Высокотемпературные сверхпроводники

В начале 1987г. появились сообщения о разработке керамического материала со структурой YBa₂Cu₃O₇ , в котором сверхпроводящее состояние наступает при 93К в поле с В_кр=5.7Тл. Такие материалы имеют структуру типа перовскита (минерала CaTiO₃ ). Плотность тока в системах Y-Ba-Cu-O получена в настоящее время до 10⁴ А/см², что меньше, чем в металлических сверхпроводниках. Перспективными являются висмутовые системы Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x , температура перехода которых достигает -158^оС. В популярных изданиях имеются сведения о полученииВТСП с критической 250К. Лучшие сверхпроводящие свойства получаются в пленочных образцах, пропускающих ток ~10⁶А/см².

Свойства ВТСП во многом зависят от технологии. Наиболее простой способ состоит в размоле металлических оксидов, прессования смеси и отжиге в атмосфере кислорода при температуре 900^оС. Новое вещество образуется в результате химической реакции. Для устранения

межгранулярных прослоек и получения более упорядоченной ориентации кристаллов полученное соединение подвергают плавке с последующим охлаждением. Исследуются и другие методы получения ВТСП.

Для широкого применеия ВТСП требуется преодолеть ряд трудностей, к которым можно отнести необходимость получения больших плотностей тока, гибкости, прочности, способности выдерживать большие магнитные и центробежные нагрузки, легкость обработки, стабильность свойств и др.

Перспективы применения сверхпроводников

Перспективы применения сверхпроводников достаточно четко были отражены в статье "Новые сверхпроводники: перспективы применеия" Алана М. Вольски и др. в журнале Scientific American, апрель 4, 1989 наиболее интересные из которых и приведем ниже.

Сверхпроводящие магниты. С помощью обычного электромагнита, представляющего собой катушку из медного провода, размещенной на железном сердечнике, можно создавать поля до 2Тл, причем медные провода выдерживают плотность тока до 400А/см².

Сверхпроводники позволяют отказаться от железного сердечника за счет увеличения плотности тока до 100000А/см². Такие плотности тока позволяют получать сплавы из ниобия-3 и олова иниобия с титаном при температуре жидкого гелия (4К).

Объемные образцы иттрий - барий - оксид меди выдерживают плотность тока до 4000А/см² при температуре жидкого азота (77К) в поле 1Тл. В отсутствие магнитного поля плотность тока может достигать 17000А/см².

Генераторы и линии электропередач. Сверхпроводящие магниты могут повысить КПД генераторов большой мощности до 99.5%, хотя у обычных генераторов он уже достигает 98.6%. Ежегодная экономия топлива составит 1%. Экономически рентабельными сверхпроводниковые линии электропередач могут стать только при передаче по ним большого количества энергии.

Аккумулирование электроэнергии. Сверхпроводящие накопители энергии с охлаждением жидким азотом обошлись бы на 3% дешевле, чем обычные, а общие капитальные затраты уменьшаются еще на 5%.

Поезда на магнитной подушке - наиболее перспективное применеие сверхпроводников для скоростных поездов. Стоимость сооружения пути длиной 500км обойдется в 1.5 - 4.5 млрд долл. Стоимость самих поездов составит не более 10% от общей суммы затрат, а система охлаждения всего 1%.

Сверхнизкие температуры до 10^-6К достигнуты в магнитных холодильниках при использовании магнитоэлектрического эффекта. Такие системы важны для космических и оборонных программ.

Компьютеры и сверхпроводники. В будущем может быть создан суперкомпьютер на ВТСП с быстродействием в 1000 раз больше, чем у компьютеров, проектируемых в настоящее время. Время переключения на переходах Джозефсона (два сверхпроводника, разделенных тонким слоем диэлектрика) составит не более 10^-13с для Т_кр=10К и 10^-14с для материала с Т_кр=100К.