Природа сверхпроводимости
Сверхпроводники могут работать и работают при обычных температурах.
Современные представления /1/ о физических процессах позволяют лучше понять природу сверхпроводимости и получить практический результат для обычных температур окружающей среды.
Рассмотрим алгоритм получения режима сверхпроводимости сначала для известного сверхпроводника, например, алюминия, требующего криогенной температуры. Основными этапами процесса в соответствии с /1/ являются следующие:
1. Охлаждение проводника.
2. Снижение частоты колебаний атомов пропорционально температуре.
3. Рост динамического заряда атома в виде вихря электрино.
4. Частичная нейтрализация отрицательного избыточного заряда атома.
5. Ослабление связей и взаимодействия между атомами.
6. Объединение вихрей электрино вокруг групп еще не объединенных атомов.
7. Потеря прочности связей между атомами.
8. Объединение атомов между собой по группам скачком под сжимающим действием объединенного вихря.
9. Рост каналов (пространства) между группами атомов вследствие их объединения.
10. Рост скачком вихря электрино вокруг группы объединенных атомов.
11. Рост скачком теплоемкости материала.
12. Выход части вихря на поверхность проводника у групп, граничащих с нею.
13. Наступление режима сверхпроводимости.
Следует дать пояснения к алгоритму и, в первую очередь, охарактеризовать понятие сверхпроводимости. Сверхпроводимостью считают режим течения электрического тока по проводнику с нулевым сопротивлением. Однако, это не совсем так.
Установлено, что сопротивление обусловлено рассеянием электрино вихря, а поскольку атомы сохраняют некоторую амплитуду колебаний, то будет и рассеяние электрино, следовательно, сверхпроводник обладает конечной проводимостью (не нулевой). Подпитка электрино в замкнутом сверхпроводящем контуре со стоячим вихрем электрино производится из магнитного поля Земли, а в общем случае – из окружающего пространства, в котором находится «электринный газ» (эфир).
В любой кристаллической решетке положение и взаимодействие атомов определяется, во-первых, притяжением их разноименных электрических статических зарядов и, во-вторых, отталкиванием их одноименных избыточных статических зарядов (в металлах – это отрицательный заряд). Поле отрицательных (электронных) зарядов является дискретным в виде электронных лучей, поэтому для неподвижного атома ничто не мешает положительно заряженным частицам – электрино компенсировать его полностью, находясь вокруг атома в виде вихря, представляющего динамический положительный заряд. Подлетая к атому под действием притяжения отрицательного избыточного заряда, электрино встречает положительные поля атома, которые составляют более 99% и являются фоновыми, недискретными. Эти поля одноименных зарядов отталкивают электрино и заставляют ее (частицу) зависнуть на некотором удалении от атома в положении безразличного неустойчивого равновесия. В конце концов вихрь электрино примет какое-либо направление вращения вокруг атома под действием внешних сил.
Ввиду дискретности отрицательных полей вихрь подвижного атома будет рассеивать электрино, выбывшие из зоны их действия, и иметь значительно меньший вихрь по сравнению с неподвижным атомом и любым телом, имеющим отрицательный заряд. При охлаждении проводника снижение температуры вызывает пропорциональное снижение частоты колебаний атома в кристаллической решетке. Более неподвижный, чем ранее,
атом увеличивает свой вихрь электрино вплоть почти до нейтрализации отрицательного избыточного заряда, часть которого остается для взаимодействия с соседними атомами.
Снижение отрицательного заряда ведет к относительному росту сил притяжения между атомами кристаллической решетки проводника. С превышением прочности связи атомов при криогенной температуре они под действием сил взаимного притяжения скачком объединяются между собой группами (кластерами). Считают, что кристаллическая решетка алюминия имеет кубическую структуру с координационным числом 6. Это значит, что, видимо, при указанных условиях атомы объединяются в группы по 7 штук в каждой. Объединяются и их индивидуальные вихри электрино в общий для каждого кластера вихрь. Такая группа – кластер, монокристалл имеет атомное число 27×7=189 а. е.м., соответствующее самым тяжелым металлам 6 группы таблицы Менделеева, в том числе, редкоземельным (лантаноидам).
Поскольку размер глобул атомов уменьшается почти на 2 порядка, то соответственно возрастает размер межглобулярного канала. Одновременно также скачком происходит окончательное объединение индивидуальных вихрей атомов в общий мощный вихрь группы – монокристалла. По сути произошел фазовый переход аналогичный конденсации вещества например, из парообразного в жидкое состояние, что естественно при его охлаждении. Точно также происходит, например, конденсация водяного пара путем объединения молекул воды в мельчайшие капли — кластеры /3, 4/, которые затем растут и вливаются в основную массу жидкости. Объединение капель жидкости происходит точно так же, как атомов алюминия, а именно: в объединенном вихре электрино одноименные заряды отталкиваются друг от друга и приближающиеся к атомам электрино (а их миллионы штук) электродинамически действуют на атомы с некоторой силой, прижимающей их друг к другу со всех сторон одинаково, заставляя капли принимать сферическую форму. Для капель воды это и есть физическая причина поверхностного натяжения жидкости. Удаляющиеся от атомов электрино силой своей реакции также сжимают атомы в группу (как молекулы в каплю).
Образовавшийся вокруг каждого кластера — монокристалла мощный вихрь электрино спокойно (без сопротивления) вращается, так как проходит через увеличенные каналы не сталкиваясь с атомами, причем верхняя часть вихря выступает над поверхностью проводника. Она-то и является тем электрическим током, который возникает в сверхпроводнике при подаче напряжения. Этот ток проходит как бы не внутри самого проводника, а вне его, не вызывая столкновительных взаимодействий электрино с атомами и, соответственно, не вызывая электрического сопротивления. Этот поверхностный ток является одновременно и магнитным потоком, который, как считают, «выдавливается» на поверхность. Электрино потому и не сталкиваются с атомами, что у них для этого, как видно, нет причин, они свободно кружат вокруг атомов в составе общего вихря группы –монокристалла.
Это и есть режим сверхпроводимости, при котором электрическое сопротивление, определяемое только рассеянием носителей зарядов – электрино, снижается почти до нуля (для алюминия – на 5 порядков). Одновременно скачком увеличивается теплоемкость вещества, в том числе, алюминия, примерно в 2,5 раза, что и следовало ожидать при конденсации так же, как увеличение теплоемкости воды по сравнению с теплоемкостью пара при его конденсации.
Понимание физической сущности механизма сверхпроводимости на уровне взаимодействия атомов и элементарных частиц дает возможность осуществить сверхпроводимость при обычной комнатной температуре. В принципе это можно сделать с помощью любого редкоземельного металла или любого металла 6 группы таблицы Менделеева. Для этого через пленку микронной толщины из композита с включением указанных металлов должен быть пропущен электрический ток. При этом такая пленка не только не сгорает и не разрушается, но даже не нагревается.
Достаточно мощный вихрь электрино вокруг атомов тяжелого металла, например, неодима 142Nd своей поверхностной частью позволяет пропустить необычно большой ток в таком пленочном сверхпроводнике при комнатной температуре.
Применение тонкопленочных сверхпроводников позволяет:
• уменьшить металлозатраты на проводники;
• уменьшить габариты энергоустановок;
• исключить сложные устройства охлаждения ввиду отсутствия сопротивления и нагрева;
• создать компактные энергоисточники на основе неподвижных магнитов (электро — и теплогенераторы);
• использовать скоростной ток, идущий по поверхности обычных проводников, как ток сверхпроводимости.