Hadi hivi majuzi, utumiaji wa vitendo ulikuwa mdogo sana kwa sababu ya joto la chini la kufanya kazi - chini ya 20K. Ugunduzi mwaka wa 1986 wa superconductors za juu-joto ambazo zina joto muhimu
iliyopita
hali
kwa kurahisisha ngumu nzima ya maswala ya baridi (joto la uendeshaji la vilima "limeongezeka", wamekuwa chini ya usikivu kwa usumbufu wa joto). Sasa kuna fursa
uumbaji
vizazi
Vifaa vya umeme,
kutumia
joto la chini
superconductors
iligeuka
itakuwa sana
ghali
isiyo na faida.
Nusu ya pili ya miaka ya 90 ya karne iliyopita ni mwanzo wa upana
kukera
joto la juu
superconductivity kwa tasnia ya nishati ya umeme. Joto la juu
superconductors
kutumia
viwanda
transfoma,
umeme
kwa kufata neno
anatoa
isiyo na kikomo
hifadhi), vikomo vya sasa, nk. Ikilinganishwa na iliyoanzishwa
sifa
kupunguzwa
hasara
na vipimo na kutoa ongezeko la ufanisi wa uzalishaji, usafirishaji na usambazaji wa umeme. Kwa hivyo, transfoma ya superconducting itakuwa nayo
hasara
kuliko transfoma ya nguvu sawa na windings ya kawaida. Aidha, superconducting transfoma
uwezo
kikomo
mzigo kupita kiasi,
hawana haja ya mafuta ya madini, ambayo ina maana wao ni rafiki wa mazingira na hawana hatari ya moto. Superconducting limiters
ya muda
sifa, yaani, chini ya inertial; kuingizwa kwa jenereta za superconducting na vifaa vya kuhifadhi nishati katika mtandao wa umeme utaboresha utulivu wake. uwezo wa sasa wa kubeba
chini ya ardhi
superconducting
inaweza kuwa mara 2-5 zaidi kuliko yale ya kawaida. Nyaya za superconducting ni ngumu zaidi, ambayo ni, kuwekewa kwao katika miundombinu mnene ya mijini / miji kunawezeshwa sana.
dalili
kiufundi na kiuchumi
Mahesabu ya Korea Kusini
wahandisi wa nguvu,
uliofanywa
muda mrefu
kupanga
umeme
mitandao katika mkoa wa Seoul. Matokeo yao yanaonyesha kuwa kuwekewa kwa 154 kV, 1 GW superconducting
nyaya
gharama
kuliko kawaida.
washa
kubuni na ufungaji wa cable na conduits (kwa kuzingatia kupunguzwa kwa idadi ya nyuzi zinazohitajika na, ipasavyo, kupunguzwa kwa jumla ya idadi ya nyaya katika km na kupunguzwa kwa kipenyo cha ndani cha mifereji). Wataalam wa Ulaya, wakati wa kufanya kazi juu ya masuala kama hayo, makini na ukweli kwamba, kulingana na superconducting
sana
voltage.
Kwa hivyo, uchafuzi wa mazingira wa sumakuumeme utapunguzwa.
yenye watu wengi
kuachana na mistari ya ziada-high voltage, kuwekewa ambayo
hukutana
serious
upinzani wa umma, hasa "kijani". Kuhimiza na Tathmini ya Marekani: Utekelezaji
superconducting
vifaa
kwenye jenereta, transfoma na motors) na nyaya kwa sekta ya nishati ya kitaifa itaokoa hadi 3% ya umeme wote. Wakati huo huo, kuenea
hivi karibuni
Ilisisitizwa kuwa jitihada kuu za watengenezaji zinapaswa kuzingatia: 1) kuongeza ufanisi wa cryosystems; 2) kuongeza uwezo wa sasa wa kubeba
superconducting
waya
hasara za nguvu na kuongeza uwiano wa superconductor juu ya sehemu ya msalaba wa waya); 3) kupunguza gharama ya waya superconducting (hasa, kutokana na kuongezeka kwa tija);
4) kupunguza gharama ya vifaa vya cryogenic. Ikumbukwe kwamba msongamano wa juu zaidi wa "uhandisi" muhimu (wa sasa muhimu umegawanywa na eneo la sehemu nzima) ya kipande cha mita 200 cha mkanda wa Bi-2223, uliopatikana hadi sasa, ni 14-16 kA/cm. 2 kwa joto la 77K. Biashara iliyopangwa katika nchi zilizoendelea
teknolojia
superconductors ya joto la juu. Dalili kutoka kwa mtazamo huu ni mpango wa Marekani "Superconductivity kwa Sekta ya Nguvu ya Umeme 1996-2000". Kulingana na mpango huu,
ujumuishaji
superconducting
sehemu
vifaa vya umeme vitatoa mkakati wa kimataifa
faida
viwanda
Karne ya XXI Wakati huo huo, inapaswa kukumbushwa kwamba, kulingana na makadirio ya Benki ya Dunia, katika kipindi cha miaka 20 ijayo (yaani, kufikia 2020), ongezeko la mara 100 la mauzo ya superconducting.
vifaa
nguvu za umeme
vifaa
itaongezeka
$32 bilioni (jumla
superconductors,
ikijumuisha
maombi kama vile usafiri, dawa, umeme na sayansi yatafikia dola bilioni 122).
Kumbuka kwamba Urusi, pamoja na Marekani na Japan, walidumisha uongozi
maendeleo
superconducting
teknolojia hadi mwanzoni mwa miaka ya 1990. Kwa upande mwingine, maslahi
viwanda na kiufundi
Usalama wa Urusi bila shaka unahitaji matumizi yao ya nguvu katika tasnia ya nguvu ya umeme na katika tasnia zingine. Maendeleo ya teknolojia ya superconducting na "maendeleo" yake kwa soko la kimataifa la nguvu za umeme ni kubwa
matokeo
maandamano
kazi iliyofanikiwa ya prototypes za ukubwa kamili kwa kila aina ya bidhaa. Ni nini
mafanikio
dunia
jumuiya
katika mwelekeo huu? Katika Japan, chini ya walezi wa Wizara ya Uchumi, Biashara na Viwanda, muda mrefu
programu
maeneo ya maendeleo
vifaa vya HTSC,
Awali ya yote, nyaya za nguvu.
Mradi umegawanywa katika awamu mbili: awamu ya 1 (2001-2004) na awamu ya 2 (2005-2009).
Waratibu
ni
Shirika
Maendeleo ya Teknolojia Mpya katika Nishati na Viwanda (NEDO) na Chama cha Utafiti cha Vifaa na Nyenzo za Uendeshaji Bora (Super-GM). KATIKA
husika
KEPCO, Furukawa, Sumitomo, Fujikura, Hitachi, nk (nyaya za HTSC); KEPCO, Sumitomo, Toshiba, nk (vikomo vya sasa vya HTSC); TEPCO, KEPCO, Fuji Electric, n.k. (sumaku za HTSC). Katika uwanja wa nyaya, kazi itazingatia maendeleo
Kondakta wa HTSC
hasara za nguvu
kupoa
uwezo
muda mrefu
msaada
joto
cable (kuhusu 77K) yenye urefu wa m 500. Kulingana na mpango huo, awamu ya 1 inaisha na utengenezaji wa cable ya mita kumi kwa 66-77 kV (3 kA), kuwa na hasara ya nguvu ya si zaidi ya 1 W / m, na awamu ya 2 - na utengenezaji wa cable ya mita mia tano kwa 66-77 kV (5 kA) na hasara sawa. Inafanya kazi
muundo umefanyiwa kazi
kufanywa
kupimwa
sehemu za kwanza, mfumo wa baridi uliundwa na kupimwa.
Sambamba,
Furukawa, Sumitomo wakiongoza mradi mwingine wa kuendeleza umeme
Tokyo
superconducting. Kama sehemu ya mradi huu, uwezekano wa ufungaji wa chini ya ardhi wa kebo ya HTSC ya 66 kV (awamu ya tatu) yenye kipenyo cha mm 130 (inaweza kusakinishwa katika mifereji ya kipenyo cha mm 150) badala ya kebo ya kawaida ya awamu ya 275 kV. ilichambuliwa. Ilibadilika kuwa hata katika kesi ya ujenzi wa mpya
mifereji,
laini ya superconducting itakuwa 20% ya chini (kulingana na bei ya waya ya superconducting $ 40 kwa 1 kA m). Hatua za mradi zinafanywa kwa mlolongo: kufikia 1997, mita thelathini.
(awamu moja)
mfano
na mzunguko wa friji uliofungwa. Imejaribiwa na mzigo wa 40 kV/1 kA kwa masaa 100. Kufikia chemchemi ya 2000, mita 100 za kebo ya 66 kV (1 kA)/114 MVA zilitolewa - mfano wa ukubwa kamili na kipenyo cha 130 mm (muundo wa dielectric baridi). Marekani inachukua mtazamo mkubwa wa tatizo hili. Mnamo 1989, kwa mpango wa EPRI, uchunguzi wa kina wa utumiaji wa waendeshaji wa hali ya juu wa joto ulianza, na mwaka uliofuata, Pirelli.
Superconductor Corp. ilitengeneza teknolojia ya utengenezaji wa superconducting
"unga
bomba").
Katika siku zijazo, Superconductor ya Marekani iliongezeka mara kwa mara
uzalishaji
nguvu,
baada ya kufikia kiashiria cha kilomita 100 za tepi kwa mwaka, na katika siku za usoni, kwa kuwaagiza mmea mpya huko Divens (Minnesota), takwimu hii itafikia kilomita 10,000 kwa mwaka. Bei iliyotabiriwa ya tepi itakuwa $ 50 kwa 1 kA m (sasa kampuni inatoa tepi kwa $ 200 kwa 1 kA m). Inayofuata
muhimu zaidi
mwonekano
kinachojulikana kama mpango wa ushirikiano katika uwanja wa superconductivity (Superconductivity Partnership Initiative - SPI)
iliharakishwa
maendeleo
utekelezaji
mifumo ya umeme ya kuokoa nishati. Imeunganishwa kwa wima
Amri za SPI
ikijumuisha
washirika kutoka
viwanda,
kitaifa
maabara
na uendeshaji
makampuni,
kutekelezwa
miradi miwili mikubwa. Mmoja wao ni mfano wa ukubwa kamili - mstari wa awamu ya tatu wa superconducting (Pirelli Cavi e Sistemi,
amefungwa
voltage ya chini
transformer 124 kV / 24 kV (uwezo wa 100 MVA) na mabasi ya kV 24 ya vituo viwili vya usambazaji vilivyo kwenye umbali wa 120 m (kituo cha Frisbee cha Detroit Edison, Detroit).
Majaribio ya mstari yaliyofaulu yamepitishwa
umeme uliwasilishwa kwa watumiaji kwa "kupita" kupitia nyaya za upitishaji umeme kwa msingi wa Bi-Sr-Ca-Cu-O. Tatu kama hizo
(kubuni
"joto"
dielectric, na kila kondakta ilifanywa kwa urefu mmoja
kubadilishwa
na sawa
inayobeba sasa
uwezo
cable inakadiriwa kwa 2400 A (hasara 1 W / m kwa awamu) na imewekwa katika mifereji ya chini ya ardhi ya 100 mm iliyopo. Wakati huo huo, trajectory ya kuwekewa ina zamu ya 90 °: cable inaruhusu kuinama na radius ya 0.94 m. Tunasisitiza kwamba hii ni uzoefu wa kwanza wa kuwekewa superconducting.
sasa
mtandao wa usambazaji, katika sekta ya nishati ya jiji kubwa. Pili
mita thelathini
superconducting
kwa 12.4 kV/1.25 kA (60 Hz) ambayo ilianza kutumika mnamo Januari 5, 2000 (joto la kufanya kazi 70-80K, kupoeza
shinikizo).
Mstari unaowakilisha uendeshaji bora wa awamu tatu
hutoa
umeme tatu
viwanda
mitambo
Makao makuu ya Kampuni ya Southwire huko Carolton, Georgia. Hasara ya maambukizi ni karibu 0.5% ikilinganishwa na 5-8%, na nguvu zinazopitishwa ni mara 3-5 zaidi kuliko nyaya za jadi za kipenyo sawa.
sherehe
anga, kumbukumbu ya miaka ya operesheni iliyofanikiwa ya mstari na mzigo wa 100% kwa masaa 5000 iliwekwa alama. Miradi mingine mitatu ilianza mwaka 2003, kazi inaendelea
msingi
kuvutia
inajumuisha
uwekaji wa njia ya chini ya ardhi ya 600 MW/138 kV yenye urefu wa takriban kilomita 1, ambayo itajumuishwa katika
pakia na upitie njia zilizopo katika Jiji la East Garden
Kisiwa kirefu.
Muhimu
cable mapenzi
kufanywa
wataalam wa kampuni ya Nexans (Ujerumani), kulingana na superconductor inayozalishwa kwenye mmea uliotajwa tayari huko Divens, na vifaa vya cryogenic.
weka
Wakati huo huo, Idara ya Nishati ya Marekani inafadhili kazi hii kwa nusu, ikiwekeza karibu dola milioni 30; iliyobaki hutolewa na washirika. Njia hii imepangwa kuanza kutumika mwishoni mwa 2005.
nani
kufanywa
kebo ya awamu ya tatu ya superconducting iliyokadiriwa kuwa 36 kV/2 kA (design
"joto"
dielectric,
baridi na nitrojeni kioevu chini ya shinikizo; muhimu hufikia 2.7 kA kwa awamu (T=79K)). Wakati huo huo, tahadhari maalum
kulipwa
zinazoendelea
kondakta
km ya mkanda kulingana na Bi-2223), vifaa vya mwisho, pamoja na yake
uhusiano.
iliwekwa
kituo kidogo cha Kisiwa cha Amager (sehemu ya kusini ya Copenhagen), ambayo hutoa umeme kwa watumiaji elfu 50, pamoja na
taa
mtandao (nguvu ya transformer ya pato 100 MVA). Mstari wa superconducting wa mita thelathini ulianza kufanya kazi mnamo Mei 28, 2001: mwanzoni, kebo ya superconducting iliunganishwa sambamba na ile ya kawaida, na baadaye ilifanya kazi "peke yake", na thamani ya kawaida kuwa 2 kA, hasara zikiwa kidogo. kuliko 1 W / m (joto la uendeshaji lilikuwa ndani ya 74- 84K). Cable hupeleka 50% ya jumla ya nishati ya substation na kuchukua nafasi ya nyaya za shaba na sehemu ya msalaba wa conductor jumla ya 2000 mm 2 . Kufikia Mei 2002, kebo ilikuwa ikifanya kazi kwa mwaka 1, ikiwa baridi; wakati huu, "aliwasilisha" MWh 101 za umeme kwa Danes elfu 25 - wamiliki wa nyumba za kibinafsi. Mabadiliko katika sifa za cable hazijazingatiwa, mifumo yote ya cryogenic inafanya kazi kwa utulivu. Mbali na Kidenmaki, mradi wa pan-Ulaya unatamani kujua
ili kuunda mawasiliano ya intersystem - mstari maalum wa awamu ya tatu wa superconducting urefu wa 200 m, ambao umeundwa kwa 20 kV / 28 kA.
