ИДЕАЛЬНЫЙ ПРОВОДНИК (ЕГО ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ПРОВОДНИКА (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК H01B12/06 

Заявляемое изобретение относится к электротехнике, а именно к нормальным проводникам, обладающим свойствами сверхпроводимости, и способам изготовления таких проводников.

Из уровня техники известно, что сверхпроводник - это материал, который при определенных условиях приобретает сверхпроводящие свойства. Это достигается понижением температуры проводника до критических температур, при которых сопротивление материала понижается до нуля.

В 1911 году голландский физик Камерлинг-Оннес обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком геле ее сопротивление меняется постепенно, а затем при температуре 4,2 К (примерно минус 293°C) падает до нуля.

Переход вещества в сверхпроводящее состояние сопровождается изменением его тепловых свойств.

В настоящее время проводятся исследования в области сверхпроводимости для того, чтобы повысить температуру перехода проводника в сверхпроводящее состояние до комнатной температуры.

Проблема создания гибкого сверхпроводящего кабеля, работающего при нормальных, а не при сверхнизких температурах, решалась различными способами, известными из уровня техники.

Так, в патенте РФ на изобретение №2363999 «Сверхпроводящий кабель и способ его изготовления», выданном на имя немецкой компании ГЕЗЕЛЬШАФТ ФЮР ШВЕРИОНЕНФОРШУНГ МБХ, дата подачи 25.04.2005, решается задача создания сверхпроводящего кабеля. Кабель представляет собой полую трубку из сверхпроводников, разделенных на сектора со щелями, соединенных между собой замками. Внутренняя полость трубки заполнена водой. Снаружи трубка помещена в оболочку из материала, обладающего очень высоким сопротивлением. При протекании тока по сверхпроводнику магнитное поле, образующееся при протекании тока, стремится сконцентрироваться внутри трубки в ее полости. Магнитное поле практически не покидает пределы кабеля из-за того, что этому препятствует внешняя оболочка из материала с высоким сопротивлением, что обеспечивает минимальные потери и создание кабеля со сверхвысокой проводимостью. Однако, присутствие тока и сконцентрированного магнитного поля внутри кабеля из-за разности сопротивлений сверхпроводника и внешней оболочки из материала с высоким сопротивлением приводит к очень сильному нагреву наружной оболочки.

Для того чтобы не произошло теплового разрушения кабеля, его необходимо сильно охлаждать. Для этого пропускается вода по внутреннему полому каналу кабеля и зазорам между секторами сверхпроводника.

Недостатком данного аналога является большая опасность, возникающая в случае механических повреждений кабеля, приводящая к вытеканию охлаждающей жидкости и, как следствие, к резкому нагреву кабеля, в связи с чем возникает риск получения термических ожогов у обслуживающего персонала. Кроме того, механическое повреждение кабеля в одной точке мгновенно приводит к дальнейшему нагреву всего участка кабеля электроцепи и дальнейшему усугублению аварии на линии. Кроме того, при повреждении кабеля возникает вероятность короткого замыкания и поражения обслуживающего персонала электрическим током. Необходимость постоянного водяного охлаждения кабеля делает крайне неудобным его практическое применение в электросетях из-за высокой трудоемкости ремонтно-восстановительных работ на поврежденном участке электроцепи. Из-за наличия водяного охлаждения невозможно установление кабеля только на поврежденном участке цепи, необходима полная замена кабеля на всем участке цепи. Кроме того, кабель имеет ограниченное применение по силе тока.

Из уровня техники известен также гибкий сверхпроводящий кабель, работающий при нормальных температурах по патенту РФ №2387036 «Сверхпроводящая многофазная кабельная система, способ ее изготовления и ее применение», выданном на имя датской компании НТК КЕЙБЛЗ УЛЬТЕРА А/С, дата подачи 21.04.2006.

В патенте РФ №2387036 решается задача создания сверхпроводящей многофазной кабельной системы, сформированной на основе трех коаксиально расположенных нормальных проводников, разделенных изолятором с очень высоким сопротивлением. Фактически эта система основана на описанном выше патенте РФ №2363999 и является его усовершенствованием.

В патенте РФ №2387036 точно так же, как и в патенте РФ №2363999, обычному проводнику с нормальной проводимостью, нанесенному на поверхность каркаса, а также последующим коаксиально расположенным слоям обычного проводника с нормальной проводимостью, придаются свойства сверхпроводника за счет расположения между коаксиально расположенными нормальными проводниками последовательно и коаксиально расположенных высокоомных изоляторов.

При этом электрическое поле нормального проводника не выходит за пределы высокоомной структуры изолятора, поле и ток идут по пути наименьшего сопротивления, то есть по нормальному проводнику, придавая ему свойства сверхпроводимости. При этом коаксиально расположенные слои нормального проводника и коаксиально расположенные слои изоляторов начинают сильно нагреваться, поэтому для нормального функционирования кабеля требуется система внешнего охлаждения, которая в данном патенте выполнена в виде теплоизоляционного экрана, криогенной оболочки и помещенного между ними хладагента.

