АДАПТИВНЫЙ ПЕРЕНАЛАЖИВАЕМЫЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СВЕРХПРОВОДНИК Российский патент 1999 года по МПК H01B12/00 H01L39/12 

Под адаптивно переналаживаемым сверхпроводником следует понимать сверхпроводящую систему, параметры которой автоматически меняются так, чтобы обеспечить наилучшие или приближающиеся к ним условия высокотемпературной сверхпроводимости на фоне изменяющихся внешних воздействий. С этой целью предлагаются модели адаптивно переналаживаемых высокотемпературных сверхпроводников с гибкой и жесткой кабельной системой.

Конструкция адаптивно переналаживаемого высокотемпературного сверхпроводника с гибкой кабельной системой (АПВСГК) представлена на фиг.1.

Диаметр шаров (ферромагнетиков) как и проводника (парамагнетика) равен и представлен по размерности только целыми числами (1,2,3...d). Внутренний диаметр трубки (диамагнетика) равен 3 d. Наружный диаметр сверхпроводника (D) регламентируется только требованиями по обеспечению передачи необходимого тока или накопления бозе-конденсации энергоносителей в нем. Наличие жидкости (диэлектрика) внутри АПВСГК, наряду с функциями поляризации обеспечения слабой сверхпроводимости, продиктовано условиями обеспечения сложения определенного типа магнитного поля внутри трубки проводника (диамагнетика) и облегчения шаров (ферромагнетиков). Жидкость по удельному весу максимально приближена к удельному весу ферромагнетиков. Необходимость обеспечения подвижности шаров (ферромагнетиков) по всем степеням свободы диктуется условиями адаптационной переналаживаемости сверхпроводника к изменяющимся внешним условиям воздействия (изменение напряжения, магнитного поля извне и т. д. ). Шары (ферромагнетики) вблизи проводника с током уподобляются магнитным стрелкам, располагающимися перпендикулярно по отношению к проводнику, с той лишь разницей, что шары обладают более выраженным собственным магнитным полем. Следует учесть и тот факт, что взаимодействие полей шаров-ферромагнетиков обнаруживает себя не только по кольцу вокруг проводника (парамагнетика), но и вдоль всей линии кабеля сверхпроводника, образуя своеобразное коллективно сложенное магнитное поле в замкнутом пространстве. Собственное магнитное поле в режиме нормальной проводимости и затем в режиме сверхпроводника имеет и парамагнитный проводник, выступающий в качестве связующего магнитного поля между шарами (ферромагнетиками). При подаче напряжения на проводники (парамагнетик и диамагнетик) в виде постоянного тока между ними в силу сложения определенного упорядочивающего магнитного поля внутри трубки проводника (диамагнетика) протекают межфазовые токи через жидкость. Можно предположить, что при переходе в сверхпроводимость возможно возникновение эффекта слабой сверхпроводимости и возникновение СВЧ колебаний в слабых звеньях, но уже на макроуровне.

Конструкция адаптивно переналаживаемого высокотемпературного сверхпроводника с жесткой кабельной системой передачи электротока (АПВСЖК) как один из вариантов представлена на фиг. 2.

Изготовление АПВСЖК осуществляется путем помещения в трубку равноудаленно от внутренних стенок специального проводника, имеющего на своей цилиндрической поверхности или правильные углубления, или канавки тороидального характера и тому подобное. Пространство между внутренними стенками трубки и центральным проводником заполняется путем набивки ферромагнитным порошком. В последующем кабель проходит редуцировку, отжиг и т.д. - все необходимые операции, обеспечивающие надлежащую структуру параферромагнетиков и их полевых характеристик. Намагничивание как и перемагничивание ферромагнетика (полученного в кабеле методом спекания) осуществляется непосредственно под воздействием электротока, подаваемого в проводник. Именно в гармоничном сочетании внешнего магнитного поля с формирующим под его воздействием внутреннего магнитного поля и создается система магнитного упорядочения орбитальных и спиновых моментов в проводниках АПВСЖК и на этой основе получение сверхпроводимости.

Предлагаемые варианты адаптивно переналаживаемых сверхпроводящих систем не имеют аналогов в мировой практике. Более того, если в теории и практике сложения сверхпроводимости путем магнитного и электромагнитного упорядочения энергоносителей более или менее освещены, но с весьма ограниченными возможностями таких полей по сравнению "с тепловым шумом", то адаптационный подход вообще отсутствует.

Целью предлагаемого изобретения является получение высокотемпературной сверхпроводимости на основе сложения магнитного и электромагнитного полей и использования заложенных в них свойствах по магнитоупорядочению спектра опбитальных и спиновых волн энергоносителей в диамагнитных (и ферромагнитных) материалах. Получение нужных по характеристикам и свойствам магнитноупорядочивающих полей строится на возможностях парамагнетиков и ферромагнетиков с доменной структурой.

