ຈະເປັນແນວໃດຖ້າ ... ພວກເຮົາໄດ້ຮັບ superconductors ອຸນຫະພູມສູງ? ການຜູກມັດຂອງຄວາມຫວັງ

ສາຍໄຟຟ້າທີ່ບໍ່ມີການສູນເສຍ, ວິສະວະກໍາໄຟຟ້າທີ່ມີອຸນຫະພູມຕ່ໍາ, superelectromagnets ສຸດທ້າຍຄ່ອຍໆບີບອັດຫຼາຍລ້ານອົງສາຂອງ plasma ໃນເຕົາປະຕິກອນ fusion, ລົດໄຟ maglev ທີ່ງຽບແລະໄວ. ພວກ​ເຮົາ​ມີ​ຄວາມ​ຫວັງ​ຫຼາຍ​ສໍາ​ລັບ superconductors ...

Superconductivity ລັດວັດສະດຸຂອງການຕໍ່ຕ້ານໄຟຟ້າສູນແມ່ນເອີ້ນວ່າ. ນີ້ແມ່ນບັນລຸໄດ້ໃນອຸປະກອນຈໍານວນຫນຶ່ງຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາຫຼາຍ. ລາວຄົ້ນພົບປະກົດການ quantum ນີ້ Kamerling Onnes (1) ໃນ mercury, ໃນປີ 1911. ຟີຊິກຄລາສສິກບໍ່ສາມາດຮັບມືກັບຄໍາອະທິບາຍຂອງມັນ. ນອກເຫນືອຈາກການຕໍ່ຕ້ານສູນ, ລັກສະນະທີ່ສໍາຄັນອີກອັນຫນຶ່ງຂອງ superconductors ແມ່ນ ຍູ້ສະຫນາມແມ່ເຫຼັກອອກຈາກປະລິມານຂອງມັນອັນທີ່ເອີ້ນວ່າຜົນກະທົບ Meissner (ໃນປະເພດ I superconductors) ຫຼືການສຸມໃສ່ພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກເປັນ "vortices" (ໃນປະເພດ II superconductors).

superconductors ສ່ວນໃຫຍ່ເຮັດວຽກພຽງແຕ່ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຢູ່ໃກ້ກັບສູນຢ່າງແທ້ຈິງ. ມີລາຍງານວ່າ 0 Kelvin (-273,15 °C). ການເຄື່ອນໄຫວປະລໍາມະນູ ໃນອຸນຫະພູມນີ້ເກືອບບໍ່ມີ. ນີ້ແມ່ນກຸນແຈສໍາລັບ superconductors. ຕາມປົກກະຕິ ເອເລັກໂຕຣນິກ ການເຄື່ອນຍ້າຍໃນ conductor collide ກັບປະລໍາມະນູ vibrating ອື່ນໆ, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດ ການສູນເສຍພະລັງງານແລະການຕໍ່ຕ້ານ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ພວກເຮົາຮູ້ວ່າ superconductivity ເປັນໄປໄດ້ໃນອຸນຫະພູມທີ່ສູງຂຶ້ນ. ຄ່ອຍໆ, ພວກເຮົາຄົ້ນພົບວັດສະດຸທີ່ສະແດງຜົນກະທົບນີ້ຢູ່ທີ່ລະດັບລົບຂອງເຊນຊຽດຕ່ໍາ, ແລະບໍ່ດົນມານີ້, ເຖິງແມ່ນວ່າຢູ່ໃນເຊນຊຽດບວກ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ນີ້ອີກເທື່ອຫນຶ່ງມັກຈະກ່ຽວຂ້ອງກັບການນໍາໃຊ້ຄວາມກົດດັນສູງທີ່ສຸດ. ຄວາມຝັນທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດແມ່ນການສ້າງເຕັກໂນໂລຢີນີ້ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງໂດຍບໍ່ມີຄວາມກົດດັນອັນໃຫຍ່ຫຼວງ.

