Перспективы применения сверхпроводников

Сверхпроводящие магниты. С помощью обычного электромагнита, представляющего собой катушку из медного провода, размещенную 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 и ниобия 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 применение 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.

СКВИДы (сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор). С помощью СКВИДа можно измерять падение напряжения до 10^-18В, токи 10^-18А (несколько электронов в секунду) и магнитные поля меньшие 10^-14Тл. Аналогов подобной чувствительности нет. Новые сверхпроводники позволяют регулировать частоты до 10¹²Гц (близко к квантовому пределу). Чувствительность обычных приборов не превышает 10¹⁰Гц. Применение СКВИДов - магнитоэнцефалография, элементы памяти. СКВИДы используются физиками для исследования кварков, магнитных монополей, гравитонов, геологами для поисков нефти, воды, минералов, разрабатываются детекторы для обнаружения подводных лодок.

Это материалы, удельное сопротивление которых достигает малых значений при криогенных температурах (ниже -173^оС). Сверхпроводящее состояние в этих материалах не наблюдается. Наиболее широко в качестве криопроводников применяется чистая медь и алюминий (марки А999 с 0.001% примесей), бериллий (0.1% примесей). При температуре жидкого гелия у алюминия А999 удельное электрическое сопротивление равно (1 - 2)^.10^-6мкОм^.м. Применяются криопроводники в основном для изготовления жил кабелей, проводов, работающих при температурах жидкого водорода (-252.6^оС), неона (-245.7^оС) и азота (-195.6^оС).

Лекция 11. Общие сведения о полупроводниках

План лекции

11.1. Общие сведения

Дата добавления: 2014-01-07