VẬT LIỆU SIÊU DẪN-CÔNG NGHỆ NANO, chương 3

Dựa vào "nam châm siêu dẫn", người Nhật và người Đức thiết kế ra các đoàn tầu chạy trên đệm từ. Người Nhật đã thử nghiệm với khoảng 3 - 4 công nghệ tầu chạy trên đệm từ khác nhau, lấy tên là Maglev dựa theo: thực hiện phép nâng điện - động lực học bằng cách tạo ra 2 từ trường đối nhau giữa các nam châm siêu dẫn đặt trên con tầu và những cuộn dây lắp trong đường ray hình chữ U bằng bê tông.High Một con tàu của Nhật ứng dụng hệ thống Speed Surface transport...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
VẬT LIỆU SIÊU DẪN-CÔNG NGHỆ NANO, chương 3Chương 3: Đoàn tàu chạy trên đệm từDựa vào nam châm siêu dẫn, người Nhật và người Đức thiết kếra các đoàn tầu chạy trên đệm từ. Người Nhật đã thử nghiệm vớikhoảng 3 - 4 công nghệ tầu chạy trên đệm từ khác nhau, lấy tên làMaglev dựa theo: thực hiện phép nâng điện - động lực học bằngcách tạo ra 2 từ trường đối nhau giữa các nam châm siêu dẫn đặttrên con tầu và những cuộn dây lắp trong đường ray hình chữ Ubằng bê tông.High Một con tàu của Nhật ứngdụng hệ thống Speed Surfacetransport - HSST (Ảnh: bobbea)Sau đây là một hình mẫu nhiều triển vọng nhất đã thử nghiệm đếnlần thứ ba, có thông số kỹ thuật: tầu chạy từ Tokyo đến Osaka cáchnhau khoảng 500km, mục tiêu chở 100 khách chạy trong một giờ.Từ trường do nam châm siêu dẫn tạo ra cực mạnh đủ để nâng contầu lên 10 cm khỏi đường ray. Đường ray có mặt cắt hình chữ U,trên nó có lắp 3 cuộn dây từ, được cung cấp điện bởi các trạmnguồn đặt dưới đất dọc đường tầu. Nam châm siêu dẫn đặt trên tầuvà đặt trong những bình chứa Helium đã hoá lỏng, tạo ra nhiệt độthấp là 269 độ dưới không độ, khi có dòng điện đi qua, sinh ra mộttừ trường khoảng 4,23 tesla nâng tầu bổng lên trong khung đườngray chữ U.Nhờ lực hút và lực đẩy xen kẽ giữa hai cực Nam - Bắc của cuộngiây và nam châm, con tầu cứ thế tiến lên phía trước. Điều khiểntốc độ nhờ điều chỉnh biến đổi tần số dòng điện trong cuộn dây từ0 đến 50 Hz và điều chỉnh tốc độ từ xa tại trung tâm điều khiển. Đểhãm tầu, người ta làm cách hãm như trên máy bay. Người Nhật đãphải vừa sản xuất vừa thử nghiệm trong 7 năm với kinh phí trên 3tỷ USD. Hệ thống trên đôi khi còn được gọi là hệ thống Vận tảitrên bộ tốc độ cao (High Speed Surface transport - HSST).+ Theo hướng công nghệ HSST này, người Đức chế tạo ra tầuTransrapid chạy trên đệm từ và cũng theo nguyên lý phát minhtừ những năm 1960 theo công nghệ hơi khác người Nhật đôi chút,đó là phương pháp nâng điện từ nhờ tác động của những thanhnam châm đặt trên tàu, với những nam châm vô kháng chạy bêndưới và hai bên đường tầu hình chữ T. Ước vận tốc đạt 450 km/giờchạy trên đường Berlin tới Hambourg, kinh phí khoảng 6 tỷ USD.Ngoài ra, người Pháp cũng đã và đang quan tâm đến vấn đề vận tảisiêu tốc trên bộ bằng siêu dẫn. 3.3 máy gia tốc mạnh Máy gia tốc hạt vòng xuyến+ Một ứng dụng quan trọng khác nữa là, có thể tạo ra được máygia tốc mạnh để nghiên cứu đặc tính gốc của nguyên tử. Người tadùng những nam châm cực mạnh để bẻ cong các chùm hạt, làmcho chúng chạy theo đường tròn để chúng va đập vào nhau, qua đónghiên cứu những mảnh sinh ra do những va đập mạnh đó;người ta gọi đó là siêu va đập siêu dẫn, dựa theo nguyên tắc này,các nhà khoa học Mỹ đang tiến hành xây dựng một máy gia tốccực mạnh trong đường hầm dài 88 km ở bang Texec để nghiên cứu các hạt cơ bản của vật chất. 3.4Máy quét MRI dùng trong y họccác nhà khoa học khai thác hiện tượng siêu dẫn trong các ứng dụngđặc biệt như máy chụp cắt lớp cộng hưởng từ (MRI) và máy tạo sựva đập của các hạt vật lý năng lượng cao, được làm lạnh bằng Helilỏng. Nhưng các ứng dụng thông dụng hơn như việc thay thế hệthống đường dây điện bằng các loại dây siêu dẫn vẫn chưa thể thựchiện được nếu không có các vật liệu có khả năng siêu dẫn ở nhiệtđộ cao hơn.3.4 ứng dụng khácmột ứng dụng vô cùng quan trọng nưa là khả năng giữ được trạngthái thứ tư cua vật liệu-trạng thái plasma. Chúng ta biết rằng phảnứng nhiệt hạch (Thermonuclear reactions) với khả năng tạo ra mộtnăng lượng khổng lồ, hãy thử hình dung năng lượng được tạo ra dophản ứng nhiệt hạch từ một gam D-T tương đương với năng lượngtừ 10000 lits dầu.Nhưng ở trạng thái plasma với thành phần chủyếu là Hidro nà hêli và nhiệt độ khoảng 60000C sẽ không co loạivật liệu nào có thể giữ, khống chế được nguồn năng lương này.Với khả năng ưu việt của mình các Ions và electrons quay xungquanh các đường từ trường tạo ra một áp lực tử vô cùng lớn có thểgiữ được trạng thái plasma trong các lò phản ứng hạt nhân.Sự khác biệt giữa vật siêu dẫn và vật dẫn điện hoàn hảoTừ trường bên trong vật dẫn điện hoàn hảo và vật siêu dẫn dưới tácđộng của môi trường ngoài ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp(nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ Curi). Từ trường bị đẩy ra khỏi vật siêudẫn ở nhiệt độ thấp không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của vậtliệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệtđộ thấp là trạng thái không thuận nghịch.Vật liệu siêu dẫnMột số ứng dụng của chất siêu dẫn:- Tàu đệm từ. Nam châm siêu dẫn mạnh sẽ trở nên nhỏ hơn và tốnít năng lượng hơn các nam châm điện như hiện nay.- Siêu máy tính. Các nút bấm tí hon làm bằng chất siêu dẫn sẽ giúpmáy tính đạt được tốc độ một nghìn nghìn tỉ phép tính mỗi giây.- Bom E. Từ trường siêu dẫn sẽ tạo ra một dao động để huỷ thiết bịtruyền động điện tử. Thirty bị này đã từng được quân đội Mỹ sửdụng năm 2003. ...