Сверхпроводящее явление было впервые обнаружено голландским физиком Хек в 1911 году и до сих пор является важной областью физических исследований. Сверхпроводники будут входить в состояние нулевого сопротивления при определенных низких температурах и полностью устойчивы к магнитным свойствам (то есть эффекту Meisner), поэтому они демонстрируют большой потенциал во многих областях, таких как передача энергии, медицинская визуализация (такие как МРТ), научные исследования (такие как ускорители частиц). Тем не менее, для достижения сверхпроводящих состояний обычно требуются чрезвычайно низкие температуры, а жидкий азот, как эффективная и экономичная охлаждающая среда, играет ключевую роль в разработке и применении сверхпроводящих технологий.
Взаимосвязь между сверхпроводящей и низкой температурой среды
Сверхпроводящие материалы демонстрируют сверхпроводящие свойства только тогда, когда они находятся ниже их «критической температуры» (TC). Критическая температура сверхпроводников, обнаруженных в первые дни, такие как ртуть, составляла всего 4,2 тыс. (Около -268,95 градусов) и должна полагаться на жидкий гелий для охлаждения. Хотя жидкий гелий эффективен, он дорого и сложный в производстве, что серьезно ограничивает фактическое продвижение сверхпроводящей технологии.
Поворотная точка произошла в 1986 году, когда ученые IBM обнаружили медь - на основе высокопроизводительных материалов температуры. Критическая температура этого типа материала выше, чем в температуре кипения жидкого азота (77K, т.е. . -196 степень), поэтому для охлаждения можно использовать жидкий азот. Хотя 77K по -прежнему принадлежит к чрезвычайно низкой температурной категории, его затраты и трудность работы значительно снижаются по сравнению с условиями, необходимыми для жидкого гелия, закладывая основу для сверхпроводящего технологии для перехода от лабораторной к практическому применению.
Три преимущества жидкого азота стать «необходимым продуктом»
1. Низкая стоимость:
Рыночная цена жидкого азота намного ниже, чем жидкий гелий, обычно только один - десятый или даже ниже, чем последний. Азот является основным компонентом атмосферы, простым в разделении и разжижении, богатым ресурсами и стабильным предложением; В то время как гелий является дефицитным ресурсом и имеет высокие затраты на добычу и хранение.
2. Безопасность и удобная работа:
Жидкий азот кипит на уровне 77 тысяч, что облегчает хранение и ручку, чем жидкий гелий (4,2 тыс.). Использование жидкого азота не требует чрезвычайно сложного изоляционного оборудования, и оно также значительно снижает эксплуатационные риски и затраты, вызванные быстрым испарениями.
3.
Критическая температура высокой - температурных сверхпроводящих материалов, таких как кислород меди иттрия бария (BSCCO), выше 77 тыс., Что может достичь сверхпроводимости в зоне температуры жидкого азота. Это делает жидкий азот идеальным для фактического охлаждения таких материалов.
Практическое анализ применения и выгод
Сверхпроводящие системы с использованием жидкого азотного охлаждения показали значительные преимущества в нескольких областях:
1. Передача питания:
Сверхпроводящие кабели могут достичь почти нулевой передачи сопротивления. Исследования показывают, что если сверхпроводящая передача будет продвигать в глобальной энергетической сетке, экономические выгоды, принесенные по снижению потерь энергии, могут достигать миллиардов долларов в год.
2. Медицинское оборудование для изображений:
Традиционное оборудование МРТ в основном использует сверхпроводящие магниты с жидким гелиевым охлаждением, что дорого. Новое поколение высокопроизводительного МРТ с высокой- начала использовать жидкий азот для охлаждения, что не только снижает производственные затраты и трудности с техническим обслуживанием, но также улучшает качество оборудования и качества изображения.
3. промышленные и научные исследования:
Сверхпроводящие магниты являются незаменимыми в больших научных исследованиях-, такого как ускорители частиц и ядерные магнитно -резонансные инструменты. Использование жидкого азота значительно снизило рабочую порог и длинный - затраты на эксплуатацию и обслуживание этих устройств.
Резюме и перспектива
Из -за своей стоимости - эффективность, простоту использования и хорошую совместимость с высокой - температурными сверхпроводящими материалами, жидкий азот стал незаменимой частью разработки сверхпроводящей технологии. Это не только способствует применению сверхпроводя от теории к реальности, но и значительно способствует технологическому прогрессу и инновациям в связанных отраслях.
Хотя текущие исследования продолжают изучать сверхпроводящие материалы с более высокими критическими температурами и даже осуществлять мечту о сверхпроводящей комнатной температуре, жидкий азот, как надежная и эффективная охлаждающая среда, обеспечивает практические растворы в современных технических условиях. В будущем, благодаря дальнейшему прорыву сверхпроводящих материалов и технологий охлаждения, жидкий азот -, охлаждаемые сверхпроводящие системы, как ожидается, окажут более глубокое влияние на области энергии, медицинской помощи, транспортировки и т. Д.
