Сверхпроводники. Влияние внешних факторов на сверхпроводимость.

Состояние проводника, при котором его электрическое сопротивление становится практически равным нулю, называют сверхпроводимостью, а материал в таком состоянии – сверхпроводником. Температуру, при которой происходит переход в сверхпроводниковое состояние, называют критической температурой Т_кр. Сверхпроводимость можно разрушить, увеличивая плотность тока в сверхпроводнике до критического значения, называемого критической плотностью тока. Сверхпроводимость разрушается также магнитным полем. Напряженность магнитного поля, при которой разрушается сверхпроводимость, называют критической напряженностью. Чем больше значение критической напряженности сверхпроводника, тем лучше его эксплуатационные свойства, тем при больших плотностях тока его можно использовать. Критическая температура и критическая напряженность магнитного поля – взаимозависимые величины. При увеличении температуры сверхпроводника критическая напряженность уменьшается. На сверхпроводимость влияет и частота электромагнитного поля. Реальное применение сверхпроводимость находит при создании крупных электромагнитных систем. Наиболее широко сверхпроводники стали применять в ускорительной технике, в медицинских магниторезонансных томографах. Сверхпроводимость исчезает под действием следующих факторов:
1) повышение температуры;
2) действие достаточно сильного магнитного поля;
3) достаточно большая плотность тока в образце.

25) Сверхпроводники 1 рода. Для сверхпроводников 1 рода характерными являются скачкообразный переход в сверхпроводниковое состояние и наличие одной критической напряженности магнитного поля. Значения критической температуры и критической напряженности магнитного поля у них малы, что затрудняет их практическое применение. К сверхпроводникам 1 рода относятся все чистые металлы, кроме переходных металлов. Основной их недостаток заключается в том, что у них самые низкие среди сверхпроводников значения критической напряженности, а это существенно ограничивает плотность тока и тем самым препятствует их практическому использованию. Сверхпроводники 2 рода переходят в сверхпроводниковое состояние не скачкообразно, как сверхпроводники 1 рода, а в некотором интервале температур. Значения критической температуры и напряженности у них больше, чем у сверхпроводников 1 рода. Для сверхпроводников 2 рода характерно наличие 2 критических напряженностей магнитного поля. Различия в значениях может быть в сотни раз. Критическая плотность тока, несмотря на высокое значение напряженности, небольшая, что является существенным недостатком. Некоторые сверхпроводники 2 рода обладают не только относительно высокими значениями критической температуры, но, что особенно ценно, и высокими значениями напряженности и плотности. Сверхпроводниковые свойства сильно зависят от степени дефектности образца и технологии его получения. К сверхпроводникам 2 рода из чистых металлов относятся только ниобий, ванадий, технеций и все сверхпроводниковые сплавы, и химические соединения, очень тонкие пленки из сверхпроводников 1 рода.

26) Сверхпроводники 3 рода – это сверхпроводники 2 рода, имеющие крупные неоднородности (Дефекты решетки и примеси); такие сверхпроводники называют «жесткими». При пластическом деформировании в холодном состоянии, например протяжке, в кристаллической решетке резко увеличивается концентрация дефектов. В результате критическая плотность тока возрастает на несколько десятичных порядков. К «жестким» сверхпроводникам относятся

большая группа сплавов и химических соединений на основе ниобия и ванадия. Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП). Сверхпроводники, в том числе сверхпроводники 3 рода, имеют весьма низкие критические температуры (< 24 К). В 1986-87 годах ряд ученых Швейцарии, СССР, США, Китая и Японии получили принципиально новый сверхпроводниковый материал – высокотемпературную сверхпроводящую керамику, имеющую температуру перехода в сверхпроводниковое состояние выше 30К. В настоящее время известно несколько высокотемпературных сверхпроводящих керамик с общими

формулами: лантановая керамика, иттриевая, висмутовая, таллиевая и, наконец, ртутная характеризуется максимальной критической температурой(135К). Сверхпроводящие керамические системы состоят из сверхпроводящих гранул, которые характеризуются достаточно высокой критической плотностью. Однако межгранульное пространство имеет не высокую критическую плотность и поэтому снижает критическую плотность транспортного тока ВТСП, что затрудняет их применение в технике. Применяют только в электронике: болометры, электрические фильтры, антенны, приборы для медицинской диагностики. Применяются ВТСП для создание электроэнергетических устройств и систем, вырабатывающих, передающих и преобразующих электроэнергию в промышленных масштабах. Потому что сверхпроводники обладают способностью нести без потерь высокие плотности транспортного тока в сильных магнитных полях. Замена медной обмотки в трансформаторах на сверхпроводящие провода позволит уменьшить потери электроэнергии на 80-90% и снизить общую массу примерно в 2-3 раза. Исключение трансформаторного масла делает сверхпроводниковый трансформатор пожаробезопасным и экологически безупречным.