Особенностью данного патента является то, что в нем усовершенствована система теплоизоляции кабеля за счет коаксиального последовательного чередующегося расположения нормальных проводников и изоляторов, что приводит к тому, что нормальный коаксиальный проводник с самым большим радиусом обладает самыми большими свойствами сверхпроводимости и его электрическое поле частично гасит электрическое поле соседнего коаксиально расположенного нормального проводника, уменьшая его тепловыделение и увеличивая свойства его сверхпроводимости.

Кроме того, в данной многофазной кабельной системе имеется система контроля величины тока, протекающего в проводниках, и температуры нагрева кабеля, что значительно повышает уровень безопасности использования кабеля по сравнению с патентом РФ №2363999.

Недостатком патента № RU 2387036 является то, что на самом деле данная кабельная система не является сверхпроводником в классическом понимании, хотя обладает достаточно высокими свойствами сверхпроводимости за счет того, что на всех коаксиально расположенных нормальных проводниках все-таки происходят энергопотери, приводящие к снижению силы тока, протекающего по кабелю.

Кроме того, недостатком данной кабельной системы является сложная система эксплуатации, поскольку выход из строя или повреждение хотя бы одного элемента системы требует замены всего кабеля в целом, находящегося между соседними контактными группами.

Кроме того, при внешнем повреждении наружной криогенной оболочки кабеля хладагент вытекает наружу и появляется риск поражения людей электрическим током.

Кроме того, поврежденный кабель при отсутствии хладагента мгновенно сильно нагревается до очень высоких температур, что делает его крайне опасным, в связи с чем возникает потребность обесточивания всей электрической системы в самые кратчайшие сроки, поскольку задержка с отключением электрической системы может привести к катастрофическим последствиям: неконтролируемый нагрев, большая вероятность летального исхода при поражении обслуживающего персонала электрическим током.

Инженерное сообщество осознало опасность использования сверхпроводящих систем, созданных на основе большой разницы сопротивлений нормального проводника и изолятора с высоким сопротивлением из-за чрезвычайно высокого нагрева сверхпроводника и других элементов кабеля.

Из уровня техники известны технические решения, которые пытаются снизить риск возгорания сверхпроводящего кабеля и криогенной жидкости при аварийном повреждении кабеля за счет дублирования системы охлаждения сверхпроводящего кабеля.

Из уровня техники для решения этой задачи известен патент РФ №2361305 «Сверхпроводящая кабельная линия», выданный на имя японской компании СУМИТОМО ЭЛЕКТРИК ИНДАСТРИЗ, ЛТД., дата подачи 12.07.2005, в котором раскрыт сверхпроводящий кабель, а именно трехжильный сверхпроводящий кабель с дублирующей параллельной системой охлаждения и с многоуровневой системой теплоизоляции сверхпроводящего кабеля.

Многоуровневая система теплоизоляции сверхпроводящего кабеля в патенте РФ №2361305 образована двойным внешним теплоизоляционным трубопроводом 2 (слои 2а и 2b) для текучей среды и теплоизоляционным трубопроводом 11 для сверхпроводящего кабеля 10.

Дублирующая параллельная система охлаждения сверхпроводящего кабеля образована первым теплоизоляционным трубопроводом 3 с текучей охлаждающей средой 1 и вторым теплоизоляционным трубопроводом 2 с хладагентом 4, внутри которого находится сверхпроводящий кабель. Дублирование системы сверхпроводящего кабеля выполнено для того, что в случае повреждения одного из трубопроводов с охлаждающей средой, например внешнего теплоизолирующего трубопровода 2 с хладагентом 4, второй теплоохлаждающий провод 3 с текучей охлаждающей средой 1 будет продолжать охлаждать какое-то время сверхпроводящий кабель и позволит какое-то время скомпенсировать резкий выброс тепла вовне сверхпроводящего кабеля при повреждении внешнего теплоизоляционного трубопровода 2, что позволит снизить риск сверхпроводящего кабеля и даст некоторое время эксплуатирующей организации для относительно безопасного аварийного обесточивания сети.

Однако конструкция данного сверхпроводящего кабеля хотя и обладает существенно улучшенным уровнем обеспечения безопасности, продолжает оставаться сложной в эксплуатации при замене аварийного участка кабеля, поскольку для восстановления поврежденного кабеля требуется слив охлаждающих жидкостей из двух трубопроводов, а также необходимость фиксации сверхпроводящего кабеля 10 и внутреннего трубопровода 3 с охлаждающей текучей средой относительно внешнего теплоизоляционного трубопровода 2 с хладагентом.

Из уровня техники известно нанесение пленочного слоя ферромагнетика на пленочный слой нормального проводника с целью регулирования силы тока, протекающего в пленочном сверхпроводнике.

Так, в патенте РФ №2343591 «Сверхпроводящий прибор с джозефсоновским переходом », выданного на имя НИИ Ядерной физики имени Д.В. Скобольцина МГУ имени М.В. Ломоносова, дата подачи 26.06.2007, решается задача регулирования, то есть управления силой тока, текущего в пленочном сверхпроводнике, путем создания энергопотерь на участке L нормального пленочного проводника, зажатого между двумя слоями пленочного ферромагнетика.

