Чӣ мешавад, агар… мо суперноқилҳои ҳарорати баланд ба даст орем? Пайвандҳои умед
Хатхои бе-талаф, электротехникаи паст-харорат, суперэлектромагнитхо, нихоят дар реакторхои термоядрой миллионхо градус плазмаро бо нарм фишурда, рельси орому тези маглев. Мо ба суперноқилҳо умеди зиёд дорем...
Superproductivity ҳолати моддии муқовимати барқии сифр номида мешавад. Ин дар баъзе маводҳо дар ҳарорати хеле паст ба даст оварда мешавад. Вай ин падидаи квантиро кашф кард Камерлинг Оннес (1) дар симоб, соли 1911. Физикаи классикӣ онро тавсиф карда наметавонад. Илова ба муқовимати сифрӣ, боз як хусусияти муҳими суперноқилҳо ин аст майдони магнитиро аз ҳаҷми он берун кунедба ном эффекти Мейснер (дар суперноқилҳои навъи I) ё фокус кардани майдони магнитӣ ба "гирдҳо" (дар суперноқилҳои навъи II).
Аксари суперноқилҳо танҳо дар ҳарорати наздик ба сифр мутлақ кор мекунанд. Гуфта мешавад, ки он 0 Келвин (-273,15 ° C) аст. Ҳаракати атомҳо дар ин харорат кариб вучуд надорад. Ин калиди суперноқилҳост. Одатан электронҳо ки дар ноқил ҳаракат мекунад, бо атомҳои ларзиши дигар бархӯрд мекунад, ки боиси он мегардад талафоти энергия ва муқовимат. Бо вуҷуди ин, мо медонем, ки суперноқилият дар ҳарорати баландтар имконпазир аст. Оҳиста-оҳиста мо маводеро кашф мекунем, ки ин таъсирро дар ҳарорати минуси пасттар ва ба наздикӣ ҳатто дар плюс нишон медиҳанд. Аммо, ин боз одатан бо истифодаи фишори хеле баланд алоқаманд аст. Орзуи бузургтарин эҷод кардани ин технология дар ҳарорати хонагӣ бидуни фишори азим аст.
Асоси физикии пайдоиши ҳолати супергузаронӣ мебошад ташкил кардани чуфтхои боркаш - ба ном Купер. Чунин ҷуфтҳо метавонанд дар натиҷаи пайвастани ду электрони дорои энергияҳои якхела ба вуҷуд оянд. энергетикӣ Фермиего, яъне. энергияи хурдтарин, ки энергияи системаи фермионӣ пас аз илова кардани як элементи дигар, ҳатто вақте ки энергияи таъсири мутақобилаи байни онҳо хеле хурд аст, зиёд мешавад. Ин хосиятҳои электрикии маводро тағир медиҳад, зеро интиқолдиҳандагони ягона фермионҳо ва ҷуфтҳо бозонҳо мебошанд.
Ҳамкорӣ кунед аз ин рӯ, он системаи ду фермион (масалан, электронҳо) мебошад, ки ба воситаи ларзишҳои торҳои кристаллӣ, ки фононҳо номида мешаванд, бо ҳамдигар таъсир мекунанд. Ҳодиса тавсиф шудааст Леона ҳамкорӣ мекунад соли 1956 ва қисми назарияи BCS оид ба суперноқилияти ҳарорати паст мебошад. Фермионҳое, ки ҷуфти Куперро ташкил медиҳанд, ним чарх доранд (онҳо ба самтҳои муқобил нигаронида шудаанд), аммо чархи натиҷавии система пур аст, яъне ҷуфти Купер бозон аст.
Суперноқилҳо дар ҳарорати муайян баъзе элементҳо мебошанд, масалан, кадмий, қалъа, алюминий, иридий, платина, дигарон танҳо дар фишори хеле баланд (масалан, оксиген, фосфор, сулфур, германий, литий) ба ҳолати суперноқилӣ мегузаранд. шакли қабатҳои тунук (волфрам, бериллий, хром) ва баъзеҳо ҳанӯз суперноқил нестанд, аз қабили нуқра, мис, тилло, газҳои олӣ, гидроген, гарчанде тилло, нуқра ва мис аз беҳтарин ноқилҳо дар ҳарорати хонагӣ мебошанд.
