VẬT LIỆU SIÊU DẪN-CÔNG NGHỆ NANO, chương 2

Chuyển tải điện năng Đoàn tầu chạy trên đệm từ Tạo ra Máy gia tốc mạnh Máy đo điện trường chính xác Cái ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc Máy quét MRI dùng trong y học chuyển tải điện năngSự phát triển của ngành điện hiện đại, điện vật lý, vật lý năng lượng cao, tổng hợp nhiệt hạch có điều khiển, công nghệ cao về y học và nhiều ngành khoa học kỹ thuật khác không thể có được nếu không sử dụng rộng rãi những thiết trí ứng dụng hiện tượng siêu dẫn....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
VẬT LIỆU SIÊU DẪN-CÔNG NGHỆ NANO, chương 2 Chương 2: Ứng dụng hiện tượng siêu dẫn  Chuyển tải điện năng  Đoàn tầu chạy trên đệm từ  Tạo ra Máy gia tốc mạnh  Máy đo điện trường chính xác  Cái ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc  Máy quét MRI dùng trong y học 3.1 chuyển tải điện năngSự phát triển của ngành điện hiện đại, điện vật lý, vật lý nănglượng cao, tổng hợp nhiệt hạch có điều khiển, công nghệ cao về yhọc và nhiều ngành khoa học kỹ thuật khác không thể có được nếukhông sử dụng rộng rãi những thiết trí ứng dụng hiện tượng siêudẫn. Trong thuật ngữ kỹ thuật, vật liệu siêu dẫn được chia thành hai loại: Vật liệu siêu dẫn nhiệt độ thấp (VSNT) hoạt động ở mức nhiệt độ hêli và các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao (VSNC) có khả năng hoạt động ở cấp nhiệt độ sôi của nitơ lỏng (~ 77 K). Trong số rất nhiều hợp kim và hợp chất VSNT có thể có, sau gần bốn mươi năm tiến hành lựa chọn, người ta đã xác định được hai vật liệu đầu bảng là hợp kim Nb -Ti được biến dạng và hợp chất giữa các kim loại Nb3Sn, về nguyên tắc thoả mãn được những đòi hỏi chủ yếu của ngành điện và điện vật lý. Chính các vật liệu Nb -Ti và Nb3Sn tại nhiệt độ làm việc từ 1, 8đến 8 K thực tế đảm bảo mức yêu cầu trên toàn bộ dải từ trườngvà mật độ dòng làm việc trong các thiết trí kỹ thuật điện và điệnvật lý.Những VSNC chính đang được sử dụng ngày nay là những vậtliệu trên cơ sở các hợp chất: Bi2Sr2CaCu2Ox (Bi-2212);Bi2Sr2Cu2CXu3Ox (Bi - 2223) và YBa2Cu3O7 (Y-123).Các chất siêu dẫn trên cơ sở của hợp chất Bi -2212 do nhiệt độtới hạn tương đối thấp (90 K) không có ý nghĩa để sử dụng ởcấp nhiệt độ sôi của nitơ lỏng. ở các nhiệt độ từ hêli đến hyđrô,chúng có khả năng tải dòng vượt trội hơn các vật liệu nhiệt độthấp trong các từ trường mạnh (Nb-Ti; Nb3Sn) ở nhiệt độ 4, 2K. Về kết cấu, dây dẫn Bi -2212 được chế tạo bằng phươngpháp bột tán - trong ống chủ yếu ở dạng băng (dải) và đôi khiở dạng các dây xoắn trong lớp vỏ bọc bằng bạc hoặc hợp kimbạc.Chất siêu dẫn Bi -2223 khi chế tạo ít đòi hỏi về mặt công nghệhơn so với Bi -2212, tuy nhiên nhiệt độ tới hạn 107 K cho phépđạt được ở các nhiệt độ của nitơ (~ 77 K) mật độ dòng điện tới108 A/m2 trong từ trường của dòng điện bản thân nó. Khi giảmnhiệt độ tới 35 K, vật liệu hoạt động hoàn toàn có hiệu quả (mậtđộ dòng ở mức 108 A/m2) với độ cảm ứng của từ trường đạt tớigần 5 T (tesla). Công nghệ chế tạo tương tự như Bi -2212.