Cad a tharlóidh má ... gheobhaimid forsheoltóirí ardteochta? Ceangail dóchais

Línte tarchurtha gan chailliúint, innealtóireacht leictreach íseal-teocht, superelectromagnets, na milliúin céim plasma a chomhbhrú go réidh ar deireadh in imoibreoirí thermonuclear, iarnród maglev ciúin agus tapa. Tá an oiread sin dóchais againn do shársheoltóirí...

Sár-seoltacht tugtar an staid ábhartha de fhriotaíocht leictreach nialasach. Baintear é seo amach i roinnt ábhar ag teochtaí an-íseal. Fuair ​​​​sé amach an feiniméan chandamach seo Kamerling Onnes (1) i mearcair, sa bhliain 1911. Teipeann ar an bhfisic chlasaiceach cur síos a dhéanamh air. Chomh maith le friotaíocht nialasach, is gné thábhachtach eile de superconductors an réimse maighnéadach a bhrú amach as a thoirtan éifeacht Meissner mar a thugtar air (i bhforsheoltóirí cineál I) nó an réimse maighnéadach a dhíriú isteach i "gruth" (i bhforsheoltóirí cineál II).

Ní oibríonn an chuid is mó de na forsheoltóirí ach ag teocht atá gar do nialas iomlán. Tuairiscítear gurb é 0 Kelvin (-273,15 °C). Gluaiseacht na n-adamh ag an teocht seo tá sé beagnach nach bhfuil ann. Is é seo an eochair do superconductors. Mar is gnáth leictreoin imbhuaileann gluaiseacht sa seoltóir le hadaimh chreathadh eile, rud is cúis caillteanas fuinnimh agus friotaíocht. Mar sin féin, tá a fhios againn go bhfuil superconductivity indéanta ag teochtaí níos airde. De réir a chéile, táimid ag fáil amach ábhair a léiríonn an éifeacht seo ag lúide Celsius níos ísle, agus le déanaí fiú ag móide. Mar sin féin, baineann sé seo arís le brú an-ard a chur i bhfeidhm. Is é an aisling is mó ná an teicneolaíocht seo a chruthú ag teocht an tseomra gan brú ollmhór.

Is é an bunús fisiceach le haghaidh cuma staid na superconductivity foirmiú péirí grabbers lasta - mar a thugtar air Cooper. Is féidir le péirí den sórt sin teacht chun cinn mar thoradh ar aontú dhá leictreon a bhfuil fuinneamh comhchosúil acu. Fuinneamh Fermi, i.e. an fuinneamh is lú trína méadófar fuinneamh córais fermionic tar éis eilimint amháin eile a chur leis, fiú nuair a bhíonn fuinneamh an idirghníomhaíochta atá ceangailteach leo an-bheag. Athraíonn sé seo airíonna leictreacha an ábhair, ós rud é gur fermions iad na hiompróirí aonair agus gur bosúin iad na péirí.

Comhoibriú dá bhrí sin, is córas é de dhá fermion (mar shampla, leictreoin) a idirghníomhaíonn lena chéile trí chreathadh na laitíse criostail, ar a dtugtar fóinóin. Tá cur síos déanta ar an bhfeiniméan Comhoibríonn Leona i 1956 agus tá sé mar chuid de theoiric BCS maidir le sársheoltacht ar theocht íseal. Tá leath spins ag na fermions a dhéanann suas an péire Cooper (a dhírítear i dtreonna contrártha), ach tá casadh an chórais mar thoradh air sin iomlán, is é sin, is bosón é an péire Cooper.

Tá roinnt gnéithe ag superconductors ag teochtaí áirithe, mar shampla, caidmiam, stáin, alúmanam, iridiam, platanam, téann daoine eile isteach sa stát superconductivity ach amháin ag brú an-ard (mar shampla, ocsaigin, fosfar, sulfair, gearmáiniam, litiam) nó sa i bhfoirm sraitheanna tanaí (tungstain, beiriliam, cróimiam), agus b'fhéidir nach bhfuil cuid acu sársheoltach fós, mar shampla airgead, copar, óir, gáis uasal, hidrigin, cé go bhfuil óir, airgead agus copar i measc na seoltóirí is fearr ag teocht an tseomra.

Éilíonn "teocht ard" fós teocht an-íseal

Sa bhliain 1964 Uilliam A. Beag mhol an fhéidearthacht go mbeadh sársheoltacht ardteochta ann i polaiméirí orgánacha. Tá an togra seo bunaithe ar phéireáil leictreoin trí mheán exciton seachas ar phéireáil fhóin-mheánach i dteoiric BCS. Baineadh úsáid as an téarma "superconductors teocht ard" chun cur síos a dhéanamh ar theaghlach nua de chriadóireacht struchtúrtha perovskite a d'aimsigh Johannes G. Bednorz agus C.A. Müller i 1986, as a bhfuair siad an Duais Nobel. Rinneadh na forsheoltóirí ceirmeacha nua seo (2) as copar agus ocsaigine measctha le heilimintí eile cosúil le lanthanum, bairiam agus biosmat.

2. Pláta ceirmeach ag hovering thar maighnéid chumhachtacha

Ónár dtuairim, bhí an sársheoltacht "ardteocht" fós an-íseal. I gcás gnáthbhrúnna, ba é -140 ° C an teorainn, agus tugadh "ard-teocht" ar na forsheoltóirí sin fiú. Tá an teocht forsheoltacht de -70°C do shuilfíd hidrigine sroichte ag brúnna an-ard. Mar sin féin, éilíonn superconductors ard-teocht nítrigin leachtach réasúnta saor seachas héiliam leachtach le haghaidh fuaraithe, rud atá riachtanach.