«Ҳарорати баланд» ҳанӯз ҳам ҳарорати хеле пастро талаб мекунад
Дар соли 1964 Вилям А. Литл дар бораи имкони-яти мавчудияти супер-гузаронии харорати баланд пешниход кард полимерҳои органикӣ. Ин пешниҳод бар хилофи ҷуфткунии миёнаравии фонон дар назарияи BCS ба ҷуфткунии электронии экситон асос ёфтааст. Истилоҳи "суперноқилҳои ҳарорати баланд" барои тавсифи як оилаи нави сафолҳои перовскит, ки аз ҷониби Йоханнес Г. Беднорз ва С.А. Мюллер дар соли 1986, ки барои он ҷоизаи Нобелро гирифтанд. Ин суперноқилҳои нави сафолӣ (2) аз мис ва оксиген бо дигар элементҳо ба монанди лантан, барий ва висмут омехта карда шудаанд.
2. Табақи сафолӣ дар болои магнитҳои пурқувват
Аз нуктаи назари мо, супер-гузаронии «харорати баланд» хануз хеле паст буд. Барои фишорҳои муқаррарӣ маҳдудият -140°С буд ва ҳатто чунин суперноқилҳоро «ҳарорати баланд» меномиданд. Дар фишори бениҳоят баланд ҳарорати суперногузаронӣ -70°С барои сулфиди гидроген расид. Аммо, суперноқилҳои ҳарорати баланд барои хунуккунӣ аз нитрогени моеъи нисбатан арзон талаб мекунанд, на гелийи моеъ, ки ин муҳим аст.
Аз тарафи дигар, он асосан сафолии шикаста аст ва барои истифода дар системаҳои барқӣ чандон амалӣ нест.
Олимон то ҳол боварӣ доранд, ки як варианти беҳтаре ҳаст, ки интизори кашф шудан аст, маводи нави аҷибе, ки ба меъёрҳо мувофиқат мекунад, ба монанди суперногузаронӣ дар ҳарорати хонагӣдастрас ва амалӣ барои истифода. Баъзе тадқиқотҳо ба мис, як кристали мураккабе, ки дорои қабатҳои атомҳои мис ва оксиген мебошанд, тамаркуз кардаанд. Тадқиқот дар бораи баъзе гузоришҳои аномалӣ, вале аз ҷиҳати илмӣ нофаҳмо идома дорад, ки графити дар об таршуда метавонад дар ҳарорати хонагӣ ҳамчун суперноқил амал кунад.
Солхои охир сели хакикии «революцияхо», «пешрафтхо» ва «бобхои нав» дар сохаи супергузаронй дар харорати баланд буд. Дар моҳи октябри соли 2020, суперноқилият дар ҳарорати хонагӣ (дар 15 ° C) гузориш дода шуд гидриди дисульфиди карбон (3), аммо, дар фишори хеле баланд (267 GPa) аз ҷониби лазери сабз тавлидшуда. Grail муқаддас, ки як маводи нисбатан арзон хоҳад буд, ки дар ҳарорати хонагӣ ва фишори муқаррарӣ суперкондуктӣ хоҳад буд, ҳанӯз пайдо нашудааст.
3. Маводи карбон асосёфта, ки дар ҳарорати 15°С аз ҳад гузаранда аст.
Субҳи асри магнитӣ
Номгӯи барномаҳои эҳтимолии суперноқилҳои баландҳарорати баланд метавонад аз электроника ва технологияи компютерӣ, дастгоҳҳои мантиқӣ, унсурҳои хотира, коммутаторҳо ва пайвастҳо, генераторҳо, пурқувваткунандаҳо, суръатбахшҳои зарраҳо оғоз шавад. Оянда дар рӯйхат: дастгоҳҳои хеле ҳассос барои чен кардани майдонҳои магнитӣ, шиддат ё ҷараёнҳо, магнитҳо барои Таҷҳизоти тиббии MRI, асбобхои нигахдории энергияи магнитй, поездхои левитационй, двигательхо, генераторхо, трансформаторхо ва хатхои электр. Афзалиятҳои асосии ин дастгоҳҳои superconducting орзуи хоҳад тақсимоти қувваи кам, суръати баланд амалиёти ва ҳассосияти шадид.
