Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)



Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)
Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)
Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)
Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)
Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)
Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)
Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)
Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)
Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)
Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)
Идеальный проводник (его варианты) и способ изготовления идеального проводника (его варианты)

 


Владельцы патента RU 2551421:

Кремлёв Георгий Ярославич (RU)
Кремлёва Ольга Клавдиевна (RU)

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологии сверхпроводящих тонких пленок и может найти применение в производстве сверхпроводящих лент на основе высокотемпературных сверхпроводников для сверхпроводящих кабелей передачи электрической энергии, работающих при температуре жидкого азота.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании и изготовлении сверхпроводящих проводов на основе Nb3Sn по методу внутреннего источника олова, которые могут быть использованы для создания установок термоядерного синтеза, в импульсных магнитных системах или в других перспективных технологиях, в которых требуются сверхпроводники с высокой механической прочностью.

Изобретение относится к керамическому проводнику. В предложенном способе керамическую пленку-предшественник осаждают на подложку проводника.

Изобретение относится к сверхпроводящему электрическому кабелю. .

Изобретение относится к способу изготовления оксидной сверхпроводящей тонкой пленки для применения при изготовлении сверхпроводящего провода посредством процесса нанесения покрытия пиролизом с использованием бесфтористого металлоорганического соединения в качестве исходного материала.

Изобретение относится к сверхпроводящему тонкопленочному материалу и способу получения сверхпроводящего тонкопленочного материала. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к сверхпроводящему ленточному проводу, сверхпроводящему устройству и к способу изготовления сверхпроводящего ленточного провода.

Изобретение относится к области химической технологии получения покрытий так называемых сверхпроводящих проводников второго поколения. .

Изобретение относится к сверхпроводящему тонкопленочному материалу и способу его изготовления. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления сверхпроводящего провода и к сверхпроводящему устройству с таким проводом. .

Изобретение относится к сверхпроводникам и технологии их получения. Оксидный сверхпроводящий провод включает лентообразный оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, сформированный путем нанесения промежуточного слоя 4 на стороне передней поверхности металлической лентообразной подложки 3, оксидного сверхпроводящего слоя 5 на промежуточном слое 4 и защитного слоя 6 на оксидном сверхпроводящем слое 5, и покрытие, включающее металлическую ленту 2 и слой металла с низкой точкой плавления 7, при этом ширина металлической ленты 2 больше, чем ширина оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, и лента 2 закрывает поверхность защитного слоя 6 оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, обе боковые поверхности оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1 и оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3 в поперечном направлении, причем оба концевых участка металлической ленты 2 в поперечном направлении закрывают оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3а, слой металла с низкой точкой плавления 7 заполняет щели между оксидным сверхпроводящим слоистым материалом 1 и металлической лентой 2, окружающей оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, и соединяет металлическую ленту 2 и оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1 друг с другом, а часть 7с заполняющего слоя металла с низкой точкой плавления продолжается в область углубленного участка 2d, сформированного между обоими концевыми участками металлической ленты 2 в поперечном направлении. Полученная структура сверхпроводящего провода способна предотвращать проникновение влаги, в результате чего оксидный сверхпроводящий слой не разрушается. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил., 6 табл.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к проводу на основе оксидного сверхпроводника, и сверхпроводящей катушке, образованной посредством наматывания указанного провода. Провод на основе оксидного сверхпроводника включает в себя слоистую структуру со сверхпроводником, которая содержит подложку, которая образована в форме ленты, и промежуточный слой, слой оксидного сверхпроводника и стабилизирующий слой металла, которые наслоены на подложку, и слой изолирующего покрытия, которым покрыта наружная поверхность слоистой структуры со сверхпроводником, при этом либо вся наружная поверхность, либо вся внутренняя поверхность слоя изолирующего покрытия покрыта слоем из фторкаучука, обеспечивающим снижение деформации сверхпроводящей катушки, вызванной отслаивающим напряжением на границе раздела между слоем покрытия из фторкаучука и пропитывающей смолой, что является техническим результатом изобретения. Достигнуто также улучшение сверхпроводимости провода в охлажденном состоянии. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 10 ил., 4 табл.
Изобретение относится к текстурированной подложке для выращивания на ней эпитаксиальной пленки оксидного сверхпроводящего материала для использования в различных типах электросилового оборудования. Текстурированная подложка содержит слой текстурированного металла, по меньшей мере, на одной стороне, который включает в себя слой меди, имеющий кубическую текстуру, и слой никеля, имеющий толщину 100-20000 нм, сформированный на слое меди; слой никеля имеет слой оксида никеля, сформированный на его поверхности, имеющий толщину 1-30 нм, и слой никеля дополнительно включает в себя палладий-содержащую область, сформированную из палладий-содержащего никеля, на поверхности раздела со слоем оксида никеля. Верхний слой текстурированной подложки, т.е. слой оксида никеля, имеет шероховатость поверхности преимущественно 10 нм или менее. Ультратонкий слой оксида никеля оказывает улучшающее воздействие на ростовые свойства и адгезию эпитаксиальной пленки. Подложка имеет кристаллическую ориентацию, обеспечивающую возможность формирования высококачественной эпитаксиальной пленки на ее поверхности. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к области электротехники. Сверхпроводящий провод, содержащий cверхпроводящую слоистую структуру, включающую подложку и промежуточный слой, сверхпроводящий слой и металлический стабилизирующий слой, которые наслоены на подложку; и изолирующий покрывающий слой, покрывающий внешнюю поверхность сверхпроводящей слоистой структуры и сформированный посредством спекания материала смолы. При этом максимальная высота Rz по меньшей мере части внешней поверхности сверхпроводящей слоистой структуры, покрытой изолирующим покрывающим слоем, составляет 890 нм или меньше. Повышается проводимость провода за счет исключения расслаивания его структуры. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.
Наверх