Переводы и упражнения / 14A

Superconductors

The Startling Breakthrough That Could Change Our World

That discovery, most scientists believe, could lead to incredible savings in energy: trains that speed across the countryside at hundreds of miles per hour on a cushion of magnetism, practical electric cars, powerful yet smaller computers and particle accelerators, safer reactors operating on nuclear fusion rather than fission and a host of other rewards still undreamed of.

Superconductivity is aptly named. It involves a remarkable transition that occurs in many metals when they arc cooled to temperatures within several degrees of absolute zero, or, as scientists prefer to designate it, 0 Kelvin. Absolute zero equivalent to –460º F or –273° C, represents a total absence of heat; it is the coldest temperature conceivable. As the metals approach this frigid limit, they suddenly lose all their electrical resistance and become superconductors. This enables them to carry currents without the loss of any energy and in some cases to generate immensely powerful magnetic fields. Scientists have recognized for years that the implications of this phenomenon could be enormous, but one stubborn obstacle has stood in their way: reaching and maintaining the temperatures necessary for superconductivity in these metals is difficult and in most instances prohibitively expensive.

From the time that a Dutch physicist Kamerlingh Onnes discovered superconductivity in 1911 until the recent rush of breakthroughs, there was only one way to produce the phenomenon: by bathing the appropriate metals – and later, certain metallic alloys – in liquid helium.

This exotic substance is produced by lowering the temperature of rare and costly helium gas to 4.2K (–452° F), at which point it liquefies. But the process is expensive and requires considerable energy. Furthermore, unless the liquid helium is tightly sealed in a heavily insulated container it quickly warms and vaporizes away. Thus, the practical use of superconductors has been limited to a few devices — an experimental Japanese magnetically levitated train, a few giant particle accelerators and medicine's magnetic resonance imaging machines that operate with intense magnetic fields.

But in the last few years physicists have stumbled on unusual cases of ceramic compounds that change everything. They also must be cooled to become superconductors but only to a temperature of 98 К (–283° F) and that suddenly brings superconductivity into the range of the practical: liquid helium can be replaced as a coolant by liquid nitrogen, which makes the transition from a gas at the easily produced temperature of 77 К (–320° F). Moreover, liquid nitrogen is cheaper than milk and so long-lasting that scientists carry it around in ordinary thermos bottles. Also, the ceramics may be able to generate even more intense magnetic fields than metallic superconductors.

Thus, if these new substances can be turned into practical devices — and most scientists believe they can — technology will be transformed.

Сверхпроводники

Потрясающий прорыв, который мог бы изменить наш мир

Это открытие, как полагает большинство учёных, могло привести к невероятной экономии энергии: поезда, мчащиеся через сельскую местность на скоростях в сотни миль в час на магнитной подушке, удобные электромобили, мощные, но вместе с тем более маленькие компьютеры и ускорители частиц, более безопасные реакторы, работающие на ядерном синтезе вместо расщепления и множество других достижений, о которых ещё и не мечтали.

Сверхпроводимость называется так не зря. Она включает в себя заметный переход, который происходит во многих металлах при охлаждении их до температур в пределах нескольких градусов абсолютного нуля, или, как учёные предпочитают обозначать (определять) его, 0 K. Абсолютный ноль эквивалентен –460º F или –273° C и представляет полное отсутствие тепла; это самая низкая мыслимая температура. Когда металлы приближаются к этому холодному пределу, они внезапно теряют всё своё электрическое сопротивление и становятся сверхпроводниками. Это позволяет им нести электрические токи без потерь энергии и в некоторых случаях производить чрезвычайно сильные магнитные поля. Учёные признавали в течение многих лет, что значения этого явления могли быть огромными, но одно непреодолимое препятствие встало на их пути: достижение и поддержание температур, необходимых для сверхпроводимости в этих металлах, являются трудными и в большинстве случаев предельно дороги.

Со времени, когда голландский физик Камерлинг Оннес открыл сверхпроводимость в 1911 г. и до недавней волны прорывов, был только один способ получения явления: погружая подходящие металлы – а позже определённые металлические сплавы – в жидкий гелий.

