के हुन्छ यदि...हामीले उच्च-तापमान सुपरकन्डक्टरहरू पाउँछौं? आशाको बन्धन

हानिरहित प्रसारण लाइनहरू, कम तापक्रमको विद्युतीय इन्जिनियरिङ्, सुपरइलेक्ट्रोम्याग्नेटहरू, अन्ततः थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरहरूमा प्लाज्माको लाखौं डिग्रीलाई बिस्तारै कम्प्रेस गर्दै, एक शान्त र द्रुत म्याग्लेभ रेल। हामीसँग सुपरकन्डक्टरहरूका लागि धेरै आशाहरू छन् ...

सुपरचालकता शून्य विद्युतीय प्रतिरोधको भौतिक अवस्था भनिन्छ। यो धेरै कम तापमान मा केहि सामाग्री मा हासिल छ। उनले यो क्वान्टम घटना पत्ता लगाए क्यामरलिंग ओन्स (1) पारा मा, 1911 मा। शास्त्रीय भौतिकी यसलाई वर्णन गर्न असफल। शून्य प्रतिरोधको अतिरिक्त, सुपरकन्डक्टरहरूको अर्को महत्त्वपूर्ण विशेषता हो चुम्बकीय क्षेत्रलाई यसको मात्रा बाहिर धकेल्नुहोस्तथाकथित Meissner प्रभाव (प्रकार I सुपरकन्डक्टरहरूमा) वा चुम्बकीय क्षेत्रलाई "भोर्टिसेस" मा फोकस गर्ने (टाइप II सुपरकन्डक्टरहरूमा)।

धेरैजसो सुपरकन्डक्टरहरूले पूर्ण शून्य नजिकको तापक्रममा मात्र काम गर्छन्। यो ० केल्विन (-२७३.१५ डिग्री सेल्सियस) रहेको रिपोर्ट गरिएको छ। परमाणुहरूको आन्दोलन यो तापमान मा यो लगभग अस्तित्वहीन छ। यो सुपरकन्डक्टर को कुञ्जी हो। सामान्य रूपमा इलेक्ट्रोनहरु कन्डक्टरमा सर्दा अन्य कम्पन परमाणुहरूसँग टक्कर हुन्छ, कारण ऊर्जा हानि र प्रतिरोध। यद्यपि, हामीलाई थाहा छ कि उच्च तापक्रममा अतिचालकता सम्भव छ। बिस्तारै, हामीले कम माइनस सेल्सियसमा यो प्रभाव देखाउने सामग्रीहरू पत्ता लगाउँदैछौं, र हालसालै प्लसमा पनि। यद्यपि, यो फेरि सामान्यतया अत्यधिक उच्च दबाव को आवेदन संग सम्बन्धित छ। सबैभन्दा ठूलो सपना विशाल दबाब बिना कोठाको तापमानमा यो प्रविधि सिर्जना गर्न हो।

superconductivity को राज्य को उपस्थिति को लागि भौतिक आधार छ कार्गो ग्रेबरहरूको जोडीको गठन - तथाकथित कूपर। त्यस्ता जोडीहरू समान ऊर्जा भएका दुई इलेक्ट्रोनहरूको मिलनको परिणामको रूपमा उत्पन्न हुन सक्छन्। फर्मी ऊर्जा, अर्थात् सबैभन्दा सानो ऊर्जा जसद्वारा फर्मियोनिक प्रणालीको ऊर्जा एक थप तत्व थपिएपछि बढ्छ, तिनीहरू बीचको अन्तरक्रियाको ऊर्जा धेरै सानो हुँदा पनि। यसले सामग्रीको विद्युतीय गुणहरूलाई परिवर्तन गर्छ, किनकि एकल वाहकहरू फर्मियनहरू हुन् र जोडीहरू बोसनहरू हुन्।

