke përdorur Mbështjelljet HTSC bëjnë të mundur krijimin e gjeneratorëve HTSC 10 MW, të cilët do të jenë 2–4 herë më të lehta se ato konvencionale.

Një fushë premtuese për përdorimin e gjerë të superpërçuesve janë pajisjet e ruajtjes së energjisë, roli i të cilave është gjithashtu i madh nga pikëpamja e zhvillimit të sistemeve moderne të energjisë duke përdorur burime të rinovueshme të energjisë. Edhe pajisjet elektrike të njohura, si transformatorët, fitojnë karakteristika cilësore të reja falë HTSC.

Superpërcjellshmëria bën të mundur krijimin e pajisjeve të tilla të pazakonta si kufizuesit e rrymës së qarkut të shkurtër, të cilët kufizojnë plotësisht rrymën gjatë një qarku të shkurtër dhe automatikisht ndizet kur të hiqet qarku i shkurtër.

Shirit i gjeneratës së dytë

Cilat nga këto ide premtuese janë vënë tashmë në praktikë dhe me përpjekjet e kujt? Para së gjithash, duhet të theksohet se sot tregu ofron superpërçues me temperaturë të lartë të gjeneratës së parë dhe të dytë (HTSC-1 dhe HTSC-2). Për sa i përket vëllimit të produkteve të prodhuara deri më sot, VTSP-1 është ende fitues, por për ekspertët është e qartë se e ardhmja për superpërçuesit gjenerata e dytë. Kjo për faktin se në hartimin e superpërçuesve HTSC-2, më shumë se 70% është një matricë e bërë prej argjendi.

Një nga kompanitë kryesore ruse që punon në temën e superpërçuesve të gjeneratës së dytë është SuperOx CJSC. Filloi brenda mureve të Universitetit Shtetëror të Moskës Lomonosov, ku një grup shkencor nga Fakulteti i Kimisë punoi në teknologjinë e depozitimit të filmave të hollë të superpërçuesve. Në vitin 2006, bazuar në njohuritë e akumuluara, filloi një projekt tregtar për krijimin e prodhimit vendas të telave HTSC të gjeneratës së dytë.

Në vitin 2011, sfera e interesave të SuperOx u zgjerua përmes bashkëpunimit të ngushtë me kompaninë e sapokrijuar SuperOx Japan LLC. U krijua një linjë pilot prodhimi që lejon prodhimin e telit HTSC me një rrymë kritike deri në 500 A/cm gjerësi. Që nga viti 2011, kompania SuperOx-Innovations është gjithashtu banore në Skolkovo, ku kryen kërkime të aplikuara që synojnë optimizimin e karakteristikave teknike të shiritave HTSC të gjeneratës së dytë dhe zhvillon teknologji të ndryshme për prodhimin e këtyre materialeve. Në vitin 2013, prodhimi i shiritit VTSP-2 filloi në parkun teknologjik të Moskës Slava.

"Produkti ynë, shiriti superpërcjellës i gjeneratës së dytë, është një substrat i bërë nga çelik inox special, rezistent ndaj temperaturave të larta, i cili më pas nuk i humbet vetitë e tij mekanike kur aplikoni filma të hollë," thotë Vadim Amelichev, specialist kryesor në SuperOx SHA. - Me metoda speciale, në këtë nënshtresë aplikohen shtresa oksidi tampon dhe si shtresë funksionale aplikohet një film me kuprat gadolinium-barium. Kjo strukturë është e veshur më pas me shtresa të holla argjendi ose bakri dhe përdoret si e tillë. në superpërçueshmëri pajisje.

Ky material, me një trashësi filmi prej vetëm një ose dy mikronësh, ka një kapacitet mbajtës të rrymës prej rreth 500 A për 1 mm² seksion kryq, domethënë qindra herë më shumë se ai i një kabllo bakri të zakonshëm. Prandaj, kjo shirit është ideale për aplikacione ku kërkohet rrymë e lartë. Kabllot për rryma të larta, magnet për fusha të larta janë fushat kryesore të aplikimit.”

SuperOx ka një cikël të plotë prodhimi për shiritin VTSP-2. Shitjet e këtij produkti inovativ filluan në vitin 2012, dhe tani materiali furnizohet jo vetëm në Rusi, por dhe eksportohen në nëntë vende, duke përfshirë Bashkimin Evropian, Japoninë, Tajvanin dhe Zelandën e Re.
"Nuk ka shumë prodhues të shiritit VTSP-2 në botë," shpjegon Vadim Amelichev. - Janë dy kompani amerikane, kompani në Korenë e Jugut dhe Japoni. Në Evropë, askush përveç nesh nuk prodhon një shirit të tillë në shkallë industriale. Shiriti ynë u testua në shumë qendra kërkimore dhe konfirmoi konkurrencën e tij karakteristikat e tij”.

Zhvilloni një industri të re

“Përkundër faktit se superpërçueshmëria me temperaturë të lartë është shfaqur mjaft kohët e fundit, çështjet e aplikimit të saj në teknologji po studiohen intensivisht. në teknologji vendet e zhvilluara të botës, "thotë Viktor Pantsyrny, Doktor i Shkencave Teknike, anëtar i plotë i AES të Federatës Ruse, drejtor zhvillimi i Russian Superconductor SHA, "Në vendin tonë, në kuadër të Komisionit nën Presidentin e Federatës Ruse. Federata për Modernizim dhe teknologjike Për zhvillimin e ekonomisë ruse, projekti "Industria e Superpërçuesve" u iniciua si pjesë e projektit "Energjia Inovative" në fushën prioritare "Efiçenca e Energjisë".