При этом ток, текущий в пленочном сверхпроводнике, разделяют на три различных тока, текущих в пленочном нормальном проводнике и двух пленочных слоях различных ферромагнетиков. При этом потери силы тока на участке L нормального пленочного проводника 3 создаются путем уменьшения или увеличения его сопротивления за счет внешнего намагничивания пленочных слоев ферромагнетиков, при котором происходит изменение силы и направления электромагнитного поля ферромагнетиков, которое, в свою очередь, изменяет (увеличивает или уменьшает) величину сопротивления нормального пленочного проводника, что позволяет изменять силу тока, протекающего в пленочном сверхпроводнике. При этом принцип работы устройства основан на том, что на нормальном пленочном проводнике сознательно организуются энергопотери за счет покидания электромагнитным полем пределов нормального пленочного проводника, однако величина силы электромагнитного поля пленочных ферромагнетиков такова, что для работы устройства нормальный пленочный проводник сохраняет свои свойства обычного проводника, не приобретая при этом свойств сверхпроводимости и не становясь сверхпроводником.

Отличие патента РФ №2343591 от заявляемого изобретения заключается в том, что в нем ферромагнетики являются пленочными и не охватывают всю поверхность нормального проводника. Верхние и нижние слои пленочного ферромагнетика, окружающие нормальный пленочный проводник, имеют разные по силе электромагнитные поля. Отсутствие в патенте РФ №2343591 предварительной ионизации ферромагнетика в расплавленном состоянии с целью упорядочения направления действия поля ферромагнетика приводит к тому, что действие электромагнитного поля ферромагнетика распространяется как вовнутрь нормального проводника, так и во внешнюю окружающую среду. Цель, которую хотят достигнуть в патенте РФ №2343591, - это уменьшение силы тока, текущего между соседними сверхпроводниками, за счет изменения силы тока, текущего в нормальном проводнике. Изменение силы тока, текущего в нормальном пленочном проводнике, достигается путем изменения сопротивления нормального пленочного проводника за счет внешнего намагничивания ферромагнетика путем вталкивания электромагнитного поля проводника внутрь проводника, однако поле вовнутрь нормального пленочного проводника вталкивается только частично, при этом имеет место излучение электромагнитного поля проводника за пределы нормального пленочного проводника с целью получения электрических потерь на нем, при этом в патенте РФ №2343591 не добиваются полного вталкивания всего магнитного поля во внутрь нормального пленочного проводника, в результате чего у него не появляются свойства сверхпроводимости.

В патенте РФ №2343591 имеет место решение другой поставленной задачи - регулирование силы тока, текущего на участке L между двумя соседними сверхпроводниками, а не решается задача придания свойств сверхпроводника нормальному проводнику, обладающему обычной проводимостью.

Кроме того, в патенте РФ №2343591 в месте контакта 7 пленочного сверхпроводника с нормальным пленочным проводником из-за большой разницы их сопротивлений происходит очень сильный нагрев места их контакта, поэтому данное устройство не может применяться без дополнительного охлаждения места контакта, однако в указанном патенте отсутствуют (не описаны) необходимые дополнительные средства охлаждения.

Задача заявляемого изобретения заключается в придании свойств сверхпроводника нормальному проводнику без ограничения силы тока, текущего по нормальному проводнику, и дополнительных средств его охлаждения, что позволяет эксплуатировать такой проводник при некритических температурах и сохранять гибкие свойства, присущие обычному кабелю.

Задачу придания нормальному проводнику свойств сверхпроводника, как известно из уровня техники, решил известный немецкий физик Вальтер Мейснер. В 1933 году немецкие физики В. Мейснер и Р. Оксенфельд впервые наблюдали эффект вытеснения магнитного поля наружу из объема нормального обычного металлического проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние, которое достигалось путем одновременного охлаждения обычного металлического проводника при сверхнизких температурах и приложения к нему очень сильного магнитного поля (Фиг.3). Это явление получило название эффект Мейснера (источник информации www.ru.wikipedia.org в сети Интернет по данным поисковой системы Yandex). При этом электрический ток при появлении эффекта сверхпроводимости протекал по поверхности нормального проводника.

Данный источник информации принят за прототип для всех вариантов заявляемого устройства и способа как наиболее близкий аналог.

В заявляемом изобретении задача придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости решалась за счет полного вталкивания магнитного поля, излучаемого нормальным обычным металлическим проводником при пропускании через него электрического тока, внутрь самого проводника без возможности его выхода за пределы проводника путем воздействия на нормальный проводник электромагнитным полем специальным образом подобранных вида и толщины слоя ионизированного ферромагнетика.

Задача заявляемого изобретения решается следующим образом.

