Техника - молодёжи 1945-06, страница 24

Внешний вид электромагнитов, создающих магнитное поле в установках для исследования сверхпроводимости.

Это ли еще не доказательство того, что в сверхпроводнике нет никаких следов сопротивления току? Но физикам было все мало. Они хотели мерить еще точнее, делать опыт еще тоньше, еще замысловатее... И это им удалось. В 1936 году чувствительность измерений была увеличена еще в 1 ООО раз. И опять — ни малейших следов сопротивления!

Теперь уже несомненно, что дальнейшая погоня за точностью бессмысленна и не приведен щЩ к чему. Не только эти блестящие результаты искусных физических опытов, но и другие свойства сверхпроводников, о которых речь впереди, убеждают нас в том, что электроны в сверхпроводящем металле действительно движутся без всяких задержек. Это новое состояние металла, новое качество, наступающее в известный момент охлаждения и вновь исчезающее при температуре выше критической.

Уже более тридцати лет ведутся исследования сверхпроводимости/ подмечаются новые свойства, открываются новые физические явления. Выяснилось, что 17 металлов — окаю четверти всех существующих — обладают способностью к сверхпроводимости. И все же остается неясным и по сей день, чем объясняется это удивительное превращение. Много было сделано за это время * попыток об ьяснить сущность явления, немало было высказано гипотез. Одни из них были похоронены сразу же после их рождения, другие были приговорены к изгнанию из науки самым суровым судьей всякой теории—опытом. Мы не будем следовать во всех подробностях за историей этих попыток или детально описывать многочисленные лабораторные опыты. Не раз бывало, что ученые ошибались, * не могли сразу правильно истолковать то, что показывали их приборы, или принимали побочное, несущественное за главное. Не следует думать, будто наука развивается гладко, без уклонений в стороны, без столкновений противоречивых мнений. Борьба за истину— тяжелая борьба. В одной статье не рассказать о всех подробностях этой борьбы. Ограничимся поэтому только тем, что считается сейчас уже бесспорно ясным и окончательно установленным.

ЕЩЕ НЕСКОЛЬКС) НЕОЖИДАННЫХ СВОЙСТВ

Вещество с такими странными свойствами, как у сверхпроводника, никогда и не снилось, вероятно, авторам научной фантастики. Иметь провод, способный передавать электрический ток без сопротивления, разве это не заманчивая перспектива?

Забудем на минуту, что все эти чудеса начинаются только при 270 градусах ниже нуля. Представим себе электрическую линию из сверхпроводящих проводов. Какая экономия электроэнергии! В таких проводах ничего не истратится по дороге на преодоление сопротивления, и до потребителя дойдет полная мощность электростанции.

Эта фантастическая картина уже не раз волновала воображение изобретателей, плохо знакомых с физикой. Они и на самом деле забывали, что подобную «выгодную» электролинию нужно все время охлаждать почти до абсолютного нуля.' Правда, мы видели, что такое охлаждение вполне возможно с помощью жидкого гелия, но простой расчет может показать, что это совершенно невыгодное предприятие. Гелий — дорогой и редкий газ, и в тех лабораториях, где им пользуются, его тщательно берегут.

Но не только один экономический подсчет останавливает полет изобретательской мысли. Уже при первых опытах с пропусканием тока через сверхпроводники был обнаружен неожиданный факт. Оказалось, что, как только ток достигал некоторой величины, сверхпроводимость внезапно исчезала, металл становился снова самым обычным, нормальным металлом?. Это было глубокое разочарование! В некоторых опыгах даже сравнительно небольшой ток без остатка разрушал сверхпроводимость. Необычные свойства металла исчезали, как сон, не оставив после себя никакого следа.

Это досадное обстоятельство для техники. Но для понимания загадки сверхпроводимости оно оказалось очень полезным. Стараясь понять причину разрушающего действия тока на сверхпроводимость, ученые сделали несколько крайне интересных открытий. Выяснилось, что не только электрические, но и магнитные свойства металлов в сверхпроводящем состоянии весьма отличаются от обычных. Посмотрим, в чем это отличие.