Ky projekt në fushën e industrisë së superpërçuesve koordinohet nga kompania ruse Superconductor, e krijuar nga Korporata Shtetërore Rosatom. Gjatë periudhës pesëvjeçare nga 2011 deri në 2015, ata planifikojnë të krijojnë teknologji konkurruese për prodhimin e superpërçuesve të gjeneratës së dytë me temperaturë të lartë, prodhimin pilot të telave me shirita të gjatë (deri në 1000 m) HTSP-2, si dhe zhvillimin e prototipave të pajisjeve të bazuara në tela HTSP-2 për industrinë e energjisë elektrike. Këta janë gjeneratorë Kufizuesit e fuqisë dhe rrymës së lartë (COT) dhe pajisjet e ruajtjes së energjisë kinetike (KNE), si dhe prizat e fuqishme të rrymës për sistemet magnetike, pajisjet e ruajtjes së energjisë induktive (SPIN), transformatorët, motorët elektrikë me fuqi të lartë.

Duke filluar nga viti 2016, është planifikuar të nisë prodhimi serik i telave HTSC-2 dhe një sërë pajisjesh të bazuara në to. Rreth 30 organizata janë të përfshira në punën e këtij projekti, duke përfshirë universitete, qendra kërkimore akademike dhe të industrisë, zyrat e projektimit dhe organizatat industriale, në veçanti SHA VNIINM, SHA NIIEFA, SHA NIITFA, SHA GIREDMET, SHA "NIFHI", SHA TVEL, Sh.A. “Tochmash” dhe jashtë tij, në Qendrën Kombëtare të Kërkimeve “Instituti Kurçatov”, ENIN ato. Krzhizhanovsky, FSBEI MAI, NRNU MEPhI, SUAI, SH.A. Rosseti, SH.A. STC FGC UES, SH.A. SuperOx, SH.A. VNIIKP, SH.A. NIIEM, OKB Yakor etj.

"Strukturisht, projekti përbëhet nga nëntë detyra të kryera paralelisht," shpjegon Viktor Pantsyrny. - Nga viti 2011 deri në 2013 arriti të krijojë prototipet e para operative shtëpiake të makinerive superpërcjellëse - një motor dhe gjenerator 50 kW, një pajisje ruajtëse të energjisë kinetike 0,5 MJ, një kufizues i rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës 3,5 MW për rrjetet e energjisë 3,5 kV, një transformator superpërcjellës 10 kVA, priza rryme për sistemet magnetike, duke kaluar një rrymë prej 1500A.

Janë krijuar gjithashtu themelet e teknologjisë për prodhimin plotësisht vendas të telave me shirit VTSP-2, duke filluar nga lëndët e para dhe duke përfunduar me metodat për monitorimin e produkteve të gatshme. U gjetën zgjidhje themelore teknologjike që bënë të mundur kalimin në krijimin e prototipeve në shkallë të plotë të pajisjeve energjetike. Kështu, puna për krijimin e një motori 200 kW aktualisht është duke përfunduar.”

Falë përdorimit të mbështjelljeve HTSP-2, një motor i tillë kur instalohet për një makinë elektrike(autobus elektrik) do të rrisë kilometrazhin me 15–20% ndërmjet rimbushjeve të baterisë. Është prodhuar dhe po përgatitet për testim në rrjetin e transportit hekurudhor, një kufizues i rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës me fuqi më shumë se 7 MVA. Po përfundon prodhimi i një gjeneratori 1 MVA, premtues për përdorim në termocentralet me erë.
Një pajisje për ruajtjen e energjisë kinetike po krijohet bazuar në teknologjitë unike të Rosatom me superpërcjellës pezullimi i volantëve, i cili ka një intensitet energjie prej më shumë se 7 MJ. Vlen të përmendet zhvillimi i një pajisjeje të ruajtjes së energjisë induktive e aftë për të çliruar energjinë e akumuluar deri në disa MJ në një kohë jashtëzakonisht të shkurtër. Puna për krijimin e një transformatori superpërcjellës me kapacitet 1000 kVA është gjithashtu në fazën përfundimtare.

“Përveç kësaj, rezultatet më të rëndësishme të projektit do të jenë krijimi i një eksperimenti të fuqishëm dhe teknologjike bazën, si dhe formimin e ekipeve të specialistëve shumë të kualifikuar në fushën e teknologjive të superpërçuesve, përfundon Viktor Pantsyrny. - Këtë vit, në Qendrën Kërkimore të Institutit Kurchatov do të nisë një linjë gjithëpërfshirëse e prodhimit dhe kërkimit për prodhimin e superpërçuesve me shirit HTSC-2 me anë të ablacionit lazer. Linja do të bëhet një mjet për zhvillimin e shkencës dhe teknologjisë së materialeve HTSC, duke përdorur në masën maksimale infrastrukturën e fuqishme shkencore të Qendrës Kurchatov NBICS. Kjo do të lejojë zhvillimin intensiv të një fushe premtuese të teknologjisë së lartë drejt komercializimit teknologjitë superpërcjellëse”.

kabllot AC

Është e pamundur të mos flasim për projektin rus për të krijuar një kabllo superpërcjellëse 200 m të gjatë. Ata punuan për krijimin e kabllit OJSC "Energjia institut ato. G.M. Krzhizhanovsky"(ENIN), OJSC "Gjithë-ruse Instituti i Kërkimeve Shkencore të Industrisë së Kabllit (VNIIKP), Instituti i Aviacionit në Moskë dhe Qendra Shkencore dhe Teknike e Industrisë së Energjisë Elektrike OJSC. Zhvillimi filloi në 2005; në 2009 u krijua një prototip, i cili u testua me sukses në një vend testimi unik të krijuar posaçërisht.

Përparësitë kryesore të kabllos HTSC janë ngarkesa e lartë aktuale, humbjet e ulëta, mirëdashja mjedisore dhe siguria nga zjarri. Për më tepër, kur transmetohet fuqi e lartë përmes një kablloje të tillë në një tension prej 10-20 kV, nënstacionet e ndërmjetme nuk kërkohen.