Kwa utekelezaji wake kupangwa
muungano,
Nexans (Ujerumani),
(Ufaransa),
(Ubelgiji),
wataalamu
Gottingen
Tampere (Chuo Kikuu cha Teknolojia cha Tampere). Miongoni mwa wazalishaji wa Ulaya wa nyaya za superconducting, Pirelli Cavi e Sistemi anasimama nje. Uzalishaji wake
nguvu
kuruhusu
kutolewa
km ya superconductor kwa mwaka. Tukio muhimu - uzalishaji
mita ishirini
koaxial superconducting
(kubuni
"baridi" dielectric), iliyoundwa kwa 225 kV. Pirelli pamoja na wataalamu wa Marekani (Edison na CESI) wanashiriki
uumbaji
cable ya mfano wa mita thelathini kwa 132 kV / 3 kA (1999-2003). Kuhamia kutoka kwa nyaya hadi vifaa vikubwa vya umeme - transfoma, tunaona kuwa ya nishati zote zilizopotea wakati wa maambukizi, zinahesabu 50-65%. Inatarajiwa kuwa pamoja na kuanzishwa kwa transfoma superconducting
kupungua
kufikia
Transfoma za Superconducting zitaweza kushindana kwa mafanikio na zile za kawaida tu ikiwa uwiano (P s / k) utatimizwa.< P c , где Р с - потери в обычном трансформаторе, P s - потери
superconducting
transfoma
joto la uendeshaji), k ni mgawo wa utendaji wa jokofu. Teknolojia ya kisasa, haswa cryogenics, inafanya uwezekano wa kukidhi hitaji hili. Huko Uropa, mfano wa kwanza wa kibadilishaji cha awamu tatu (630 kVA; 18.7 kV/420 V) kulingana na viboreshaji vya hali ya juu vya joto vilitengenezwa kama sehemu ya kiunganishi.
Ufaransa, Marekani
de Geneve) na kuanza kutumika mnamo Machi 1997 - ilijumuishwa katika mtandao wa umeme wa Geneva, ambapo ilifanya kazi kwa zaidi ya mwaka mmoja,
kutoa
nishati
Vilima vya transfoma
kutimia
kwa waya
kulingana na Bi-2223,
friji
Msingi wa transformer iko kwenye joto la kawaida. Hasara zilikuwa nyingi sana (3W kwa kAm) kwa sababu muundo wa kondakta haukuimarishwa kwa matumizi ya AC.
Mradi wa pili wa washiriki sawa - ABB, EdF na ASC - ni transformer 10 MVA (63 kV / 21 kV), ambayo mwaka 2001 ilipitisha mzunguko kamili wa vipimo vya maabara na mwaka 2002 ilijumuishwa katika mfumo wa nguvu wa Kifaransa. Wataalam wa ABB kwa mara nyingine tena walisisitiza kuwa sasa ndio kuu
tatizo
maendeleo
kiuchumi
superconducting vifaa, hasa transfoma, ni kuwepo kwa waya na hasara ya chini na ya juu
muhimu
msongamano
sumaku
shamba linalotokana na vilima. Waya lazima pia itoe kazi ya kuweka kikomo cha sasa. Huko Japani (Fuji Electric, KEPCO, n.k.) mfano wa kibadilishaji cha umeme cha 1 MVA (22 kV (45.5 A)/6.9 kV (145 A)) kilijengwa, ambacho mnamo Juni 2000 kiliunganishwa kwenye gridi ya nguvu ya umeme. kampuni ya Kyushu. KATIKA
mwisho
iko
maendeleo
(Chuo Kikuu cha Kyushu
(Tokyo)) transfoma
ambayo inakusudiwa
mitambo
umeme
utungaji. Mahesabu ya awali yanaonyesha kuwa wingi wake unapaswa kuwa 20% chini ya ile ya transformer ya kawaida ya nguvu sawa.
Nchini Marekani, kibadilishaji 1 cha MVA cha upitishaji umeme kilionyeshwa kwa ufanisi, kazi imeanza
kifaa
nguvu
Waukesha Umeme
na Umeme, pamoja na ORNL). Wataalamu wa Ujerumani (Siemens) wameunda kibadilishaji cha mfano
mtazamo
uundaji wa vifaa vya 5-10 MVA) na vilima kulingana na Bi-2223, ambayo inaweza kusanikishwa kwenye injini za hisa za umeme.
iliyoundwa
kwa kawaida
transfoma.
superconducting transformer ni 35% ndogo kuliko transformer ya kawaida, na ufanisi kufikia 99%. Hesabu zinaonyesha kwamba matumizi yake yatatoa akiba ya hadi kW 4 kwa treni na kupunguza kwa mwaka kwa uzalishaji wa CO 2 kwa tani 2200 kwa treni. Hali ni ngumu zaidi na mashine za umeme za synchronous kulingana na superconductors za joto la juu.
Inajulikana kuwa nguvu ya mtu wa kawaida ni sawia na ujazo wake wa V; ni rahisi kuonyesha kwamba nguvu ya mashine ya superconducting ni sawia na V 5/3, hivyo faida katika kupunguza ukubwa itafanyika tu kwa mashine za nguvu za juu,
kwa mfano,
jenereta
ubao wa meli
injini.
tarajia kuanzishwa kwa teknolojia za superconducting (Mchoro 1).
shuhudia
kwamba jenereta ya MW 100 inahitaji superconductor yenye halijoto ya juu yenye msongamano muhimu wa sasa wa 4.5 x 10 4 A/cm 2 katika uwanja wa sumaku wa 5 T. Wakati huo huo, mali yake ya mitambo, pamoja na bei, inapaswa kulinganishwa na Nb 3 Sn. Bahati mbaya bado
ipo
joto la juu
superconductors ambazo zinakidhi kikamilifu masharti haya. KUTOKA
chini
Shughuli ya Marekani,
Ulaya
Kijapani
eneo hili. Miongoni mwao ni maandamano yenye mafanikio
kwa pamoja
na Rockwell Automation/Reliance Electric (washirika waliotajwa hapo juu
ya kusawazisha
injini
kwa 746 kW na maendeleo zaidi ya mashine katika 3730 kW.
wataalamu
jenga
injini
jenereta.
Nchini Ujerumani, Siemens inatoa 380 kW motor synchronous kulingana na superconductors ya juu-joto.
Ufini
kupimwa
1.5 kW mashine ya synchronous ya pole nne na vilima vya wimbo vinavyotengenezwa na waya kulingana na Bi-2223; joto lake la uendeshaji ni 20K. Kwa kuongeza, kuna idadi ya maombi mengine ya superconductors ya juu-joto katika uhandisi wa umeme.
kauri
superconductors za joto la juu zinaweza kutumika katika utengenezaji wa fani za sumaku tu kwa injini ndogo za kasi, kama vile pampu za gesi zenye maji.
Uendeshaji wa moja ya injini hizi, kwa 12,000 rpm, ulionyeshwa hivi karibuni nchini Ujerumani. Kama sehemu ya mpango wa pamoja wa Kirusi-Kijerumani, mfululizo wa hysteresis
injini
(nguvu
"shughuli"
superconductors ya joto la juu - vifaa vinavyopunguza mzunguko mfupi kwa thamani ya majina. Nyenzo zinazofaa zaidi kwa vizimio vya superconducting ni keramik.
na maendeleo
vifaa
kuu
electrotechnical
Uingereza,
Ujerumani, Ufaransa, Uswizi, Marekani, Japan na nchi nyinginezo. Mojawapo ya mifano ya kwanza (na ABB) ilikuwa kikamata inductive cha 10.5 kV/1.2 MVA chenye kipengele cha Bi-2212 kilichowekwa kwenye kriyostat. Kampuni hiyo hiyo ilitoa mfano wa kompakt - kikomo cha aina ya kupinga ya 1.6 MVA, ambayo ni ndogo sana kuliko ya kwanza. Wakati wa kupima, 13.2 kA ilikuwa mdogo katika kilele cha kwanza hadi 4.3 kA. Kutokana na joto, 1.4 kA ni mdogo katika 20 ms na 1 kA katika 50 ms.
Kubuni
kikomo
zawadi
mm (uzito wa kilo 50). Njia hukatwa ndani yake, ambayo inakuwezesha kuwa nayo
sawa
superconductor
m. Inayofuata
mfano
katika 6.4 MVA. Tayari inawezekana kuunda kizuizi cha MVA 10, na kutolewa kwa wafungwa wa kibiashara wa aina hii kunaweza kutarajiwa katika siku za usoni. Lengo linalofuata la ABB ni kikomo cha MVA 100. Wataalamu wa Siemens walijaribiwa kufata
vikomo:
transfoma
kwa kukinga msingi wa chuma na upepo wa superconducting na chaguo la pili - superconductor inafanywa kwa namna ya silinda, upepo wa shaba hujeruhiwa juu yake. Katika kikomo
upinzani
ohmic
vipengele vya kufata neno. Kutokana na overheating iwezekanavyo katika maeneo yenye mzunguko mfupi, lazima izimishwe haraka iwezekanavyo na kubadili kawaida.
Rudi
superconducting
hali
kadhaa
makumi ya sekunde, baada ya hapo kikomo kiko tayari kufanya kazi. KATIKA
zaidi
kinzani
kikomo,
superconductor imeunganishwa moja kwa moja kwenye mtandao na haraka hupoteza superconductivity mara tu mzunguko mfupi
itazidi
muhimu
maana.
inapokanzwa ya superconductor, kubadili mitambo lazima kuvunja
kadhaa
mzunguko wa nusu; kupoa
superconducting
inaongoza
kwa hali ya superconducting. Wakati wa kurudi kwa kikomo ni 1-2 s.
Mfano wa awamu moja wa kikomo cha kVA 100 kama hicho kilijaribiwa kwa voltage ya uendeshaji ya kV 6 kwa sasa iliyokadiriwa ya 100 A. Inawezekana
mfupi
kufungwa,
kA, ilipunguzwa hadi 300 A chini ya 1 ms. Siemens pia ilionyesha kikomo 1 cha MVA kwenye stendi ya Berlin, na kielelezo cha 12 cha MVA kilichopangwa. Huko USA, kikomo cha kwanza - alikuwa na kielektroniki cha kufata
kuendelezwa
na General Atomic, Intermagnetics General Corp. na wengine Miaka kumi iliyopita, kikomo cha sasa kilisakinishwa kama onyesho kwenye rigi ya majaribio ya Norwalk ya Kusini mwa California Edison. Kwa sasa iliyopimwa ya 100 A, mzunguko mfupi iwezekanavyo wa 3 kA ni mdogo kwa 1.79 kA. Mnamo mwaka wa 1999, kifaa cha kV 15 na sasa ya uendeshaji wa 1.2 kA iliundwa ili kupunguza mzunguko wa muda mfupi wa 20 kA hadi 4 kA. Huko Ufaransa, wataalamu kutoka GEC Alsthom, Electricite de France na wengine walijaribu kizuizi cha kV 40: ilipunguza mzunguko mfupi kutoka 14 kA (awali kabla ya kosa lilikuwa 315 A) hadi 1 kA katika microseconds chache. Saketi fupi iliyobaki ilikatwa ndani ya ms 20 na kivunja mzunguko wa kawaida. Chaguzi za kikomo zimeundwa kwa 50 na 60 Hz. Nchini Uingereza, VA TECH ELIN Reyrolle ametengeneza kikamata mseto (resistive-inductive) ambacho, katika majaribio ya benchi (11 kV, 400 A), kilipunguza mizunguko mifupi kutoka 13 kA hadi 4.5 kA. Wakati huo huo, wakati wa majibu ya limiter ni chini ya 5 ms, tayari kilele cha kwanza ni mdogo; muda wa operesheni ya kikomo 100 ms. Kikomo (awamu ya tatu) ina vijiti 144 vya Bi-2212, na vipimo vyake ni 1 x 1.5 x 2 m.
Huko Japan, kikomo cha sasa cha upitishaji kilitengenezwa kwa pamoja na Toshiba na TEPCO - aina ya kufata, 2.4 MVA; ina kipengele cha kauri cha Bi-2212 imara. Miradi hii yote ni mifano ya "kipindi cha awali", ambayo imeundwa kuonyesha
fursa
superconducting
teknolojia, umuhimu wake kwa tasnia ya nguvu ya umeme, lakini bado ziko
hivyo
mwakilishi,
ili uweze
mara moja
utekelezaji wa viwanda na masoko yenye mafanikio. Sababu ya kwanza ya tahadhari hii ni kwamba makondakta wa Bi-Sr-Ca-Cu-O bado wanaendelea kutengenezwa na kwa sasa wanatengenezwa.
muhimu
msongamano
kiwango cha 30 kA/cm 2 tu kuhusu urefu wa kilomita. Uboreshaji zaidi wa waendeshaji hawa (kuimarishwa kwa pinning, ongezeko la wiani wa nyuzi, kuanzishwa kwa vikwazo karibu nao, nk) inapaswa kusababisha ongezeko la Jc hadi 100 kA / cm2 na zaidi.
muhimu
maendeleo katika teknolojia ya superconducting na kuchochea maendeleo ya mpya
miundo
vifaa
Matumaini fulani pia yanahusishwa na mafanikio katika kupata makondakta na mipako ya upitishaji umeme (hiki ni kizazi kijacho cha waya za upitishaji umeme), ambazo zina J c ya juu zaidi kwenye uwanja wa sumaku hadi T kadhaa. Hapa inawezekana kutengeneza tepi za superconducting zenye uwezo wa kubeba mikondo kwa kiwango cha 1 kA kwa gharama nzuri za uzalishaji. Huko USA kanda hizi
yanaendelezwa
teknolojia ya microcoating,
Superconductivity
Teknolojia ya Oxford Superconductor.
Sababu ya pili iko katika ukweli kwamba masuala ya viwango vya waendeshaji wa Bi-Sr-Ca-Cu-O na mfumo wa udhibiti muhimu kwa matumizi yao katika uwanja wa maambukizi na usambazaji wa umeme haujaendelezwa vizuri. Kama sheria, viwango vina mwongozo juu ya mitambo, mafuta na umeme
vipimo
nyenzo
vifaa.
Kwa kuwa vifaa vya superconducting vinahitaji mifumo ya cryogenic, zinahitaji pia kutajwa. Kwa hiyo, kabla ya kuanzishwa kwa superconductivity katika sekta ya nguvu za umeme, ni muhimu kuunda mfumo mzima wa viwango: wanapaswa kuhakikisha uaminifu mkubwa wa bidhaa zote za superconducting (Mchoro 2).
inafanyika
shughuli
katika mwelekeo huu. Vikundi saba vya wataalamu kutoka nchi nne za Ulaya vimeunganishwa katika mradi wa pamoja wa Q-SECRETS (unafadhiliwa na EU) juu ya ufuatiliaji wa ubora.
superconductors
ufanisi,
kompakt
kuaminika sana
usambazaji wa nguvu.
Moja ya malengo makuu ya mradi ni kusaidia kuunda
upanuzi
"utendaji bora"
katika soko la usafirishaji na usambazaji umeme. KATIKA
hitimisho
Alama,
licha ya
kwa kubwa
uwezo
fursa
maombi ya joto la juu
superconductors
tasnia ya nguvu, juhudi kubwa za utafiti na maendeleo zitahitajika ili kufanya bidhaa za upitishaji bidhaa ziwe na faida katika uchumi wa soko wa leo. Wakati huo huo, makadirio ya siku za usoni yanatoa sababu ya kuwa na matumaini.
