рефераты и курсовые бесплатно >>> физика

 

Высокотемпературная сверхпроводимость

 

Открытие в конце 1986 года нового класса высокотемпературных сверхпроводящих материалов радикально расширяет способности практического использования сверхпроводимости для сотворения новой техники и окажет революционизирующее действие на эффективность отраслей народного хозяйства.

Явление, заключающееся в полном исчезновении электрического сопротивления проводника при его охлаждении ниже критической температуры, было открыто в 1911 году, но практическое внедрение этого явления началось в середине шестидесятых годов, после того как были разработаны сверхпроводящие материалы, пригодные для технических применений. В связи с тем, что критические температуры этих материалов не превосходили 20 К, все созданные сверхпроводниковые устройства эксплуатировались при температурах жидкого гелия, т.Е. При 4-5 К. Несмотря на дефицитность этого хладоагента, высокие энергозатраты на его ожижение, сложность и высшую цена систем термоизоляции по целому ряду направлений началось практическое внедрение сверхпроводимости. Более крупномасштабными применениями сверхпроводников явились электромагниты ускорителей заряженных частиц, термоядерных установок, МГД-генераторов. Были сделаны бывалые эталоны сверхпроводниковых электрогенераторов, линий электропередачи, накопителей энергии, магнитных сепараторов и др. В последние годы в разных капиталистических странах началось массовое создание исследовательских медицинских ЯМР-томографов со сверхпроводниковыми магнитами, возможный рынок которых оценивается в несколько млрд. Баксов.

Открытие высокотемпературных сверхпроводников, критическая температура которых с запасом превосходит температуру кипения жидкого азота, принципиально меняет экономические характеристики сверхпроводниковых устройств, поскольку цена хладоагента и издержки на поддержание нужной температуры снижаются в 50-100 раз. Не считая того, открытие высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) сняло теоретический запрет на дальнейшее повышение критической температуры с 30 - вплоть до комнатной. Так, со времени открытия этого явления критическая температура повышена с 30 - 130 К.

Государственная научно-техно программа предугадывает широкий комплекс работ, включающих в себя фундаментальные и прикладные исследования, направленные на решение трудности технической реализации высокотемпературной сверхпроводимости.

В согласовании со структурой программы главными направлениями работ являются:

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ И параметров ВТСП.

Основными задачками этого направления являются фундаментальные исследования по выяснению механизма высокотемпературной сверхпроводимости, разработка теории ВТСП, прогнозирование поиска новейших соединений с высокими критическими параметрами и определение их физико-химических параметров.

2. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА характеристики ВТСП МАТЕРИАЛОВ.

По данному направлению будут проводиться исследования влияния больших давлений, механических и тепловых действий, ионизирующих излучений, электромагнитных полей и остальных внешних факторов на характеристики ВТСП материалов и выработка рекомендаций по вопросам сотворения ВТСП материалов с хорошими технологическими и техническими чертами.

3. НАУЧНЫЕ базы И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВТСП МАТЕРИАЛОВ.

Главными задачками исследований по данному направлению являются разработка теоретических основ получения высокотемпературных сверхпроводящих материалов с заданными качествами, синтез новейших материалов с необходимыми для технической реализации параметрами, разработка технологий получения высокотемпературных сверхпроводников заданных технических форм. Ключевыми вопросами этого направления и всей программы в целом является создание технологичных и стабильных тонкопленочных структур, приемлемых для реализации в слаботочной технике, и в особенности сильноточных токонесущих частей в виде проводов, лент, кабелей и др. Для использования в сильноточной технике.

4. СЛАБОТОЧНЫЕ внедрения ВТСП.

Создание конкретных технических изделий на базе ВТСП материалов более реально в наиблежайшее время конкретно в слаботочной технике, т.Е. В микроэлектронике и вычислительной технике.

В рамках программы предполагается разработка и освоение серийного производства трех классов электронных сверхпроводниковых устройств:

- СКВИДы (приборы на базе джозефсоновских переходов) как детекторы слабых магнитных полей для внедрения в медицине (магнитоэнцефалография), геологии и геофизике (поиск нужных ископаемых, исследование геологического строения земной коры, прогноз землетрясений), материаловедении (неразрушающий контроль материалов, конструкций), военной технике (обнаружение магнитных аномалий, в частности, глубинных подводных лодок), научных исследованиях, связи и навигации.

обширное освоение и внедрение СКВИД магнитометрического способа измерений дозволит в маленький срок отменно изменить многие виды измерительной техники, повысить в сотни и более раз чувствительность устройств и точность измерений, подвести измерительные способности широкой номенклатуры датчиков к теоретическому лимиту, вывести измерительную технику на высший отменно новый уровень.

- Аналого-цифровые приборы (АЦП), использующие сверхбыстрые (доли пикосекунды) переключения от джозефсоновского к "гиверовскому" режиму работы, для применений в новейших системах связи, цифровых вычислительных устройствах для обработки и анализа аналоговых сигналов и др.

- Приборы, основанные на эффекте появления на джозефсоновском переходе неизменного напряжения при подаче на него СВЧ сигнала, для использования в прецизионных измерительных системах (к примеру, образец Вольта).

обширное применение ВТСП найдет в вычислительной технике. Уже в настоящее время разработаны, изготовлены и испытаны макеты ячейки памяти, сверхчувствительный элемент считывания на ВТСП пленках с кратным понижением энерговыделения по сравнению с полупроводниковыми усилителями считывания, сверхскоростные полосы связи, которые дозволят увеличить производительность систем в 10 - 100 раз. Внедрение ВТСП в вычислительную технику даст кратное увеличение её быстродействия и степени интеграции. Так, переход на ВТСП соединения и понижение рабочей температуры полупроводниковых суперЭВМ дозволит повысить их производительность с 10х9 до 10х12 операций/сек.