Воплощение указанной цели базируется на уникальном свойстве кольцеобразного сверхпроводника типа "тороид" захватывать или "замораживать" внутри своей полости кольца магнитный поток. Идея захвата магнитного потока кольцеобразными сверхпроводниками использована нами и в АПВСГК и АПВСЖК с той лишь разницей, что на стадии нормальной проводимости этот магнитный поток формируется искусственно внутри трубки - кольца с помощью проводника парамагнетика и шаров ферромагнетиков. Подавая постоянный электроток от одного и того же источника энергии одинаковый по характеристикам как на внутренний, так и на наружный проводник, можно существенно менять течение термодинамических процессов внутри ферромагнетиков (тепловые, кинетические, релаксационные и пр.) вплоть до резонансных проявлений поверхностных эффектов дипольной и магнитоупругой энергии и их влияние на упорядочение движения энергоносителей.

Для случая АПВСГК в силу формирования электромагнитного поля и магнитного поля магнетиков (ферро- и парамагнетиков) во внутренней полости трубки из диамагнитного материала с минимумом энергетических потерь в гармонии с подаваемым постоянным током складывается достаточно плотное, неразрывное и однонаправленное магнитное поле в кабеле - трубке как бы представленное внутри трубки по образу и подобию с кольцом-тороидом, захватившем или "заморозившим" внутри себя в кольце вытесненное магнитное поле из сверхпроводника и более того, ставшее принадлежностью, если хотите, собственностью сложившегося, теперь уже под влиянием этого внутреннего магнитного поля, магнитного поля диамагнетика. Точнее не магнитного поля диамагаетика, а векторно сложенного на несколько порядков выше естественного диамагнетизма способного противостоять любому "тепловому шуму" как и внешним магнитным полям или изменениям напряжения в сторону увеличения подаваемого в проводник.

Можно представить, что под действием континумно сложенного магнитного поля внутри кабеля трубки в последней начинают происходить кардинальные изменения, распространяющиеся на всю его длину (сверхпроводимость - коллективный процесс) на сложение жестко связанного однонаправленного проецессивно упорядочивающие процессы электронных орбит, механического и спинового моментов электронов, проводников или свободных электронов.

Внутреннее сложенное магнитное поле в самом кабеле-трубке (диамагнетика) в силу специфических свойств проводников диамагнетиков, у которых атомы не обладают магнитным моментом, не только обеспечивают однонаправленность в движении электронов, но и равнозначно усиливают диамагнетизм.

Именно искусственно сложенное внутрикольцевое магнитное поле в самом АПВСГК, выступающее в форме основного механизма по упорядочению в движении энергоносителей и нейтрализации "теплового шума" и обуславливают обеспечение идеальной проводимости в предлагаемой системе.

Вместе с тем известно, что само по себе решение по упорядочению движения электронов хотя и решает проблему "инверсии" их в проводниках, тем не менее не может перевести идеальный проводник в стадию сверхпроводимости. В системе мер получения сверхпроводимости идеальной проводимости не менее важно, если не ключевое занимает так называемое явление образования валентных электронов или куперовских пар, как результат фононного обменного процесса, протекающего между электронами, в силу колебаний атомов решеток проводников.

Фононный механизм как основной источник образования валентных электронов проводимости, или перевода полуцелых спинов электронов в целый в нашем АПВСГК заложен в шарах ферромагнетиках, точнее в их кольцевом и линейном расположении во внутренней полости трубки-проводника (диамагнетика). Именно искусственно сложенная надлежащая плотность и целостность магнитного поля, но представленного в своеобразной волновой деформации (сужениями и расширениями) как фронтально по кольцу, так и вдоль всего кабеля из-за специфично сложенного магнитного поля шарами ферромагнетиками, тем более вдобавок, к этому, помещенными в жидкую среду (диэлектрик) и порождает при движении электронов по этому весьма сложному туннельно представленному магнитному потоку вибрации атомов кристаллических решеток, а с этим искривлением и испусканием электронами проводимости фононов, сопутствующих этому образованию куперовских пар.