Leo nimeona maoni haya na mjadala chini yake. Kwa kuzingatia kwamba leo nilikuwa katika uzalishaji wa nyaya za superconducting, nilitaka kuingiza maoni kadhaa, lakini kusoma tu ... Matokeo yake, niliamua kuandika makala fupi kuhusu superconductors ya juu-joto.
Kuanza, ikiwa tu, ningependa kutambua kwamba neno "high-joto superconductor" yenyewe ina maana superconductors na joto muhimu zaidi ya 77 K (-196 ° C) - kiwango cha kuchemsha cha nitrojeni ya kioevu nafuu. Sio mara kwa mara, superconductors na joto muhimu la karibu 35 K pia hujulikana kwao. kikombe cha kwanza cha superconducting La 2-x Ba x CuO 4 kilikuwa na joto kama hilo (kitu cha muundo unaobadilika, kwa hivyo x). Wale. joto "juu" hapa bado ni chini sana.
Waendeshaji wakuu wawili wa halijoto ya juu, YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO, Y123) na Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (BSCCO, Bi-2223), wamepokea usambazaji mkuu. Nyenzo zinazofanana na YBCO pia hutumiwa, ambayo yttrium inabadilishwa na kitu kingine cha nadra cha dunia, kama vile gadolinium, jina lao la jumla ni ReBCO.
Imetolewa na YBCO, na ReBCO nyingine, zina halijoto muhimu ya 90-95 K. Imetolewa na BSCCO, hufikia halijoto muhimu ya 108 K.
Mbali na joto la juu muhimu, ReBCO na BSCCO zina sifa ya maadili makubwa ya uwanja muhimu wa sumaku (katika heliamu ya kioevu, zaidi ya 100 T) na sasa muhimu. Walakini, na mwisho, kila kitu sio rahisi sana ...
Katika superconductor, elektroni hazitembei kwa kujitegemea, lakini kwa jozi (jozi za Cooper). Ikiwa tunataka sasa kupita kutoka kwa superconductor moja hadi nyingine, basi pengo kati yao lazima iwe chini ya ukubwa wa tabia ya jozi hii. Kwa metali na aloi, saizi hii ni makumi au hata mamia ya nanometers. Lakini katika YBCO na BSCCO, ni michache tu ya nanometers na sehemu za nanometer, kulingana na mwelekeo wa harakati. Hata mapengo kati ya nafaka ya mtu binafsi ya polycrystal yanageuka kuwa kizuizi kinachoonekana, bila kutaja mapungufu kati ya vipande vya mtu binafsi vya superconductor. Kama matokeo, keramik za superconducting, isipokuwa hila maalum zinachukuliwa, zinaweza kupitisha mkondo mdogo tu kupitia wao wenyewe.
Njia rahisi zaidi ya kutatua tatizo iligeuka kuwa BSCCO: nafaka zake kwa kawaida zina kingo, na ukandamizaji rahisi wa mitambo huruhusu nafaka hizi kuamuru kupata sasa ya juu muhimu. Hii ilifanya iwezekanavyo kuunda kwa haraka na kwa urahisi kizazi cha kwanza cha nyaya za juu za joto za juu, au tuseme, kanda za juu za joto za juu. Ni matrix ya fedha iliyo na mirija mingi nyembamba iliyojazwa na BSCCO. Tumbo hili limewekwa bapa, wakati nafaka za superconductor hupata agizo linalotaka. Tunapata mkanda mwembamba unaonyumbulika ulio na nyuzi nyingi tofauti za upitishaji gorofa.
Ole, nyenzo za BSCCO ni mbali na bora: sasa yake muhimu inashuka haraka sana na ongezeko la shamba la nje la magnetic. Sehemu yake muhimu ya sumaku ni kubwa kabisa, lakini muda mrefu kabla ya kikomo hiki kufikiwa, inapoteza uwezo wa kupitisha mikondo yoyote kubwa. Hii ilipunguza kwa kiasi kikubwa matumizi ya tepu za upitishaji joto wa juu; hazikuweza kuchukua nafasi ya aloi nzuri za zamani za niobium-titani na niobium-bati zinazofanya kazi katika heliamu ya kioevu.
ReBCO ni suala tofauti kabisa. Lakini ni vigumu sana kuunda mwelekeo sahihi wa nafaka ndani yake. Hivi majuzi tu wamejifunza jinsi ya kutengeneza tepi za superconducting kulingana na nyenzo hii. Kanda kama hizo, zinazoitwa kizazi cha pili, hupatikana kwa kunyunyiza nyenzo za upitishaji juu kwenye substrate ambayo ina muundo maalum ambao huweka mwelekeo wa ukuaji wa fuwele. Umbile, kama unavyoweza kudhani, ina vipimo vya nanometer, kwa hivyo hii ni nanoteknolojia halisi. Katika kampuni ya Moscow SuperOx, ambayo kwa kweli nilikuwa, kupata muundo kama huo, tabaka tano za kati zimewekwa kwenye substrate ya chuma, ambayo moja hunyunyizwa wakati huo huo na mkondo wa tukio la ions haraka kwa pembe fulani. Kama matokeo, fuwele za safu hii hukua kwa mwelekeo mmoja tu, ambayo ni ngumu zaidi kwa ions kuzinyunyiza. Watengenezaji wengine, na kuna wanne kati yao ulimwenguni, wanaweza kutumia teknolojia zingine. Kwa njia, tepi za ndani hutumia gadolinium badala ya yttrium, ikawa ya juu zaidi ya teknolojia.
Tepi za superconducting za kizazi cha pili 12 mm kwa upana na 0.1 mm nene katika nitrojeni ya kioevu kwa kukosekana kwa uwanja wa nje wa magnetic kupita sasa hadi 500 A. Katika uwanja wa magnetic wa nje wa 1 T, sasa muhimu bado hufikia 100 A, na saa 5 T - hadi 5 A Ikiwa unapunguza mkanda kwa joto la hidrojeni kioevu (aloi za niobium kwenye joto hili haziingii hata katika hali ya superconducting), basi mkanda huo huo utaweza kupitisha 500 A katika uwanja wa 8. T, na "baadhi" 200-300 A - katika uwanja wa kiwango cha michache ya makumi ya Tesla (frog nzi). Hakuna haja ya kuzungumza juu ya heliamu ya kioevu: kuna miradi ya sumaku kwenye kanda hizi na shamba la 100 T! Kweli, hapa tatizo la nguvu za mitambo tayari linatokea katika ukuaji kamili: shamba la magnetic daima huwa na kuvunja sumaku ya umeme, lakini wakati uwanja huu unafikia makumi ya Tesla, matarajio yake yanafikiwa kwa urahisi ...
Walakini, teknolojia hizi zote bora hazisuluhishi shida ya kuunganisha vipande viwili vya superconductor: ingawa fuwele zimeelekezwa kwa mwelekeo huo huo, hakuna swali la kung'arisha uso wa nje kwa ukali wa sub-nanometer. Wakorea wana teknolojia ya kupiga kanda za kibinafsi kwa kila mmoja, lakini bado ni, kuiweka kwa upole, mbali na kamilifu. Kwa kawaida, kanda zimeunganishwa kwa kila mmoja kwa soldering ya kawaida na solder ya kawaida ya bati au kwa njia nyingine ya classical. Bila shaka, katika kesi hii, upinzani wa mwisho unaonekana kwenye mawasiliano, kwa hiyo haiwezekani kuunda sumaku ya superconducting kutoka kwenye kanda hizo ambazo hazihitaji nguvu kwa miaka mingi, na mstari wa nguvu tu na hasara za sifuri haifanyi kazi. Lakini upinzani wa mawasiliano ni sehemu ndogo za microohm, ili hata kwa 500 A sasa sehemu za milliwatt tu hutolewa huko.
Bila shaka, katika makala maarufu ya sayansi, msomaji anatafuta burudani zaidi ... Hizi hapa ni baadhi ya video za majaribio yangu na mkanda wa kizazi cha pili cha joto la juu la joto:
Nilirekodi video ya mwisho chini ya maoni ya maoni kwenye YouTube, ambayo mwandishi alisema kuwa superconductivity haipo, na kuinua kwa sumaku ni athari huru kabisa, aliwaalika kila mtu kuthibitisha kuwa alikuwa sahihi kwa kupima upinzani. moja kwa moja. Kama unaweza kuona, superconductivity bado ipo.
Utangulizi
Uchunguzi wa mabadiliko ya awamu ya halijoto ya chini hadi hali ya kushuka kwa thamani (FP) na pseudogap (PG) katika misombo ya HTSC, ambayo huzingatiwa katika hali ya kawaida kwa joto karibu na zaidi ya muhimu (T kutoka ) kwa sasa inapokea usikivu mwingi. Kulingana na maoni ya kisasa, inaaminika kuwa matukio haya ya mwili yanaweza kutumika kama ufunguo wa kuelewa asili ya HTSC. Kwa sasa, hali mbili kuu za kuonekana kwa upungufu wa pseudogap katika mifumo ya HTSC zinajadiliwa kwa kina katika fasihi. Kulingana na ya kwanza, kuonekana kwa PS kunahusishwa na kushuka kwa utaratibu wa muda mfupi wa aina ya "dielectric", kwa mfano, kushuka kwa thamani ya antiferromagnetic, mawimbi ya malipo na msongamano wa spin, nk. Hali ya pili inaruhusu kuundwa kwa jozi za Cooper tayari. kwa halijoto ya juu zaidi kuliko halijoto muhimu T* >> T kutoka pamoja na uanzishwaji zaidi wa mshikamano wao wa awamu katika T< Tc . Miongoni mwa kazi za kinadharia zinazotetea mtazamo wa pili, nadharia ya crossover kutoka kwa utaratibu wa BCS hadi utaratibu wa condensation ya Bose-Einstein inapaswa kuzingatiwa. Kwa usahihi wa kutosha wa kipimo, maadili ya pseudogap katika anuwai ya joto yanaweza kuamua kutoka kwa tegemezi. ?ab (T) (upinzani wa umeme katika ndege ya basal) kwa joto chini ya thamani fulani ya T* (joto la ufunguzi wa pengo la pseudo).
Michanganyiko inayoahidi zaidi kwa utafiti katika kipengele hiki ni misombo Y 1Ba 2Cu 3O 7-?, ambayo ni kutokana na uwezekano wa tofauti kubwa ya muundo wao kwa kuchukua nafasi ya yttrium na analogi zake za isoelectronic, au kwa kubadilisha kiwango cha nonstoichiometry ya oksijeni. Ya kupendeza zaidi ni uingizwaji wa sehemu ya Y na Pr, ambayo, kwa upande mmoja, inasababisha kukandamiza superconductivity (tofauti na kesi za kuchukua nafasi ya Y na vitu vingine adimu vya ardhi), na, kwa upande mwingine, hufanya hivyo. inawezekana kuweka vigezo vya kimiani na index ya oksijeni kivitendo bila kubadilika. ?..Katika kazi hii, tulijifunza athari za uchafu mdogo (hadi z≤0.05) wa Pr kwenye utawala wa PG katika fuwele za Y moja. 1-z Pr z Ba 2Cu 3O 7-?na joto la juu muhimu (T c ) na mfumo wa DW za unidirectional zenye mwelekeo wa vekta ya sasa ya usafiri I?DW, wakati ushawishi wa mapacha kwenye michakato ya kusambaza carrier ni ndogo. Ikumbukwe kwamba valence ya praseodymium (+4) inatofautiana na valence ya yttrium (+3), ambayo inaweza hatimaye kuathiri mkusanyiko wa mashimo katika kiwanja Y. 1-z Pr z Ba 2Cu 3O 7-?na vigezo muhimu wakati wa alloying.
1. Uhakiki wa fasihi
1 Superconductors ya joto la juu (HTSC)
1.1 Ufafanuzi wa HTSC
Superconductors ya joto la juu (high T c ) ni familia ya vifaa (keramik inayofanya kazi zaidi) yenye kipengele cha kawaida cha kimuundo ambacho kinaweza kujulikana na ndege za shaba-oksijeni zilizofafanuliwa vizuri. Pia huitwa superconductors kulingana na cuprate. Halijoto ya mpito ya hali ya juu ambayo inaweza kupatikana kwa kutumia baadhi ya nyimbo katika familia hii ni ya juu zaidi kuliko kondakta mkuu anayejulikana. Majimbo ya kawaida (na superconducting) yanaonyesha vipengele vingi vya kawaida kwa cuprates na nyimbo tofauti; nyingi za sifa hizi haziwezi kuelezewa ndani ya mfumo wa nadharia ya BCS. Ingawa kwa sasa hakuna nadharia ya umoja na thabiti ya superconductivity katika cuprates; hata hivyo, tatizo hili limesababisha matokeo mengi muhimu ya majaribio na ya kinadharia, na riba katika eneo hili sio tu inalenga kufikia superconductivity kwenye joto la kawaida. Kwa ugunduzi wa majaribio wa superconductor wa kwanza wa joto la juu mnamo 1987, Tuzo la Nobel lilitolewa mara moja.
1.2 Muundo
) Mifumo yote kuu ya HTSC ina muundo wa tabaka. Kwenye mtini. 1.1 inaonyesha kwa mfano muundo wa kiini kiini cha mchanganyiko wa YBa HTSC 2Cu 3O 7. Tahadhari hutolewa kwa thamani kubwa sana ya parameter ya kimiani katika mwelekeo wa mhimili wa "c". Kwa Yba 2Cu 3O7 c= 11.7Å.
Mchele. 1.1 Muundo wa seli ya kitengo cha kiwanja cha YBa HTSC 2 Cu 3O 7
) Anisotropy kubwa ya mali nyingi za misombo hiyo huzingatiwa. Kama kanuni, misombo yenye n kubwa ni metali (ingawa ni mbaya) kwenye ndege ya "ab", na inaonyesha tabia ya semiconducting katika mwelekeo wa tatu, pamoja na mhimili wa "c". Hata hivyo, wao pia ni superconductors.
) Katika baadhi ya mifumo ya HTSC, urekebishaji wa kimiani wa hali ya juu huzingatiwa, kwa mfano, katika mfumo wa Bi 2Sr 2Ca n-1 Cu n O ?. Kuna uhusiano fulani wa T c na kipindi cha moduli hii.
) Hata isiyo ya kawaida zaidi ni muundo wa muundo unaozingatiwa
Mifumo ya HTSC, inayoitwa "kupigwa". "Kupigwa" ni urekebishaji wa muundo wa juu wa wiani wa malipo. Kipindi chao ni angstroms kadhaa. Kama sheria, hizi ni muundo wa nguvu na zinajidhihirisha katika mabadiliko katika baadhi ya mali za HTSC. Hata hivyo, uchafu unapoletwa, wanaweza "kubana" juu ya kasoro hizi na utazingatiwa katika statics.
