Сверхпроводимость. Криопроводники

1.

Сверхпроводимость
Сверхпроводимостью называется резкое (скачкообразное)
уменьшение сопротивление до нуля при определенной
температуре
сверхпроводник
чистый металл
0
T
Тс
r
A
R
r R
1

2.

Сверхпроводимость
Сверхпроводимостью называется резкое (скачкообразное)
уменьшение сопротивление до нуля при определенной
температуре
сверхпроводник
с 10-25 Ом м
чистый металл
0
R t
I I 0 exp
L
T
Тс
r
I0
A
R
t 105 лет
r R
2

3.

Сверхпроводимость
200
T, K
150
He
4,2
H2
20
Ne
27
N2
77
ВТСП
YBa2Cu2O7
50
Hg
1900
Nb3Ge
Nb
Nb3Sn
1940
1980
ВТСП
Температура сверхпроводимости
азот
0
Tкип, К
самая низкая температура на
Земле (-88 С)
100
гелий
Вещество
год
Мат-ал
Тс,К
Материал
Al
1,2
Nb3Ge
23,4
Hg
4,2
Bi2Sr2Ca2Cu3O10
110
Mo
0,9
Tl2Ba2Ca2Cu2O8
125
Nb
9,2
HgBa2Ca2Cu3O8
135
Высокотемпературная сверхпроводимость наблюдается при Т > 77 К
Тс , К
3

4.

Сверхпроводимость
Обычный
Сверхпроводник
Для перехода в сверхпроводящее состояние
значения температуры, напряженности
магнитного поля и плотности тока не
должны превышать критические значения
Т >Tc
Н
Т <Tc
Эффект Мейсснера –
сверхпроводник выталкивается из
магнитного поля
Нс
сверхпроводящее
состояние
Ic
Тс
магнит
Т
жидкий азот
сверхпроводник
4

5.

Сверхпроводимость
Допустимые длительные токи для медных проводов с резиновой
или ПВХ изоляцией
Сечение жилы,
мм2
Открытая проводка,
А
Плотность тока,
А мм-2
1
17
17
2,5
6
30
50
12
8,3
10
80
8
50
215
4,3
Для сверхпроводников критическая плотность тока может достигать
jc 5 105 A мм 2
5

6.

Сверхпроводимость
Промышленный образец ленты
ВТСП- кабель
Применение сверхпроводников:
• передача энергии без потерь
• сверхмощные магнитные поля
• поезда на магнитной подушке
• ограничители предельно допустимого тока
6

7.

Сверхпроводимость
Схематичная конструкция
ВТСП кабеля
1.
2.
3.
4.
5.
Жидкий азот
ВТСП-токопроводящая жила
Криостат
Оболочка
Экран
Схематичная конструкция
ВТСП ограничителя тока
При токе, превышающем критическое
значение сверхпроводник переходит в
обычное состояние с высоким
сопротивлением
7

8.

Сверхпроводимость
В технике применяются, в основном, следующие
сверхпроводники:
Соединение
T c, K
jc, А/мм2 (Тл),
при 4,2 К
Bc, Тл (T, K)
NbTi
9,5-10,5
(3-8)·102 (5)
12,5-16,5 (1,2)
Nb3Sn
18,1-18,5
(1-8)·103 (0)
24,5-28 (0)
NbN
14,5-17,8
(2-5)·105 (18)
25 (1,2)
Криопроводники – металлы, применяемые при низких температурах
При температуре жидкого гелия у алюминия ρ ≈ 2 10-6 мкОм м
При комнатной температуре
ρ ≈ 2 10-2 мкОм м
Примеры: алюминий, медь
8