CC BY
0
Секция «Техническая эксплуатация электросистем и авионики»
УДК 629.7.06
ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ СВЕРПРОВОДНИКОВ
В АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
Н. С. Писарев Научный руководитель - Е. А. Ачкасова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: vivare@mail.ru
Физиков конца XIX века очень интересовало, как ведет себя электропроводность металлов при сверхнизких температурах. На этот счет существовали разные теории, но применимость их вблизи абсолютного нуля выглядела сомнительной. В начале XX-го века Камерлинг-Оннес вместе с Корнелисом Дорсманом и Гиллесом Холстом экспериментально подтвердили зависимость электропроводимости некоторых веществ от температур. Однако, подлинный прорыв в этой области произошел в 1960-х, когда были выявлены вещества, которые становятся сверхпроводниками при значительно более высоких температурах.
Ключевые слова: проводники, сверхпроводники, авиация, электроэнергия.
PROSPECTS FOR THE USE OF MODERN SUPERCONDUCTORS IN THE AVIATION INDUSTRY
N. S. Pisarev Scientific Supervisor - E. A. Achkasova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: vivare@mail.ru
Physicists of the late nineteenth century were very interested in how the electrical conductivity of metals behaves at ultra-low temperatures. There were various theories on this point, but their applicability near absolute zero seemed doubtful. At the beginning of the XX century, kamerlingh-Onnes, along with Cornelis Dorsman and Giles Holst, experimentally confirmed the dependence of the electrical conductivity of certain substances on temperatures. However, a real breakthrough in this field occurred in the 1960s, when substances that become superconductors at significantly higher temperatures were identified.
Keywords: conductors, superconductors, aviation, electric power.
Введение. Сверхпроводники — это материалы, электрическое сопротивление которых понижается до нуля при достижении определенной минусовой температуры (чаще всего — в несколько градусов выше абсолютного нуля). При этом материал переходит в сверхпроводящее состояние, приобретая определенные интересные свойства: например, могут «парить» в буквальном смысле, удерживаемые магнитным полем. Требование наличия сверхнизких температур накладывает ряд ограничений на техническую эксплуатацию сверхпроводников в различных сверах, поэтому особенный интерес для физиков представляют сверхпроводники, способные работать при комнатных температурах.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 2
Летом 2019 года исследовательской группе Гарольда Хуанга из Стэнфорда удалось продемонстрировать высокотемпературную сверхпроводимость никелатов.
Однако после некоторого первоначального энтузиазма в последние месяцы стало очевидно, что никелевые сверхпроводники сложнее производить, чем первоначально предполагалось. Другие исследовательские группы сообщили, что их никелаты не обладают сверхпроводящими свойствами. Это очевидное противоречие было разъяснено в последующих исследованиях.
Молекулярная структура никелатов
Физики проанализировали никелаты с помощью суперкомпьютеров и обнаружили, что они чрезвычайно восприимчивы к воздействию водорода в материале. При синтезе некоторых никелатов могут быть включены атомы водорода, что полностью меняет электронные свойства материала. Однако этого не происходит со всеми никелатами. Расчеты показывают, что для большинства из них энергетически выгоднее включать водород, но не для никелатов из Стэнфорда. Даже небольшие изменения в условиях синтеза могут иметь значение. При этом сингапурские ученые сообщили, что им также удалось произвести сверхпроводящие никелаты. Исследователи разрабатывали и использовали новые компьютерные методы расчета для понимания и прогнозирования свойств никелатов. Поскольку большое количество квантово-физических частиц всегда играет роль в одно и то же время, вычисления чрезвычайно сложны, но, комбинируя различные методы, можно оценить критическую температуру, до которой различные материалы являются сверхпроводящими. Так ученые смогли рассчитать допустимый диапазон концентрации стронция, для которого никелаты являются сверхпроводящими, и теперь этот прогноз подтвердился в эксперименте.
Результаты данных исследований говорят о потенциальной возможности внедрения перспективной технологии в авиационную отрасль учитывая специфику данной области. Сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, позволят получать все преимущества сверхпроводимости без создания особых низкотемпературных условий.
Библиографические ссылки
1. Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам. - М.: Издательский центр «Академия», 2005 г.
2. Черноплеков H.A. Сверхпроводниковые технологии: современное состояние и перспективы практического применения // Вестник РАН. —2001. — № 4
3. Квасников И.А. Введение в теорию электропроводности и сверхпроводимости. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010.
© Писарев Н. С., 2020