1.3 Utegemezi wa joto wa upinzani R(T)
Katika HTSC nyingi za kapu, R(T) inategemea karibu sawa na halijoto T. Mfano kwa YBa 2Cu 3O 7 inavyoonyeshwa kwenye mtini. 1.2. Upinzani huu unabadilishwa katika ndege ab . Kwa kushangaza, katika sampuli safi, uboreshaji wa utegemezi huu kwa eneo la joto la chini hufanya kana kwamba hakuna upinzani wa mabaki hata kidogo. Katika idadi ya HTSC zingine zilizo na T ya chini c , ambapo inawezekana kukandamiza superconductivity kwa shamba la magnetic, utegemezi wa R (T) ni mstari hadi joto la chini sana. Utegemezi kama huo wa mstari huzingatiwa katika anuwai pana sana ya joto: kutoka ~ 10 -3hadi 600K (kwa joto la juu, mkusanyiko wa oksijeni tayari huanza kubadilika). Hii ni tabia isiyo ya kawaida kabisa kwa chuma. Mifano tofauti ziliombwa kwa maelezo (utaratibu usio wa phonon wa kutawanya kwa carrier, mabadiliko katika mkusanyiko wa elektroni na T, nk). Hata hivyo, tatizo hili bado halijatatuliwa kikamilifu.
Kwenye mtini. 1.3 inaonyesha utegemezi wa joto wa upinzani kwa makutano ya YBa HTS. 2Cu 3O 7 kando ya mhimili wa "c". Kiharusi ni semiconductor, na thamani ya upinzani inayozingatiwa ni takriban mara 1000 zaidi.
Mchele. 1.2 Utegemezi wa joto wa upinzani YBa 2Cu 3O 7 kwenye ndege ya "ab".
Mtini.1.3 Utegemezi wa joto wa upinzani YBa 2Cu 3O 7 kando ya mhimili wa "c".
2 Pseudogap na mchoro wa awamu
2.1 Pseudogap
Jambo lingine la kipekee linalopatikana tu katika HTSCs ni ? pseudogap?*. Kwa halijoto fulani T*>T c wiani wa majimbo kwenye uso wa Fermi husambazwa tena: kwa sehemu ya uso, wiani wa majimbo hupungua. Chini ya halijoto ya T*, kiwanja hicho kipo katika hali isiyo ya kawaida "ya kawaida" - hali iliyo na pseudogap. Thamani ya T* katika kiwango cha chini cha doping inaweza kufikia maadili ya 300-600K kwa mifumo mbalimbali ya HTSC, i.e. inazidi sana T c . Katika eneo la chini la doping, T* hupungua kwa kuongezeka kwa kiwango cha doping, wakati Tc inakua.
Pseudogap hujidhihirisha katika vipimo vya tunnel, utoaji wa picha, uwezo wa joto, na sifa zingine za HTSC. Wakati huo huo, conductivity ya sampuli katika T
Mchele. 1.4 Utegemezi wa pseudogap?* kwenye mkusanyiko wa shimo kwa mifumo ya YBa HTSC 2Cu 3O 7-? na BiSrCaCuO. Thamani ya pseudogap ilibainishwa kutokana na vipimo vya vichuguu (mraba), uwezo wa joto (pointi), na mbinu ya ARPES (almasi). Mstari wa nukta?(p)=5kTc(p)
Ili kuelezea hali ya pseudogap, miundo mitatu kuu imependekezwa [5]:
) Mabadiliko ya awamu ya parameta ya kuagiza yana amplitude kubwa kiasi kwamba hupunguza joto la mpito hadi hali ya juu kutoka T * hadi T. c . Katika kesi hii, jozi za Cooper za elektroni kwenye T> T c kuwepo, lakini "fluctuationally".
) Katika T*, jozi thabiti za elektroni huundwa (kama katika superconductors za kawaida), lakini hazina madhubuti, kwa hivyo uboreshaji wao wa Bose haufanyike hadi T = T. c . Bose condensation (malezi ya hali madhubuti) hutokea katika Tc .
Matukio yote mawili yana haki ya kuwepo, kwa kuwa urefu wa ushikamani ("ukubwa wa jozi") katika HTSC ni mdogo sana. Hata hivyo, idadi ya majaribio yanakinzana na hali hii na yanaelekeza kwenye uhuru wa ?* na pengo la superconducting?. Kwa mfano, katika kiwanja Bi 2Sr 2CuO 6mapengo yote mawili yanashikana hadi joto la chini sana.
Pia kuna usemi unaopingana na mtindo huu, katika lipi?* ni mtangulizi?: katika uwanja wa sumaku??0, wakati?* inategemea uwanjani kwa unyonge. Kwa hivyo hitimisho kuhusu asili tofauti ya ?* na ?. Katika karatasi hii, pseudogap?* ilionekana kwenye ukoko wa vortex. Je, hii, kulingana na waandishi, ni hoja inayopendelea asili tofauti? Na?*. Hitimisho hili linachukuliwa kuwa si la kushawishi sana, kwa sababu. ni vigumu zaidi kwa shamba la sumaku kukandamiza mvuke binafsi kuliko condensate kwa ujumla.
) Upangaji wa antiferromagnetic husababisha uundaji wa eneo la "sumaku" la Brillouin na kipindi kilichopunguzwa katika nafasi ya k. Hii, kwa upande wake, husababisha joto la T* kuunda pengo la dielectri kwenye uso wa Fermi (kinachojulikana kama nesting) kwa mwelekeo fulani katika fuwele.
Bado hakuna maelewano. Inawezekana kwamba hali ya pseudogap ni hali ambayo pengo la dielectric linaundwa kwa njia fulani na wakati huo huo jozi zisizoeleweka za elektroni (mashimo) zinaonekana.
2.2 Mchoro wa awamu
Lahaja za mchoro wa awamu ya kawaida wa kapu za HTSC zinaonyeshwa kwenye Mtini. 1.5. Kulingana na mkusanyiko wa flygbolag za sasa (kawaida mashimo) kwenye ndege ya CuO yenye conductive sana 2idadi ya awamu na mikoa yenye mali isiyo ya kawaida ya kimwili huzingatiwa. Katika eneo la viwango vya chini vya shimo, vifuniko vyote vya HTSC vinavyojulikana ni vihami vya antiferromagnetic. Kwa kuongezeka kwa mkusanyiko wa wabebaji wa sasa, joto la Neel T N hupungua haraka kutoka kwa maadili kwa mpangilio wa digrii mia kadhaa Kelvin, kutoweka kwa mkusanyiko wa shimo p chini ya au kwa mpangilio wa 0.05, na mfumo unakuwa chuma (mbaya). Kwa ongezeko zaidi la mkusanyiko wa shimo, mfumo unakuwa superconductor, na joto la mpito wa superconducting huongezeka na ongezeko la mkusanyiko wa carrier, kupita kwa kiwango cha juu cha tabia kwa p. 0~0.15-0.17 (doping bora zaidi), na kisha hupungua na kutoweka kwa p~0.25-0.30, ingawa katika eneo hili (lililozidi) tabia ya metali hutunzwa. Wakati huo huo, katika kanda p>p 0mali ya metali ni ya kitamaduni kabisa (tabia ya maji ya Fermi), wakati kwa uk
Matatizo katika mali ya kimwili yanayohusiana na kuundwa kwa hali ya pseudogap huzingatiwa katika awamu ya metali katika p.
superconductor pseudogap umeme upinzani
Mchele. 1.5 Matoleo ya mchoro wa awamu ya HTSC cuprates
3 Mitindo ya kinadharia ya hali ya pseudogap
Wacha turudi kwenye mchoro wa awamu iliyoonyeshwa kwenye Mtini. 1.5 na uangalie kwa uangalifu mstari uliowekwa alama T *. Imejulikana kwa muda mrefu kuwa mali ya awamu ya kawaida ya chuma kwa cuprates underdoped na overdoped ni tofauti sana. Katika kesi ya mwisho, awamu ya metali inaelezewa vyema na muundo wa kioevu wa Fermi: kuna uso wa Fermi uliofafanuliwa vizuri, na unyevu wa quasiparticles huelekea sifuri inapokaribia. Katika kesi ya mifumo duni kwa joto la chini vya kutosha (T
Mbinu ya ARPES inafanya uwezekano wa kupima moja kwa moja msongamano wa spectral wa quasiparticles karibu na uso wa Fermi na kuunda upya uso wa Fermi yenyewe. Ilibadilika kuwa katika madarasa yote ya vikombe vya HTSC vilivyosomwa, jambo la tabia linazingatiwa: uharibifu wa sehemu ya uso wa Fermi kando ya mwelekeo (0,k). y ) na (0,k x ) Kanda za Brillouin, zikiwa katika mielekeo yenye mshazari (k x , k y ) uso wa Fermi umehifadhiwa kwa maana ya kawaida: wakati wa kupita ndani yake, ukali wa wigo wa ARPES hupungua kwa kasi. Katika maelekezo(0,k y ) na (k x ,0) mabadiliko ya msongamano A(k, ?) hutokea kwa muda mpana, na kwa mwendo wa kasi uliowekwa wiani A(k, ?) ina muundo wa nundu mbili na kiwango cha chini zaidi zamani uso wa Fermi, ambao ungekuwepo kwa kukosekana kwa hali ya pseudogap, kwa mfano, kwa T>T*. Majadiliano ya kina ya jambo hili yamo katika hakiki za kina za Sadovsky. Kwa hivyo, katika vikombe vya HTSC, uso wa Fermi una arched tabia, i.e. huhifadhiwa tu kwenye safu zilizo karibu na maelekezo ya diagonal ya eneo la Brillouin.
Hebu tuzingatie unyeti wa sumaku unaobadilika kwa mfumo wa metali katika hali iliyo karibu na uagizaji wa antiferromagnetic.
(1.1)
hapa Q=(± ?, ?) ni vekta ya wimbi la muundo wa antiferromagnetic katika awamu ya dielectric; ?s ni tabia ya mzunguko wa kushuka kwa thamani, ?-urefu wa uwiano wa mabadiliko ya mzunguko. Mwingiliano wa elektroni na kushuka kwa thamani ya spin ni sawia na ?(q, ?), kwa hivyo, inapaswa kuongezeka kwa kasi kwa elektroni zilizo kwenye uso wa Fermi ambao vekta za wimbi ziko karibu na mipaka ya eneo la sumaku la Brillouin, au kwa elektroni zilizo kwenye maeneo ya gorofa ya uso wa Fermi (ikiwa zipo), ikitenganishwa na vekta Q. Kwa hiyo, mifano miwili hutokea ambayo hali ya pseudogap itaonekana: mfano moto pointi na mfano moto maeneo karibu na uso wa Fermi. Mifumo iliyopunguzwa kiwango cha chini iko karibu na kujaza nusu ya bendi, ili uso wa Fermi usio na wasiwasi na uunganisho wa bendi uko karibu na eneo la sumaku la Brillouin, na mojawapo ya miundo miwili iliyopendekezwa inaweza kufikiwa kwa ajili yake.
karibu moto pointi za eneo la k-nafasi ya upana ?-1elektroni hutawanywa sana na mabadiliko ya kasi kwa kila vekta Q, ambayo husababisha kufunguliwa kwa pseudogap karibu na pointi hizi, kama vile pengo linaonekana kwenye uso mzima wa Fermi kutokana na kuonekana kwa awamu ya antiferromagnetic ikiwa mbegu Fermi. uso una kiota. Ikiwa tutapuuza mienendo ya kushuka kwa mzunguko na kuzingatia mabadiliko ya tuli kuwa ya Gaussian, basi katika kesi ya mwelekeo mmoja tatizo la mwingiliano wa elektroni na mabadiliko hayo yanaweza kutatuliwa kwa usahihi, na ufumbuzi wake unaweza kutumika kwa ajili ya utafiti wa ubora. hali katika kesi mbili-dimensional. Matokeo ya hesabu yanaelekeza kwenye asili ya pseudogap ya majimbo ya elektroniki katika maeneo ya moto ya uso wa Fermi, ikionyesha, hasa, muundo wa nundu mbili za wiani wa spectral wa majimbo.
Mchele. 1.6. (lakini). Uso wa Fermi katika eneo la Brillouin na modeli maeneo ya moto . Mistari iliyopigwa inaonyesha mipaka ya eneo la magnetic ya Brillouin, ambayo inaonekana wakati kipindi kinaongezeka mara mbili kutokana na kuonekana kwa antiferromagnetism. Moto pointi-pointi za makutano ya uso wa Fermi na mipaka ya eneo la magnetic.
(b). Uso wa Fermi katika mfano maeneo ya moto (imeonyeshwa kwa mistari nzito), ambayo upana wake ni ~ ?-1. Sindano ?huamua ukubwa moto tovuti , ?=?/ 4 inalingana na uso wa mraba wa Fermi
1.4 Njia za kupata superconductors za joto la juu
Njia za kupata sampuli za superconductors za joto la juu zimedhamiriwa hasa na kazi zilizowekwa na watafiti na makampuni kwa kutumia vifaa vya superconductor vya joto la juu kwa madhumuni ya kibiashara. Hivyo, kwa ajili ya utengenezaji wa bidhaa kubwa kutoka kwa vifaa vya HTSC, ni muhimu kuendeleza mbinu za kupata kiasi kikubwa cha nyenzo za HTSC katika hali ya polycrystalline. Kwa madhumuni ya umeme wa microwave, maendeleo ya mbinu za kupata filamu za epitaxial na vigezo muhimu vya juu inahitajika. Masomo ya kimsingi ya asili ya HTSC hakika yanahitaji mbinu za kupata kamilifu (na kwa upande wa mfumo wa YBa 2Cu 3O 7-?na bila pacha) fuwele moja za HTSC.
