2.Основные свойства криопроводников

Криопроводники, или гиперпроводники, это металлы, обла­дающие весьма низкими значениями электрического сопротив­ления при низких температурах, но выше критических темпе­ратур сверхпроводников. Это температуры жидкого водорода (20,4 К), жидкого неона (27,3 К) и жидкого азота (77,4 К), при которых электрическое сопротивление этих материалов резко уменьшается. Это объясняется резким снижением интен­сивности колебаний кристаллической решетки, что уменьшает рассеяние электронов, составляющих ток в металлических про­водниках.

Степень рассеяния электронов в этом случае будет опреде­ляться только частицами примесей, содержащихся в металли­ческом криопроводнике. Поэтому в качестве криопроводников применяют проводниковые металлы высокой химической чис­тоты. К ним относятся особо чистые медь (Си > 99,99%), алюминий (АL< 99,999%), серебро (Ag< 99,99%) и бериллий (Be < 99,95 %). Эти криопроводники применяют в отожженном (мягком) состоянии, что повышает их проводимость

Опорный конспект темы «Применение сверхпроводников и криопроводников»

1.Применение сверхпроводников

Одно из основных применений сверхпроводников — создание на их основе мощных сверхпроводящих соленоидов, которые позволяют получить магнитные поля с индукцией В≈20 Тл. Затраты энергии на охлаждение соленоида до температуры 4,2 К оказываются в 1000 раз меньшими по сравнению с

энергией, необходимой для питаний током обычного электро­магнита той же мощности.

Применение сверхпроводящих обмоток в электрических машинах и трансформаторах позволяет изготовлять их без стальных магнитопроводов и сердечников, так как индукция магнитных полей, создаваемых сверхпроводящими обмотками значительно превышает индукцию, создаваемую сердечниками из ферромагнитных материалов. Наряду с этим при наличии сверхпроводящих обмоток полностью устраняются тепловые потери. Перечисленные преимущества сверхпроводящих обмо­ток позволяют существенно уменьшить габариты и массу электрических машин и трансформаторов. Отмеченное ранее явление отталкивания двух сверхпроводников друг от друга (вследствие отталкивания их магнитных полей) позволяет соз­дать опоры без трения и, следовательно, без потерь — в электри­ческих машинах и в других механизмах.

Разработаны первые конструкции сверхпроводящих кабелей, которые позволяют в значительной степени увеличить передава­емые мощности без потерь энергии. Особенно большие работы проведены по разработке сверхпроводящих обмоточных про­водов. Последние изготовляют из сплавов типа твердых раст­воров на основе ниобия и циркония (NbZr), на основе ниобия и титана (NbTi) или применяют трехкомпонентный сплав: ниобий — титан — цирконий (NbTiZr) как наиболее технологич­ный. Эти сверхпроводящие сплавы позволяют получить про­вода диаметром 0,2 — 0,4 мм и более.

Перечисленные сверхпроводящие материалы позволяют по­лучать легко деформируемые провода. Наряду с перечислен­ными сплавами, представляющими собой твердые растворы металлов, находят также применение сплавы, представляющие собой интерметаллические соединения. Они отличаются высо­ким уровнем своих характеристик, т. е. более высокой крити­ческой температурой (18,2 — 20,2 К), большей критической индук­цией магнитного поля (24,5 Тл при 4,2 К) и большей допусти­мой плотностью тока (до 2 · 10⁶ А/см²). Из этих сплавов нашли применение: станнид ниобия (NbSn₃) и германид ванадия (V₃Ge).

Недостатком этих и других интерметаллических соединений является их хрупкость и трудность получения из них проводов. Изготовленные из этих проводов обмотки не допускают даль­нейших деформаций.

Обмоточные провода из сверхпроводящих сплавов выпуска­ются с эмаль-лаковой изоляцией на основе полиамидов, с изо­ляцией в виде монолитного слоя фторопласта, а также с изо­ляцией из нитей и пленок лавсана и других полимеров.