Нормальный проводник с обычным сопротивлением, представляющий собой металлический проводник, например, выполненный из меди, алюминия и т.д., снабжают средством для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости, выполненным в виде нанесенного на нормальный проводник предварительно нагретого при некритических температурах до расплавленного или полурасплавленного состояния ферромагнетика, впоследствии ионизированного постоянным электрическим током, или переменным электрическим током, или электромагнитным полем до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора, и затем охлажденного до отвердевания, при этом толщина слоя ферромагнетика выбрана таким образом, чтобы уменьшить сопротивление нормального проводника до нуля при приложении к нему электрического тока, посредством направления электромагнитного излучения нормального проводника внутрь самого нормального проводника без возможности его выхода наружу за пределы нормального проводника.

В качестве ферромагнетика используют соединение формулы Fe₂O₃SrO.

На ферромагнетик с помещенным внутри него нормальным проводником дополнительно наносят слой изолятора.

Кроме того, заявляется два варианта способа изготовления идеального проводника.

В первом варианте, заключающемся в совмещении нормального проводника со средством для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости, новым является то, что средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости выполнено в виде ферромагнетика, который предварительно нагревают при некритических температурах до расплавленного или полурасплавленного состояния, который затем ионизируют постоянным электрическим током, или переменным электрическим током, или электромагнитным полем до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора, после чего ионизированный ферромагнетик наносят на нормальный проводник слоем, толщина которого выбрана таким образом, чтобы уменьшить сопротивление нормального проводника до нуля при приложении к нему электрического тока посредством направления электромагнитного излучения нормального проводника внутрь самого нормального проводника, и затем ионизированный ферромагнетик охлаждают до затвердевания слоя ионизированного ферромагнетика на поверхности нормального проводника.

Кроме того, средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости могут получать путем смешивания соединений Fe₂O₃ и SrO при некритической температуре в соотношении по массе 1:1, последующего нагрева при некритической температуре полученной смеси до получения соединения Fe₂O₃SrO, представляющего собой ферромагнетик в расплавленном или полурасплавленном состоянии, последующего пропускания через полученную смесь ферромагнетика постоянного тока в диапазоне от 3 до 9 ампер в течение 7-15 секунд, или переменного тока в диапазоне от 5 до 7 ампер не менее 30 секунд для его ионизации, или ионизации ферромагнетика путем приложения к нему электромагнитного поля до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора, нанесения полученного ионизированного ферромагнетика Fe₂O₃SrO на нормальный проводник слоем, толщина которого выбрана таким образом, чтобы уменьшить сопротивление нормального проводника до нуля при приложении к нему электрического тока посредством направления электромагнитного излучения нормального проводника внутрь самого нормального проводника и его последующего охлаждения при некритических температурах до затвердевания на поверхности нормального проводника.

Во втором варианте изготовления идеального проводника сначала предварительно расплавленный и ионизированный ферромагнетик охлаждают до отвердевания, после чего нормальный проводник помещают вовнутрь ионизированного ферромагнетика.

Отличием заявляемой группы изобретений от известного уровня техники является то, что придание свойств сверхпроводимости нормальному проводнику происходит при комнатных температурах, без использования критических (сверхвысоких или сверхнизких) температур для функционирования устройства, без использования дорогостоящих и сложных пленочных нанотехнологий, без использования выталкивания наружу электромагнитного поля нормального проводника при сверхнизких критических температурах, без использования методов создания сверхпроводников из нормальных проводников методом высокой разноомности сопротивления нормального проводника и изолятора, что требует дополнительного охлаждения сверхпроводника при критических температурах, то есть заявляемая группа изобретений представляет собой технологический прорыв в уровне техники сверхпроводников.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами:

На Фиг.1 "а" приведен способ изготовления идеального проводника (вариант 1);

На Фиг.1 "в" приведен идеальный проводник согласно заявляемому изобретению (вариант 1);

На Фиг.1 "с" приведен идеальный проводник согласно заявляемому изобретению со слоем изолятора (вариант 1);

На Фиг.2 "а" приведен способ изготовления идеального проводника (вариант 2);

На Фиг.2 "в" приведен идеальный проводник согласно заявляемому изобретению (вариант 2);

На Фиг.2 "с" приведен идеальный проводник согласно заявляемому изобретению со слоем изолятора (вариант 2);

На Фиг.1 "в" приведен идеальный проводник согласно заявляемому изобретению (вариант 1);

На Фиг.3 приведен прототип - опыт Мейснера: создание сверхпроводника из нормального проводника методом выталкивания электромагнитного поля наружу из нормального проводника с помощью приложения сильного магнитного поля при сверхнизких температурах

На Фиг.4 приведен процесс ионизации ферромагнетика с помощью постоянного, переменного тока или электромагнитного поля согласно заявляемому изобретению;

На Фиг.5 "а" приведено распределение электромагнитного поля внутри сверхпроводника после завершения процесса изготовления идеального проводника согласно заявляемому изобретению;

На Фиг.5 "в" приведено распределение электромагнитного поля внутри сверхпроводника после завершения процесса изготовления идеального проводника со слоем изолятора согласно заявляемому изобретению;

На Фиг.6 приведены результаты опытов заявителя по подтверждению появления свойств нормального проводника до начала изготовления сверхпроводника согласно заявляемому изобретению;

На Фиг.7 приведены результаты опытов заявителя по подтверждению появления свойств сверхпроводимости у нормального проводника, изготовленного согласно заявляемому изобретению.