Ya umuhimu mkubwa wa kupata sampuli za HTSC zilizo na sifa muhimu zaidi ni utengenezaji wa poda za utangulizi za hali ya juu. Miongoni mwa njia za kupata poda hizo ni YBa 2Cu 3O 7-?(hapa YBCO) tutataja yafuatayo: mmenyuko wa awamu dhabiti wa kawaida na uwekaji wa kemikali, dawa ya plazima, ukaushaji wa nitrojeni kioevu, ukaushaji wa dawa na usanisi wa kioksidishaji, mbinu ya sol-gel, njia ya acetate na mmenyuko wa awamu ya gesi. Utaratibu wa kawaida wa kupata poda za kauri za superconducting ni pamoja na hatua kadhaa. Kwanza, malighafi huchanganywa katika uwiano maalum wa molar kwa kutumia "mchanganyiko wa kusaga" au mchakato wa mchanganyiko wa awamu ya kioevu. Katika kesi hiyo, homogeneity ya mchanganyiko ni mdogo kwa ukubwa wa chembe, na matokeo bora yanapatikana kwa chembe na ukubwa mdogo kuliko 1 μm. Katika poda za ultrafine (pamoja na ukubwa wa chembe ndogo zaidi kuliko 1 μm), utengano wa chembe mara nyingi huzingatiwa, ambayo huharibu kuchanganya kwao. Tatizo hili linaweza kupunguzwa kwa kutumia mchanganyiko wa awamu ya kioevu ili kutoa udhibiti wa utungaji na usawa wa kemikali. Aidha, teknolojia hii huondoa athari za uchafuzi wa mazingira wakati wa kusaga na kuchanganya poda. Katika vyombo vya habari vya vipengele vingi kama vile HTSC, mchakato wa kuchanganya una jukumu muhimu katika kufikia usafi wa hali ya juu. Mchanganyiko wa hali ya juu huhakikisha kuongeza kasi ya athari. Poda hizo zinahitaji joto la chini na nyakati wakati wa calcination kufikia usafi wa awamu inayotaka. Hatua inayofuata ni kukausha au kuondoa kutengenezea, ambayo ni muhimu kudumisha homogeneity ya kemikali iliyopatikana wakati wa mchakato wa kuchanganya. Kwa mifumo ya vipengele vingi (HTSC), kuondolewa kwa kutengenezea kwa uvukizi wa polepole kunaweza kusababisha amana ya inhomogeneous sana kutokana na umumunyifu tofauti wa vipengele. Ili kupunguza tatizo hili, teknolojia mbalimbali hutumiwa, ikiwa ni pamoja na, hasa, taratibu za usablimishaji, filtration, nk Baada ya kukausha, poda huhesabiwa katika anga iliyodhibitiwa ili kufikia muundo wa mwisho wa kimuundo na awamu. Mfumo wa mmenyuko wa mfumo wa YBCO huamuliwa na vigezo vya mchakato kama vile joto na wakati wa calcination, kiwango cha joto, angahewa (shinikizo la sehemu ya oksijeni) na awamu za awali. Poda pia inaweza kuunganishwa moja kwa moja kutoka kwa suluhisho kwa kutumia teknolojia ya pyrolysis, au kupatikana kwa electrodeposition kwa kupitisha sasa kupitia suluhisho. Katika kesi hii, hata mabadiliko madogo ya muundo yanaweza kusababisha malezi ya awamu za kawaida (zisizo za superconducting), kama vile: Y. 2BaCuO 5, CuO na BaCuO 2. Matumizi ya vitangulizi vyenye kaboni pia huchanganya uundaji wa awamu ya YBa 2Cu 3O 7-?na husababisha kupungua kwa mali ya superconducting. Kwa upande wake, poda ya kupata filamu zenye ubora wa juu za muundo wa Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O (baadaye BSCCO) zinaweza kutengenezwa kwa kutumia hali dhabiti, mvua-msingi, pyrolysis ya erosoli-spray, teknolojia ya kurusha, kufungia-kukausha, njia ya kuchanganya kioevu , microemulsion au njia ya sol-gel. Mbinu za kawaida za kupata poda za mtangulizi wa superconducting zinazotumiwa katika utengenezaji wa tepi na waya za BSCCO ni njia zinazoitwa "poda moja" na "poda mbili" za awali. Katika kesi ya kwanza, mtangulizi hupatikana kutokana na calcination ya mchanganyiko wa oksidi na carbonates. Katika pili, mchanganyiko wa misombo miwili ya cuprate hupigwa. Kuzingatia masharti haya hufanya uwezekano wa kupata sampuli za polycrystalline za ukubwa wa kutosha (kwa mfano, kwa sumaku za kusimamishwa kwa umeme usio na mawasiliano ya mifumo ya usafiri).
Kuhusiana na usanisi wa filamu za HTSC (YBCO na mifumo mingine), njia moja- (in situ) na hatua mbili (ex situ) kwa ujumla hutumiwa. Katika kesi ya kwanza, crystallization ya filamu hutokea moja kwa moja katika mchakato wa uwekaji wao na, chini ya hali zinazofaa, ukuaji wao wa epitaxial hutokea. Katika kesi ya pili, filamu zimewekwa kwanza kwenye joto la chini, ambalo halitoshi kuunda muundo wa kioo unaohitajika, na kisha hupigwa moto katika anga ya O. 2kwa joto ambalo linahakikisha uangazaji wa awamu inayohitajika (kwa mfano, kwa filamu za YBCO joto hili ni 900-950 0KUTOKA). Mbinu nyingi za hatua moja hutekelezwa kwa joto la chini sana kuliko zile zinazohitajika kupata filamu katika hatua mbili. Ufyatuaji wa joto la juu huunda fuwele kubwa na uso mbaya, ambao huamua wiani wa chini wa sasa muhimu. Kwa hiyo, awali, njia za situ zina faida. Kulingana na njia za kupata na kupeana vifaa vya HTSC kwenye substrate, njia za uwekaji wa mwili zinajulikana, pamoja na uvukizi na uwekaji, pamoja na njia za uwekaji kemikali.
Mbinu za uvukizi shirikishi wa utupu humaanisha kwa wakati mmoja au mfululizo (safu kwa safu) utuaji mwenza wa vipengee vya HTS vilivyovukizwa kutoka kwa vyanzo mbalimbali kwa kutumia, kwa mfano, bunduki za mihimili ya elektroni au vivukizi vinavyostahimili. Filamu zilizopatikana kwa teknolojia hii ni duni katika sifa zao za superconducting kwa sampuli zinazozalishwa na laser au magnetron sputtering. Mbinu za uvukizi wa pamoja wa ombwe hutumiwa katika usanisi wa hatua mbili, wakati muundo wa filamu zilizowekwa katika hatua ya kwanza na maudhui ya oksijeni ndani yake hazina umuhimu wowote.
Uvukizi wa laser una ufanisi mkubwa katika uwekaji wa filamu za HTSC. Njia hii ni rahisi kutekeleza, ina kiwango cha juu cha uwekaji, na inakuwezesha kufanya kazi na malengo madogo. Faida yake kuu ni uvukizi mzuri wa vipengele vyote vya kemikali vilivyomo kwenye lengo. Kwa kuyeyuka malengo chini ya hali fulani, mtu anaweza kupata filamu za muundo sawa na walengwa wenyewe. Vigezo muhimu vya teknolojia ni: umbali kutoka kwa lengo hadi substrate, pamoja na shinikizo la oksijeni. Uchaguzi wao sahihi hufanya iwezekanavyo, kwa upande mmoja, kuzuia overheating ya filamu inayokua na nishati ya plasma ya laser-evaporated na malezi sambamba ya nafaka kubwa sana, na, kwa upande mwingine, kuanzisha utawala wa nishati muhimu kwa filamu. ukuaji kwa joto la chini kabisa la substrate. Nishati ya juu ya vipengele vilivyowekwa na kuwepo kwa oksijeni ya atomiki na ionized katika bomba la laser hufanya iwezekanavyo kuzalisha filamu za HTSC katika hatua moja. Katika kesi hii, filamu za kioo moja au zenye maandishi yenye mwelekeo wa c-axis hupatikana (c-axis ni perpendicular kwa ndege ya substrate). Hasara kuu za uvukizi wa laser ni: (a) ukubwa mdogo wa eneo ambalo inawezekana kuweka filamu za stoichiometric; (b) unene usio sawa; na (c) Ukwaru wa uso. Kutokana na anisotropy kali ya HTSCs, ni filamu zilizo na mwelekeo wa mhimili wa c pekee ndizo zenye sifa nzuri za usafiri na uchunguzi. Wakati huo huo, filamu zilizo na mwelekeo wa mhimili (mhimili iko kwenye ndege ya ab ya substrate), ambayo ina urefu wa mshikamano katika mwelekeo wa uso na ni laini sana, ni rahisi kwa utengenezaji wa hali ya juu. ubora HTSC Josephson makutano yenye tabaka zilizowekwa mfululizo.HTSC - chuma ya kawaida" (au "dielectric - HTSC"). Filamu zilizo na mwelekeo mchanganyiko hazifai kwa njia zote.
Mtawanyiko wa sumaku hufanya uwezekano wa kupata filamu za YBCO katika hatua moja, ambazo si duni katika sifa zao za upitishaji bora kwa sampuli zinazokuzwa na uvukizi wa laser. Wakati huo huo, wana unene wa sare zaidi na laini ya juu ya uso. Kama ilivyo kwa uvukizi wa laser, uundaji wa plasma wakati wa kunyunyiza kwa magnetron hutoa atomi na ioni za nishati nyingi, ambayo inaruhusu utengenezaji wa hatua moja wa filamu za HTSC kwa joto la chini. Umbali wa msingi wa shabaha pia ni muhimu hapa. Wakati lengo liko karibu na substrate na shinikizo la kati haitoshi, substrate inakabiliwa na bombardment kali na ions hasi ya oksijeni, ambayo huharibu muundo wa filamu inayoongezeka na stoichiometry yake. Ili kutatua tatizo hili, mbinu kadhaa hutumiwa, ikiwa ni pamoja na ulinzi wa substrate kutoka kwa mabomu na ioni za nishati ya juu na eneo lake kwa umbali mzuri kutoka kwa plasma ya kutokwa kwa gesi ili kuhakikisha kiwango cha juu cha utuaji na ukuaji wa filamu uliofanikiwa kwa kiwango cha chini kabisa. joto linalowezekana. Filamu nyembamba za in situ za YBCO, ambazo zilitungwa kwa kunyunyiza kwa sumaku ya nje ya mhimili na kuwa na sifa bora za umeme, tayari zimeonyesha halijoto ya mpito inayopitisha nguvu na msongamano muhimu wa sasa, mtawalia: T. c = 92 K na J c = 7106A/cm 2. Aina mbalimbali za uwekaji wa leza inayopigika inayotumika kupata filamu na waya za YBCO zenye umbo la juu, zilizotungwa kwenye substrates tofauti za mono- na polycrystalline zenye na bila tabaka ndogo, hurahisisha kufikia wiani muhimu wa sasa J. kutoka = 2,4106A/cm 2kwa joto la 77 K na shamba la magnetic sifuri.
Njia hizi hutumiwa sana na makampuni mbalimbali kwa ajili ya uzalishaji wa vipengele vya teknolojia ya microwave, kwa mfano, resonators za kifaa za kukuza, vituo vya simu za mkononi na vifaa vya mawasiliano vya satelaiti ya duniani.
Kiini cha njia ya unyeshaji wa kemikali kutoka kwa awamu ya mvuke ya mchanganyiko wa chuma-hai ni usafirishaji wa vifaa vya chuma katika mfumo wa mvuke wa misombo ya kikaboni ya chuma-kikaboni ndani ya reactor, ikichanganywa na kioksidishaji cha gesi, mtengano wa mvuke, na kufidia. filamu ya oksidi kwenye substrate. Njia hii inafanya uwezekano wa kupata filamu nyembamba za HTSC zinazolinganishwa katika sifa zao na sampuli zilizoandaliwa na mbinu za uwekaji wa kimwili. Faida za kulinganisha za njia hii juu ya mwisho ni pamoja na: (a) uwezekano wa kuweka filamu za homogeneous kwenye sehemu zisizo za mpango na maeneo makubwa; (b) viwango vya juu vya uwekaji wakati wa kudumisha ubora wa juu; (c) kunyumbulika kwa mchakato katika hatua ya utatuzi wa modi ya kiteknolojia, kutokana na mabadiliko laini katika muundo wa awamu ya mvuke. Mchakato wa mwisho mara nyingi hutumiwa kutengeneza filamu za HTSC zilizo na vigezo muhimu vya juu (kulingana na fuwele moja) katika kesi za usanidi changamano wa filamu kwenye bidhaa za biashara za kielektroniki.
2. Sehemu ya majaribio
1.1 Mbinu ya majaribio
YBa fuwele moja 2Cu 3O 7-d kwa kazi hii ilikuzwa na teknolojia ya kuyeyuka kwa suluhisho. Ili kupata fuwele na uingizwaji wa sehemu wa Y na Pr, Y 1-z Pr z Ba 2Cu 3O 7-?, Pr 5O 11katika uwiano wa atomiki Y:Pr=20:1. Njia za Ukuaji na Oksijeni za Fuwele za Y 1-z Pr z Ba 2Cu 3O 7-?walikuwa sawa na fuwele undoped moja. Viungo Y vilitumika kama viambajengo vya awali vya kukuza fuwele. 2O 3, BaCO 3, CuО na Pr 5O 11, madaraja yote ya OSCh. Kwa masomo ya kupinga, fuwele nyembamba zilizo na DW zinazopenya zilichaguliwa, ambazo zilikuwa na maeneo yenye DWs ya unidirectional 0.5x0.5 mm kwa ukubwa. 2. Hii ilifanya iwezekane kukata madaraja yenye upana wa DW za 0.2 mm na 0.3 mm kando kati ya miunganisho inayoweza kutokea kutoka kwa fuwele kama hizo. Upinzani wa umeme katika ab-ndege ulipimwa kwa njia ya kawaida ya 4-terminal kwa sasa ya moja kwa moja ya hadi 10 mA. Sampuli ya joto imedhamiriwa na thermocouple ya shaba-constantan.
1.2 Usanidi wa majaribio wa kupima upinzani wa umeme
Mchoro wa usanidi wa kupima utegemezi wa joto wa upinzani wa umeme unaonyeshwa kwenye tini. 2.2.
Mchele. 2.2 Uwakilishi wa kimkakati wa usanidi wa majaribio na kriyostati ya mtiririko wa kupima utegemezi wa halijoto ya upinzani wa umeme katika safu ya joto 77 - 300 K.
Mpangilio unajumuisha chombo cha usafiri cha nitrojeni cha Dewar 1, mtiririko mdogo wa nitrojeni cryostat 2, fimbo ya kupimia 3, pampu ya utupu ya 2NVR-5D (6), kupima utupu 5, valve ya kurekebisha vizuri kiwango cha friji 7, na tata ya kupima kwa wote kwa ajili ya kupima upinzani wa umeme na halijoto 8. Usanidi unaruhusiwa, ikiwa ni lazima, kufanya vipimo katika maeneo ya sumaku hadi kErst 4, kwa kutumia sumaku-umeme 4.
Vipimo vya kupinga vilifanyika kwa sasa ya mara kwa mara ya 1 mA katika maelekezo mawili ya sasa. Joto lilipimwa na thermocouple ya shaba-constantan. Voltage kwenye sampuli na upinzani wa kumbukumbu ulipimwa na V2-38 nanovoltmeters. Data kutoka kwa voltmeters zilihamishwa moja kwa moja kwenye kompyuta kupitia interface.
Vipimo vilifanywa katika hali ya joto ya kushuka. Kiwango cha halijoto kilikuwa takriban 0.1 K/min katika vipimo karibu na T kutoka , na takriban 5 K/min kwa T > Tc .
1.3 Matokeo ya jaribio na majadiliano yao
Utegemezi wa joto wa upinzani wa umeme kwenye ndege ya ab ?ab (T) fuwele za YBaCuO (K1) na Y 1-z Pr z Ba 2Cu 3O 7-?(K2) zinaonyeshwa kwenye kipengee cha Mchoro 2.3. Inaweza kuonekana kuwa katika hali zote mbili tegemezi ni metali, lakini uwiano ?ab (K300)/ ?ab (0K) ni tofauti na ni sawa na 40 na 22 kwa fuwele za K1 na K2, mtawalia. Wakati huo huo, thamani ?ab (0K) iliamuliwa kwa kufasiriwa kwa sehemu ya mstari katika halijoto (mstari wa dashi) wa utegemezi. ?ab (T). Upinzani wa umeme katika ab-ndege ya fuwele za K1 na K2 kwenye joto la kawaida lilikuwa takriban 155 na 255 μΩ cm, na joto lao muhimu lilikuwa 91.7 na 85.8 K, kwa mtiririko huo. Kwa kutumia data inayojulikana ya fasihi juu ya utegemezi T kutoka Kutokana na mkusanyiko wa praseodymium, inaweza kuhitimishwa kuwa maudhui ya Pr katika kioo cha K2 ni z?0.05. Upana wa mabadiliko ya kupinga ya kioo cha K1 ni chini ya 0.3 K, na kioo cha K2 ni karibu 2.5 K.
