Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Без гелия немыслимы низкие температуры на уровне 4° К и ниже. Между тем область низких температур в настоящее время стала обязательным фактором технического прогресса [61]. Достаточно напомнить о мощном развитии новой ветви электроники— криогенной радиоэлектроники, в которой охлаждение до очень низких температур (1,5—20° К) снижает уровень шумов, и обеспечивает работу важнейших систем — детекторов ИК-из-лучения, молекулярных усилителей (мазеры). Малый уровень-тепловых шумов усилителей при низких температурах позволяет увеличить чувствительность радиоприемных устройств в 100— 10 000 раз [62]. Квантовые усилители применяются в радиоастрономии для обнаружения слабых радиосигналов из космоса.. Уместно отметить применение инертных газов для газовых лазеров— оптических квантовых генераторов, которые излучают узконаправленный моноэнергетический и когерентный световой пучок, распространяющийся с ничтожно малой угловой расходимостью [63, 64]. Японская компания «Хитати Сайсакусио» разработала самый мощный в мире трехцветный лазер на аргоне и криптоне; он в 10 раз превосходит аналогичный лазер, созданный в США. Этот лазер найдет применение в цветном телевидении, объемной фотографии и космической связи.
24
В 1911 г. Камерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости ртути при температуре жидкого гелия. С тех пор это •сложнейшее явление стало объектом изучения крупнейшими физиками-экспериментаторами и теоретиками. Известны многие чистые металлы (свыше 23), сплавы и химические соединения, обладающие свойством сверхпроводимости [65]. При определенной критической температуре Тк происходит резкий переход (в интервале 0,001°) из нормального состояния в сверхпроводящее, при котором электрическое сопротивление равно нулю. Однако при температуре ниже критической (Т<ТК) может быть восстановлено нормальное сопротивление металла (сплава) путем пропускания определенного критического (порогового) тока 4; допустимая величина этого тока тем больше, чем ниже температура. Сверхпроводимость может1 быть разрушена также внешним магнитным полем. Более того, критический ток /к является по существу тем током, который создает на поверхности проводника критическое магнитное поле .Нк, и при изучении процесса разрушения сверхпроводимости и мгновенного восстановления нормального сопротивления пользуются в качестве измеряемой величины'значением Нк.
Последние годы ознаменовались повышенным интересом к явлению сверхпроводимости, а тем самым и к жидкому гелию. Суть дела в том, что известные ранее так называемые идеальные сверхпроводники характеризуются очень низкими температурами перехода из нормального состояния в сверхпроводящее (от 0,47° К для рутения до 8,7° К для ниобия) и, что особенно существенно, малыми значениями критической напряженности Нк магнитного поля — порядка сотен гаусс. Это исключало возможность применения сверхпроводников в электротехнике; магнитные поля, которые может создать подобный сверхпроводник, на один-два порядка меньше создаваемых в обычном трансформаторе. Исследования последнего десятилетия ознаменовались ¦созданием новых сверхпроводников второго рода — сплавов N5—1г, ЫЪ—И, ЫЬзЭп с более высокими температурами перехода (10,8—18°К); при температуре жидкого гелия эти сплавы, находясь в сильном магнитном поле (60—100 кэ), способны пропускать большие токи (104—1.05 а/см2), оставаясь в сверхпроводящем состоянии [66]. Это позволяет изготовлять из сверхпроводящих сплавов соленоиды, пригодные для получения сильных магнитных полей. Уже получено магнитное поле порядка 7-Ю4 э при помощи сверхпроводящего-магнита [66, 67], и есть основ-ания полагать, что этим путем можно получить магнитные поля свыше 2-105 з.
В работе [68] описан соленоид со сверхпроводящей обмоткой из ЫЬ35п, с которым достигнуто значение напряженности магнитного поля //=101 кэ. Созданием сверхпроводящих магнитов занимаются многие фирмы США: «Вестингауз», «Дженерал Электрик», «Авко-Эверет», «Рэйдио Корпорейшн оф Аме-
25
рика», «Нэшнл Рисэрч Корпорейшн» и др. Уже освоен выпуск небольших сверхпроводящих соленоидов. Внимание исследователей привлечено к созданию сверхпроводящих соленоидов большого объема для осуществления проекта магнитной защиты спутников, для МГД-генераторов и пр. В США изготовлен сверхпроводящий магнит внутренним диаметром 4,8 м на поле 18,5 кэ для жидководородной пузырьковой камеры.
Так смыкаются области крайне низких и крайне высоких температур, так как генеральные проблемы будущей энергетики—управляемые термоядерные реакторы, а также магнито-гидродинамический способ преобразования тепловой энергии в электрическую [69] —требуют создания мощных магнитных полей. Представители электротехники уже обсуждают проблемы создания сверхпроводящих трансформаторов и выпрямителей, передачи энергии на дальние расстояния без потерь по сверхпроводящему кабелю и т. д. [70, 71]. Таковы перспективы применения гелия, и это вынуждает нас столь настойчиво напоминать о необходимости бережного отношения к такому ценному и редкому богатству природы, каким является гелий.