Kablloja HTSC është një strukturë komplekse me shumë shtresa. Elementi mbështetës qendror është bërë në formën e një spirale inox, e rrethuar nga një tufë bakri dhe tela inox të mbështjellë me shirit bakri. Dy shtresa shiritash superpërcjellës vendosen në krye të elementit qendror, dhe izolimi i tensionit të lartë vendoset në krye. Kjo pasohet nga aplikimi i një ekrani superpërçues, një shtresë shiritash bakri fleksibël të mbështjellë me shirit inox. Çdo bërthamë kabllor tërhiqet në kriostatin e vet fleksibël 200 m të gjatë.

Krijimi i kësaj strukture me shumë komponentë është i ndërlikuar nga fakti se shiriti HTSC është jashtëzakonisht i ndjeshëm.Pjesa kryesore e operacioneve teknologjike është kryer në bazë të SHA VNIIKP. Sidoqoftë, për prodhimin e izolimit të tensionit të lartë, kablloja u transportua në Perm në uzinën Kamsky Kabel.

"Ne kemi kryer operacionin e aplikimit të izolimit të letrës për kabllon HTSC," thotë Alexander Azanov, zëvendës kryeteknolog i Kamsky Cable LLC. - Janë përdorur pajisje unike që janë përdorur më parë për prodhimin e kabllove të tensionit të lartë të mbushur me vaj. Kjo është arsyeja pse nuk u kursyen asnjë burim për dërgimin e produktit gjysëm të gatshëm nga Moska në Perm dhe mbrapa. Dhe unë mendoj se tani për tani, për prodhimin e kabllove të tilla speciale, këshillohet të përdorni pajisje unike të instaluara në fabrika të ndryshme, në vend që të organizoni prodhimin në një vend.

Në të ardhmen e afërt, organizimi i prodhimit serik të këtij kablli në tonë ose në ndonjë fabrikë tjetër nuk ka gjasa, pasi instalimi i linjave me superpërçues Prodhohet jashtëzakonisht rrallë dhe në gjatësi shumë të shkurtra (jo më shumë se 1 km). Arsyeja kryesore për këtë është kostoja e kabllove HTSC dhe mirëmbajtja e tyre (është e nevojshme të pomponi vazhdimisht azot të lëngshëm përmes kabllit).

kabllot DC

Sot, zhvillimet në fushën e krijimit të kabllove HTSC vazhdojnë. SHA FGC UES dhe SHA Qendra Shkencore dhe Teknike FGC UES po kryejnë R&D të përbashkët "Krijimi i një linje kablloje DC superpërcjellëse me temperaturë të lartë për një tension 20 kV me një rrymë 2500 A dhe një gjatësi deri në 2500 m". Prototipi i parë i sistemit të ardhshëm inovativ të transmetimit të energjisë - dy seksione 30 m të kabllit bipolar HTSC, i zhvilluar në Qendrën Shkencore dhe Teknike të FGC UES dhe i prodhuar në uzinën Irkutskkabel - kaloi me sukses testet aktuale dhe tension të lartë testet në vitin 2013

Në nëntor 2014 u kryen testet e një grupi pajisjesh konvertimi për transmetim inovativ të energjisë me një kapacitet prej 50 MW. duke përdorur kabllo superpërcjellëse disa qindra metra e gjatë. Përdorimi i kabllit HTSC për furnizimin me energji elektrike në qytetet e mëdha do të bëjë të mundur zvogëlimin e sipërfaqes së ndarjeve të tokës dhe refuzimit nga ndërtimi linjat ajrore dhe zvogëlojnë humbjet e energjisë elektrike.

Qendra e Kërkimit dhe Zhvillimit të FGC UES vëren se një linjë kabllore DC e bazuar në HTSC ka një sërë avantazhesh në krahasim me një linjë AC. Ai jo vetëm që ju lejon të transmetoni energji me humbje minimale, por gjithashtu kufizoni rrymat e qarkut të shkurtër, rregulloni fuqinë reaktive, kontrolloni rrjedhat e fuqisë dhe siguroni kthimin e saj.

"Është mirë të dish që zhvilluesit rusë të kabllove HTSC janë në ballë," thotë Vitaly Vysotsky, Doktor i Shkencave Teknike, Akademik i Akademisë Ruse të Shkencave, Drejtor i drejtimit shkencor - Drejtor. departamenti i telave dhe kabllove superpërcjellës të SHA "VNIIKP". - Për shembull, një kabllo 200 m ishte më e madhja në Evropë në 2009–2013, dhe vetëm në vitin 2014 një kabllo 1 km u instalua në Gjermani. Por ky rekord do të thyhet edhe me testimin e një kabllo 2.5 km për Shën Petersburg”.

Nga mbështetja e shtetit tek investimet private

Ekspertët parashikojnë zhvillim mjaft aktiv të tregut global dhe rus të superpërçuesve. Kështu, Andrey Vavilov, Kryetar i Bordit të Drejtorëve të SuperOx CJSC, vëren se vëllimi i tregut global të HTSC po dyfishohet çdo vit dhe do të arrijë në 1 miliard dollarë në 2017, ndërsa pjesa e Federatës Ruse në tregun global mund të vlerësohet afërsisht. 10%.

"Tregu i superpërçueshmërisë për industrinë e energjisë elektrike duhet të zhvillohet, pasi dendësia e konsumit të energjisë po rritet vazhdimisht dhe pa superpërçueshmëri është e pamundur të mbështeten kërkesat në rritje," thotë Vitaly Vysotsky. - Megjithatë, punëtorët e energjisë janë shumë konservatorë në lidhje me gjithçka të re, madje edhe dhe të shtrenjta. Prandaj, tani për tani detyra kryesore është promovimi i projekteve të reja me mbështetjen e organizatave qeveritare. Kjo do të jetë dëshmi e besueshmërisë dhe efikasitetit të pajisjeve superpërcjellëse. Shfaqja e projekteve të reja do të krijojë kërkesë për prodhimin e shiritave HTSC, do të rrisë prodhimin e tyre dhe do të ulë çmimet, gjë që do të ndihmojë përsëri zhvillimin e tregut.”

“Në këtë fazë, një zgjidhje gjithëpërfshirëse për të gjitha detyrat e vendosura është e pamundur pa ndihmën e plotë të shtetit, por çdo vit rritet atraktiviteti i investimeve të teknologjisë HTSC, gjë që na lejon të presim me një shkallë të lartë besimi një fluks investimesh private. në zhvillimin e saj të mëtejshëm tregtar,” pajtohet me kolegun e tij Viktor Pantsyrny.
Ekspertët janë të kënaqur që në përgjithësi ekziston një mirëkuptim në nivel shtetëror për rëndësinë e teknologjive superpërcjellëse.
“Zhvillimi i industrisë së superpërçuesve është i një rëndësie kombëtare dhe është një pjesë e rëndësishme e tranzicionit te novatore rrugën e zhvillimit të ekonomisë së vendit. Kjo u tha së fundmi në një takim të zgjeruar të Këshillit Këshillimor nën Kryetarin e Komitetit të Dumës Shtetërore për Energjinë të Asamblesë Federale të Federatës Ruse, ku, në veçanti, u vu re se për të siguruar pavarësinë ekonomike dhe politike të Rusia, strategjikisht është e nevojshme që prodhimi vendas të jetë i ulët dhe temperaturë të lartë materiale superpërcjellëse, pajisje superpërcjellëse dhe produkte të bazuara në to”, raporton Viktor Pantsyrny.

Planet e ardhshme

Ne i kërkuam ekspertëve të vlerësonin se cilat aplikime të superpërçueshmërisë, sipas mendimit të tyre, janë më premtuese dhe ku mund të presim përdorim komercial të teknologjisë në vitet e ardhshme.

“Ashtu si në të gjithë botën, projektet e kabllove superpërcjellëse janë më të avancuarit sot në Rusi. Ata duhet dhe, shpresojmë, do të zhvillohen”, thotë Vitaly Vysotsky. - Kabllot superpërçues të bazuar në HTSC janë tashmë një produkt thjesht komercial, megjithëse janë ende mjaft të shtrenjtë. Do të bëhet më e lirë kur të fillojë prezantimi i saj i gjerë dhe të kërkohet një sasi e konsiderueshme shiritash HTSC, gjë që do të ulë koston prodhimin e tyre.

Megjithatë, për mendimin tim, më e nevojshme dhe në kërkesë për industrinë e energjisë elektrike janë kufizues të rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës për nivelet e tensionit prej 100 kV e lart. Pajisjet konvencionale të kësaj klase të tensionit thjesht nuk ekzistojnë, dhe thjesht nuk mund të bëhet pa superpërçueshmëri. Projekte të tilla tashmë po diskutohen në vendin tonë. Për më tepër, për mendimin tim, makinat HTSC për gjeneratorët e erës kanë perspektiva të mira. Ata premtojnë një ulje të konsiderueshme (me disa herë) në peshën e një gjeneratori të vetëm dhe një rritje të fuqisë së njësisë.

“Sot, shtytësi për zhvillimin e tregut të produkteve superpërcjellëse është industria e energjisë elektrike (kabllot e energjisë dhe kufizuesit e rrymës), thotë Andrei Vavilov. “Por ka potencial të rëndësishëm edhe në një sërë industrish të tjera. Për shembull, sot po zhvillohen opsione për përdorimin e telit HTSC si një zëvendësim efektiv për superpërçuesit me temperaturë të ulët në teknologjinë e përshpejtuesit të përdorur për shkencën, prodhimin e izotopeve dhe mjekësinë. Rusia ka plane të mëdha në këtë fushë, veçanërisht për ndërtimin e përplasësit modern NICA në Dubna.

Krijimi i makinerive rrotulluese efikase me karakteristika tërheqëse unike, masë dhe peshë të ulët ka një potencial të madh. Motorë të tillë kërkohen kryesisht për të siguruar lëvizjen e anijeve të mëdha dhe mund të përdoren gjeneratorë në të rinovueshme energji.

Fenomeni i levitacionit magnetik hap perspektiva krejtësisht të reja sot. Këto nuk janë vetëm sisteme transporti, por edhe manipulues pa kontakt, si dhe kushineta të qëndrueshme me një gamë të gjerë aplikimesh.”

“Zhvillimi i mëtejshëm i superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë do të ketë një efekt të theksuar shumëfishues jo vetëm në industrinë e energjisë elektrike, por edhe në industri të tjera, si hapësirë, aviacion, detar, automobilistik dhe hekurudhor transporti, inxhinieria mekanike, metalurgjia, elektronika, mjekësia, teknologjia e përshpejtuesit. Teknologjitë e superpërcjellshmërisë janë gjithashtu të rëndësishme për forcimin e aftësive mbrojtëse të vendit”, është i bindur Viktor Pantsyrny.

Me një fjalë, zhvillimi i mëtejshëm i teknologjive të bazuara në superpërçueshmëri hap perspektiva të mëdha për njerëzimin, dhe në të ardhmen e parashikueshme.

Neni: Temperaturë të lartë

Superpërçueshmëria (HTSC).

Baza teorike dhe teknologjia e krijimit

Materialet me pronën

Superpërçueshmëri me temperaturë të lartë

(pa rezistencë elektrike

Deri në temperaturat e dhomës dhe më lart).

Akademiku MAANOI, Doktor RANS.

Neni: Superpërçueshmëria në temperaturë të lartë (HTSC).

Doktor i Akademisë Ruse të Shkencave të Natyrës).

Teknologjia e krijimit të materialeve me temperaturë të lartë

(në temperaturat e dhomës dhe më lart) superpërçueshmëri (mungesë e rezistencës elektrike).