सहयोग गरौ त्यसकारण, यो क्रिस्टल जालीको कम्पनहरू मार्फत एकअर्कासँग अन्तरक्रिया गर्ने दुई फर्मियनहरू (उदाहरणका लागि, इलेक्ट्रोनहरू) को प्रणाली हो, जसलाई फोनन्स भनिन्छ। घटना वर्णन गरिएको छ लियोनाले सहयोग गर्छिन् 1956 मा र कम-तापमान सुपरचालकता को BCS सिद्धान्त को एक हिस्सा हो। कूपर जोडी बनाउने फर्मियनहरूमा आधा स्पिनहरू हुन्छन् (जुन विपरीत दिशाहरूमा निर्देशित हुन्छन्), तर प्रणालीको परिणामस्वरूप स्पिन पूर्ण हुन्छ, अर्थात्, कूपर जोडी बोसोन हो।

निश्चित तापक्रममा सुपरकन्डक्टरहरू केही तत्वहरू हुन्, उदाहरणका लागि, क्याडमियम, टिन, एल्युमिनियम, इरिडियम, प्लैटिनम, अन्य धेरै उच्च दबावमा मात्र सुपरकन्डक्टिभिटीको अवस्थामा जान्छ (उदाहरणका लागि, अक्सिजन, फस्फोरस, सल्फर, जर्मेनियम, लिथियम) वा पातलो तहहरूको रूप (टंगस्टन, बेरिलियम, क्रोमियम), र केही अझै सुपरकन्डक्टिङ नहुन सक्छ, जस्तै चाँदी, तामा, सुन, नोबल ग्याँसहरू, हाइड्रोजन, यद्यपि सुन, चाँदी र तामा कोठाको तापक्रममा उत्कृष्ट कन्डक्टरहरू हुन्।

"उच्च तापक्रम" लाई अझै पनि धेरै कम तापमान चाहिन्छ

1964 वर्षमा विलियम ए लिटिल मा उच्च-तापमान सुपरकन्डक्टिविटीको अस्तित्वको सम्भावनाको सुझाव दियो जैविक पोलिमर। यो प्रस्ताव बीसीएस सिद्धान्तमा फोनोन-मध्यस्थ जोडीको विपरित एक्सिटोन-मध्यस्थ इलेक्ट्रोन जोडीमा आधारित छ। "उच्च तापक्रम सुपरकन्डक्टरहरू" शब्द जोहानेस जी बेडनोर्ज र सीए द्वारा पत्ता लगाएको पेरोभस्काइट सिरेमिकको नयाँ परिवारको वर्णन गर्न प्रयोग गरिएको छ। 1986 मा मुलर, जसको लागि तिनीहरूले नोबेल पुरस्कार प्राप्त गरे। यी नयाँ सिरेमिक सुपरकन्डक्टरहरू (२) तामा र अक्सिजनबाट अन्य तत्वहरू जस्तै ल्यान्थानम, बेरियम र बिस्मथ मिसाएर बनेका थिए।

2. सिरेमिक प्लेट शक्तिशाली चुम्बकहरूमा घुमिरहेको छ

हाम्रो दृष्टिकोणबाट, "उच्च-तापमान" superconductivity अझै धेरै कम थियो। सामान्य दबाबको लागि, सीमा -140 डिग्री सेल्सियस थियो, र त्यस्ता सुपरकन्डक्टरहरूलाई पनि "उच्च-तापमान" भनिन्छ। हाइड्रोजन सल्फाइडको लागि -70 डिग्री सेल्सियसको सुपरकन्डक्टिभिटी तापमान अत्यधिक उच्च दबावमा पुगेको छ। यद्यपि, उच्च-तापमान सुपरकन्डक्टरहरूलाई चिसोको लागि तरल हीलियमको सट्टा अपेक्षाकृत सस्तो तरल नाइट्रोजन चाहिन्छ, जुन आवश्यक छ।

अर्कोतर्फ, यो प्रायः भंगुर सिरेमिक हो, विद्युतीय प्रणालीहरूमा प्रयोगको लागि धेरै व्यावहारिक छैन।