барои суперноқилҳо. Бесабаб дорад, ки станцияхои электрики аксар вакт дар наздикии шахрхои серодам сохта мешаванд. Ҳатто 30 фоиз. аз ҷониби онҳо офарида шудааст Энергияи электр он метавонад дар хатҳои интиқол гум шавад. Ин як мушкилии маъмул бо асбобҳои барқӣ аст. Қисми зиёди энергия ба гармӣ меравад. Аз ин рӯ, қисми муҳими сатҳи компютер барои қисмҳои хунуккунӣ ҷудо карда шудааст, ки гармии аз ҷониби схемаҳо тавлидшударо пароканда мекунанд.
Суперноқилҳо мушкилоти талафоти энергияро барои гармӣ ҳал мекунанд. Дар доираи таҷрибаҳо, олимон, масалан, ба даст овардани даромад ба даст меоранд ҷараёни электрикӣ дар дохили ҳалқаи суперноқил зиёда аз ду сол. Ва ин бе энергияи иловагӣ аст.
Ягона сабаби қатъ шудани ҷараён дар он набуд, ки ба гелийи моеъ дастрасӣ надошт, на аз он сабаб, ки ҷараён идомаи ҷараёнро давом дода наметавонист. Таҷрибаҳои мо моро водор мекунанд, ки ҷараёнҳо дар маводи суперноқил метавонанд садҳо ҳазор сол ҷараён гиранд, агар на бештар. Ҷараёни барқ дар суперноқилҳо метавонад абадӣ ҷараён гирад ва энергияро ройгон интиқол диҳад.
в муқовимат нест ҷараёни азим метавонист тавассути сими суперноқил гузарад, ки дар навбати худ майдонҳои магнитии қудрати бениҳоят ба вуҷуд меовард. Онҳоро метавон барои парвоз кардани қаторҳои маглев истифода бурд (4), ки аллакай суръати то 600 км/соатро ташкил медиҳад ва ба он асос ёфтааст. магнитҳои суперноқил. Ё онҳоро дар нерӯгоҳҳои барқӣ истифода бурда, усулҳои анъанавиро иваз мекунанд, ки турбинаҳо дар майдонҳои магнитӣ барои тавлиди нерӯи барқ чарх мезананд. Магнитҳои пуриқтидори суперноқилӣ метавонанд ба идоракунии реаксияи синтез кӯмак расонанд. Сими суперноқил метавонад ҳамчун як дастгоҳи идеалии нигоҳдории энергия амал кунад, на батарея ва потенсиал дар система барои ҳазору миллион сол нигоҳ дошта мешавад.
Дар компютерҳои квантӣ, шумо метавонед бо ақрабаки соат ё муқобили ақрабаки соат дар суперноқил ҳаракат кунед. Моторҳои киштиҳо ва мошинҳо назар ба имрӯз даҳ маротиба хурдтар хоҳанд буд ва мошинҳои гаронбаҳои ташхисии MRI дар кафи дастатон мемонданд. Энергияи офтобиро, ки аз хоҷагиҳои биёбонҳои беканори саросари ҷаҳон ҷамъоварӣ мекунанд, бе талафот нигоҳ доштан ва интиқол додан мумкин аст.
4. Поезди маглеви японй
Ба гуфтаи физик ва маъруфи илм Какутехнологияҳо ба монанди суперноқилҳо давраи навро оғоз мекунанд. Агар мо то ҳол дар даврони барқ зиндагӣ мекардем, суперноқилҳо дар ҳарорати хонагӣ бо худ давраи магнитизмро меоварданд.
