Жоғарғы өткізгіш және жоғарғы өткізгіш материалдар

Сурет 7.23. Температураның əсері 
электр кедергісі бөлімі материалдар 
екінші текті аса жоғарғы өткізгішке жатқызады. 
Магнит өрісінің кернеуі, жоғарғы 
өткізгіштік көлемінде температурада 
өте төмен яғни нөлге тең болады. 
Сыртқы магнитті өрісте магниттеу 
кезінде магнитті өріске қарсы бағытта 
металл диамагнетикті материалға айналады. Сондықтан 
жоғарғы өткізгіштік 
материалға ауысқанда сыртқы магнит 
өрісінің жағдайы оның көлемін жəне тек 
үстіндегі жұқа қабатындағы қабатының 
қалыңдығын шамамен 10-5 мм итереді.
Бұл құбылыс Мейснер əсері деп аталады. 
Жоғарғы температураға дейін материалды қыздыру кезінде өте жоғарғы өткізгіштігі сынуы 
мүмкін, сондай-ақ қортынды əсерінен күшті сыртқы магнит өрісінің кернеулігі 
Н
КР
сыни мəні 
асады. Сыни магнит өрісі сияқты сыни температура негізгі сипаттамасы жоғарғы өткізгішті 
материал болып табылады. Температураны жоғарлатқан кезде 
Т
КР
немесе 
Н
Щ
секіргішті электр 
кедергісін қалпына келтіреді, магнит өрісі металлға енеді 
Басты құндылықтарының бірі өте жоғарғы өткізгіштігі жоғары тоқтың тығыздығы 
мүмкіндігі болып табылады. Жоғары ток тығыздығы болған сайын, аспаптар шағын болғаны 
дұрыс жəне қымбат жоғарғы өткізгішті материалдардың салмағы аз жəне шығыны да аз болады. 
Тоқтың тығыздығы жоғары болған сайын күрделі жəне пайдалану шығындарын қондырғыларды 
төмендетуге мүмкіндік береді. 
Барлық таза металдардан өте жоғарғы өткізгішті жағдайға өтуге қабілетті, ең жоғарғы 
критикалық температурасына ниобий (Ткр = 9,2) көше алады. Алайда, ниобийге тəн төмен мəні 
сыни магнит өрісі (0,24 Тл), бұл үшін оны кеңінен қолдану жеткіліксіз. Жақсы үйлесімімен сыни 
параметрлерін Ткр жəне 
В
КР
қорытпалар мен интерметалдық қосылыстардан ниобий цирконимен, 
титанмен, қалайы жəне германием ерекшеленеді. 
Ең көп тараған жоғарғы өткізгішті материалдарға қорытпасы ниобий (негізі) 46,5 % 
титан (массасы бойынша) жатады. Бұл қоспа жоғары технологиясымен ерекшеленеді, одан 
қарапайым əдістермен балқыту, қысыммен өңдеу жəне термиялық өңдеу тағы дайындайтын сым, 
кабельдер, шиналар жасауға болады. Интерметаллид жоғары сыни параметрлерін ие болғанымен 
өте нəзік сондықтан өлшемді сымдар дəстүрлі əдістермен металлургиялық технологиялармен 
дайындау қиынға соғады.
297 

Жоғарғы өткізгішті кабельді дайындау кезінде кесекті мысты егеп көптеген тесіктер 
жасап олардың өзектеріне қорытпасынан Nb — Ti жіңішке стерженді енгізеді. Кесекті жұқа 
сым етіп тартады, содан соң жаңадан оны кесектерге тіледі, оларды қайтадан жаңа қырлы 
кесекке енгізеді. Бірнеше рет осы операцияны қайталап үлкен санды жоғарғы өткізгішті 
кабельді алады да одан электромагниті катушкалар жасайды. 
Егер қандай да бір үйде жоғарғы өткізгішті жоғары электр жəне жылу өткізгіштігі 
кездейсоқ бұзса мыс матрица термиялық тұрақтандыруға жоғарғы өткізгіштін жүзеге асыруға 
мүмкіндік береді. 
Дайындаудың қарапайымдылығы, электрлық жəне механикалық қасиеттері қолайлы 
комбинациясы жəне салыстырмалы төмен құны бойынша жоғарғы өткізгішті негізінде 
ұсынылды, ал қатты сұйықтық Nb — Тів негізгі материалдар ретінде Дрк = 8 Тл кезінде Ткр = 
4,2 К ұсынылды. Неғұрлым күшті өрістер кезінде ток тығыздығы айтарлықтай құлайды 
сонымен қатар интерметаллидты үлгідегі бірігуді Nb
3
Sn орынды пайдалану. 
1980-ші жылдардың Соңында жоғары температуралық жоғарғы өткізгішті керамикалық 
материалдар ашылған. 
1986 ж. швейцария физиктары Дж. Беднорц пен А. Мюллер бірінші рет жоғарғы 
өткізгішті керамикалық оксидтердің жүйесіндегі үлгілерін алды La—Ba—Cu — Ос жоғарғы 
өткізгішті жағдайы температурасына көшуі Ткр = 35 К. Бұл ашылу үшін жоғары 
температуралық жəне жоғарғы өткізгішті 1987 ж зерттеудің басын құраған сонымен қатар 
физика бойынша Нобель премиясымен марапатталды. 
Кейінірек иттриевті керамика жүйесі Y— Ba—Cu 
— Ов Қытай, АҚШ, Жапония жəне Ресей жоғарғы 
өткізгішті температурасына қол жеткізілді Ткр ~ 90 К, 
арзан жəне сұйық азот ретінде хладагентті пайдалануға 
береді. 
Ең маңызды облыстарымен жоғарғы өткізгішті 
күшті магниттік өрістер құру, алу жəне электр 
энергиясын беру болып табылады. 
Жоғарғы өткізгіштің бірі соленоид материалы 
сымсыз жұмыс істей алады өйткені онда бір рет барған 
тоқ өшпейді. Соленоидты ұстау жоғарғы өткізгішті 
жағдайда үлкен энергетикалық шығындарды талап 
етпейді. 
Сурет 7.24. Көлденең қимасы көп 
талшықты 
шамадан 
тыс 
жүргізетін 
композиттің 
361 
өзектері қорытпасынан ниобий — 
титан мыс матрицасынан тұрады
298 