Одной из перспективных областей внедрения ВТСП будет космическая техника - бортовые и "забортовые" измерительная аппаратура и вычислительные системы (возможна работа без особых устройств остывания, так как "теневая" температура у спутников - 90 К). При этом при переходе на ВТСП удельная масса охлаждающей системы снизится в 50 раз, размер уменьшится в 1000 раз, надежность возрастет в 10 раз.

Широкие перспективы использования ВТСП открываются в СВЧ-технике и в разработке датчиков видимого и ИК спектра с высокой чувствительностью.

5. СИЛЬНОТОЧНЫЕ внедрения ВТСП.

Применение ВТСП в сильноточной технике будет иметь более радикальные экономические последствия для народного хозяйства.

Это направление включает в себя создание электроэнергетических устройств и систем, вырабатывающих, передающих и преобразующих электроэнергию в промышленных масштабах. Основой этого направления является способность сверхпроводников нести без утрат высокие плотности (10х9-10х10 А/м2) транспортного тока в мощных магнитных полях при температурах ниже критической. Это свойство сверхпроводников дозволяет создавать электроэнергетическое оборудование различного назначения с улучшенными массогабаритными чертами, более высоким КПД и существенно (в десятки раз) сниженными эксплуатационными расходами.

Так, при передаче по кабельным линиям электропередач мощностей свыше 20 млн. КВт на расстояние свыше 2000 км ожидается понижение электрических утрат на 10%, что соответствует сбережению от 7 до 10 млн. Т.У.Т. В год. При этом приведенные издержки на сверхпроводящую кабельную ЛЭП могут быть не больше, чем на высоковольтную ЛЭП обычного выполнения. Синхронные сверхпроводящие генераторы для ТЭС, АЭС и ГЭС будут иметь на 0,5-0,8% более высокий КПД и на 30%

меньшие весогабаритные характеристики. Предполагается создание сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии, которые по сравнению с гидроаккумулирующими станциями, единственным типом накопителей энергии, нашедшим промышленное применение в энергетике, будут обладать значительно более высоким КПД (до 97-98% заместо 70%). В рамках программы предполагается создание широкой политры электротехнических и электроэнергетических устройств, при этом масштабы суммарной экономии электроэнергии за счет массового внедрения ВТСП будут столь значительны, что дозволят радикальным образом пересмотреть сложившуюся экстенсивную стратегию развития топливно-энергетического комплекса.

Согласно структуре программы, предусматривается разработка и выпуск сверхпроводящих устройств и систем, создание которых экономически и технически целесообразно на базе обычных гелиевых сверхпроводников. Это сверхпроводящие сепараторы, ЯМР-томографы, магнитные системы для удержания плазмы в ТОКОМАКах и ускорителях заряженных частиц и др. Создание таковых систем не считая настоящего экономического эффекта от их внедрения заложит нужную техно и технологическую базу для быстрого перехода на ВТСП по мере сотворения технологичных ВТСП проводников.

6. КРИОСТАТИРОВАНИЕ.

Поскольку несмотря на существенное повышение критических температур новейших сверхпроводящих материалов их абсолютное значение остается на уровне криогенных температур, одним из важнейших направлений исследований и разработок является создание высокоэкономичных, надежных автоматизированных ожижительных и рефрижераторных азотных установок, систем криостатирования для конкретных сверхпроводящих изделий, а также поиск принципиально новейших способов получения холода в спектре рабочих температур ВТСП.

Предусматривается создание систем диагностики и контроля характеристик криостатирующих устройств.

не считая того, для изделий и систем, создаваемых на базе обычных сверхпроводников, будут разработаны и изготовлены гелиевые установки нового поколения с высокими технико-экономическими показателями.

7. ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТ ПО ПРОГРАММЕ ВТСП.

В рамках этого направления предусматривается проведение широкого комплекса работ по научно-техническому прогнозированию и технико-экономическому обоснованию внедрения ВТСП, разработка и внедрение автоматизированных информационных систем, создание баз данных по ВТСП. Не считая того будет осуществляться комплексная программа подготовки и переподготовки кадров различной квалификации для работ по проблематике ВТСП.



 
Еще рефераты и курсовые из раздела
История открытий в области строения атомного ядра
Реферат на тему: История открытий в области строения атомного ядра Содержание История открытий в области строения атомного ядра 3 1 Модели атома до Бора 3...

Теориям самоорганизации - синергетика, теория конфигураций и теория катастроф
В прошлом параграфе понятие "система" рассматривалось в большей степени в собственном статическом аспекте, который в особенности подробно исследован системным анализом. Тем не менее было...

Лабораторная работа №5 Исследование электрической цепи источника неизменного тока
Министерство русской Федерации Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический институт) им. Г.В. Плеханова Кафедра физики Лабораторная работа №5 на...

МОДЕЛЬ ЯДРА АТОМА И ТАБЛИЦА частей
МОДЕЛЬ ЯДРА АТОМА И ТАБЛИЦА частей. Каждый последующий элемент различается от предшествующего тем, что в его ядре количество протонов возрастает на единицу, а количество нейтронов ...

Сила трения. Коэффициент трения скольжения
Сила трения. Коэффициент трения скольжения Трением именуется взаимодействие меж различными соприкасающимися поверхностями, препятствующее их относительному перемещению. Сила трения ...