Kama inavyoonekana kutoka kwa kipengee cha kuingiza hadi Mchoro 2.3, wakati halijoto inapungua chini ya thamani fulani ya tabia ya T*, kupotoka hutokea. ?ab (T) kutoka kwa utegemezi wa mstari, ambayo inaonyesha kuonekana kwa conductivity ya ziada, ambayo, kama ilivyoelezwa hapo juu, ni kutokana na mpito kwa utawala wa pseudogap (PG) . Kama inavyoonekana kutoka kwenye Mchoro 2.3, kwa sampuli iliyo na mchanganyiko wa praseodymium, eneo la utegemezi wa mstari. ?ab (T) hupanua kwa kiasi kikubwa kwa kulinganisha na kioo safi, na joto la T * huhamia eneo la joto la chini kwa zaidi ya 30 K. Hii, kwa upande wake, inaonyesha kupungua kwa sambamba ya muda wa joto kwa kuwepo kwa conductivity ya ziada.
Utegemezi wa joto wa conductivity ya ziada kawaida huamua kutoka kwa equation ??=?-?0, wapi ?0=?0-1=(A+BT) -1 - conductivity, ambayo imedhamiriwa na extrapolation ya sehemu ya mstari kwa thamani ya joto la sifuri, na ?=?-1 - thamani ya majaribio ya conductivity katika hali ya kawaida. Imepata utegemezi wa majaribio ??(T) zimewasilishwa kwenye Mtini. 2.3. Kama uchanganuzi ulivyoonyesha, katika anuwai pana ya halijoto, mikunjo hii inaelezewa vyema na utegemezi mkubwa wa fomu:
Mchele. 2.3 Utegemezi wa joto wa conductivity ya ziada ??(T) fuwele moja K1 na K2 - curves 1 na 2, kwa mtiririko huo. Inset inaonyesha utegemezi wa joto wa upinzani wa umeme ?ab (T) sampuli sawa. Mishale inaonyesha halijoto ya mpito hadi kwa modi ya pseudogap T*. Nambari ya curves katika inset inalingana na nambari katika takwimu.
??~exp(?*ab/T),(2.1)
wapi ?*ab - thamani ambayo huamua baadhi ya mchakato wa uanzishaji wa mafuta kupitia pengo la nishati - "pseudo-pengo".
Utegemezi wa kielelezo ??(T) tayari imezingatiwa hapo awali kwenye sampuli za filamu za YBaCuO. Ukadiriaji wa data ya majaribio unaweza kupanuliwa kwa kiasi kikubwa kwa kuanzisha kipengele (1-T/T*). Katika kesi hii, conductivity ya ziada inageuka kuwa sawia na wiani wa flygbolag za superconducting n. s ~(1-T/T*) na sawia kinyume na idadi ya jozi ~exp (-?*/kT) kuharibiwa na mwendo wa joto
??~(1-T/T*) exp(?*ab/T),(2.2)
Katika kesi hii, T* inachukuliwa kama wastani wa joto la shamba la mpito wa upitishaji wa juu, na muda wa joto T. kutoka Kwenye mtini. 2.4 inaonyesha utegemezi wa joto wa pseudogap katika kuratibu zilizotolewa ?*(T)/ ?*max T/T* ( ?*max - maana ?* kwenye tambarare mbali na T*). Utegemezi wa halijoto wa pseudogap katika mfumo wa nadharia ya uvukaji wa BCS-BEC kwa ujumla hufafanuliwa na mlingano. wapi x 0 = ? /?(0) (?- uwezo wa kemikali wa mfumo wa carrier; ?(0) - thamani ya pengo la nishati katika T=0), na erf(x) ni chaguo la kukokotoa la hitilafu. Katika kesi ya mpaka x 0?? (uwiano dhaifu), usemi wa uchanganuzi (2.3) huchukua fomu inayojulikana sana katika nadharia ya BCS. Wakati huo huo, kwa mpaka wa mwingiliano mkali katika kesi ya 3-dimensional (x 0 < -1) формула (2.3) переходит в
Mchele. 2.4 Vitegemezi vya halijoto vya upenyo bandia wa K1, fuwele za K2 katika viwianishi vilivyopunguzwa ?*(T)/ ?*max - T / T * ( ?*max - thamani ?* kwenye tambarare mbali na T*). Nambari ya curves inalingana na nambari kwenye Mtini. 2.3. Dashed line 3 inaonyesha utegemezi ?*(T)/ ?(0) kutoka T/T *, iliyohesabiwa kulingana na maadili ya paramu ya crossover ?/?(0)= -10 (mpaka wa BEC) Matokeo ya hesabu yanaonyesha kuwa na doping ndogo na praseodymium, kuna upungufu wa jumla wa eneo la joto la utambuzi wa PG kwa zaidi ya mara mbili, kutoka t * = 0.530 hadi 0.243, na upanuzi wa jamaa wa wakati huo huo wa eneo la kuwepo. ya awamu ya mpito, kutoka t f =0.0158 hadi 0.0411, kwa fuwele za K1 na K2, kwa mtiririko huo. Matokeo kuu yaliyopatikana katika kazi hii: Kuongezeka kwa upinzani wa umeme katika sehemu ya mstari wa utegemezi ?ab (T) katika kesi ya uingizwaji wa sehemu ya Y na Pr, inaonyesha ufanisi wa kueneza kwa flygbolag za kawaida na uchafu wa Pr. Conductivity nyingi ??(T) fuwele za YBaCuO na Y moja 1-z Pr z Ba 2Cu 3O 7-?kwa kiwango kikubwa cha joto T f <Т Doping ya fuwele moja ya YBaCuO yenye uchafu mdogo wa praseodymium z?0.05 husababisha athari isiyo ya kawaida ya kupunguza muda wa joto kwa ajili ya utekelezaji wa hali ya PG, na hivyo kuendelea na eneo la utegemezi wa mstari. ?(T) kwenye ab-ndege. Nyongeza Jedwali 1. Vikombe vya HTS Orodha ya vyanzo vilivyotumika 1. Deutsche Cuy. Superconductivity gan na pseudogap // FNT,-2006,-v. 32,-№6.-p.740-745. A.A. Zavgorodniy, R.V. Vovk, M.O. Obolensky, O.V. Samoilov, I.L. Gulatis. Sindano ya aloi ya praseodymium kwenye conductivity isiyo ya kawaida ya YBaCuO monocrystals na mfumo wa mapacha wenye mstari mmoja // "Bulletin ya Chuo Kikuu cha Taifa cha Donetsk", mfululizo A "Sayansi ya Asili". Nambari 839. -vip.1. - S. 253-256 (2009). J. G. Bednorz, K. A. Muller, Rev. Mod. Phys., - B, 64, - P.189-(1988). Mali ya kimwili ya superconductors ya juu-joto. Chini. mh. D.M.Ginsberg. M:. Mir, 1990, 544 p. Sadovsky M.V. UFN 171 539 (2001) . C. Renner et al. Phys. Mch. Lett. 80, 3606 (1998); S.H. Pan na al. Phys. Mch. Lett. 85, 1536 (2000). 7. Mtandao:<#"justify">17. S. Hikami, A.I. Larkin. Nadharia ya superconductors ya muundo wa safu.// Kisasa Phys. Lett., .B2, p.p. 693-698 (1988). Wanafizikia wamegundua nyenzo ambayo inakuwa superconductive kwenye joto la juu kidogo kuliko halijoto ya baridi zaidi Duniani. Ugunduzi huu unaweza kutangaza enzi mpya katika utafiti wa superconductivity. Ulimwengu wa superconductivity unavuma. Mwaka jana, Mikhail Yeremets na wanandoa wenzake katika Taasisi ya Kemia ya Max Planck huko Mainz, Ujerumani, walifanya uchunguzi usio wa kawaida wa sulfidi ya hidrojeni yenye upitishaji wa kiwango cha juu cha nyuzi -70 Celsius. Hii ni digrii 20 juu kuliko nyenzo nyingine yoyote ambayo ina rekodi ya sasa. Matokeo ya kazi ya wanasayansi yalianza kujadiliwa wakati yalitumwa kwa mara ya kwanza kwenye arXiv. Wakati huo, wanafizikia walikuwa waangalifu juu ya kazi yao. Historia ya superconductivity imejaa maiti za madai ya kutisha ya shughuli ya hali ya juu ya joto ambayo baadaye ilionekana kuwa haiwezekani kuzaliana. Muda mwingi umepita tangu wakati huo, Yeremets na wenzake wamekuwa wakifanya kazi kwa bidii ili kuunda ushahidi wa uhakika na wa kushawishi. Wiki chache zilizopita, kazi yao ilichapishwa katika jarida la Nature, na kuipa muhuri wa heshima unaohitajika katika fizikia ya kisasa. gonga vichwa vya habari tena. Antinio Bianzoni na Thomas Jarlborg kutoka Kituo cha Kimataifa cha Roma cha Sayansi ya Nyenzo nchini Italia walitoa muhtasari wa uwanja wao wa kusisimua wa kazi. Na walifanya kazi ya kinadharia kuelezea kazi za Yeremets na wenzake. Kuanza, mandharinyuma kidogo. Superconductivity ni jambo la upinzani wa sifuri wa umeme ambao hutokea katika baadhi ya vifaa wakati vimepozwa chini ya joto muhimu. Jambo hili linajulikana sana katika superconductors za kawaida, ambazo kimsingi ni latiti ngumu za ioni chanya zinazooshwa kwenye bahari ya elektroni. Ukinzani wa umeme hutokea wakati elektroni huanguka kwenye gridi hizi na kupoteza nishati zinaposonga kupitia kwao. Hata hivyo, kwa joto la chini, elektroni zinaweza kuunganishwa na kuunda jozi za Cooper. Wakati huo huo, kimiani inakuwa ngumu vya kutosha kuruhusu mwendo thabiti wa mawimbi unaoitwa phononi. Superconductivity huzaliwa wakati jozi za Cooper na phononi husafiri pamoja kupitia nyenzo, na mawimbi kimsingi husafisha njia kwa jozi za elektroni. Hii hutokea wakati mitikisiko ya wavu - joto lake - inakuwa na nguvu ya kutosha kuvunja mivuke ya Cooper. Hii ni joto muhimu. Hadi hivi majuzi, halijoto muhimu zaidi ya aina hii ilikuwa -230 digrii Selsiasi (40 Kelvin). Kuna sifa tatu kuu ambazo wanasayansi wanatafuta ili kudhibitisha uboreshaji wa nyenzo. Ya kwanza ni kushuka kwa ghafla kwa upinzani wa umeme wakati nyenzo zimepozwa chini ya joto muhimu. Ya pili ni kuhamishwa kwa uga wa sumaku kutoka kwa nyenzo, athari inayojulikana kama athari ya Meissner. Ya tatu ni mabadiliko ya joto muhimu wakati atomi kwenye nyenzo zinabadilishwa na isotopu. Hii hutokea kwa sababu tofauti katika wingi wa isotopu husababisha kimiani kutetemeka tofauti, ambayo hubadilisha joto muhimu. Yeremets na wenzake kuna uwezekano mkubwa walibadilisha misimamo yao. Labda mshangao mkubwa wa mafanikio yao ni kwamba haijumuishi superconductor ya "joto la juu". Inajumuisha sulfidi ya hidrojeni ya kawaida, ambayo haijawahi kuzingatiwa kuwa superconductor kwenye joto la juu ya digrii 40 Kelvin. Yeremets na wenzake walifikia lengo lao kwa kukandamiza nyenzo hii chini ya shinikizo ambalo lipo tu katikati ya Dunia. Wakati huo huo, waliweza kupata ushahidi wa sifa zote muhimu za superconductivity. Na wakati majaribio yao yanaendelea, wananadharia wanasumbua akili zao kujaribu kuelezea. Wanafizikia wengi waliamini kwamba kulikuwa na sababu fulani ya kinadharia kwa nini superconductors za jadi haziwezi kufanya kazi kwa joto zaidi ya digrii 40 za Kelvin. Lakini ikawa kwamba hakuna kitu katika nadharia ambayo inazuia superconductors kufanya kazi kwa joto la juu. Katika miaka ya 1960, mwanafizikia wa Uingereza Neil Ashcroft alitabiri kwamba hidrojeni inapaswa kuwa na uwezo wa kufanya kazi kwa joto la juu na shinikizo, labda hata kwenye joto la kawaida. Wazo lake lilikuwa kwamba hidrojeni ni nyepesi hivi kwamba inapaswa kuunda kimiani inayoweza kutetemeka kwa masafa ya juu sana na kwa hivyo kuwa kondakta wa seroloji kwenye joto la juu na shinikizo. Yeremets na wenzake wanaonekana kuwa wamethibitisha wazo hili. Au angalau kitu kama hiki. Kuna makunyanzi mengi ya kinadharia ambayo yanahitaji kusafishwa kabla ya wanafizikia kusema wana ufahamu sahihi wa kile kinachoendelea. Kazi ya kinadharia inaendelea. Sasa mbio ni kutafuta superconductors zingine ambazo zitafanya kazi kwa joto la juu zaidi. Mgombea mmoja anayetarajiwa ni H3S (sio H2S, ambayo Yeremets aliifanyia kazi hapo awali). Na, bila shaka, wanafizikia wanaanza kufikiri juu ya maombi. Kutumia nyenzo hizo ni vigumu sana, na si tu kwa sababu ni superconductors katika shinikizo la juu. Lakini hakuna kitu kinachokuzuia kuota. "Ugunduzi huu una athari sio tu kwa sayansi ya nyenzo na vitu vilivyofupishwa, lakini pia katika maeneo mengine, kutoka kwa kompyuta ya quantum hadi fizikia ya quantum ya viumbe hai," Bianzoni na Jarlborg wanasema. Pia waliweka mbele wazo la kupendeza kwamba superconductor kama hiyo inafanya kazi kwa joto ambalo ni digrii 19 zaidi kuliko halijoto ya baridi zaidi Duniani. Labda katika miezi na miaka ijayo tutasikia mambo ya kuvutia zaidi kuhusu superconductors. Sayansi za uhandisi UDC 537.312.62:620.018.45 NJIA ZA UTENGENEZAJI NA MALI ZA KEramik za HTSC KULINGANA NA PODA YA ULTRAFINE. O.L. Khasanov Barua pepe ya Chuo Kikuu cha Tomsk Polytechnic: [barua pepe imelindwa] Matokeo ya maendeleo ya teknolojia ya utengenezaji wa keramik ya juu ya joto ya juu kulingana na poda ya ultrafine, ikiwa ni pamoja na mbinu za ukandamizaji kavu chini ya ultrasound ya nguvu ya juu, imeelezwa. Masharti bora ya michakato ya usanisi wa poda ya HTSC na sintering ya kauri imethibitishwa. Data huwasilishwa kuhusu sifa za utendakazi za sampuli za skrini za uga wa sumakuumeme, vitoa sauti vya matundu ya microwave, na SQUID za kauri zilizotengenezwa kwa keramik za HTSC. Utangulizi Keramik ya juu ya joto ya juu (HTSC) inachukua nafasi maalum kati ya vifaa vya kisasa vya kauri. Jambo la