Идеальный проводник согласно заявляемому изобретению (вариант 1), приведенный на Фиг.1 "в", содержит нормальный проводник 1 и средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости, выполненное в виде ионизированного ферромагнетика 2. На ионизированный ферромагнетик 2 может быть нанесен слой изолятора 3. В качестве ферромагнетика выбирают соединение Fe₂O₃SrO, которое получают путем смешивания соединений Fe₂O₃ и SrO при некритической температуре в соотношении по массе 1:1. Некритические температуры - это температуры, при которых не происходит кардинального изменения агрегатного состояния вещества. В нашем опыте смешивание соединений Fe₂O₃ и SrO производили при комнатной температуре. Затем полученную смесь соединений Fe₂O₃ и SrO нагревали при некритической температуре (в нашем опыте при комнатной), в результате нагрева указанной смеси происходила физико-химическая реакция и образовывалось соединение Fe₂O₃SrO в расплавленном или полурасплавленном состоянии, представляющее собой ферромагнетик, обладающий очень сильными ферромагнитными свойствами. Затем производили ионизацию расплавленного или полурасплавленного ферромагнетика постоянным электрическим током от 3 до 9 ампер в течение 7-15 секунд. Ионизацию ферромагнетика можно производить переменным током в диапазоне от 5 до 7 ампер не менее 30 секунд, кроме того, ионизацию ферромагнетика путем приложения к нему электромагнитного поля до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора. Обычный ферромагнетик в силу его ферромагнитных свойств даже без пропускания электрического тока излучает собственное электромагнитное хаотичное поле во все стороны от ферромагнетика. Ферромагнетики отличаются друг от друга силой излучаемого поля. При ионизации ферромагнетика происходит упорядочение вектора действия электромагнитного поля. На Фиг.4 показано, каким образом происходит упорядочение вектора действия электромагнитного поля ферромагнетика в процессе его ионизации. На Фиг.4 видно, что до ионизации ферромагнетика расположенные вокруг него магнитные стрелки 4 ориентированы хаотично. После завершения процесса ионизации ферромагнетика магнитные стрелки 4 упорядоченно ориентированы и все ориентированы северным полюсом к центру ферромагнетика. В качестве ферромагнетика в заявляемом изобретении возможно использование любого ферромагнетика, способного удерживать электромагнитное поле нормального проводника при пропускании по нему электрического тока в пределах объема нормального проводника. Кроме того, к ферромагнетику в процессе его получения могут добавляться различные добавки, обладающие свойством поглощать электромагнитное поле или обладающие свойствами высокой проводимости, или с целью придания сверхпроводнику большей эластичности, например свинец, серебро, углерод и т.д.

В качестве нормального проводника может использоваться любой металлический проводник, обладающий обычной проводимостью, например алюминий, медь, все сплавы стали, свинец, серебро, латунь и т.д.

Для нанесения ионизированного ферромагнетика по первому варианту способа изготовления идеального проводника нормальный проводник погружали в емкость с расплавленным или полурасплавленным ионизированным ферромагнетиком и удерживали внутри емкости около 30 секунд (Фиг.1 "а"). При нахождении нормального проводника в емкости с расплавленным или полурасплавленным ионизированным ферромагнетиком из-за электромагнитных свойств ферромагнетика происходит его налипание на поверхность нормального проводника толщиной слоя, достаточной для полного поглощения электромагнитного поля нормального проводника при пропускании по нему электрического тока.

Экспериментальным путем, подбирая толщину и вид ферромагнетика, можно добиться того, что поле ферромагнетика по модулю (величине) будет больше поля, излучаемого нормальным проводником, противонаправлено ему, в результате чего поле проводника не покинет его пределы и не будет иметь возможности выйти за пределы нормального проводника.

В нашем опыте в качестве нормального проводника был выбран медный проводник сечением 1 мм, а толщина слоя ионизированного ферромагнетика Fe₂O₃SrO составила 2 мм.

Затем по истечении 30 секунд нормальный проводник, покрытый слоем ионизированного ферромагнетика, извлекают из емкости с расплавленным или полурасплавленным ионизированным ферромагнетиком и осуществляют его охлаждение при некритических температурах (в нашем опыте при комнатной температуре) до полного затвердевания ионизированного слоя ферромагнетика на поверхности нормального проводника.

Дополнительно на полученный идеальный проводник может быть нанесен слой изолятора, в качестве которого могут быть использованы, например, резина, каучук, стекло, все виды пластмасс, все виды полимеров.

Второй вариант осуществления изобретения.