ພື້ນຖານທາງກາຍະພາບສໍາລັບການເກີດໃຫມ່ຂອງລັດຂອງ superconductivity ແມ່ນ ການສ້າງຄູ່ຂອງ grabbers ໂຫຼດ - ອັນທີ່ເອີ້ນວ່າ ຮ່ວມມື. ຄູ່ດັ່ງກ່າວສາມາດເກີດຂື້ນເປັນຜົນມາຈາກການປະສົມປະສານຂອງສອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ມີພະລັງງານທີ່ຄ້າຍຄືກັນ ພະລັງງານ Fermi, i.e. ພະລັງງານຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ສຸດທີ່ພະລັງງານຂອງລະບົບ fermionic ຈະເພີ່ມຂຶ້ນຫຼັງຈາກເພີ່ມຫນຶ່ງອົງປະກອບເພີ່ມເຕີມ, ເຖິງແມ່ນວ່າໃນເວລາທີ່ພະລັງງານຂອງປະຕິສໍາພັນເຊື່ອມຕໍ່ເຂົາເຈົ້າມີຂະຫນາດນ້ອຍຫຼາຍ. ນີ້ປ່ຽນແປງຄຸນສົມບັດໄຟຟ້າຂອງວັດສະດຸ, ນັບຕັ້ງແຕ່ຜູ້ຂົນສົ່ງດຽວແມ່ນ fermions ແລະຄູ່ແມ່ນ bosons.

ຮ່ວມມື ດັ່ງນັ້ນ, ມັນເປັນລະບົບຂອງສອງ fermion (ເຊັ່ນ: ເອເລັກໂຕຣນິກ) ປະຕິສໍາພັນເຊິ່ງກັນແລະກັນໂດຍຜ່ານການສັ່ນສະເທືອນໄປເຊຍກັນ lattice ເອີ້ນວ່າ phonons. ປະກົດການດັ່ງກ່າວໄດ້ຖືກອະທິບາຍ Leona ຮ່ວມມື ໃນປີ 1956 ແລະເປັນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງທິດສະດີ BCS ຂອງ superconductivity ອຸນຫະພູມຕ່ໍາ. fermions ທີ່ປະກອບເປັນຄູ່ Cooper ມີເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງ spin (ຊຶ່ງຖືກນໍາໄປໃນທິດທາງກົງກັນຂ້າມ), ແຕ່ການ spin ຜົນໄດ້ຮັບຂອງລະບົບແມ່ນເຕັມ, i.e., ຄູ່ Cooper ເປັນ boson.

ອົງປະກອບບາງຢ່າງແມ່ນຕົວນໍາຊຸບເປີ້ໃນອຸນຫະພູມທີ່ແນ່ນອນ, ສໍາລັບການຍົກຕົວຢ່າງ, cadmium, ກົ່ວ, ອາລູມິນຽມ, iridium, platinum, ອົງປະກອບອື່ນໆເຂົ້າໄປໃນສະພາບຂອງ superconductivity ພຽງແຕ່ຄວາມກົດດັນສູງຫຼາຍ (ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ, ອົກຊີເຈນ, phosphorus, ຊູນຟູຣິກ, germanium, lithium) ຫຼືໃນ. ຮູບແບບຂອງຊັ້ນບາງໆ (tungsten, beryllium, chromium), ແລະບາງອັນຍັງບໍ່ສາມາດເປັນ superconducting, ເຊັ່ນ: ເງິນ, ທອງແດງ, ຄໍາ, ທາດອາຍຜິດອັນສູງສົ່ງ, hydrogen, ເຖິງແມ່ນວ່າຄໍາ, ເງິນແລະທອງແດງເປັນ conductors ທີ່ດີທີ່ສຸດໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ.

"ອຸນຫະພູມສູງ" ຍັງຕ້ອງການອຸນຫະພູມຕໍ່າຫຼາຍ

ໃນ​ປີ 1964 William A. ນ້ອຍ ແນະນໍາຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການມີຢູ່ຂອງ superconductivity ອຸນຫະພູມສູງໃນ ໂພລີເມີອິນຊີ. ການສະເຫນີນີ້ແມ່ນອີງໃສ່ການຈັບຄູ່ເອເລັກໂຕຣນິກ exciton-mediated, ກົງກັນຂ້າມກັບການຈັບຄູ່ phonon-mediated ໃນທິດສະດີ BCS. ຄໍາວ່າ "ຕົວນໍາຄວາມຮ້ອນສູງ" ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອອະທິບາຍເຖິງຄອບຄົວໃຫມ່ຂອງເຊລາມິກທີ່ມີໂຄງສ້າງ perovskite ທີ່ຄົ້ນພົບໂດຍ Johannes G. Bednorz ແລະ K.A. Muller ໃນປີ 1986, ເຊິ່ງພວກເຂົາໄດ້ຮັບລາງວັນ Nobel. ເຫຼົ່ານີ້ superconductors ceramic ໃຫມ່ (2) ໄດ້ມາຈາກທອງແດງແລະອົກຊີເຈນທີ່ປະສົມກັບອົງປະກອບອື່ນໆເຊັ່ນ: lanthanum, barium ແລະ bismuth.