superconductivity katika joto la juu ya 30 K liligunduliwa kwa majaribio mwaka wa 1986 na J. Bednorz na K. Müller katika familia ya lanthanum cuprate Ba-La-Cu-O, na hivi karibuni joto muhimu la mpito wa superconducting Tc lilifikiwa juu ya kiwango cha kuchemsha cha nitrojeni kioevu (77 TO). Pamoja na kushinda kizingiti hiki, matarajio ya kusisimua ya matumizi ya vitendo ya HTSCs katika umeme, teknolojia ya mawasiliano na vipimo vya usahihi, katika uhandisi wa nguvu, uhandisi wa umeme, usafiri, na maeneo mengine yaliibuka. Kwa hivyo, utafiti umekua sio tu katika mwelekeo wa kimsingi, lakini pia katika nyanja inayotumika. Shida kuu ilikuwa maendeleo ya teknolojia ambayo inafanya uwezekano wa kutengeneza bidhaa zinazohitajika kutoka kwa nyenzo dhaifu za kauri kama vile vikombe ngumu: waya na nyaya, inductors, resonator za cavity, nk. Katika matukio mengi ya matumizi ya "low-voltage" (umeme, sensorer), matumizi ya teknolojia ya filamu kwa ajili ya utengenezaji wa miundo kulingana na filamu za HTSC imeonekana kuwa yenye ufanisi. Hata hivyo, kwa ajili ya maombi "ya juu-sasa" (nishati, usafiri, teknolojia ya kuongeza kasi, nk), maendeleo ya teknolojia ya utengenezaji wa wingi wa vifaa vya kauri vya joto la juu na uwezo wa juu wa kubeba sasa na mali imara bado ni muhimu. Nakala hii inatoa matokeo kuu ya utafiti juu ya ukuzaji wa njia za utengenezaji na kusoma mali ya kauri za HTSC za familia ya YBa2Cu3O7_x. Kusudi la kazi hiyo lilikuwa kukuza mbinu za usanisi wa poda ya ultrafine (UDP) ya awamu ya HTSC, ukandamizaji wake, na sintering ya keramik ya superconducting ya awamu moja yenye sifa za juu muhimu. Awamu thabiti na kujieneza joto la juu HTSC awali Muundo wa awamu ya orthorhombic ya superconducting YBa2Cu3O7_x (х<0,4 - фаза "1-2-3") - многостадийный процесс последовательных химических и структурных превращений синтезируемых компонентов. Среди многих известных методов синтеза ВТСП-порошков нами разрабатывался метод твердофазного керамического синтеза. Kama inavyojulikana, usanisi wa awamu dhabiti ni mchakato wa kueneza. Mchanganuo wa mwendo wake na hali ya thermodynamic ya awali ilionyesha kuwa wakati joto la awali la awamu ya 1-2-3 linapungua chini ya 950 ° C inayojulikana, uwezekano wa kuundwa kwa awamu isiyo ya superconducting 2-1-1 hupungua. , sintering ya nafaka kusababisha ya awamu ya 1-2-3 ni kuzuiwa, ambayo ni mbaya kwa ajili ya hatua ya awali. Hali hizo zinapatikana wakati wa kutumia reagents zote au mmoja wao kwa namna ya UDP. B inaonyesha kuwa inatosha kutumia shaba tu katika malipo ya awali katika hali ya ultrafine. Katika mchanganyiko wa utungaji 1-2-3 kwa kutumia UDP Joto la awali la Cu linashuka hadi 920 ° C, na muda wa malezi ya awamu ya HTSC hupungua kwa masaa 12, ambayo inahusishwa na ongezeko la idadi ya nuclei kutokana na sababu ya kijiometri - idadi kubwa na eneo la mawasiliano kati ya UDP Cu na chembe kubwa zaidi za U2O3 na BaCO3. Kuongezeka kwa kinetics ya malezi ya awamu ni kwa sababu ya kuongezeka kwa mgawo wa uenezaji wa dutu ya chembe za shaba za submicron (iliyo na kiwango cha juu cha stoichiometric katika malipo) kwenye mpaka wa vitendanishi kwa sababu ya shughuli zao za uso, kasoro na metastability ya thermodynamic. ya muundo, pamoja na kikosi cha ufanisi cha nafaka za awamu za awali za kati kutoka kwa chembe kubwa za reagents kutokana na matatizo ya inter-crystallite. Matokeo yake, awamu moja ya UDP HTSC UVa2Cu307-x imeunganishwa na ukubwa wa wastani wa chembe ya 0.4 ... 0.7 μm, joto muhimu la mpito wa superconducting Tc = 95 K, na upana wa mpito huu Tc = 1 K. . Mchanganyiko wa awamu za HTSC unaweza kufanywa sio tu na athari za awamu dhabiti, lakini pia kwa njia ya uundaji wa hali ya juu ya joto (SHS), wakati mmenyuko wa awali unafanywa kama matokeo ya safu-kwa-safu. inapokanzwa binafsi ya mchanganyiko wa reagents kutokana na athari ya joto ya exothermic. Uundaji wa kiwanja cha UVa2Cu307-x na athari kama hiyo ya joto inawezekana kwa majibu: 1/2Y2O3 + 2BaO2 + 3Cu + nO2 ^YBa2Cu3O7.x + O, ambapo Ba02, 02 - vioksidishaji; Cu - wakala wa kupunguza shaba isiyo na oksidi ya metali. Matumizi ya UDP Cu huimarisha mmenyuko wa awali na huongeza athari yake ya joto O (ambayo huamua kujitegemea kwa majibu katika chaji) kutokana na nishati ya juu iliyohifadhiwa ya chembe za ultrafine. Ili kuamua utaratibu wa SHS wa mfumo wa 1-2-3 kwa kutumia UDP Sinami masomo ya mchakato katika mtiririko wa oksijeni na hewa, uwezekano wa kudhibiti joto la mwako kwa kuanzisha oxidizer ya ziada, kiwango cha kuunganishwa kwa malipo ya awali, na kuchagua jiometri ya sampuli ilifanyika. Katika masomo haya, kazi ilikuwa kuamua hali ambayo joto la mwako liko ndani ya 900.970 ° C, i.e. inalingana na joto la awali na sintering ya awamu ya HTSC 1-2-3. Kutoka kwa mchanganyiko wa homogenized wa vipengele vya awali, kwa shinikizo la kavu la uniaxial, compacts ya kipenyo mbalimbali Br (7, 10, 14, na 18 mm) na urefu wa 3 mm ziliumbwa kwa shinikizo la P kutoka 50 hadi 350 MPa. Wimbi la mwako katika kompakt lilianzishwa kwa njia mbili: kwa kupokanzwa kwa haraka kompakt nzima katika tanuru ya bomba iliyotengenezwa maalum hadi 800 ° C na kwa kutumia coil ya umeme iliyopasha uso wa kompakt hadi 750 ° C. Katika visa vyote viwili, athari ya Meissner haikuzingatiwa katika sampuli mara tu baada ya SHS, na uwekaji wa ziada wa 950 ° C kwa h 2.8 ulihitajika ili kuunda awamu ya HTSC. Ni dhahiri kwamba, kwa kuunganishwa kwa jiometri iliyosomwa, mwako hutokea katika utawala kwa kiasi kikubwa nonadiabatic, ambayo hailingani na hali ya thermodynamic kwa ajili ya malezi ya awamu ya HTSC. Uchanganuzi wa awamu ya X-ray uliofanywa kwa sampuli baada ya SHS kabla ya kuchujwa ulionyesha kuwepo kwa awamu za Y4Ba309, BaCuO2, awamu ya 1-2-3 ya tetragonal, Cu0, Cu, na V2O3 ambayo haijashughulikiwa, pamoja na kiasi kidogo cha 1-2. -3 awamu ya orthorhombic. Yaliyomo katika awamu ya HTSC Csp yaliongezeka hadi 40% baada ya kuchujwa kwa 950°C kwa saa 2 na hadi 50.60% baada ya kuchujwa kwa 950°C kwa saa 6. Thamani ya thamani ya athari ya Meissner x, ambayo inahusiana na yaliyomo katika awamu ya HTSC kwenye sampuli, kulingana na shinikizo kubwa la malipo kabla ya kuanzishwa kwa SHS na jiometri ya sampuli, zinaonyeshwa kwenye Mtini. . moja. Au \u003d 14 mmu \ P \u003d 18 m m ■■ 1- -1-*-1- Mchele. Mtini. 1. Ukubwa wa athari ya Meissner katika unganishi wa HTSC uliosanifiwa kwa mbinu ya SHS na kuingizwa kwa 950 C kwa saa 2 (a) na kisha 6 (b) kutegemeana na shinikizo la P. Ukandamizaji kavu wa UDP HTSC chini ya hatua ya ultrasound Katika hatua zote za kiteknolojia za utengenezaji wa keramik za HTSC, ni muhimu kuzingatia metastability ya orthorhombic HTSC awamu ya 1-2-3 na unyeti wake wa juu kwa maudhui ya oksijeni na kuwepo kwa mvuke wa maji. Katika suala hili, ni muhimu kuendeleza mbinu za kuunganisha poda ya HTSC ngumu, hasa iliyotawanywa vizuri (iliyoundwa kutoka kwa shaba ya UDP), bila matumizi ya binders na plasticizers. Kwa hiyo, tulitumia njia ya ukandamizaji kavu wa poda ya HTSC chini ya ushawishi wa ultrasonic (USA) kutumika perpendicular kwa nguvu kubwa. Madhumuni ya masomo haya yalikuwa kusoma athari za halijoto ya kuunguza kwenye msongamano wa kauri za HTSC zilizotengenezwa kwa kutumia UDP Cu na kutumia teknolojia ya kawaida, iliyobanwa chini ya aina mbalimbali za USI. Sampuli zilibonyezwa kwa namna ya vidonge vyenye kipenyo cha 11.2 mm chini ya mionzi ya ultrasonic na katika hali tuli. Nguvu ya USV iliwekwa na voltage ya pato la jenereta ya USI na USV 50, 75 na 100 V, ambayo inalingana na amplitudes ya oscillations ya ukuta wa mold AUZV = 5, 10 na 15 µm kwa mzunguko wa 21.5 kHz. Sintering ilifanyika kwa joto la chini: 890 ° C (kwa vielelezo na UDP shaba) na 950 ° C (kwa vielelezo kutoka kwa vitendanishi vya kawaida) kwa saa 48. Matokeo ya majaribio yanaonyeshwa kwenye Mchoro. 2. Kwa aina zote za kushinikiza, keramik zenye mnene zaidi zilichomwa kutoka kwa malipo na UDP Cu (maadili 1, 2, 3 kwenye Mchoro 2b), ingawa wiani wa kompakt bila monotonically ulitegemea aina ya malipo na maadili ya Р, na USV. Kwa vielelezo vilivyo na UDP, ubonyezo wa ultrasonic katika safu iliyochunguzwa ya UUS haikuwa na athari yoyote kwenye msongamano wa kauri (thamani 1, 2, Mtini. 2b). Ni wazi, kwa poda ya HTSC iliyotawanywa sana iliyosanifiwa kutoka UDP, saizi za chembe ndogo ndogo ni ndogo sana kuliko amplitude ya mitetemo ya matrix AUZV = 5, 10, na 15 μm, na sauti hupitia ukandamizaji wa poda ngumu ya HTSC bila. kusababisha uhamishaji wa vibrational wa chembe. Tu kwa P=907 MPa, UUS=75 V (curve 2, Kielelezo 2, a) kupungua kwa msongamano wa kuunganishwa kulionekana kutokana na mkusanyiko wa poda chini ya hatua ya ultrasonic ya vibrational ya amplitude hii. Baada ya sintering, msongamano wa sampuli hizi kufikiwa msongamano wa sampuli nyingine UDP taabu katika 907 MPa (curve 2, Mtini. 2b), ambayo inaonyesha athari ya uanzishaji wa hatua ultrasonic juu ya chembe taabu ya unga. Msongamano wa kauri zilizotengenezwa kutoka kwa vitendanishi vya kawaida ulizorota baada ya ultrasonic kubonyezwa na UUS=50 V na kuboreshwa hadi UUS=75 V, 100 V ikilinganishwa na ubonyezo wa tuli (curve 5, Mtini. 2b). Kwa malipo ya HTSC yaliyotawanywa kwa kiasi kikubwa katika modi zilizosomwa za USI, athari za nusu-resonance za sadfa ya amplitude ya oscillation na saizi za chembe au agglomerati zilidhihirika, ambazo huonyeshwa katika ongezeko la msongamano wa kompakt na kauri za sintered huko AUS. = 10 na 15 μm (UUS = 75 na 100 V - curves 5 katika Mchoro 2). Kutokana na halijoto ya chini ya kunyunyuzia (890°C kwa sampuli kutoka UDP na 950°C kwa sampuli kutoka kwa vitendanishi vya kawaida), msongamano wa keramik za HTSC katika majaribio haya haukuzidi 5.45 g/cm3 - 86% ya msongamano wa kinadharia. Baada ya uboreshaji wa njia za ukandamizaji kavu na uchezaji wa UDP HTSC, msongamano wa kauri ulifikia 6 g/cm3 (tazama Jedwali 1). Tabia za umeme za bidhaa za kauri za HTSC zinaathiriwa sana na saizi ya nafaka ya awamu ya anisotropic superconducting na muundo wao. Wakati wa matibabu ya joto ya kawaida, hakuna anisotropy ya ukuaji wa nafaka katika hatua hii ya HTSC sintering. Hata hivyo, deformation ya mwelekeo iliyoundwa wakati wa uniaxial kavu kubwa ya nafaka ya anisotropic ya awamu ya 1-2-3 ya perovskite hujenga mwelekeo fulani unaopendekezwa, na mfumo huacha kuwa isotropic. Ukuaji wa nafaka unaoelekezwa hutokea wakati wa sintering perpendicular kwa mwelekeo wa nguvu kubwa, i.e. muundo huundwa. Ikiwa, katika mchakato wa uniaxial kavu compaction, compaction ya HTSC inafanyika kwa muda mrefu (10 ... Mchele. Mtini. 2. Msongamano wa compacts pp (a) na sintered HTSC keramik rs (b) kulingana na ukubwa wa mawimbi ya ultrasonic na shinikizo kubwa UDP HTSC: 1) 746 MPa; 2) MPa 907; 3) MPa 1069; na malipo kutoka kwa vitendanishi vya kawaida: 4) 746 MPa; 5) 907 MPa cation), basi katika mchakato wa kurekebisha mwelekeo huu utachaguliwa kwa ukuaji wa nafaka. Mbegu za anisotropiki za awamu ya 1-2-3 kama perovskite, ambayo ndege za juu za CuO2 ziko sawa kwa mwelekeo wa nguvu kubwa, zitakua kwa mwelekeo kando ya ndege hizi (pamoja na nguvu ya urekebishaji) na kufikia saizi kubwa (zaidi. zaidi ya 10 μm). Kwa sababu ya ugawaji upya wa mtiririko wa mgawanyiko wa mada kwenye mwelekeo huu, ukuaji wa nafaka umezuiwa katika pande zingine zote. Kwa hivyo, mchakato wa kuandika maandishi ya keramik ya HTS yanaendelea. Kwenye mtini. Mchoro wa 3 unaonyesha muundo mdogo wa kauri za maandishi 1-2-3 zilizowekwa chini ya hali iliyoonyeshwa (data kutoka kwa darubini ya elektroni ya skanning kwenye microanalyzer ya SEM-15 Philips ilipatikana kwa msaada wa V.N. Lisetsky). Masomo yetu yameonyesha kuwa uundaji wa muundo wakati wa kuchomwa kwa keramik 1-2-3 kutoka kwa UDP iliyounganishwa ya HTSC huendelea vyema kwa shinikizo la uniaxial kavu juu ya MPa 300, muda wa kushinikiza chini ya mzigo kama huo wa zaidi ya masaa 10 na. joto la sintering la 950 ... 