1. Parakushtet për zgjidhjen e problemit HTSC.

Formulimi i problemit (zgjidhja e problemit HTSC) përcaktohet jo vetëm nga perspektivat unike të energjisë së gjelbër për zgjidhjen e tij, por edhe nga nevoja për zbatimin e avancuar të HTSC, si një parakusht për zbatimin e një SUBSTANCË REPLIKUESE KIBERNETIKE NË SHUMË TË UNIFIKUARA. MODULET NANO-SIZE (KS).

Arsyetimi teorik dhe nevoja për të krijuar një sistem hapësinor jepen në librin e autorit të këtij artikulli: “Kolonizimi i hapësirës: Problemet dhe perspektivat”. Në kohën e shkrimit të librit, u formuluan qasjet kryesore dhe parimet teorike për zbatimin e HTSC. Autori nuk i botoi qëllimisht, duke u dhënë mundësinë studiuesve të tjerë të zgjidhin problemin. Kjo pasqyrohet në librin e përmendur (1 1997, Novokuznetsk dhe 2 2003, Tyumen - botime). Motivimi i këtij veprimi ishte dëshira e autorit për të mos marrë mbi vete zgjidhjen e TË GJITHA problemeve të përgjithshme shkencore dhe teknike të njerëzimit dhe për t'u dhënë mundësinë për kreativitet studiuesve dhe ekipeve të tjera.

Teknologjitë për prodhimin e HTSC-ve më në fund u “lustruan” në kohën kur autori shkroi artikullin: “FILLIMET E TEORISË TË PËRGJITHSHME TË UNIVERSUMIT” (NOTU), (2010 – 2011). Kur u publikua, u njoftua edhe botimi i këtij artikulli (në HTSC) (shih materialet në faqen personale të autorit).

Meqenëse, deri më sot, studiues të tjerë nuk e kanë zgjidhur problemin HTSC, autori i këtij artikulli publikon vizionin e tij për zgjidhjen e tij. Më tej, "t'i japësh një fillim" studiuesve të tjerë nuk ka kuptim.

Në të njëjtën kohë, me rastin e publikimit të këtij shkrimi, autori ndërmerr një sërë masash kundër plagjiaturës, si: shpërndarja paraprake në shumë autoritete (redaksia e revistave të specializuara, etj. media, ROSPATENT, RAS, administrata e Presidentit të Rusia, FPI, etj.) me postë letre, me datën e prioritetit të deklaruar për artikullin postar; shpërndarja e mëvonshme tek marrësit e specializuar me e-mail; "shënues" logjikë në përmbajtjen e artikullit.

Vetëm si mjet i fundit teksti i artikullit postohet në faqen personale të autorit, i shoqëruar me njoftime për publikimin e tij në faqe të tjera.

Janë marrë edhe masa të tjera, të paparalajmëruara (por... - efektive) kundër plagjiaturës. Dashamirët grabitqarë dhe mediokër të përfitimit nga prona intelektuale e të tjerëve nuk kanë çfarë të bëjnë këtu...

Duhet shtuar se mënyrat për të zgjidhur problemin HTSC janë të lidhura dhe burojnë nga postulatet e NOTU. Logjika e teorisë gjeneralizuese të universit pasqyrohet këtu, edhe pse jo gjithmonë absolutisht (shteruese). Për më tepër, mënyrat e treguara për zgjidhjen e problemit HTSC janë pjesë përbërëse e të gjithë KOMPLEKSIT të ideve dhe zhvillimeve të autorit.

2. Bazat teorike.

Efekti i superpërçueshmërisë u zbulua nga Kamerlingh Onnes në vitin 1911 gjatë eksperimenteve që studionin rezistencën elektrike të një numri metalesh në temperatura ultra të ulëta. Numri i materialeve superpërcjellëse aktualisht arrin në dhjetëra. Temperaturat më të larta të kalimit në gjendjen superpërcjellëse (Tc) për materialet klasike (metalet dhe lidhjet) arrijnë 23,2 K (për niobin ndërmetalik dhe germaniumin). Vlerat rekord të temperaturave kritike u morën pas zbulimit të një klase të re superpërcjellësish nga G. Bednorz dhe K. Müller - qeramika që përmban bakër. Këtu arrin temperatura kritike

135 K. Superpërcjellësit ndahen në: S/P tip I dhe S/P I tip.

Fusha magnetike praktikisht nuk depërton në të parën (ajo është e shtyrë - domethënë, ajo shfaq vetinë e një diamagnetike ideale). Së dyti, fusha magnetike depërton. Arsyetimi teorik i pranuar përgjithësisht për ekzistencën e superpërçueshmërisë është teoria BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer). Shpjegimi i efektit S/P vjen deri te shfaqja e çifteve bosonike të elektroneve në material dhe manifestimi i mekanizmit të fononit. Në të njëjtën kohë, zbulimi i qeramikës superpërcjellëse tregoi se BCS është i pamjaftueshëm për të kuptuar të gjitha karakteristikat e efektit të superpërçueshmërisë.

Detyra më e rëndësishme dhe urgjente shkencore dhe teknike është justifikimi teorik dhe kërkimi (ose krijimi) i materialeve S/P me një temperaturë kritike (TC) të rendit 300 gradë K dhe më lart (e ashtuquajtura superpërçueshmëri e temperaturës së lartë - HTSC). Arritja e këtij qëllimi do të çojë në një revolucion në industrinë e energjisë elektrike.Në veçanti do të eliminohet nevoja për pajisje kriogjenike për të marrë C/P. Më tej, bëhet e mundur ndërtimi i linjave të energjisë në distanca ultra të gjata që funksionojnë praktikisht pa humbje energjie. Për më tepër, do të jetë e mundur të krijohen pajisje dhe pajisje të energjisë me karakteristika që aktualisht janë të pamundura.

