2.4 Высокотемпературные сверхпроводники (втсп)

Рассмотренные выше сверхпроводники, в том числе сверхпроводники III рода, име­ют весьма низкие критические температуры Т_кр (Т_кр < 24 К). Поэтому установки, в которых они используются, необходимо охлаждать жид­ким гелием, что сложно и дорого.

3 Применение сверхпроводников

Для практического использования нужны сверхпроводники, которые могли бы работать при температуре жид­кого азота (T_кип = -195,6°С) и выше. Получение сверхпроводников с критической температурой, равной комнатной температуре и выше, привело бы к подлинной революции в электро- и радиотехнике.

В 1986-1987 гг. ряд ученых Швейцарии, СССР, США, Китая, Японии получили принципиально новый сверхпроводниковый мате­риал — керамику, имеющую температуру перехода в сверхпроводни­ковое стояние выше 30 К. Первыми получили керамические ВТСП швейцарские ученые К. Мюллер и Дж. Беднорц, удостоенные за это открытие Нобелевской премии. В настоящее время известно не­сколько высокотемпературных сверхпроводящих керамик с общи­ми формулами: лантановая керамика (La_1-x Ва)₂ CuO_1-y — Т_кр = 56 К, иттриевая У— Ва—Сu—О — Т_кр = 91 К, висмутовая Bi—Sr—Са—О — Т_кр=115К, таллиевая Т1—Ва—Са—Сu—О — Т_кр= 119 К и, наконец, ртутная Нg—Ва—Са—Сu—О — характеризуется максимальной Т_кр (Т_кр = 135 К). В последние годы разработана технология получения текстурированной керамики, которая позволила увеличить критиче­скую плотность тока j_кр на порядки. Например, у текстурирован­ной иттриевой керамики при температуре 77 К в магнитном поле, имеющем магнитную индукцию В = 1 Тл, j_кр = 10⁸ А/м², а в тонких (h ≈ 0,2 мкм) пленках j_кр достигает нескольких единиц 10¹⁰ А/м² и, что важно, слабо зависит от индукции магнитного поля. Морфологически сверхпроводящие керамические системы со­стоят из сверхпроводящих гранул, которые характеризуются доста­точно высокой j_кр. Однако межгранульное пространство имеет невы­сокую j_кр и поэтому снижает критическую плотность транспортного тока ВТСП, что затрудняет их применение в технике. Кроме того, j_кр межгранульного пространства сильно зависит, от индукции магнит­ного поля.

Получение длинномерных изделий, проволоки или лент из кера­мических ВТСП является сложной технологической проблемой. По этой причине их применяют пока только в электронике: болометры, электрические фильтры, антенны, приборы для медицинской диагно­стики и др. В пригороде Детройта (США) планируется замена мед­ных маслонаполненных кабелей, охлаждаемых жидким азотом, на сверхпроводящие из висмутовой керамики. Эта сверхпроводящая электросеть будет иметь следующие параметры: длина 120 м, U_иом = 24 кВ, ток 2,4 кА, передаваемая мощность 100 МВ∙А.

Список литературы

1. Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. – М.: Высшая школа, 2004.

2. Мнеян М.Г. Сверхпроводники в современном мире. – М.: Просвещение, 1991.