975 ° FROM. Mali ya umeme ya keramik ya HTSC na bidhaa zilizotengenezwa Upimaji wa superconducting na mali zingine za kimwili za sampuli za keramik za HTSC na bidhaa zilizotengenezwa (HTSC squids, skrini za mashamba ya umeme, resonators za cavity) zilifanywa na sisi kwenye mitambo ya calibrated kwa njia ya kufata neno (Тс; ATC), njia ya 4-terminal ( Тс; ATC; muhimu sasa jc ), na pia kwenye vifaa maalum katika Maabara ya JINR ya Fizikia ya Neutroni (Dubna); katika Maabara ya Uhandisi wa Redio ya Microwave MIREA (Moscow); katika Taasisi ya Utafiti ya Fizikia ya Nyuklia huko TPU, Taasisi ya Utafiti ya Vifaa vya Semiconductor, Taasisi ya Fizikia na Teknolojia ya Siberia huko TSU, KB "Proekt" (Tomsk). Katika meza. 1, katika mtini. 4 matokeo ya kupima vigezo vya sampuli za keramik za HTSC, zilizotengenezwa na teknolojia iliyoelezwa hapo juu, zinawasilishwa. Sampuli za mfano wa resonators za microwave za volumetric na skrini za HTSC za uwanja wa sumaku-umeme zilizotengenezwa kwa keramik 1-2-3 kwa namna ya mitungi tupu yenye kipenyo cha mm 50, urefu wa 40 mm na unene wa ukuta wa 4 mm, pamoja na diski za mwisho za kipenyo cha mm 50. , unene wa mm 4, zilitengenezwa kwa kutumia teknolojia kwa kutumia UDP C. Keramik za HTSC zilikuwa na msongamano wa 5.5 g/cm3 na joto muhimu Tc = 88 K. Sababu ya ubora wa resonators vile, iliyopimwa kwa joto la kioevu la heliamu T = 4.2 K, ilikuwa 0 = 2700 kwa mzunguko f = 10 GHz (R = 3 cm), upinzani wa uso wa disks chini ya hali sawa ni -0.04 Ohm (vipimo vilifanyika katika Maabara ya 46 ya Taasisi ya Utafiti wa Fizikia ya Nyuklia huko TPU G.M. Samoylenko). Jedwali 1. Mali ya umeme ya sampuli za kauri za HTSC Kigezo Pc "g/cm3 d,* μm Tc, K ATC, K j ** A/cm2 Qi Q2 Keramik 1-2-3 kulingana na UDP Cu 5.9...6.0 10.20 95 3.5 920 150 250 150 241 Keramik 1-2-3 kutoka kwa vitendanishi vya kawaida 5.2...5.5 40.50 90 1.5 90 Wastani wa saizi ya nafaka kulingana na hadubini ya elektroni ya macho na skanning; **]c ni msongamano muhimu wa sasa unaobainishwa na mbinu ya uchunguzi-4 (77 K, 0 T); d - kipengele cha ubora wa sampuli za kauri zilizopigwa kwa mzunguko / = 3 GHz (2A / = 20 MHz) kwa joto la kawaida (katika nambari) na 77 K (katika denominator), iliyopimwa katika Maabara ya Uhandisi wa Redio ya Microwave MIREA O.M. Oleinik; O2 ni kipengele cha ubora wa sampuli sawa, zilizopimwa chini ya hali sawa kwa mwaka, inayoonyesha upinzani wa uharibifu wa keramik. Mchele. Kielelezo 3. Picha ya SEM ya kauri za HTSC zenye maandishi 1-2-3 zilizochorwa kutoka kwa UDP baada ya kupakiwa mapema wakati wa kubonyezwa na mchoro wa upau wa uchanganuzi wa awamu ya X-ray (mionzi ya CoKa) Mchele. Kielelezo 4. Curves ya mpito superconducting kwa HTSC keramik fabricated kwa kutumia UDP Cu: 1, 2) kavu tuli kubwa, sintering saa 920 na 950 °C, kwa mtiririko huo (Tc_ vipimo ulifanyika katika FLNP JINR na V.N. Polushkin); 3) ukandamizaji wa ultrasonic, sintering saa 950 C Uchunguzi wa vielelezo sawa vya silinda kama skrini za uwanja wa sumaku-umeme ulifanyika katika Taasisi ya Utafiti ya PP (Yu.V. Lilenko) na katika SPTI huko TSU (A.P. Ryabtsev). Mchele. 5. Sifa za kukinga za silinda ya HTSC Mchele. Mtini. 6. Hysteresis ya HTC katika hali ya upitishaji kupita kiasi (T=77K) ya silinda ya HTSC Mbinu ilitumiwa kupima Uc ya voltage kwenye koili ya kupokea (ya nje) ya inductance iliyo nje ya silinda ya HTSC, wakati mtihani wa sasa nilipitia kupitia coil ya kuzalisha (ya ndani) iliyowekwa ndani ya silinda ya HTSC yenye mashimo. Mategemeo ya Pc = / (I) yalichukuliwa katika hali ya superconducting ya skrini (7=77 K) na katika hali ya kawaida (saa 293 K) - tini. 5. Kipengele cha uchunguzi katika 7=77 K kwa mzunguko wa 10 kHz ilikuwa thamani ya £>100. Hysteresis ya tabia ya shamba-voltage (VFC) ya skrini ya HTSC saa 77 K, tofauti na mara kwa mara katika 300 K (Mchoro 6), pia inaonyesha mali ya diamagnetic ya bidhaa chini ya utafiti (sasa kupitia sampuli 1m = 1.3 mA; / = 10 kHz). Unyeti wa sensor ya mwingiliano wa quantum (SQUID) ina sifa ya kigezo c: katika = 2 ■1 -ft Hapa b ~ 10-9.10-10 H ni inductance ya mzunguko wa quantization katika SQUIDs za kauri, ambayo kwa kawaida ni shimo yenye kipenyo cha 0.5-1.0 mm; 1C - sasa muhimu kupitia makutano ya Josephson (JC); Ф0=2.07-10-15 V - magnetic flux quantum. Kwa HTSC ngisi, thamani za β = 1.2 zinaweza kufikiwa kiuhalisia. Kwa hiyo, thamani ya mimi inapaswa kuwa 1.10 mA. Kwa keramik za HTSC, thamani za msongamano muhimu wa sasa X=1/$=10...103 A/cm2 = 0.1.10 μA/μm2 zilipatikana kwa halijoto ya kufanya kazi ya 78 K (λ ni eneo la sehemu-mbali). kauri za HTSC). Kwa hivyo inafuata kwamba eneo la sehemu ya msalaba la DP kwenye ngisi lazima liwe ndani 0.1.100.µm2, i.e. vipimo vya tabia vya DP vinapaswa kuwa 0.3-10 µm. Hali hii huamua ukubwa wa wastani wa nafaka wa keramik za HTSC. Ili kuunda DP katika kauri za HTSC kutoka kwa nafaka za ukubwa maalum, tulitumia mbinu za usanisi wa awamu dhabiti na ukandamizaji kavu ulioelezewa hapo juu katika utengenezaji wa squidi za HTSC za aina ya Zimmermann. DP iliundwa katika pellet ya HTSC kati ya mashimo mawili wakati wa kuunda na kuchemka kwa kauri mnene ya maandishi ya HTSC yenye msongamano wa 5.7-6.0 g/cm3 na saizi za nafaka katika muundo wa ndege wa 10.20 μm. Kisha, kwa uandishi wa kiufundi chini ya udhibiti chini ya darubini ya macho na matibabu ya joto yaliyofuata katika mtiririko wa oksijeni, unene wa DP uliohitajika wa ~ 10 μm ulipatikana. Unyeti wa SQUID kwa uga wa sumaku wa nje ulifikia 1.2 µV/Fo. Kwa hivyo, kulingana na matokeo ya kazi, hitimisho zifuatazo zilitolewa: 1. Chini ya hali ya asili, SHS ya malipo mengi ya utunzi 1-2-3 na kompakt haileti uundaji wa awamu ya HTSC, ambayo usanisi wake unahitaji uwekaji wa ziada wa anneal katika 950°C. 2. Kuanzishwa kwa SHS katika hewa na pigo la umeme kutoka kwa uso wa compacts ya jiometri iliyojifunza huzingatiwa tu kwa malipo na UDP Cu; matumizi ya shaba iliyotawanywa kwa kiasi kikubwa katika kesi hii haitoi athari muhimu ya joto ya mmenyuko. 3. Kwa ajili ya malezi ya awamu ya HTSC kwa njia ya SHS, vitendanishi vya daraja si mbaya zaidi kuliko "daraja la uchambuzi" vinatakiwa (kimsingi, kioksidishaji cha BaO2). 4. Katika safu iliyosomwa ya vipimo vya kijiometri, kipengele cha fomu bora zaidi kwa SHS HTSC ni kipengee cha fomu Нр/Вр=3/\4, shinikizo la kushinikiza >150 MPa. Chini ya hali hizi, msongamano wa kauri ulifikia 4.6 g/cm3, maudhui ya awamu ya HTSC yalikuwa 54%, T= 86 K, AT= 5 K. 5. Ukandamizaji kavu chini ya hatua ya ultrasound ni mzuri kwa mchanganyiko wa HTSC uliotawanywa na amplitude ya oscillations ya matrix AUZV = 10 na 15 μm, wakati athari za quasi-resonance ya bahati mbaya ya amplitude ya oscillation na chembe au agglomerate. saizi zinaonyeshwa. 6. Uundaji wa unamu wakati wa kuchomwa kwa keramik 1-2-3 kutoka kwa UDP HTSC iliyosanisishwa huendelea vyema kwa shinikizo la uniaxial kavu kubwa zaidi ya MPa 300, muda wa kushikilia kwa wakati huu. mzigo kwa zaidi ya saa 10 na joto la sintering la 950...975 °C. 7. Teknolojia ya usanisi wa awamu dhabiti ya UDP HTSC na ukandamizaji mkavu ni mzuri kwa kuweka kauri zenye maandishi mnene za HTSC zenye vigezo muhimu vya juu na kutengeneza bidhaa za HTSC kutoka kwayo: ngao za uwanja wa sumakuumeme, resonators na SQUID. Kazi kuhusu uchanganuzi wa hali ya mgandamizo wa ultrasonic iliungwa mkono na Wakfu wa Kirusi wa Utafiti wa Msingi, ruzuku 01-03-32360. BIBLIOGRAFIA 1. Tretyakov Yu.D., Gudilin E.A. Kanuni za kemikali za kupata superconductors za oksidi za chuma // Uspekhi khimii. - 2000. - T. 69. - No. 1. - S. 3-40. 2. Didenko A.N., Pokholkov Yu.P., Khasanov O.L. Utumiaji wa poda zenye ubora wa hali ya juu katika usanisi wa keramik za U-Ba-Cu-O za superconducting // Fizikia na teknolojia ya vifaa vya upitishaji joto vya juu. - M.: Nauka, 1989. - S. 133-134. 3. Pokholkov Yu.P., Khasanov O.L. Usanifu na utafiti wa sifa za kauri za HTSC zenye muundo wa juu-wiani kulingana na poda za hali ya juu // Katika: Superconductivity ya hali ya juu ya joto. - Tomsk: Baraza la Sayansi la RNTP RSFSR "VTSP". - 1990. - S. 28-34. 4. Pat. 1829811 RF. MKI H01b 39/14. Njia ya kutengeneza poda ya monophase iliyotawanywa sana ya superconductor ya hali ya juu ya joto UBa2Cu3O7-x / O.L. Khasanov, G.F. Ivanov, Yu.P. Pokholkov, G.G. Saveliev. Kuanzia tarehe 03/23/94. 5. Pokholkov Yu.P., Khasanov O.L., Sokolov V.M. et al.. Makala ya teknolojia ya ultrafine kwa ajili ya utengenezaji wa keramik ya juu-joto superconducting // Elektrotekhnika. - 1996. - Nambari 11. - S. 21-25. 6. Merzhanov A.G., Peresada A.G., Nersisyan M.D. et al. // Barua za JETP. - 1988. - T. 8. - Toleo. 11. - S. 604-605. 7. Khasanov O.L., Sokolov V.M., Pokholkov Yu.P. et al.Ukandamizaji wa ultrasonic wa UBa2Cu3O7-x uliotawanywa sana wa unga// Sayansi ya vifaa vya superconductors za joto la juu: proc. ripoti II Kimataifa. conf. - Kharkov: Taasisi ya Fuwele Moja ya Chuo cha Taifa cha Sayansi ya Ukraine, 1995. - S. 149. 8. Khasanov O.L., Sokolov V.M., Dvilis E.S. et al. Teknolojia ya utengenezaji wa ultrasonic ya nanoceramics ya miundo na kazi // Perspektivnye materialy. - 2002. - Nambari 1. - S. 76-83. 9. Pokholkov Yu.P., Khasanov O.L., Roitman M.S. na wengine Maendeleo ya teknolojia ya utengenezaji wa ngisi wa kauri za HTSC na sumaku ya msingi kulingana na hizo // Ubadilishaji katika vifaa: Kesi. ripoti kisayansi na kiufundi semina. - Tomsk: TPU, 1994. - S. 32. UDC 621.039.33:541.183.12 Kutenganishwa kwa Isotopu na Ioni zenye Sifa Zinazofanana katika Mchakato wa Ubadilishanaji na Ubadilishaji wa Awamu ya Electrochemical. A.P. Vergun, I.A. Tikhomirov, L.I. Dorofeeva Barua pepe ya Chuo Kikuu cha Tomsk Polytechnic: [barua pepe imelindwa] Matokeo ya masomo ya kinadharia na majaribio juu ya utengano wa kubadilishana wa isotopu na ioni huwasilishwa. Ubadilishaji wa mtiririko wa awamu katika mfumo wa kubadilishana unafanywa wakati wa uingizwaji wa electromigration ya fomu za isotopiki na ionic katika mchakato wa electrodialysis. Kufanya ubadilishanaji tata wa kinadharia na wa ziada wa isotopiki ni lengo la kusoma masomo lakini-majaribio ya michakato ya njia bora za kutenganisha isotopu, utengano wa maendeleo una teknolojia mpya muhimu za kisayansi na za vitendo za kutenganisha isotopu na umuhimu wa ionic, kwa sababu ya mahitaji yenye mali sawa. sekta ya nyuklia. Utafiti katika uwanja
Lakini kuna aina nyingine ya superconductivity, kiasi kidogo kueleweka. Inajumuisha baadhi ya vitu vya kauri vilivyogunduliwa katika miaka ya 1980 ambavyo vinakuwa bora zaidi kwenye joto la chini kama -110 digrii Celsius. Hakuna mtu anayeelewa jinsi wanavyofanya kazi, lakini utafiti mwingi katika jamii ya uboreshaji unazingatia nyenzo hizi za kigeni.
