Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

его, вследствие чего потерь энергии не происходит и электрическое сопротивление

отсутствует.

Если же механизм сверхпроводимости иной, то возможно получение более высоких

критических температур. Так, в печати обсуждалась возможность сверхпроводимости

в линейных полимерах вплоть до критической температуры 1000 К.

Свойства сверхпроводников 1-го и 2-го рода значительно различаются: например,

переход в сверхпроводящее состояние у сверхпроводников 2-го рода происходит

очень плавно, в широком диапазоне значений магнитного поля.

Поскольку сверхпроводники 2-рода проницаемы для магнитных полей и обладают при

наличии неоднородности состава гистерезисом, питание их переменным током или

помещение их в переменное магнитное поле вызывает потери энергии. Показано, что

эти потери при частоте 50 Гц для ниобий-циркониевого (25 % циркония) сплава

составляют 0,3 кВт, если по сверхпроводнику длиной 1 м проходит ток 10 кА. Эти

потери можно значительно снизить, если уменьшить размеры сверхпроводника,

например, разделив его на тонкие нити или впрессовав в пористый материал.

Такие "синтетические" сверхпроводники обладают по крайней мере двумя

преимуществами: во-первых, при уменьшении размеров сверхпроводника улучшаются

его сверхпроводящие свойства; во-вторых, снижаются потери на вихревые токи в

несверхпроводящих областях синтетического сверхпроводника…

Если вспомнить Камерлинг-Оннеса, то, будучи скорее инженером, чем чистым

физиком, он уже в 1913 г. решил построить сверхпроводящий электромагнит на 10 Тл,

не потребляющий энергии. Поскольку, рассуждал Камерлинг-Оннес, сопротивление

сверхпроводника равно нулю, ток в сверхпроводящем кольце будет циркулировать

вечно, не затухая. Всякий ток, как известно, создает магнитное поле. Так почему

бы не сделать из сверхпроводящей проволоки мощный электромагнит, не нуждающийся

в питании энергией? Это было бы революцией в электротехнике, и человечество

сэкономило бы миллионы киловатт электроэнергии, растрачиваемой понапрасну не

только в обмотках магнитов, но и в обмотках электрических машин и

трансформаторов. Наконец, можно было бы передавать электроэнергию по

сверхпроводящим линиям передачи без потерь.

К сожалению, мечте Камерлинг-Оннеса о сверхпроводящем соленоиде на 10 Тл не

суждено было сбыться по крайней мере при его жизни. Как только Камерлинг-Оннес

пробовал пропускать по сверхпроводнику значительный ток, сверхпроводимость

исчезала. Вскоре оказалось, что и слабое магнитное поле (индукция самое большее

в несколько сотых долей тесла) также уничтожает сверхпроводимость. Поскольку

такие слабые поля можно было гораздо проще получить с помощью постоянных

магнитов, реализацией идеи создания сверхпроводящих магнитов никто тогда

серьезно не занялся. Это довольно грустное открытие сделало с того времени

разговоры о сверхпроводящих магнитах беспредметными.

Надежды на постройку мощных сверхпроводящих магнитов возродились почти через

двадцать лет, в начале 30-х годов, когда голландские физики Де Гааз и Вуугд,

преемники Камерлинг-Оннеса по Лейденской лаборатории (Камерлинг-Оннес умер в

1926 г., так и не дожив до начала практического использования своего открытия),

установили, что сплав свинца с висмутом остается сверхпроводящим в магнитных

полях, превышающих 1,5 Тл. Это открытие давало возможность строить

сверхпроводящие магниты по крайней мере с таким полем. Однако эти магниты так

никто и не построил. Известный физик Кеезом, бывший в то время директором

Лейденской лаборатории, объявил, что максимальные токи, которые при наличии

магнитного поля выключают сверхпроводимость в сплаве свинца с висмутом, ничтожно

малы. Приговор был вынесен.

В истории сверхпроводящих магнитов произошло, быть может, самое драматическое

событие. Впоследствии оказалось, что Кеезом сделал то, чего не имел права

делать: он экстраполировал данные, полученные им в слабых полях, на область

сильных полей. К несчастью, Кеезом был слишком авторитетен. Едва узнав о его

результатах, физики оставили надежду построить сверхпроводящий магнит и занялись

другими проблемами. Между тем в настоящее время известно, что критический ток

для сплава свинец-висмут в полях до 2 Тл достаточно высок для того, чтобы

создать довольно мощные сверхпроводящие магниты. Авторитет Кеезома стоил физике

очень дорого: постройка сверхпроводящих магнитов была отложена почти на 30 лет.

Лишь после того, как в 1961 г. Кунцлер и его сотрудники объявили, что кусочек

проволоки из сплава ниобия с оловом (Nb3Sn) оставался сверхпроводящим в поле 8,8

Тл, даже в том случае, когда одновременно по этой проволоке пропускали ток

плотностью 1000 А/мм2, началась новая эра в истории сверхпроводимости.

Свойства вновь открытых сверхпроводников делали реальными планы их использования

в технике. Сверхпроводимость начала как бы вторую жизнь, но теперь уже не в

качестве любопытного лабораторного феномена, а как явление, открывающее перед

инженерной практикой весьма серьезные перспективы. Но и здесь оказались свои

трудности.

Если все сложилось так удачно, то спрашивается, почему традиционные

мамонтоподобные магниты еще не вышли из употребления? Почему до сих пор

сверхпроводящие магниты не завоевали принадлежащего им по праву места?

Пожалуй, в первую очередь это объясняется тем, что сверхпроводники с хорошими

свойствами оказались очень капризными. Обращение с ними потребовало от ученых

поиска новых технологических решений, новых представлений о природе

сверхпроводимости. Сейчас уже созданы сверхпроводящие электротехнические

материалы, которые можно успешно использовать в электромагнитах. Среди них есть,

например, такие сплавы, как ниобий-цирконий-титан и ниобий-титан. Они хорошо

поддаются обработке и из них сравнительно легко получить проволоку. Злые языки,

правда, подшучивают, что эта проволока дороговата, так как ее пока что

изготовляют сами ученые. Но производство сверхпроводящей проволоки уже налажено

на заводах, и стоимость ее неуклонно снижается.

Однако наиболее перспективные сверхпроводящие материалы (сплавы ниобий-олово и

ванадий-галлий) чрезвычайно хрупки (например, сплав ванадий-галлий легко

растирается в порошок пальцами). Поэтому такие соединения приходится упаковывать

в гибкие трубки или наносить на гибкую подложку. Даже такая сложная технология

изготовления себя оправдывает. Вот лишь один факт. В сверхпроводящих соленоидах,