Уже в глубокой древности было известно, что магнит оказывает действие на расстоянии — притягивает железо. Говоря языком современной физики, это значит, что ©округ магнита существует магнитное поле. Кусочек железа в таком магнитном поле намагничивается и начинает двигаться по «силовым линиям» поля к его причине — магниту.

Также очень давно стало известно, что и весь земной шар — как бы огромный магнит, и вокруг него тоже существует магнитное поле. Вот почему магнитная стрелка всегда показывает одним концом на север, другим на юг. Она устанавливается по силовым линиям магнитного поля Земли. Без нее невозможно было бы развитие мореплавания. Она — незаменимый путеводитель по бескрайным морским и океанским просторам.

Магнитная стрелка, столь необходимая путешественникам, оказала однажды незаменимую услугу науке, когда датский физик Эрстед как-то раз поместил ее возле провода с электрическим током. Стрелка повернулась и перестала указывать точно на север. Это было 125 лет назад, и так люди узнали, что магнитное поле существует не только возле магнита, но и вокруг всякого проводника, несущего

электрический ток, Именно это, как мы видели, позволило Кз мерлшг-'Оннесу так эффективно наблюдать незатухающий ток в сверхпроводящей катушке.

Магнитное поле свободно проникает ©о все металлы. От этого одни из них, как железо, кобальт и никель, сильно намагничиваются, —;другими словами, превращаются сами в магниты. Остальные металлы намагничиваются крайне слабо. Можно сказать, что, проникая в них, магнитное поле вовсе «не замечает» их присутствия.

Но совсем; не так ведут себя металлы в магнитном поле, когда они переходят в сверхпроводящее состояние. JB 1932 году было открыто, что, •кроме потери сопротивления, сверхпроводящий металл обладает еще одним, неожиданным свойством: магнитное поле может проникнуть в него только на ничтожную глубину в одну стотысячную долю сантиметра! Дальше этой «глубины проникновения» магнитное поле в сверхпроводниках не проникает, там полное отсутствие поля, магнитная «пустота». Сверхпроводящий оловянный шар, помещенный в поле, начисто «вы-талкивает» его, из себя, и силовые линии поля обтекают шар, словно струи воды. Ничего подобного нет в обычном металле.

Заставить магнитное поле проникнуть в сверхпроводящий металл можно лишь в том случае, если достаточно увеличить величину поля. Оказывается, что, когда магнитное поле достигает определенной «критической» величины, оно все же проникает в сверхпроводник. И не только проникнет, но и разрушит при этом- все его удивительные свойства, сделает его снова нормальным металлом с обычным сопротивлением.

Эти критические поля, разрушающие сверхпроводимость, невелики. Если металл только что перешел в сверхпроводящее состояние и не сильно еще охлажден, то достаточно очень слабого поля, чтобы снова сделать его нормальным. Чтобы разрушить сверхпроводимость и при более низких температурах, требуется" тоже сравнительно небольшое магнитное поле.

Теперь ясно, почему физикам не удавалось передавать по сверхпроводящим проводам электрический ток любой силы» Мы видели, что вокруг всякого тока обязательно есть магнитное поле. Оно тем больше, чем сильнее ток. Вот почему через сверхпроводник можно пропускать только такой ток, магнит-(ное ноле которого меньше критического. Если же это не так, то электрический ток разрушит сверхпроводимость своим собственным магнитным полем.

ПЛАСТИНКА ТОЛЩИНОЙ В НЕСКОЛЬКО АТОМОВ

Очень важно знать, разумеется, чем можно повлиять на это особое состояние металла, когда электроны вдруг начинают двигаться между атомами без всяких препятствий. Какие силы могут вернуть таким электронам их обычные

Оловянный шарик, помещенный на дне гелиевого дюара. При сильном о х лаждении олово переходит в сверхпроводящее состояние.

22