Магнит за три тысячелетия - [36]

феноменологическую теорию сверхпроводимости, являющуюся по существу следствием

идеи об одновременном существовании двух электронных жидкостей.

Ландау первым сопоставил два "странных" явления, сверхпроводимость и

сверхтекучесть — течение жидкого гелия II без трения через узкие капилляры, и

предположил, что они родственны. Сверхпроводимость — это сверхтекучесть весьма

своеобразной жидкости — электронной. Эта идея Ландау оказалась в высшей степени

плодотворной, на ее основе построено большинство теорий сверхпроводимости.

Следующий шаг был сделан одновременно советским физиком академиком

Н.Н.Боголюбовым и американскими физиками Д.Бардиным, Л.Купером и Дж. Шриффером.

Теория, разработанная ими, сводится, грубо говоря, к предположению о том, что

сверхпроводящие электроны в отличие от обычных объединены в пары, тесно

связанные между собой. Разорвать пару и разобщить электроны чрезвычайно трудно.

Такие мощные связи позволяют электронам двигаться в материале, помогая друг

другу и не встречая электрического сопротивления.

Ярким достижением в разработке теории сверхпроводимости являются работы ученика

Л.Д.Ландау члена-корреспондента АН СССР А.А.Абрикосова. Он, детально рассмотрев

один из "малоинтересных" частных случаев уравнения Гинзбурга — Ландау,

теоретически подтвердил давнюю догадку Шубникова о преимуществах сверхпроводящих

сплавов перед сверхпроводящими металлами. За разработку этой теории ее авторы

удостоены Ленинской премии, а теория получила мировое признание.

Когда основные положения ее были доложены Абрикосовым на Международной

конференции по низким температурам в Москве, в зале долго не смолкали

аплодисменты.

Итак, теория разработана, она утверждает, что в металлургических лабораториях со

дня на день должны появиться сплавы с предсказанными физиками чудесными

свойствами…

И вот в 1961 г. американский физик Дж. Кунцлер, исследуя сплав ниобия с оловом,

обнаруживает совершенно фантастические сверхпроводящие свойства этого

соединения. Оказалось, что даже самое сильное магнитное поле 8,8 Тл, имевшееся

тогда в Соединенных Штатах, не в силах разрушить сверхпроводимость сплава. (В

1961 г. в США крупнейший исследовательский электромагнит давал поле 8,8 Тл;

именно в его поле и проводились испытания нового сверхпроводника. Поле магнита,

как видно из статьи Кунцлера, оказалось недостаточным, чтобы "выключить"

сверхпроводимость.) Вскоре в Институте физических проблем под руководством

члена-корреспондента АН СССР Н.Е.Алексеевского было обнаружено несколько других

сверхпроводящих соединений и сплавов, обладающих удивительными свойствами…

Путь к сверхпроводящим магнитам, сверхпроводящим техническим устройствам был

открыт…

Уже через несколько лет были созданы магниты, о которых Камерлинг-Оннес мог

только мечтать: сверхпроводящие, легкие, дешевые, небольшие по габаритам, с

полем сначала 10, 12, а потом и 25 Тл. Они созданы в Институте атомной энергии

имени И.В.Курчатова, в Институте теоретической и экспериментальной физики.

Сверхпроводники, имеющие параметры Гинзбурга — Ландау более 1/√2, - это в

основном различные сверхпроводящие сплавы. Из теории ГЛАГ (В.Л.Гинзбург —

Л.Д.Ландау — А.А.Абрикосов — Л.П.Горьков) следует, что критические поля и

температуры сверхпроводников 2-го рода должны быть очень высокими. Открытие

Кунцлером сверхпроводимости у Nb3Sn блестяще подтвердило этот вывод. Как

выяснилось позже, критические поля многих сплавов (таких, например, как Nb3Ge,

V3Ga и др.) превышают 20…25 Тл. Эти сверхпроводники обладают по сравнению со

сверхпроводниками 1-го рода более высокими критическими полями и температурами.

Возможно, что в скором времени будут открыты сверхпроводники с еще лучшими

сверхпроводящими свойствами. Так, пределом критической температуры считают 40 К

(достигнуты температуры, превышающие 20 К). Это ограничение относится к

известному типу сверхпроводимости, при котором образование электронной пары,

способной двигаться через решетку без трения, обусловливается полем колебаний

решетки. В этом поле один электрон испускает квант колебания, а другой поглощает

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.