Равнозначную роль в упорядочении движения энергоносителей и образования куперовских пар играют и центрально расположенный провод (парамагнетик). На первоначальном этапе, при подаче напряжения на проводник, проводник-парамагнетик набирает или повышает в линейной зависимости свою намагниченность и, как следствие, переносит картину изменения своего электромагнитного поля на окружающие его шары ферромагнетики, которые будучи взвешенные в жидкости могут без существенного нагрева (без потерь энергии, а это основное свойство межфазового перехода в сверхпроводимость) осуществлять свою переориентировку (адаптироваться) по отношению изменяющейся картины воздействия внешних источников энергии или магнитного поля. При переходе в сверхпроводящее состояние проводник парамагнетик вступает в фазу магнитного насыщения и перестает реагировать на внешние воздействия, если они не переходят границы критических точек.

Регулирование сверхпроводимости проводников таким образом непосредственно связано с регулирование подающегося напряжения в сам сверхпроводник, которому автоматически следует изменение или переориентация доменов ферромагнетиков шаров и парамагнетика проводника, причем это изменение гармонично увязано с внешним воздействием, которое ступенчато меняет содержательность сверхпроводимости в АПВСГК. Усиление или ослабление сверхпроводимости непосредственно увязано с увеличением или уменьшением напряжения тока. Усиление или ослабление напряжения на контакты сверхпроводника приводит к автоматическому изменению степени намагниченности парамагнетика, сопутствующее этому изменению магнитных поле шаров ферромагнетиков и, как результат, приводящий к снижению или росту "инверсии населенности" энергоносителей в сверхпроводнике.

Трубка диамагнетик, в силу присущего для него свойства при наличии сверхпроводимости вытеснять внешнее поле, но при этом захватывать его во внутренней полости, как бы расширяет диапазон этого проявления, но теперь уже при высокой температуре. Предпосылки этого свойства созданы механизмом внутреннего магнитного поля, упорядочившего и окуперизовавшего движение свободных электронов и тем самым обеспечившее переход нормального проводника в идеальный, а за ним и в состояние сверх- проводимости. Налицо прецидент моделирования сверхпроводимости на макроуровне в противовес микромоделированию, свойственному для науки на сегодня. То что АПВСГК выталкивает внешнее магнитное поле можно определить сразу жe, поднеся к нему любой естественный магнит. И это произойдет при комнатной температуре.

Несколько слов о конструкции и работе адаптивно переналаживаемого высокотемпературного сверхпроводника жесткой кабельной системы. (АПВСЖК).

Если в отличие от АПВСГК АПВСЖК сохраняет жесткость конструкции и разрушается от деформации, то первый позволяет осуществлять весьма существенные монтажные операции без нарушения работоспособности сверхпроводника, для него не существенны перепады напряжения, как и изменения внешних магнитных полей, если они не превосходят потенциальные возможности конструкции проводника.

Для АПВСЖК существенны изменения как напряжения, так и магнитного поля. Он, как правило, рассчитывается на определенные величины по передаче и сохранению энергии. Во всех случаях при необходимости изменения тех или иных параметров необходимо время на осуществление перемагничивания начинки сверхпроводника с целью обеспечения тех задач, которые ставятся перед сверхпроводником.

В АПВСЖК функции по образованию куперовских пар выполняют магнитное поле, "искаженное" углублениями или канавками на самом проводнике парамагнетике. Раз намагниченный и уложенный в сеть такой сверхпроводник должен сохранять это положение. Всякое смещение это и необходимость перемагничивания.

Изобретение относится к высокотемпературным сверхпроводникам. Согласно изобретению АПВС с гибкой системой настройки кабеля содержит трубчатый проводник диамагнетик с размещенными в нем радиально и линейно шарами ферромагнетиками, центральный проводник парамагнетик и жидкость (диэлектрик), удельный вес которой близок к удельному весу шаров. АПВС с жесткой системой настройки кабеля содержит трубчатый проводник диамагнетик с размещенным в нем по центру проводником парамагнетиком, на цилиндрической поверхности которого расположены правильные углубления или канавки тороидальной формы. Пространство между проводниками заполнено уплотненным ферромагнитным порошком. Техническим результатом изобретения является получение высокотемпературных сверхпроводников с заданными характеристиками. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Адаптивно-переналаживаемый высокотемпературный сверхпроводник (АПВС) с гибкой системой настройки кабеля, содержащий трубчатый проводник диамагнетик с размещенными в нем радиально и линейно шарами ферромагнетиками, центральный проводник парамагнетик и жидкость (диэлектрик), причем удельный вес жидкости максимально близок к удельному весу шаров. 2. Адаптивно-переналаживаемый высокотемпературный сверхпроводник (АПВС) с жесткой системой настройки кабеля, содержащий трубчатый проводник диамагнетик с размещенным в нем строго центрально проводником парамагнетиком с правильными углублениями или канавками тороидальной формы, расположенными на цилиндрической поверхности, при этом пространство между проводниками заполнено уплотненным ферромагнитным порошком.