2. ແຜ່ນເຊລາມິກທີ່ລອຍຢູ່ເຫນືອແມ່ເຫຼັກທີ່ມີປະສິດທິພາບ

ຈາກທັດສະນະຂອງພວກເຮົາ, "ອຸນຫະພູມສູງ" superconductivity ຍັງຕໍ່າຫຼາຍ. ສໍາລັບຄວາມກົດດັນປົກກະຕິ, ຂອບເຂດຈໍາກັດແມ່ນ -140 ° C, ແລະແມ້ກະທັ້ງ superconductors ດັ່ງກ່າວຖືກເອີ້ນວ່າ "ອຸນຫະພູມສູງ." ອຸນ​ຫະ​ພູມ superconductivity ຂອງ -70 ° C ສໍາ​ລັບ hydrogen sulfide ໄດ້​ບັນ​ລຸ​ໄດ້​ທີ່​ຄວາມ​ກົດ​ດັນ​ສູງ​ທີ່​ສຸດ​. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, superconductors ອຸນຫະພູມສູງຕ້ອງການໄນໂຕຣເຈນຂອງແຫຼວທີ່ມີລາຄາຖືກສໍາລັບການເຮັດຄວາມເຢັນ, ແທນທີ່ຈະເປັນ helium ຂອງແຫຼວ, ເຊິ່ງເປັນສິ່ງຈໍາເປັນ.

ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ສ່ວນຫຼາຍແມ່ນເຊລາມິກທີ່ເສື່ອມໂຊມ, ບໍ່ມີປະໂຫຍດຫຼາຍໃນການນໍາໃຊ້ລະບົບໄຟຟ້າ.

ນັກວິທະຍາສາດຍັງເຊື່ອວ່າມີທາງເລືອກທີ່ດີກວ່າລໍຖ້າການຄົ້ນພົບ, ເປັນອຸປະກອນທີ່ໂດດເດັ່ນໃຫມ່ທີ່ຈະຕອບສະຫນອງເງື່ອນໄຂເຊັ່ນ: superconductivity ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ, ລາຄາບໍ່ແພງແລະປະຕິບັດໄດ້ໃນການນໍາໃຊ້. ການຄົ້ນຄວ້າບາງຢ່າງໄດ້ສຸມໃສ່ທອງແດງ, ເປັນໄປເຊຍກັນສະລັບສັບຊ້ອນທີ່ປະກອບດ້ວຍຊັ້ນຂອງອະຕອມຂອງທອງແດງແລະອົກຊີເຈນ. ການຄົ້ນຄວ້າຍັງສືບຕໍ່ເຂົ້າໄປໃນບົດລາຍງານທີ່ຜິດປົກກະຕິແຕ່ບໍ່ສາມາດອະທິບາຍໄດ້ທາງວິທະຍາສາດວ່າ graphite ທີ່ແຊ່ນ້ໍາສາມາດເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນຕົວນໍາຊຸບເປີໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ.

ຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້ແມ່ນກະແສຂອງ "ການປະຕິວັດ", "ຄວາມກ້າວຫນ້າ," ແລະ "ບົດໃຫມ່" ໃນພາກສະຫນາມຂອງ superconductivity ໃນອຸນຫະພູມທີ່ສູງຂຶ້ນ. ໃນ​ເດືອນ​ຕຸ​ລາ 2020, superconductivity ຢູ່​ທີ່​ອຸນ​ຫະ​ພູມ​ຫ້ອງ (ທີ່ 15 ° C) ໄດ້​ຖືກ​ລາຍ​ງານ​ໃນ ຄາບອນ disulfide hydride (3), ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ຢູ່ທີ່ຄວາມກົດດັນສູງຫຼາຍ (267 GPa) ທີ່ຜະລິດໂດຍ laser ສີຂຽວ. Holy Grail, ເຊິ່ງຈະເປັນວັດສະດຸລາຄາຖືກທີ່ຂ້ອນຂ້າງສູງທີ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງແລະຄວາມກົດດັນປົກກະຕິ, ຍັງບໍ່ທັນພົບເຫັນ.