Kjo është deklarata e detyrës (problemit). Ne do të përpiqemi ta zgjidhim.

Zgjidhja e këtij problemi duhet të bazohet jo vetëm në konceptet kuantike dhe teorinë BCS, por edhe në koncepte që shkojnë përtej kornizës së teorive tashmë klasike. Për më tepër, S/P në qeramikë (siç u përmend më parë) tregon veti që shkojnë përtej përshkrimit nga BCS. Ky është një fakt i pranuar përgjithësisht. Prandaj, duhet përdorur një gamë më e gjerë përkufizimesh dhe ligjesh fizike kur zgjidhet problemi HTSC. Për lehtësinë e perceptimit, temën do ta paraqesim në formën e tezave dhe postulateve të veçanta.

3. Tezat dhe postulatet e HTSC.

3.1. Baza e ideve për sjelljen e rrymës elektrike në një përcjellës nën ndikimin e një potenciali të jashtëm duhet të marrë parasysh efektet e rrjedhës së rrymës në plazmë. Dihet se në plazmë rryma (rrjedha totale e elektroneve) lëviz përgjatë vijave të fushës magnetike, ndërsa elektronet "rrotullojnë" rreth linjave të fushës së përmendur me orbita karakteristike LARMOR që kanë një rreze DEBYE (shih fizikën e plazmës). Lëvizja e treguar karakterizohet nga vetitë superpërçuese në zonat lokale. Kjo rrjedh nga vetitë themelore të elektroneve (në veçanti, spin-i dhe të tjera të përshkruara në SHËNIM). Në të njëjtën kohë, për ndonjë arsye një konsideratë e tillë refuzohet (në mënyrë të pajustifikueshme) (?!) kur modelohet lëvizja e rrymës në materiale të ngurta. Ndërkohë, kjo qasje është shumë produktive në përshkrimin e lëvizjeve lokale të elektroneve përgjatë strukturave kristalore (dhe amorfe) në nivelin nano. Është pikërisht ky konsideratë që siguron çelësin për të kuptuar humbjet e energjisë për shkak të nxehtësisë në një përcjellës, si dhe shfaqjen e superpërçueshmërisë.

3.2. Lëvizja spirale e çifteve të elektroneve të lidhura kuantike (sipas BCS) jep superpërçueshmëri të tipit I. Lëvizja spirale e çifteve kuantike të elektroneve të palidhura shkakton superpërçueshmëri të tipit II në plazmë.

Një model i ngjashëm është gjithashtu i vlefshëm për lëvizjen e elektroneve në materialet e ngurta superpërcjellëse.

3.3. Superpërcjellshmëria në temperaturë të lartë është karakteristikë e shumicës së përçuesve në distanca atomike (nano), por zhduket me rritjen e shkallës, për shkak të mospërputhjes midis karakteristikave të valëve kuantike të elektroneve dhe strukturës kristalore të përcjellësit.

Kjo postulon një përfundim që është më i rëndësishmi për praktikë. Strukturat e përçuesve me përmasa të unazës së mbyllur, të ndërtuara sipas modelit të unazave të benzenit, janë superpërçues me temperaturë të lartë. Ky përfundim praktik duhet të konfirmohet eksperimentalisht. Studiuesit që e konfirmuan atë meritojnë të marrin një çmim Nobel. Përfitimi praktik i këtij postulati qëndron, para së gjithash, në faktin se ai hap mundësinë e krijimit të nanoakumulatorëve të energjisë elektrike për nevojat e mikroelektronikës. Zbatimi më premtues i këtij efekti është pajisja e një moduli CYBERNETIC REPLICATING SUBSTANCE me një bateri në MODULET MULTIPLE UNIFIED NANO-SIZE (KS).

3.4. Vetitë e dipoleve në feromagnet bëjnë të mundur atribuimin e tyre (vetitë) në një manifestim të veçantë të HTSC në nan nivel. Ky postulat duhet të konfirmohet në mënyrë të besueshme eksperimentalisht. Konfirmimi fiton shpërblime të larta.

3.5. Perspektivat më të mëdha në fizikë dhe teknologji janë të lidhura me HTSC lineare.

Në dritën e modelit të propozuar të lëvizjes konsistente kuantike të elektroneve në HTSC, struktura lineare më e favorshme (në nan nivel) e një materiali të ngurtë për shfaqjen e HTSC është një spiral-spiral. Ky është postulati më i rëndësishëm! A ka struktura natyrore që plotësojnë këtë kërkesë? Po! Dhe ata njihen prej kohësh. Këto janë...MOLEKULA ARN-ADN! Si arritën që një numër i madh studiuesish të humbisnin një fakt kaq domethënës?! Mund të thuhet me përgjegjësi se janë vetitë e ARN-ADN HTSC ato që shpjegojnë shumë veti ndryshe të vështira për t'u shpjeguar të replikimit biologjik. Për të vërtetuar vlefshmërinë e tezës së fundit, mjafton të llogaritet energjia kimike e procesit të replikimit. Në mungesë të efektit HTSC, procesi i riprodhimit do të konsumonte aq energji sa thjesht do të bëhej i pamundur. Eksperimentet që konfirmojnë këtë postulat u janë lënë studiuesve të specializuar në këtë fushë. Në të njëjtën kohë, rëndësia e këtyre studimeve konfirmuese është aq e madhe sa studiuesit meritojnë një çmim tjetër Nobel. Autori i këtij artikulli është i sigurt në konfirmimin e ardhshëm eksperimental të këtij postulati. Besimi buron nga të kuptuarit e shembujve të shumtë të manifestimeve të energjisë ekstreme të objekteve biologjike, të pashpjegueshme pa manifestimin e vetive të HTSC.

3.6. Postulimi i një modeli të strukturës spirale-spiralike të materialeve biologjike HTSC vendos në rendin e ditës prodhimin e materialeve të tilla jobiologjike - me veti optimale HTSC. Cilat duhet të jenë karakteristikat fizike dhe kimike të materialeve të tilla?