Отличие второго варианта изготовления идеального проводника заключается в том, что сначала предварительно расплавленный и ионизированный ферромагнетик помещают в форму, например стакана, производят его охлаждение при некритических температурах до отвердевания ферромагнетика, затем затвердевший ионизированный ферромагнетик извлекают из формы, высверливают в нем отверстие диаметром равным диаметру нормального проводника, после чего нормальный проводник помещают в образовавшееся отверстие внутрь ионизированного ферромагнетика.

Приведем оптимальный вариант осуществления второго варианта способа изготовления идеального проводника.

В качестве ферромагнетика выбирали соединение Fe₂O₃SrO, которое получали путем смешивания соединений Fe₂O₃ и SrO при комнатной температуре в соотношении по массе 1:1. Затем полученную смесь соединений Fe₂O₃ и SrO нагревали при комнатной температуре, в результате нагрева указанной смеси образовывалось соединение Fe₂O₃SrO в расплавленном или полурасплавленном состоянии, представляющее собой ферромагнетик, обладающий очень сильными ферромагнитными свойствами.

Затем полученную смесь выливали в форму, например цилиндрическую, в виде стакана. При этом диаметр формы должен быть равен примерно пяти диаметрам нормального проводника. Например, при диаметре нормального проводника равном 2 мм, диаметр формы, в которую заливают расплавленный ферромагнетик Fe₂O₃SrO, должен быть равен 10 мм.

Затем производили ионизацию расплавленного или полурасплавленного ферромагнетика, находящегося в форме, постоянным электрическим током от 3 до 9 ампер в течение 7-15 секунд. Ионизацию ферромагнетика можно производить переменным током в диапазоне от 5 до 7 ампер не менее 30 секунд, кроме того, ионизацию ферромагнетика можно производить путем приложения к нему электромагнитного поля до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора.

В примере осуществления второго варианта заявляемого способа приведены оптимальные параметры проведения ионизации ферромагнетика, однако ионизация ферромагнетика может производиться и при других величинах силы тока, величинах электромагнитного поля и времени ионизации, важно наличие обратно пропорциональной зависимости между силой тока и временем ионизации, то есть чем выше сила тока или величина магнитного поля, тем меньше требуется времени до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора.

После завершения ионизации производили охлаждение формы с ферромагнетиком до комнатной температуры, в результате чего происходило отвердевание ионизированного ферромагнетика.

Затем затвердевший ферромагнетик извлекали из формы и высверливали в нем осевое отверстие диаметром, достаточным для размещения в нем нормального проводника, в нашем конкретном примере высверливали отверстие диаметром 2 мм + допуск 0,3 мм, после чего нормальный проводник диаметром 2 мм, изготовленный из алюминия, помещали внутрь в отверстие в отвердевшем ионизированном ферромагнетике.

В результате первого и второго вариантов осуществления заявленного способа изготовления идеального проводника достигается эффект локализации электромагнитного поля внутри нормального проводника при пропускании по нему электрического тока, что приводит к тому, что сопротивление нормального проводника становится равным нулю и, соответственно, нормальный проводник приобретает свойства сверхпроводника. Картина локализации электромагнитного поля внутри нормального проводника при пропускании электрического тока по идеальному проводнику согласно заявляемому изобретению, приведена на Фиг.5.

В отличие от опытов Мейснера по получению сверхпроводника из нормального проводника, когда он стремился вытеснить наружу электромагнитное поле нормального проводника путем приложения к нему одновременно очень сильного магнитного поля при сверхнизких температурах (4,2 градуса Кельвина) (см. Фиг.3), в заявляемом изобретении электромагнитное поле нормального проводника локализуется внутри него самого при пропускании по идеальному проводнику электрического тока, при этом нормальный проводник приобретает свойства сверхпроводимости при некритической температуре (в нашем опыте комнатной температуре) без использования каких-либо специальных дополнительных средств охлаждения или нагрева сверхпроводника (см. Фиг.5).

Для подтверждения того, что нормальный проводник приобрел свойства сверхпроводимости, заявитель поставил следующий опыт, схема которого приведена на Фиг.6 и Фиг.7.

На Фиг.6 нормальный проводник 1 подключили через клеммы 5 и 6 к источнику постоянного тока 7 с силой тока в 9 А. К клеммам 5 и 6 параллельно подключили омметр 8.

Перед началом опыта с помощью омметра 8 измерили сопротивление нормального проводника 1 длинной 50 см, затем измерили с помощью этого же омметра 8 отдельно сопротивление клеммы 5 и клеммы 6. Результаты измерений приведены в табл.1 на Фиг.6, как видно из таблицы 1 сопротивление нормального проводника составило 80 Ом, сопротивление клеммы 5-40 Ом, сопротивление клеммы 6-40 Ом, таким образом, общее сопротивление участка цепи составило 160 Ом.

К нормальному проводнику 1, по которому протекал ток силой 9 А, поднесли магнитную стрелку. Как известно, нормальный проводник, по которому течет электрический ток, излучает магнитное поле, как видно на Фиг.6, магнитная стрелка 4 сориентировалась согласно полярности проводника, затем произвели смену полярности источника постоянного тока 7, что привело к смене полярности нормального проводника 1, при этом магнитная стрелка 4 изменила ориентацию на противоположную, что доказывает присутствие магнитного поля в нормальном проводнике.