वैज्ञानिकहरू अझै पनि विश्वास गर्छन् कि त्यहाँ पत्ता लगाउनको लागि एक राम्रो विकल्प छ, एक अद्भुत नयाँ सामग्री जसले मापदण्डहरू पूरा गर्नेछ। कोठाको तापमानमा अतिचालकताकिफायती र प्रयोग गर्न व्यावहारिक। केही अनुसन्धानले तामामा ध्यान केन्द्रित गरेको छ, एक जटिल क्रिस्टल जसमा तामा र अक्सिजन परमाणुहरूको तहहरू छन्। पानीले भिजेको ग्रेफाइटले कोठाको तापक्रममा सुपरकन्डक्टरको रूपमा काम गर्न सक्छ भन्ने केही असामान्य तर वैज्ञानिक रूपमा अकल्पनीय रिपोर्टहरूमा अनुसन्धान जारी छ।

भर्खरका वर्षहरू उच्च तापक्रममा सुपरकन्डक्टिभिटीको क्षेत्रमा "क्रान्तिहरू", "ब्रेकथ्रुहरू" र "नयाँ अध्यायहरू" को एक सत्य प्रवाह भएको छ। अक्टोबर २०२० मा कोठाको तापक्रममा (१५ डिग्री सेल्सियसमा) सुपरकन्डक्टिविटी रिपोर्ट गरिएको थियो कार्बन डाइसल्फाइड हाइड्राइड (3), तथापि, हरियो लेजर द्वारा उत्पन्न धेरै उच्च दबाव (267 GPa) मा। होली ग्रेल, जुन अपेक्षाकृत सस्तो सामग्री हुनेछ जुन कोठाको तापक्रम र सामान्य दबाबमा सुपरकन्डक्टिभ हुनेछ, अझै फेला परेको छैन।

3. कार्बन-आधारित सामग्री जुन 15 डिग्री सेल्सियसमा सुपर कन्डक्टिव हुन्छ।

चुम्बकीय युगको बिहानी

उच्च-तापमान सुपरकन्डक्टरहरूको सम्भावित अनुप्रयोगहरूको गणना इलेक्ट्रोनिक्स र कम्प्युटर प्रविधि, तर्क उपकरणहरू, मेमोरी तत्वहरू, स्विचहरू र जडानहरू, जेनेरेटरहरू, एम्पलीफायरहरू, कण गतिवर्धकहरूबाट सुरु हुन सक्छ। सूचीमा अर्को: चुम्बकीय क्षेत्रहरू, भोल्टेज वा करेन्टहरू, चुम्बकहरू मापन गर्नका लागि अत्यधिक संवेदनशील उपकरणहरू एमआरआई मेडिकल उपकरणहरू, चुम्बकीय ऊर्जा भण्डारण यन्त्रहरू, बुलेट ट्रेनहरू, इन्जिनहरू, जेनेरेटरहरू, ट्रान्सफर्मरहरू र पावर लाइनहरू। यी सपना सुपरकन्डक्टिङ यन्त्रहरूको मुख्य फाइदाहरू कम शक्ति खपत, उच्च गति सञ्चालन र हुनेछ चरम संवेदनशीलता.

सुपरकन्डक्टरहरूको लागि। त्यहाँ एक कारण छ कि पावर प्लान्टहरू प्रायः व्यस्त शहरहरू नजिकै बनाइन्छ। ३० प्रतिशत पनि । उनीहरु द्वारा बनाईएको विद्युत ऊर्जा प्रसारण लाइनहरूमा हराउन सक्छ। यो बिजुली उपकरण संग एक सामान्य समस्या हो। अधिकांश ऊर्जा गर्मीमा जान्छ। तसर्थ, कम्प्यूटरको सतहको एक महत्त्वपूर्ण भाग कूलिंग पार्ट्सको लागि आरक्षित गरिएको छ जसले सर्किटहरूद्वारा उत्पन्न गर्मीलाई नष्ट गर्न मद्दत गर्दछ।