3. ວັດສະດຸທີ່ອີງໃສ່ຄາບອນທີ່ເປັນຕົວນໍາເໜືອຕົວນໍາທີ່ອຸນຫະພູມ 15°C.

ອາລຸນຂອງອາຍຸແມ່ເຫຼັກ

ບັນຊີລາຍຊື່ຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ເປັນໄປໄດ້ຂອງ superconductors ອຸນຫະພູມສູງສາມາດເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍເອເລັກໂຕຣນິກແລະເຕັກໂນໂລຊີຄອມພິວເຕີ, ອຸປະກອນຕາມເຫດຜົນ, ອົງປະກອບຂອງຫນ່ວຍຄວາມຈໍາ, ສະຫຼັບແລະການເຊື່ອມຕໍ່, ເຄື່ອງກໍາເນີດໄຟຟ້າ, ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ, ເຄື່ອງເລັ່ງອະນຸພາກ. ຕໍ່ໄປໃນບັນຊີລາຍຊື່: ອຸປະກອນທີ່ມີຄວາມອ່ອນໄຫວສູງສໍາລັບການວັດແທກພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກ, ແຮງດັນຫຼືກະແສໄຟຟ້າ, ແມ່ເຫຼັກສໍາລັບ ເຄື່ອງ MRI ທາງການແພດ, ອຸປະກອນເກັບຮັກສາພະລັງງານແມ່ເຫຼັກ, ລົດໄຟລູກປືນ levitating, ເຄື່ອງຈັກ, ເຄື່ອງກໍາເນີດໄຟຟ້າ, ຫມໍ້ແປງແລະສາຍໄຟຟ້າ. ຂໍ້ໄດ້ປຽບຕົ້ນຕໍຂອງອຸປະກອນ superconducting ຝັນເຫຼົ່ານີ້ຈະ dissipation ພະລັງງານຕ່ໍາ, ຄວາມໄວການດໍາເນີນງານສູງແລະ ຄວາມອ່ອນໄຫວທີ່ສຸດ.

ສໍາລັບ superconductors. ມີເຫດຜົນວ່າໂຮງງານໄຟຟ້າມັກຈະຖືກສ້າງຢູ່ໃກ້ກັບຕົວເມືອງທີ່ຫຍຸ້ງຢູ່. ເຖິງແມ່ນວ່າ 30 ເປີເຊັນ. ສ້າງ​ໂດຍ​ພວກ​ເຂົາ​ ພະລັງງານໄຟຟ້າ ມັນອາດຈະສູນເສຍໃນສາຍສົ່ງ. ນີ້ແມ່ນບັນຫາທົ່ວໄປກັບເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າ. ສ່ວນໃຫຍ່ຂອງພະລັງງານແມ່ນໃຊ້ກັບຄວາມຮ້ອນ. ດັ່ງນັ້ນ, ພາກສ່ວນທີ່ສໍາຄັນຂອງພື້ນທີ່ຂອງຄອມພິວເຕີແມ່ນອຸທິດໃຫ້ກັບອົງປະກອບເຮັດຄວາມເຢັນ, ເຊິ່ງຊ່ວຍ dissipate ຄວາມຮ້ອນທີ່ຜະລິດໂດຍວົງຈອນ.

Superconductors ແກ້ໄຂບັນຫາການສູນເສຍພະລັງງານເນື່ອງຈາກຄວາມຮ້ອນ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ເປັນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງການທົດລອງ, ນັກວິທະຍາສາດ, ຄຸ້ມຄອງເພື່ອຫາລ້ຽງຊີບ ກະແສໄຟຟ້າພາຍໃນວົງແຫວນ superconducting ຫຼາຍກວ່າສອງປີ. ແລະນີ້ໂດຍບໍ່ມີການພະລັງງານເພີ່ມເຕີມ.