Để nghiên cứu triển khai kỹ thuật, người ta sử dụng các phần tửtải dòng trên cơ sở hợp chất Bi -2223 trong vỏ bọc bằng bạc vàcác dây dẫn trên cơ sở hợp chất Y -Ba-Cu-O. Dây dẫn compozittrên cơ sở hợp chất Bi -2223 được sử dụng cho dải các trườngdưới 0, 5 T ở 77 K. Các vật liệu trên cơ sở hợp chất Y-Ba-Cu-Ocó khả năng làm việc trong trường từ tới 5 T ở 77 K hiện nay đãbắt đầu được tăng cường nghiên cứu triển khai cho các thiết tríkỹ thuật điện sắp tới, kể cả các bộ tích trữ năng lượng. Đến ngàynay đã tạo ra được công nghệ sản xuất những sản phẩm lớn Y -123 và các bộ phận bằng bitmut (các phần tử tải dòng hìnhxuyến). Đã bắt đầu chế tạo các vật liệu khối lớn, những vật liệunày ở chế độ trường đông lạnh có khả năng cạnh tranh được vớicác nam châm vĩnh cửu như Nd -Fe-B.Chất siêu dẫn trên cơ sở hợp kim Nb -Ti biến dạngCác dây dẫn trên cơ sở các hợp kim Nb -Ti đang chiếm ưu thếtrên thị trường vật liệu siêu dẫn toàn thế giới.Các hợp kim của hệ thống Nb -Ti có trị số tối đa về trường tớihạn trên ~ 11 T và nhiệt độ tới hạn ~ 9, 85 K. Thông thường,các chất siêu dẫn Nb -Ti được sử dụng trong các trường 1 - 8 Tở nhiệt độ 4,2 - 4, 5 K. Trong công nghiệp chế tạo, người ta lựachọn hợp kim Nb -Ti (46 - 48,5% khối lượng).Dây compozit trên cơ sở hợp kim Nb -Ti là compozit chứa cácsợi Nb - Ti được phân bố trong ma trận bằng đồng siêu tinhkhiết hoặc hợp kim điện trở trên cơ sở đồng. Trong thành phầncompozit có thể có các vật liệu khác được sử dụng để làm cácrào khuyếch tán và điện trở (Nb, Cu-Ni, Cu-Mn). Chuỗi dâycompozit Nb -Ti rất rộng, từ các dây đường kính 0,3 - 1, 5 mmvới 6 - 100 sợi kích thước 25 - 100 mm tới các dây compozitđường kính 0,1 - 0, 25 mm chứa khoảng 106 sợi kích thước 0,1- 0,5 mm trong ma trận bằng các hợp kim điện trở. Số lượngđáng kể các dây dẫn Nb -Ti đường kính 0,65 - 0, 85 mm với cácsợi 6 - 10 mm để chế tạo hệ thống từ của máy gia tốc cần thiếtcho sự phát triển của ngành vật lý năng lượng cao.Đến nay, công nghệ chế tạo các chất siêu dẫn Nb -Ti đã kháhoàn thiện. Mật độ dòng tới hạn đạt được trong sản xuất hàngloạt các dây với đường kính sợi 6-10 mm là 3.103 A/mm2trong trường 5 T. Giá thành các chất siêu dẫn Nb -Ti thuộc cấpnày vào khoảng 150 USD /kg.Đối với các thiết trí bằng chất siêu dẫn vận hành ở dòng điện tầnsố công nghiệp, đã nghiên cứu triển khai các dây dẫn Nb -Tiđường kính 0,15 - 0, 2 mm với mức tổn thất thấp chứa các sợisiêu mỏng đường kính 0,1-0,2 mm được p ...