Затем нормальный проводник 1 был изъят из электрической цепи и обработан ионизированным ферромагнетиком Fe₂O₃SrO согласно заявляемому способу по варианту 1 (п.7 формулы) изготовления идеального проводника.

После чего идеальный проводник поместили в электрическую цепь (Фиг.7), при этом длина идеального проводника составила 50 сантиметров. Измерили общее сопротивление участка цепи, которое составило 80 Ом, которое складывалось из ранее измеренного сопротивления клеммы 5 в 40 Ом и клеммы 6 в 40 Ом. Сводные данные результатов измерения на участке цепи с идеальным проводником приведены в таблице 2. Так как общее сопротивление участка цепи есть сумма сопротивлений клеммы 5, идеального проводника и клеммы 6, то из простого арифметического уравнения следует, что сопротивление идеального проводника равно 0 Ом.

Эффект нулевого сопротивления участка цепи, содержащего идеальный проводник, был достигнут за счет полной локализации электромагнитного поля нормального проводника 1 внутри его объема посредствам нанесения слоя ионизированного ферромагнетика на нормальный проводник. В результате чего нормальный проводник приобрел свойства сверхпроводника.

Для доказательства отсутствия излучения идеальным проводником электромагнитного поля, к участку цепи с идеальным проводником, по которому протекает электрический ток, поднесли магнитную стрелку 4, стрелка не меняла своего положения относительно ориентации по магнитным полюсам Земли. Затем была произведена смена полярности источника питания 7, однако положение магнитной стрелки 4 не изменилось, что свидетельствует об отсутствии электромагнитного излучения сверхпроводником, что, в свою очередь, является доказательством того, что нормальный проводник стал обладать свойствами идеального проводника, то есть его сопротивление равно 0 Ом и у него отсутствует электромагнитное поле.

Описанные выше опыты производились при комнатной температуре, при этом во втором опыте нагрева идеального проводника, полученного согласно заявляемому изобретению, не происходила, его температура не изменялась.

Идеальный проводник, изготовленный запатентованными способами, найдет широкое применение в электротехнике, особенно при передаче электроэнергии на значительные расстояния в линиях электропередач (ЛЭП), снижая до минимума энергетические потери и, соответственно, значительно уменьшая затраты на транспортировку электроэнергии.

Кроме того, заявляемое изобретение позволит исключить вредные электромагнитные излучения от любых проводников, в том числе от высоковольтных линий электропередач.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к проводникам, обладающим свойствами сверхпроводимости. Идеальный проводник содержит нормальный проводник с обычным сопротивлением и средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости, при этом средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости выполнено в виде предварительно нагретого при некритических температурах до расплавленного или полурасплавленного состояния ферромагнетика и впоследствии нанесенного на нормальный проводник или помещенного внутрь отвердевшего ионизированного ферромагнетика нормального проводника. Задача придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости решена за счет полного вталкивания магнитного поля, излучаемого нормальным обычным металлическим проводником при пропускании через него электрического тока, внутрь самого проводника без возможности его выхода за пределы проводника путем воздействия на нормальный проводник электромагнитным полем специальным образом подобранных вида и толщины слоя ионизированного ферромагнетика. В качестве ферромагнетика было выбрано соединение Fe₂O₃SrO. Заявлены два варианта выполнения проводника и способы получения проводника. Изобретение позволяет эксплуатировать проводник при некритических температурах и сохранять гибкие свойства, присущие обычному кабелю. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Идеальный проводник, содержащий нормальный проводник с обычным сопротивлением и средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости, отличающийся тем, что средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости выполнено в виде нанесенного на нормальный проводник предварительно нагретого при некритических температурах до расплавленного или полурасплавленного состояния ферромагнетика, впоследствии ионизированного постоянным электрическим током, или переменным электрическим током, или электромагнитным полем до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора и затем охлажденного до отвердевания при некритических температурах, при этом толщина слоя ферромагнетика выбрана таким образом, чтобы уменьшить сопротивление нормального проводника до нуля при приложении к нему электрического тока посредством направления электромагнитного излучения нормального проводника внутрь самого нормального проводника без возможности его выхода наружу за пределы нормального проводника.

2. Идеальный проводник по п.1, отличающийся тем, что в качестве ферромагнетика используют соединение формулы Fe₂O₃SrO.

3. Идеальный проводник по п.1 или 2, отличающийся тем, что на ферромагнетик с помещенным внутри него нормальным проводником дополнительно наносят слой изолятора.