Para së gjithash, materiale të tilla duhet të jenë të orientuara në mënyrë lineare, me një strukturë spirale-spiralore dhe një prerje tërthore në madhësi nano. Këto materiale - "linja" janë të ngjashme me një tufë molekulash ARN-ADN të zgjatura (jo të përdredhura në top, siç është zakonisht në proteina). Një analogji mund të jepet me një kabllo me shumë bërthama. Vetia HTSC në një material të tillë do të shfaqet vetëm përgjatë një boshti koordinativ (gjatësor). Duhet të ketë një medium izolues elektrik midis linjave individuale HTSC. Kjo zbulon një analogji tjetër me një kabllo me shumë bërthama. Përçueshmëria elektrike (në modalitetin HTSC) e secilës linjë do të jetë shumë e ulët. Përçueshmëria e lartë elektrike e "kabllit" përcaktohet nga shuma e linjave të prerjes tërthore me madhësi nano të pranishme në kabllo.

Kërkohet një kombinim efektiv i teknologjive për prodhimin e materialeve me vetitë HTSC.

4. Teknologjitë e prodhimit të materialeve HTSC.

Një problem i rëndësishëm duket të jetë prodhimi i linjave ultra të gjata (në kryqëzimet e linjave do të shfaqet rezistenca e zakonshme elektrike dhe efekti HTSC zhduket) dhe instalimi i rregullt në kabllo. Problemi zgjidhet duke kombinuar të dyja teknologjitë në një teknologji të vetme. Paralelisht, shumë linja prodhohen dhe instalohen në një kabllo, siç ndodh në teknologjitë planare.

Në të njëjtën kohë, tashmë e përdorur në prodhimin e mikroelektronikës, teknologjive planare (dhe epitaksisë, në veçanti) në formën e njohur -

Jo mirë. Këtu nevojitet qartë redaktimi tredimensional, dhe dimensioni i tretë, i cili është përgjegjës për gjatësinë e rreshtit, është veçanërisht i rëndësishëm.

Kërkohet një mjedis organizues përgjatë dimensionit të tretë (gjatësor). Duket se nuk ka asgjë më të mirë se fusha elektromagnetike në këtë aplikacion. Fusha magnetike poloidale e anizotropisë optimale përfaqësohet si "kornizë" përgjatë së cilës formohen linjat HTSC. Përveç "kornizës" së përmendur të fuqisë, kërkohen edhe bartës materiale të bazës së fillit. Nuk ka asnjë mënyrë për të bërë pa materiale feromagnetike. Hekuri atomik (Fe) me sa duket është i përshtatshëm për këto qëllime. Vetë përcjellësi nanospiral, i lidhur në një bazë hekuri (prerje tërthore monoatomike), duhet të jetë prej karboni (C).

Për të arritur formimin e qëndrueshëm rrotullues të filamentit të karbonit rreth bazës së hekurit, është e nevojshme të kalohet një rrymë optimale përgjatë filamentit të formuar. Është e mundur të furnizohen "materiale ndërtimi" në grupe - Fe C.

Një kusht tjetër i domosdoshëm është formimi i linjave në një mjedis elektrik izolues, i cili pas përfundimit të procesit teknologjik stabilizohet, “ngrihet” dhe mbetet pjesë e kabllit për të gjithë periudhën e funksionimit. Shtresa izoluese e çdo linje duhet të jetë shumë e hollë (nano), e qëndrueshme gjatë procesit të prodhimit dhe gjatë funksionimit. Stabiliteti dhe rezistenca e tij ndaj karakteristikave të ndryshme fizike të mjedisit (kryesisht temperatura) përcaktojnë kryesisht funksionalitetin e kabllit HTSC në tërësi.

Është e nevojshme të përdoren kushtet e procesit kimik që mbrojnë më së miri produktin përfundimtar - kabllon HTSC. Tregohen koncepti bazë dhe idetë për prodhimin e HTSC. Të gjitha kërkimet dhe zhvillimet e detajuara kanë të bëjnë me përzgjedhjen e materialeve strukturore (lista e tyre, përmasat dhe përqendrimi), si dhe karakteristikat parametrike të teknologjisë (temperatura, forca e fushës magnetike, rryma elektrike, etj.). Disa parametra përcaktohen në mënyrë empirike.

konkluzioni.

Pjesa e treguar e teknologjisë për prodhimin e materialeve HTSC nuk është aspak shteruese. Duke marrë parasysh praktikën moderne të plagjiaturës masive dhe shkeljen e plotë të imperativit të pronësisë intelektuale, autori detyrohet të publikojë një pjesë tjetër të teknologjisë me vonesë në faqen personale të autorit http://futurocosmos.uCoz.ru/

Dy rrugë janë të hapura për studiuesit.

Së pari: pa pritur pjesën që mungon, filloni në mënyrë të pavarur punën në SHTETIN e treguar për marrjen e HTSC. Materiali i publikuar është më se i mjaftueshëm për të zgjeruar punën (dhe për të marrë një rezultat pozitiv) në këtë fushë.

Së dyti: prisni një botim gjithëpërfshirës të autorit, por publikimi do të vijojë vetëm kur të fillojë në të vërtetë puna për të gjithë kompleksin e zhvillimeve të autorit, të paraqitur në faqen e internetit dhe të botuar në librin: "Kolonizimi i hapësirës: Probleme dhe perspektiva".

Është e dobishme që shoqëria t'i japë fund praktikës së "rrëmbimit" të zgjidhjeve teknike më të lehta për të zbatuar që premtojnë përfitime të menjëhershme tregtare.

Prioriteti i parë është zbatimi i HTSC (dhe shpikjet dhe zhvillimet e tjera pronësore) në Rusi dhe mbi këtë bazë marrja e një avantazhi teknologjik në konkurrencë me vendet dhe kombet e tjera.