Нөлдік кедергісі кезінде жылы бұрудың проблемасы оңай шешіледі. Сонымен қатар, жоғарғы 
өткізгішті магниттер əлдеқайда кəдімгі шағын ошақтың болғаны дұрыс. Әрбір килограмм 
салмағына жоғарғы өткізгішті магнит өрісі, баламалы күші өрісінің жиырма тонналық 
электромагниттен бастап ортақ темір магнит жасайды. 
Жоғарғы өткізгішті магниттер үшін зерттеулер саласындағы жоғары энергия физикасы 
құру үшін пайдаланады, қуатты магнит сақиналы оқтаулы бөлшектер мен жүйелердің 
қозғалысын басқару бөлшектердің істен шығарғанда беріледі. 
Термоядролық энергетика мəселелері қуатты жоғарғы өткізгішті магниттерді қолданбай 
шешілуі мүмкін емес. Термоядролық басқарылатын синтез ядроларын жүзеге асыру үшін 
гелий ядролардың бірі дейтерий жəне тритияны реакциалық кеңістікте ыстық тритий-
дейтерлі плазманы, 108...109 °С температурада қыздыру кезінде ұстап тұру қажет. Тек қана 
жоғарғы өткізгішті магниттер өрістің қуаттылығын құруға ие. Неғұрлым жоғарғы 
термоядерлік реакторлармен құру мынадай түрі "Токамак" болып табылады, зерттеушілер əр 
түрлі елдерде қарқынды əзірленеді, оның ішінде Ресей, АҚШ, Жапонияды шығарады. 
Болашақта үлкен қуатты энергия нақты жоғарғы өткізгішті жердегі кабель желілері 
көмегімен беруді жүзеге асыруға болады. Есептеулер көрсеткендей АҚШ-та өндірілетін 
электр станциялары бойынша жоғарғы өткізгішті кабель қалыңдығы барлық шекті қуатты 
өткізуге болады. Техникалық-экономикалық талдау кезінде, бұл энергия беру кезінде үлкен 
қуатты (шамамен 3.4 ГВ • А) арқасында аз меншікті материалды ыдыстар жəне ені аз тас 
жолының жоғарғы өткізгішті кабель 2 — 3 есе арзан болып қалыпты. Сонымен қатар, үлкен 
өткізу қабілеті бар жəне аз шығындармен сипатталады. 
Қағидаттық конструкциялары жоғарғы өткізгішті кабельдерді тұрақты жəне айнымалы 
тоқ бір-бірінен ерекшеленеді (7.25 сурет). Жоғарғы өткізгішті кабелі бар түрінде бірқатар көп 
қабатты құбырлар олардың арасындағы вакуумды оқшауланған көлденең қимасына ие. Ішкі 
құбырлар қабатымен жабылған жоғарғы өткізгішті материалдың қалыңдығы 0,3 мм-ден жəне 
сұйық гелмен толтырылған. Жоғарғы өткізгішті ретінде ниобий қорытпасы титанмен немесе 
цирконием пайдаланылуы мүмкін. Кабельдер осындай құрылымдар арасында Ресей, АҚШ 
жəне Жапония өндірістік сынақтан өтті. 
Жоғарғы өткізгішті запастағы электр энергиясын бере отырып, сондай-ақ оның ең 
жоғарғы жүктемесі проблеманы шешуге мүмкіндік береді. Индуктивті жинақтауыш 
энергиясы тороидалды криостат диаметрі бірнеше метрге, орамдары іс жүзінде шығынсыз 
айналымда жүретін токты білдіреді. 
Кəдімгі темір жол поезд, болат рельспен қозғалысы бойынша, принциптік шегі 
жылдамдығы 350 км/сағ болады. 
299 

Сурет 7.25. Қимасы жоғарғы өткізгішті кабельдерді үш фазалы ток, 
коаксильді буымен өткізгіштер (а) жəне тұрақты ток концентрттылық жолсеріктерінің орналасу (б) 
схемасы: 
1 — вакуумды кеңістік; 2 —сұйық азот үшін арналар; 3 — термо- 
статтық оқшаулау; 4 —сұйық гелий үшін арналар; 5 — жоғарғы өткізгішті; 
6 — электрлі оқшаулау 
Оның сенімді ілінісу доңғалақтардың рельстермен асқан бұзылуы аэродинамикалық 
күші күрт өседі жəне тоқты шешу кедергісі пайда болады немесе қалыпты жұмысты тежейтін 
жүйесін түйіспелік сым қарсыласудың салдарынан тым үлкен тербелісін тудырмайды. 
Жоғарғы өткізгішті құруға поездардың доңғалақтары жоқ магнитті алқасымен жасауға 
мүмкіндік беретін жəне поезд магниттік жастықта (7.26 сурет). 
Рис. 7.26. Эскиз магнитоплана: 

жүктеу/скачать 8,95 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: