Mataas na temperatura superconductivity

Sa una, ang mga superconductor ay may isang napaka limitadong aplikasyon, dahil ang kanilang operating temperatura ay hindi dapat lumampas sa 20K (-253 ° C). Halimbawa, ang temperatura ng likidong helium sa 4.2 K (-268.8 ° C) ay angkop na angkop para sa superconductor upang gumana, ngunit nangangailangan ng maraming enerhiya upang palamig at mapanatili ang tulad ng isang mababang temperatura, na technically napaka problemado.

Ang mga superconductor na may mataas na temperatura na natuklasan noong 1986 nina Karl Müller at Georg Bednorets ay nagpakita ng isang kritikal na temperatura na mas mataas, at ang temperatura ng likido na nitrogen sa 75K (-198 ° C) para sa mga naturang conductor ay sapat na para sa operasyon. Bilang karagdagan, ang nitrogen ay mas mura kaysa sa helium bilang isang nagpapalamig.

Ang pagtuklas noong 1987 ng isang "tumalon sa kondaktibo sa halos zero" sa temperatura ng 36K (-237 ° C) para sa mga compound ng lanthanum, strontium, tanso at oxygen (La - Sr - Cu - O) ang simula. Pagkatapos, ang ari-arian ng yttrium, barium, tanso, at oxygen (Y - Ba - Cu - O) na compound upang ipakita ang mga katangian ng superconducting sa temperatura na 77.4 K (-195.6 ° C) sa itaas ng kumukulong punto ng kumukulong likido na nitrogen ay unang natuklasan.

Noong 2003, natuklasan ang ceramic compound na Hg - Ba - Ca - Cu - O (F), na mayroong kritikal na temperatura na 138 K (-135 ° C) at umabot sa 166 K (-107 ° C) sa isang presyon ng 400 kbar; at noong 2015, isang bagong tala ang itinakda para sa hydrogen sulfide (H2S), na naging superconductor sa isang presyon ng 100 GPa, sa isang temperatura na hindi lalampas sa 203K (-70 ° C).

Ang superconductivity bilang isang pisikal na kababalaghan, una sa antas ng mikroskopiko, ay ipinaliwanag sa gawain ng mga pisikong Amerikano na sina John Bardin, Leon Cooper at John Shriffer noong 1957. Ang kanilang teorya ay batay sa konsepto ng tinaguriang mga pares ng elektron ng Cooper, at ang teorya mismo ay tinawag na teorya ng BCS, ayon sa mga unang titik ng mga pangalan ng mga may-akda nito, at hanggang sa araw na ito ang tecroscopic theory ng superconductors ay nangingibabaw.

Ayon sa teoryang ito, ang mga estado ng elektron ng mga pares ng Cooper ay nagkakaugnay sa kabaligtaran ng spins at momenta. Kasabay nito, ginamit ng teorya ang tinatawag na mga pagbabagong-anyo ni Nikolai Bogolyubov, na nagpakita na ang superconductivity ay maaaring isaalang-alang bilang isang proseso ng superfluidity ng isang gas na elektron.

Malapit sa ibabaw ng Fermi, ang mga electron ay maaaring epektibong maakit sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa bawat isa sa pamamagitan ng mga phonon, at ang mga elektron lamang ang nakakaakit na ang enerhiya ay naiiba sa enerhiya ng elektron sa ibabaw ng Fermi ng hindi hihigit sa hVd (narito ang Vd ay ang dalas ng Debye), at ang natitirang mga electron ay hindi nakikisalamuha.

Pakikipag-ugnay sa mga electron at pagsamahin sa mga pares ng Cooper. Ang mga pares na ito ay nagtataglay ng ilang mga katangian na katangian ng mga bosons, at ang mga boson ay maaaring pumunta sa isang solong estado ng dami sa paglamig. Kaya, dahil sa tampok na ito, ang mga pares ay maaaring ilipat nang walang pagbangga sa alinman sa sala-sala o iba pang mga elektron, iyon ay, ang mga pares ng Cooper ay lumipat nang walang pagkawala ng enerhiya.

Sa pagsasagawa, ang mga superconductor na may mataas na temperatura ay nagbibigay ng paghahatid ng walang bayad na kuryente, na ginagawang kapaki-pakinabang at mahusay ang kanilang pagpapakilala sa hinaharap. Ang mga power cable, mga transformer, electric machine, inductive energy storage na may walang limitasyong buhay sa istante, kasalukuyang mga limitasyon, atbp - Ang mga superconductor na may mataas na temperatura ay naaangkop sa lahat ng dako sa electrical engineering.

Ang mga sukat ay mababawasan, ang mga pagkalugi ay mababawasan, ang kahusayan ng produksyon, paghahatid at pamamahagi ng elektrikal na enerhiya bilang isang buo ay tataas. Mga Transformer ay magkakaroon ng mas kaunting timbang at napakababang pagkalugi, kung ihahambing sa mga transformer na may mga maginoo na paikot-ikot. Ang mga superconducting transformer ay magiging friendly sa kapaligiran, hindi nila kailangang palamig, at sa kaso ng labis na labis, ang kasalukuyang ay magiging limitado.

Ang superconducting kasalukuyang mga limitasyon ay hindi gaanong kakulangan. Sa pagsasama ng mga imbakan ng enerhiya at superconducting generators sa mga de-koryenteng network, tataas ang kanilang katatagan. Ang power supply ng megacities ay isinasagawa sa pamamagitan ng superconducting underground cables na maaaring magsagawa ng hanggang sa 5 beses na mas kasalukuyang, at ang pagtula ng naturang mga cable ay makabuluhang makatipid sa mga lunsod o bayan, dahil ang mga cable ay magiging mas compact kumpara sa mga ginamit ngayon.

Ipinakikita ng mga pagkalkula na, halimbawa, ang pagbuo ng isang linya ng kuryente para sa 1 GW sa isang boltahe ng 154 kV, kung ginagamit ang mga superconducting cables, ay gagastos ng 38% na mas mura kaysa sa kung naipatupad gamit ang karaniwang teknolohiya. At isinasaalang-alang ang disenyo at pag-install, dahil ang bilang ng mga thread na kinakailangan ay mas mababa, ayon sa pagkakabanggit, ang kabuuang bilang ng mga cable ay mas mababa, at ang panloob na lapad ng mga conduits ay mas kaunti din.

Kapansin-pansin na ang isang makabuluhang kapangyarihan ay maaaring maipadala sa pamamagitan ng isang superconducting cable kahit na sa mababang boltahe, binabawasan polusyon ng electromagnetic, at ito ay totoo para sa mga populasyon na populasyon, kung saan ang pagtula ng mga linya ng high-boltahe ay nagdudulot ng pag-aalala, kapwa sa mga ekologo at sa publiko.

Ang pagpapakilala ng mga superconductor na may mataas na temperatura sa larangan ng alternatibong enerhiya ay nangangako rin, kung saan ang kakayahang kumita ay hindi nangangahulugang pangalawang kadahilanan, at ang paggamit ng mga superconductor dito ay tataas ang kahusayan ng mga bagong mapagkukunan. Bukod dito, sa susunod na 20 taon, mayroong isang matatag na pagkahilig patungo sa kanilang mabilis na pag-unlad sa mundo.