Публикации: Научно-популярные статьи

Принцип «где тонко, там и рвется» с успехом используется в ограничителях предельно допустимого тока, сделанных из сверхпроводящих материалов.

До сих пор пальму первенства в этом вопросе держали «ленточные» и «литые» устройства из висмут- содержащих ВТСП. Недавно, однако, на очередном рабочем семинаре EFFORT в Вене (European Forum for Processors of Large Grain (RE)BCO) была представлена идея «сверхпроводящей пены» (SuperFoam [1], Рис.1), сделанной из YBa₂Cu₃O_z, которая в будущем может стать практически идеальным материалом для ограничителей опасных токов в промышленной энергетике.

Действительно, такой материал обладает очень полезными свойствами [2]:

1. выдерживает критические токи при температуре жидкого азота, значительно выше тех, что можно ожидать для фазы Bi2212, имеющей проблемы с центрами пиннинга при таких «высоких» температурах,
2. имеет достаточно высокое электрическое сопротивление при комнатной температуре, чтобы рассеять в тепло энергию сверхкритического тока,
3. быстро переключается из и в сверхпроводящее состояние.

Последние два свойства в значительной степени усиливаются тем уникальным фактом, что пена содержит открытые поры, в которых находится хладогент, иными словами, все время есть непосредственный контакт с жидким азотом, чем компенсируется неудовлетворительная теплоемкость керамики в «объемном» виде (Рис.1).

SuperFoams – пример монодоменного материала, полученного с использованием новаторского подхода [3-5], связанного с «бинарным» химическим синтезом при пропитке заранее подготовленной преформы (Рис.2) расплавом при 950-990°С с последующей кристаллизацией системы. Этот метод позволяет практически полностью сохранить форму исходного образца и проводить процесс при температурах ниже точки перитектического распада ВТСП [2-4], конвертируя тем самым прекурсор в ВТСП- материал с близкой микроструктурой (Рис.3). Монодоменность получаемых ВТСП- изделий может быть достигнута стандартными методами – например, при использовании ориентированных соответствующим образом затравок.

Успех в получении сверхпроводящей пены – логическое продолжение исследований ВТСП – материалов с тканевой структурой, развивавшееся в г.Аахен (Германия) на протяжении последних лет [2-5]. Исследования этой группы (Dr.G.J.Schmitz) нашли достаточно широкий резонанс и защищены рядом немецких и международных патентов. Очевидно, что принципы, опробованные при получении«пены» могут быть успешно использованы и при получении других сверхпроводящих и – в общем случае – функциональных материалов в многокомпонентных системах.

Литература:

1. E.Sudhakar Reddy and G.J.Schmitz, Supercond. Sci. and Technol. 15 (2002) L21.
2. J.G. Noudem, E. S. Reddy, M. Tarka, M. Noe, E.A.Goodilin, G.J. Schmitz, Electrical performance of single-domain YBa2Cu3Oz fabrics, Physica C, 2002, v.366, n.2, pp.93-101.
3. E. S. Reddy, T. Rajasekharan, Supercond. Sci. Technol. 11 (1998) 523.
4. E. S. Reddy, J. G. Noudem, M. Tarka, and G. J. Schmitz, Supercond. Sci. Technol.,13 716 (2000).
5. E.S. Reddy, J.G.Noudem, M.Tarka, and G.J.Schmitz, J.Mater.Res., 16 (2001) 955