ເຫດຜົນດຽວທີ່ປະຈຸບັນຢຸດເຊົາແມ່ນຍ້ອນວ່າບໍ່ມີການເຂົ້າເຖິງ helium ຂອງແຫຼວ, ບໍ່ແມ່ນຍ້ອນວ່າປະຈຸບັນບໍ່ສາມາດສືບຕໍ່ໄຫຼ. ການທົດລອງຂອງພວກເຮົາເຮັດໃຫ້ພວກເຮົາເຊື່ອວ່າກະແສໃນວັດສະດຸ superconducting ສາມາດໄຫຼໄດ້ຫຼາຍຮ້ອຍພັນປີ, ຖ້າບໍ່ແມ່ນຫຼາຍ. ກະແສໄຟຟ້າໃນ superconductors ສາມາດໄຫຼຕະຫຼອດໄປ, ການໂອນພະລັງງານໂດຍບໍ່ເສຍຄ່າ.

в ບໍ່ມີການຕໍ່ຕ້ານ ກະແສໄຟຟ້າຂະໜາດໃຫຍ່ສາມາດໄຫຼຜ່ານສາຍໄຟແຮງດັນໄຟຟ້າມະຫາສານ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ສະໜາມແມ່ເຫຼັກຂອງພະລັງງານທີ່ບໍ່ໜ້າເຊື່ອ. ພວກມັນສາມາດຖືກໃຊ້ເພື່ອເລື່ອນລົດໄຟ maglev (4), ເຊິ່ງສາມາດບັນລຸຄວາມໄວສູງເຖິງ 600 ກິໂລແມັດຕໍ່ຊົ່ວໂມງແລະອີງໃສ່. ແມ່ເຫຼັກ superconducting. ຫຼືນໍາໃຊ້ພວກມັນໃນໂຮງງານໄຟຟ້າ, ທົດແທນວິທີການແບບດັ້ງເດີມທີ່ spin turbines ໃນພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກເພື່ອຜະລິດໄຟຟ້າ. ແມ່ເຫຼັກ superconducting ທີ່ມີປະສິດທິພາບສາມາດຊ່ວຍຄວບຄຸມປະຕິກິລິຍານິວເຄຼຍ. ສາຍ superconducting ສາມາດເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນອຸປະກອນເກັບຮັກສາພະລັງງານທີ່ເຫມາະສົມແທນທີ່ຈະເປັນຫມໍ້ໄຟ, ແລະທ່າແຮງໃນລະບົບຈະໄດ້ຮັບການຮັກສາໄວ້ສໍາລັບພັນແລະລ້ານປີ.

ໃນຄອມພິວເຕີ quantum, ທ່ານສາມາດໄຫຼຕາມເຂັມໂມງຫຼື counterclockwise ໃນ superconductor. ເຄື່ອງຈັກໃນເຮືອ ແລະລົດຍົນຈະມີຂະໜາດນ້ອຍກວ່າມື້ນີ້ເຖິງ 10 ເທົ່າ, ແລະເຄື່ອງ MRI ທາງການແພດທີ່ມີລາຄາແພງຈະພໍດີກັບມືຂອງເຈົ້າ. ພະລັງງານແສງຕາເວັນທີ່ເກັບກໍາຈາກກະສິກໍາໃນທະເລຊາຍທີ່ກວ້າງຂວາງໃນທົ່ວໂລກສາມາດເກັບຮັກສາແລະຖ່າຍທອດໂດຍບໍ່ມີການສູນເສຍໃດໆ.

4. ລົດໄຟ maglev ຍີ່ປຸ່ນ

ອີງ​ຕາມ​ນັກ​ຟີ​ຊິກ​ສາດ​ແລະ​ນິ​ຍົມ​ທີ່​ມີ​ຊື່​ສຽງ​ຂອງ​ວິ​ທະ​ຍາ​ສາດ​. ກາກຸເຕັກໂນໂລຊີເຊັ່ນ: superconductors ຈະນໍາໄປສູ່ຍຸກໃຫມ່. ຖ້າພວກເຮົາຍັງມີຊີວິດຢູ່ໃນຍຸກຂອງໄຟຟ້າ, superconductors ອຸນຫະພູມຫ້ອງຈະນໍາພວກເຂົາໄປສູ່ອາຍຸຂອງແມ່ເຫຼັກ.