Юный техник 1971-09, страница 35
шесть лет выясняется, что некоторые сплавы ниобия сохраняют сверхпроводимость в полях величиной до нескольких десятков теслы! Такие поля с помощью обычных железных электромагнитов получить уже невозможно. Так, спустя 50 лет после того, как была открыта сверхпроводимость, наконец определились пути ее практического применения. Сегодня проволока для сверхпроводящих соленоидов выпускается промышленностью многих стран мира, и сверхпроводящие соленоиды стали обычной принадлежностью многих физических лабораторий. А сверхпроводящие магниты сейчас планируют использовать в МГД-генераторах и в установках, предназначенных для термоядерного синтеза. Но промышленного переворота тем не менее не произошло, потому что наивысшая температура перехода в сверхпроводящее состояние равна всего 21° К. ...Электрическое сопротивление возникает от того, что при течении тока электроны, сталкиваясь с различными препятствиями на своем пути, теряют скорость и выбиваются из общего потока. Хотя приложенная к проводнику разность потенциалов и заставляет их всех в конце концов двигаться в одном направлении, происходит это движение очень неупорядоченно. Любой электрон в любой момент времени может остановиться или даже полететь назад, в то время как его соседи продвинутся вперед. В середине 30-х годов стало понятно, что в сверхпроводнике происходит что-то такое, что мешает электронам двигаться столь независимо друг от друга. В сверхпроводящем состоянии движение всех электронов оказывается единым: невозможно выбить из общего потока один или несколько электронов. Согласованность электронных движений долго не удавалось понять. Только в 1957 году появилась теория сверхпроводимости, созданная американскими физиками Бардином, Купером и Шриффером и советским академиком Боголюбовым. Оказалось, что сверхпроводящее состояние возникает потому, что в металлах между электронами действуют небольшие силы... притяжения. Конечно, закон Кулона не отменяется, и два электрона продолжают отталкивать друг друга. Но кроме этого отталкивания, в металле возникают еще и силы притяжения. Электрон в металле — это не электрон в пустоте, он окружен со всех сторон тяжелыми ионами, образующими кристаллическую решетку. Пролетая через какой-то участок металла, электрон притягивает к себе окружающие его ионы и тем самым пытается несколько сместить их. Когда на это место через небольшое время попада ет другой электрон, он «видит» перед собой возмущенные первым электроном ионы и тем самым как бы «ощущает» его присутствие. Косвенное взаимодействие между электронами передается через смещение ионов и приводит к возникновению силы притяжения. В некоторых металлах притяжение между электронами «перевешивает» кулонов-ское отталкивание. В них устанавливается порядок в электронных движениях. Беспорядочное тепловое движение будет со своей стороны стремиться этот порядок уничтожить, и переход металла в сверхпроводящее состояние определяется тем, кто кого «переборет». Ясно, что при понижении температуры влияние теплового движения будет уменьшаться, и металл рано или поздно должен -непременно перейти в сверхпроводящее состояние. В тех же металлах, где притяжение между электронами меньше, чем кулонов-ское отталкивание, сверхпроводящий переход в принципе невозможен. По иронии судьбы самые что ни на есть хорошие металлы: медь, серебро, золото, а также все щелочные металлы не являются сверхпроводниками. Теория сверхпроводимости дает оценку максимальной температуры перехода, которая Ъюжет быть у обычных металлов и сплавов: 30—40° К, по-видимому, никак не выше. Так что же, неужели мы так и не сможем строить электрические машины со сверхпроводящими обмотками? Неужели замечательное явление — сверхпроводимость — так и останется навсегда экзотическим низкотемпературным феноменом? В 1964 году американец Литтл высказывает идею, которая производит впечатление разорвавшейся бомбы. Оказывается, природу можно исправить. По крайней мере, в принципе... То, что температуры перехода в сверхпроводящее состояние обычных металлов и сплавов малы — результат слабости сил притяжения, возникающих между электронами. Эти силы вызваны тем, что электроны взаимодействуют с ионами и смещают их из положения равновесия.
СПЛАВ -т-М <2е -MN -Ш СПЛАВ -т-М <2е -MN -Ш Проводящая линейная цепочка атомов / I I I I Sn Боковые легко поляри I зующиеся группы атомов 33 |