Это необычное вещество получается при понижении температуры редкого и дорогостоящего газа гелия до 4,2 K (–452° F), и в этот момент он сжижается. Однако этот процесс дорог и требует значительной энергии. К тому же, если жидкий гелий не закрыт плотно в сильно изолированном контейнере, он быстро нагревается и испаряется. Таким образом, практическое применение сверхпроводников было ограничено несколькими устройствами — экспериментальным японским поездом на магнитной подвеске, несколькими гигантскими ускорителями частиц и медицинскими магнитно-резонансными томографами, которые работают с интенсивными магнитными полями.

Но за последние несколько лет физики наткнулись на необычные случаи керамических составов, которые меняют всё. Их также необходимо охлаждать, чтобы превратить в сверхпроводники, но только до температур в 98 K (–283° F), и это внезапно приводит к появлению сверхпроводимости в практическом диапазоне: жидкий гелий может быть заменён в качестве охладителя жидким азотом, который совершает переход из газа при легко получаемой температуре в 77 K (–320° F). Более того, жидкий азот дешевле молока и настолько долго сохраняется, что учёные перевозят его в обычных термосах. Также керамика способна производить гораздо более интенсивные магнитные поля, чем металлические сверхпроводники.

Короче говоря, если эти новые вещества могут быть превращены в практические устройства – и большинство учёных полагает, что это так, – то технология изменится.

HomeWork

№1

High-temperature Superconductors – Высокотемпературные сверхпроводники

The new HTSCs are mixed oxides that display the mechanical and physical properties of ceramics. A key to the behavior of the new materials appears to be the presence of planes containing copper (Cu) and oxygen (O) atoms, chemically bonded to each other. The special nature of the copper-oxygen chemical bonding gives rise to materials that conduct electricity well in some directions in contrast to the majority of ceramics which are electrically insulating.

The first class of high critical temperatures oxides discovered was based on the chemical alteration of the insulating ternary compound La₂CuO₄ by replacement of a small fraction of the element lanthanum (La) with the alkaline earths barium (Ba), strontium (Sr) or calcium (Ca). This substitution led to compounds with critical temperatures of up to 40 K. In these materials, an intimate relation between superconductivity and magnetic order is presently under intensive study and has inspired one of the many classes of theories that attempt to explain HT Superconductivity.

Новые ВТСП – смешанные окиси, которые обладают механическими и физическими свойствами керамики. Оказывается, что ключом к поведению новых материалов является наличие плоскостей, содержащих атомы меди и кислорода, химически связанных друг с другом. Особая природа медно-кислородной химической связи приводит к появлению материалов, которые проводят электричество хорошо в нескольких направлениях, в отличие от большинства керамик, которые электрически изолированы.

Первый класс обнаруженных оксидов с высокой критической температурой был основан на химическом изменении изолирующего тройного составного La₂CuO₄ путём замены небольшой доли элемента лантана на щелочноземельный барий, стронций или кальций. Это замещение привело к составам с критическими температурами вплоть до 40 K. В этих материалах тесная зависимость между сверхпроводимостью и магнитным порядком в настоящее время является объектом интенсивного исследования и вдохнула жизнь в один из многих классов теорий, которые пытаются объяснить ВТСП.

№2

1. Значительный прогресс в понимании физической основы сверхпроводимости наступил (come) в 1940-х годах. – The considerable progress in understanding of the physical basis of superconductivity came in 1940th.

2. Он связан с работами хорошо известных советских учёных П.Л. Ка­пицы и Л.Д. Ландау. – It’s connected (associated) with the works of well-known Soviet scientists Kapitsa & Landau.

3. Они разработали макроскопическую теорию сверхтекучести (superfluidity) жидкого гелия, которая возникает при температу­рах около абсолютного нуля. – They developed a microscopic theory of liquid helium superfluidity which appears at temperatures about absolute zero.

4. Они написали большое количество научных статей по сверхпро­водимости и промежуточным (intermediate) состояниям в сверхпроводниках при низких температурах. – They wrote a large number of research papers on superconductivity and intermediate states in superconductors at low temperatures.