सुपरकन्डक्टरहरूले गर्मीको लागि ऊर्जा हानिको समस्या समाधान गर्छन्। प्रयोगहरूको भागको रूपमा, वैज्ञानिकहरू, उदाहरणका लागि, जीविकोपार्जन गर्न प्रबन्ध गर्नुहोस् सुपरकन्डक्टिङ रिंग भित्र विद्युतीय प्रवाह दुई वर्ष भन्दा बढी। र यो अतिरिक्त ऊर्जा बिना छ।

तरल हीलियममा पहुँच नभएको कारण विद्युत् प्रवाह रोकिएको एउटै कारण थियो, तरल प्रवाह जारी राख्न नसक्नुको कारण होइन। हाम्रा प्रयोगहरूले हामीलाई सुपरकन्डक्टिङ सामग्रीहरूमा प्रवाहहरू सयौं हजार वर्षसम्म प्रवाह गर्न सक्छन् भन्ने विश्वास गर्न नेतृत्व गर्छ, यदि धेरै होइन। सुपरकन्डक्टरहरूमा विद्युतीय प्रवाह सधैंभरि प्रवाह हुन सक्छ, नि: शुल्क ऊर्जा स्थानान्तरण।

в कुनै प्रतिरोध छैन सुपरकन्डक्टिङ तारबाट ठूलो विद्युत प्रवाह हुन सक्छ, जसले अविश्वसनीय शक्तिको चुम्बकीय क्षेत्रहरू उत्पन्न गर्‍यो। तिनीहरू म्याग्लेभ ट्रेनहरू (4) लेभिटेट गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, जुन पहिले नै 600 km/h सम्मको गतिमा पुग्न सक्छ र यसमा आधारित छन् सुपरचालक चुम्बकहरू। वा तिनीहरूलाई पावर प्लान्टहरूमा प्रयोग गर्नुहोस्, परम्परागत विधिहरू प्रतिस्थापन गर्नुहोस् जसमा टर्बाइनहरू चुम्बकीय क्षेत्रहरूमा बिजुली उत्पादन गर्न घुम्छन्। शक्तिशाली सुपर कन्डक्टिङ म्याग्नेटले फ्युजन प्रतिक्रिया नियन्त्रण गर्न मद्दत गर्न सक्छ। एक सुपरकन्डक्टिङ तारले ब्याट्रीको सट्टा एक आदर्श ऊर्जा भण्डारण यन्त्रको रूपमा काम गर्न सक्छ, र प्रणालीमा हुने सम्भाव्यता हजारौं लाख वर्षसम्म सुरक्षित रहनेछ।

क्वान्टम कम्प्युटरहरूमा, तपाईं सुपरकन्डक्टरमा घडीको दिशा वा विपरीत दिशामा प्रवाह गर्न सक्नुहुन्छ। जहाज र कार इन्जिनहरू आज भन्दा दस गुणा साना हुनेछन्, र महँगो मेडिकल डायग्नोस्टिक एमआरआई मेसिनहरू तपाईंको हातको हत्केलामा फिट हुनेछन्। विश्वभरका विशाल मरुभूमिका खेतहरूबाट सङ्कलन गरिएको, सौर्य ऊर्जालाई कुनै हानि बिना भण्डारण र स्थानान्तरण गर्न सकिन्छ।

4. जापानी म्याग्लेभ ट्रेन

भौतिकशास्त्री र विज्ञानको प्रसिद्ध लोकप्रियताका अनुसार, काकुसुपरकन्डक्टरहरू जस्ता प्रविधिहरूले नयाँ युगमा प्रवेश गर्नेछ। यदि हामी अझै बिजुलीको युगमा बाँचिरहेका थियौं भने, कोठाको तापक्रममा सुपरकन्डक्टरहरूले चुम्बकत्वको युग ल्याउँथे।