4. Идеальный проводник, содержащий нормальный проводник с обычным сопротивлением и средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости, отличающийся тем, что средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости выполнено в виде предварительно нагретого при некритических температурах до расплавленного или полурасплавленного состояния ферромагнетика, впоследствии ионизированного постоянным электрическим током, или переменным электрическим током, или электромагнитным полем до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора и затем охлажденного до отвердевания при некритических температурах, при этом толщина слоя ферромагнетика выбрана таким образом, чтобы уменьшить сопротивление нормального проводника до нуля при приложении к нему электрического тока посредством направления электромагнитного излучения нормального проводника внутрь самого нормального проводника без возможности его выхода наружу за пределы нормального проводника, и впоследствии помещенного внутрь отвердевшего ионизированного ферромагнетика нормального проводника.

5. Идеальный проводник по п.4, отличающийся тем, что в качестве ферромагнетика используют соединение формулы Fe₂O₃SrO.

6. Идеальный проводник по п.4 или 5, отличающийся тем, что на ферромагнетик с помещенным внутри него нормальным проводником дополнительно наносят слой изолятора.

7. Способ изготовления идеального проводника по п.1, включающий совмещение нормального проводника со средством для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости, отличающийся тем, что средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости выполнено в виде ферромагнетика, который предварительно нагревают при некритических температурах до расплавленного или полурасплавленного состояния, который затем ионизируют постоянным электрическим током, или переменным электрическим током, или электромагнитным полем до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора, после чего ионизированный ферромагнетик наносят на нормальный проводник слоем, толщина которого выбрана таким образом, чтобы уменьшить сопротивление нормального проводника до нуля при приложении к нему электрического тока посредством направления электромагнитного излучения нормального проводника внутрь самого нормального проводника, и затем ионизированный ферромагнетик охлаждают при некритических температурах до затвердевания слоя ионизированного ферромагнетика на поверхности нормального проводника.

8. Способ изготовления идеального проводника по п.7, отличающийся тем, что средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости получают путем смешивания соединений Fe₂O₃ и SrO при некритической температуре в соотношении по массе 1:1, последующего нагрева при некритической температуре полученной смеси до получения соединения Fe₂O₃SrO, представляющего собой ферромагнетик в расплавленном или полурасплавленном состоянии, последующего пропускания через полученную смесь ферромагнетика постоянного тока в диапазоне от 3 до 9 ампер в течение 7-15 секунд, или переменного тока в диапазоне от 5 до 7 ампер не менее 30 секунд для его ионизации, или ионизации ферромагнетика путем приложения к нему электромагнитного поля до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора, нанесения полученного ионизированного ферромагнетика Fe₂O₃SrO на нормальный проводник слоем, толщина которого выбрана таким образом, чтобы уменьшить сопротивление нормального проводника до нуля при приложении к нему электрического тока посредством направления электромагнитного излучения нормального проводника внутрь самого нормального проводника, и его последующего охлаждения при некритических температурах до затвердевания на поверхности нормального проводника.

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что после совмещения нормального проводника с затвердевшим ионизированным ферромагнетиком на поверхность ферромагнетика наносят изолятор.

10. Способ изготовления идеального проводника по п.4, включающий совмещение нормального проводника со средством для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости, отличающийся тем, что средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости выполнено в виде ферромагнетика, который предварительно нагревают при некритических температурах до расплавленного или полурасплавленного состояния, который затем ионизируют постоянным электрическим током, или переменным электрическим током, или электромагнитным полем до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора, затем ионизированный ферромагнетик охлаждают при некритических температурах до отвердевания слоем, толщина которого выбрана таким образом, чтобы уменьшить сопротивление нормального проводника до нуля при приложении к нему электрического тока посредством направления электромагнитного излучения нормального проводника внутрь самого нормального проводника, после чего нормальный проводник помещают внутрь отвердевшего ионизированного ферромагнетика.

11. Способ изготовления идеального проводника по п.10, отличающийся тем, что средство для придания нормальному проводнику свойства сверхпроводимости получают путем смешивания соединений Fe₂O₃ и SrO при некритической температуре в соотношении по массе 1:1, последующего нагрева при некритической температуре полученной смеси до получения соединения Fe₂O₃SrO, представляющего собой ферромагнетик в расплавленном или полурасплавленном состоянии, последующего пропускания через полученную смесь ферромагнетика постоянного тока в диапазоне от 3 до 9 ампер в течение 7-15 секунд, или переменного тока в диапазоне от 5 до 7 ампер не менее 30 секунд для его ионизации, или ионизации ферромагнетика путем приложения к нему электромагнитного поля до упорядочения поля ферромагнетика до единого вектора, затем ионизированный ферромагнетик Fe₂O₃SrO охлаждают при некритических температурах до отвердевания слоем, толщина которого выбрана таким образом, чтобы уменьшить сопротивление нормального проводника до нуля при приложении к нему электрического тока посредством направления электромагнитного излучения нормального проводника внутрь самого нормального проводника, после чего нормальный проводник помещают внутрь отвердевшего ионизированного ферромагнетика Fe₂O₃SrO.

12. Способ изготовления идеального проводника по п.10 или 11, отличающийся тем, что после помещения нормального проводника внутрь затвердевшего ионизированного ферромагнетика на поверхность ферромагнетика наносят изолятор.