Несколько слов о сверхпроводимости

Читатели, конечно, знают, что некоторые металлы и сплавы при очень низких температурах становятся сверх­проводниками, т. е. приобретают способность проводить ток без электрических потерь. Возбужденный в кольце­вом проводнике ток течет по нему неограниченно долго — до тех пор, пока проводник не будет выведен из сверх­проводящего состояния. Вместе с кольцевым током под­держивается и связанное с ним магнитное поле.

Температуры, при которых наступает сверхпроводимость, всегда очень низки — порядка нескольких Кельвинов. Кроме того, они зависят от напряжен­ности магнитного поля. Необхо­димые для поддержания сверх­проводимости температуры с увеличением поля еще более по­нижаются (рис. 44). В настоя­щее время для изготовления сверхпроводящих обмоток чаще всего используют сплав ниобия с титаном. С его помощью уда­ется получать магнитные поля до 6 Тл (напомним, что в маг­нитах с железным ярмом насы­щение наступает при 2–2,5 Тл).

clip_image002

Рис. 44. Связь. между ин­дукцией магнитного поля и температурой перехо­да в сверхпроводящее состояние для сплава NbTi.

В отличие от обычных электромагнитов в сверхпрово­дящих магнитах на поддержание магнитного поля не при­ходится тратить энергию, однако ее нужно тратить на охлаждение сверхпроводящих обмоток, которые непрерыв­но получают тепло от окружающих предметов. Поддер­живать обмотки в сверхпроводящем состоянии оказывает­ся непросто и недешево, поскольку, как уже говорилось, сверхпроводимость возникает только при очень низких температурах. При таких температурах — и при нормальном давлении — отвердевают все вещества, кроме гелия, который остается жидким. Поэтому для охлаждения маг­нитов используются трубки, по которым прокачивается жидкий гелий (иногда вместо жидкого гелия используется смесь жидкого и газообразного гелия). Очень низкие температуры часто так и называют гелиевыми.

Работа со сверхпроводящими магнитами требует осто­рожности. Представим себе, что по какой-нибудь причине небольшой участок обмотки слегка нагрелся и перешел из сверхпроводящего в нормальное состояние. На этом участке начинает выделяться джоулево тепло, которое нагревает обмотку и переводит в нормальное состояние ее соседние участки. Процесс нагрева продолжается до тех пор, пока в тепло не перейдет вся энергия магнит­ного поля. Эта энергия отнюдь не мала. Можно показать, что заключенная в магнитном поле энергия

Страница 1 of 212