Ar an láimh eile, is ceirmeach brittle é den chuid is mó, nach bhfuil an-phraiticiúil le húsáid i gcórais leictreacha.

Creideann eolaithe fós go bhfuil rogha níos fearr ag fanacht le fáil amach, ábhar iontach nua a chomhlíonfaidh critéir mar superconductivity ag teocht an tseomrainacmhainne agus praiticiúil le húsáid. Dhírigh roinnt taighde ar chopar, criostal casta ina bhfuil sraitheanna d’adaimh chopair agus ocsaigine. Leanann taighde ar aghaidh ar roinnt tuairiscí aimhrialta ach nach bhfuil míniú eolaíoch orthu gur féidir le graifít atá sáithithe in uisce feidhmiú mar shársheoltóir ag teocht an tseomra.

Le blianta beaga anuas tá sruth fíor "réabhlóidí", "cinn cinn" agus "caibidlí nua" i réimse na sársheoltacht ag teochtaí níos airde. I mí Dheireadh Fómhair 2020, tuairiscíodh forsheoltacht ag teocht an tseomra (ag 15°C). hidríd disulfíde carbóin (3), áfach, ag brú an-ard (267 GPa) ginte ag an léasair glas. Tá an Soitheach Naofa, a bheadh ​​ina ábhar réasúnta saor a bheadh ​​sársheoltach ag teocht an tseomra agus ag gnáthbhrú, fós le fáil.

3. Ábhar carbóin-bhunaithe atá forsheoltach ag 15°C.

Dawn an Aois Maighnéadach

Is féidir tús a chur le háireamh na n-iarratas féideartha ar shársheoltóirí ardteochta le leictreonaic agus ríomhairí, feistí loighic, eilimintí cuimhne, lasca agus naisc, gineadóirí, aimplitheoirí, luasairí cáithníní. Ar aghaidh ar an liosta: feistí an-íogair chun réimsí maighnéadacha, voltais nó sruthanna a thomhas, maighnéid do feistí leighis MRI, feistí stórála fuinnimh maighnéadacha, traenacha urchair, innill, gineadóirí, trasfhoirmeoirí agus línte cumhachta levitating. Is iad príomhbhuntáistí na bhfeistí superconducting aisling seo ná diomailt ísealchumhachta, oibriú ardluais agus íogaireacht mhór.

le haghaidh sársheoltóirí. Tá cúis ann go dtógtar stáisiúin chumhachta in aice le cathracha gnóthacha go minic. Fiú 30 faoin gcéad. cruthaithe acu Fuinneamh leictreach d'fhéadfadh sé a bheith caillte ar línte tarchuir. Is fadhb choitianta é seo le fearais leictreacha. Téann an chuid is mó den fhuinneamh chuig teas. Mar sin, tá cuid shuntasach de dhromchla an ríomhaire in áirithe le haghaidh páirteanna fuaraithe a chabhraíonn leis an teas a ghineann na ciorcaid a scaipeadh.

Réitíonn sársheoltóirí fadhb na gcaillteanas fuinnimh le haghaidh teasa. Mar chuid de thurgnaimh, bainistíonn eolaithe, mar shampla, slí bheatha a thuilleamh sruth leictreach taobh istigh den fháinne forsheoltóra thar dhá bhliain. Agus tá sé seo gan fuinneamh breise.

Ba é an t-aon chúis a stop an sruth ná nach raibh aon rochtain ar héiliam leachtach, ní toisc nach bhféadfadh an sruth leanúint ar aghaidh ag sreabhadh. Mar thoradh ar ár dturgnaimh creidimid gur féidir le sruthanna in ábhair shársheoltacha sreabhadh ar feadh na céadta mílte bliain, más rud é nach mó. Is féidir le sruth leictreach i sársheoltóirí sreabhadh go deo, ag aistriú fuinnimh saor in aisce.

в aon fhriotaíocht d'fhéadfadh sruth ollmhór sreabhadh tríd an sreang sársheoltach, rud a ghin réimsí maighnéadacha cumhachta dochreidte. Is féidir iad a úsáid chun traenacha maglev (4) a leachtú, ar féidir leo luasanna suas le 600 km/h a bhaint amach cheana féin agus atá bunaithe ar maighnéid sársheoltóra. Nó bain úsáid astu i stáisiúin chumhachta, ag cur in ionad na modhanna traidisiúnta ina gcasann tuirbíní i réimsí maighnéadacha chun leictreachas a ghiniúint. D'fhéadfadh maighnéid sársheoltach cumhachtacha cuidiú leis an imoibriú comhleá a rialú. Is féidir le sreang superconducting feidhmiú mar fheiste stórála fuinnimh idéalach, seachas ceallraí, agus caomhnófar an cumas sa chóras ar feadh míle agus milliún bliain.

I ríomhairí chandamach, is féidir leat sreabhadh deiseal nó tuathalach in sársheoltóir. Bheadh ​​innill loinge agus charranna deich n-uaire níos lú ná mar atá siad inniu, agus d’oirfeadh meaisíní MRI diagnóiseacha leighis costasacha i dtearmann do láimhe. Bailítear é ó fheirmeacha i bhfásach an fhásaigh ollmhór ar fud an domhain, is féidir fuinneamh na gréine a stóráil agus a aistriú gan aon chaillteanas.

4. Traein maglev na Seapáine

Dar leis an bhfisiceoir agus an tóireoir cáiliúil eolaíochta, Kakutiocfaidh teicneolaíochtaí mar shársheoltóirí i ré nua. Dá mbeimis fós ag maireachtáil i ré an leictreachais, thabharfadh sársheoltóirí ag teocht an tseomra ré an maighnéadais leo.