Unë kam nderin!

Akademik

dhe shpikjet (MAANOI),

Doktor i Akademisë Ruse të Shkencave të Natyrës Zolotukhin Vladimir Antonovich.

Mundësitë për përdorimin praktik të materialeve HTSC mbeten premtuese për mikroelektronikën, mjekësinë dhe sistemet efikase për prodhimin, ruajtjen dhe transmetimin e energjisë.

Përdorimi i filmave bëri të mundur krijimin e mostrave pilot të sistemeve të komunikimit të gjeneratës së re (përfshirë ekranet elektromagnetike, modulatorët, antenat, çelsat dhe filtrat për sinjalet me mikrovalë dhe pulsi, strukturat e filmit me shumë shtresa, duke përfshirë, përveç shtresave HTSC, shtresat e dielektrikëve, ferroelektrikë, metale normale), bolometra me valë milimetrash, rreze nënmilimetër dhe rreze infra të kuqe, diagrame skematike të kompjuterëve ultra të shpejtë, tomografë mjekësorë të ndjeshëm dhe pajisje diagnostikuese ultra të ndjeshme të afta për t'iu përgjigjur edhe ndryshimeve në gjendjen mendore të një personi (pajisje matëse duke përdorur Efekti Josephson).

Gjatë viteve të ekzistencës së HTSC-ve, rrymat kritike dhe madhësitë e shiritave me karakteristika të larta superpërcjellëse janë rritur me rend të madhësisë, gjë që na lejon të flasim për mundësitë reale të aplikimit praktik të kësaj klase të materialeve HTSC, duke përfshirë krijimin i magneteve ultra të fuqishëm dhe linjave të transferimit të energjisë pa shpërndarje. Shiritat e veshur me argjend tashmë mund të prodhohen nga shumë kompani në baza industriale dhe në vëllime (shumë kilometra) të mjaftueshme për shumicën e aplikacioneve të kërkuara, dhe ky proces është ende i kufizuar nga kostoja e tyre e lartë. Megjithatë, shumë projekte pilot dhe linja testimi janë tashmë në funksion.

Eksperimentet mbi levitimin e qenieve njerëzore në laboratorin e superpërçueshmërisë ( Laboratori i Kërkimit të Superpërçueshmërisë, ISTEC, Tokio, Japoni)

Perspektivat për përdorimin e materialeve HTSC të bazuara në fazën 123 lidhen me faktin se zgjidhjet më të suksesshme dhe praktikisht të rëndësishme në këtë fushë mund të gjenden për produktet me shumicë me një formë mjaft të thjeshtë. Produkte të tilla mund të ndahen në dy klasa të mëdha. E para prej tyre përfshin mostra që kanë një aftësi të lartë për të ekranizuar një fushë magnetike të jashtme ose për t'u shtyrë nga ajo, e cila mund të karakterizohet nga e ashtuquajtura forcë e levitacionit, e cila varet nga dendësia e rrymës kritike intrakristalore. Një klasë tjetër përbëhet nga materiale HTSC me vlera të larta të rrymës transportuese (ndërkristalore). Aplikimet praktike të pritshme të qeramikave të tilla janë: (1) magnet të përhershëm me një fluks magnetik "të ngrirë", (2) trena me levitacion magnetik (projekti MAGLEV), (3) akumulatorë të energjisë mekanike (rrotulluese) të bazuara në rrotat fluturuese (rrota fluturuese), (4) kushinetat që rrotullohen pa fërkim, (5) motorë efikasë, ekonomikë dhe gjeneratorë të rëndë, transformatorë, (6) ndarës minerale magnetike, (7) rele superpërcjellëse, kufizues të rrymës me shpejtësi të lartë, (8) të fuqishëm jo-shpërndarës përcjellësit aktualë, (9) tomografët, të cilët kohët e fundit janë përdorur në mënyrë aktive në mjekësi, (10) sisteme të fuqishme magnetike për shkrirjen termonukleare, përshpejtues të grimcave (gjenerata e re Tokamak), (11) gjeneratorë magnetohidrodinamikë.

Zbatimi praktik më realist i kristaleve të mëdha të vetme mund të jenë materialet e nënshtresës në teknologjinë e filmit të hollë dhe mikroelektronikën. Kjo për faktin se, duke u krijuar nga një material i ngjashëm në përbërjen kimike me filmat e hollë të depozituar, kristalet e vetme duhet të demonstrojnë mospërputhje të ulët midis parametrave të qelizës së njësisë dhe filmit, koeficientë të ngjashëm të zgjerimit termik dhe të nxisin rritjen epitaksiale të filmat. Të gjithë parametrat kimikë kristalë dhe termomekanikë të kristaleve të nënshtresës mund të rregullohen me mjaft saktësi nëpërmjet përdorimit të tretësirave të ngurta me zëvendësime të ndryshme si në pozicionet e itrit ashtu edhe në barium.

Kështu, si rezultat i hulumtimit në fushën e superpërçuesve kimikë, një numër i madh problemesh janë zgjidhur dhe janë arritur rezultate vërtet të jashtëzakonshme. Nga ana tjetër, një kuptim i thellë i themeleve fiziko-kimike të proceseve që ndodhin gjatë prodhimit të materialeve të ndryshme HTSC ishin shkaqet kryesore dhe themelet e këtij suksesi, dhe kjo pasuroi ndjeshëm teorinë dhe praktikën e sintezës inorganike të përbërjeve komplekse të oksidit. Specifikimi i kërkimit modern rus mbi HTSC qëndron në përqindjen e lartë të kërkimit themelor, në të cilin shkenca akademike vendase thirret të luajë një rol të rëndësishëm. Janë këto studime, për mendimin tonë, që do të kontribuojnë në krijimin e zhvillimeve të brendshme shumë reale dhe konkurruese.