Глава 343. Материал влияющий на развитие страны •
Хотя прошлой ночью он был занят до двух часов ночи, на следующий день Сюй Чуань всё равно встал с постели в семь с лишним.
Быстро умывшись и позавтракав, он поспешил в институт.
Тестирование высокотемпературного медно-углеродно-серебряного композитного материала ещё не было завершено, вчера вечером он и Сун Вэньбо провели только тесты критической температуры сверхпроводимости Tc и эффекта Мейснера. Подтвердили, что этот новый медно-углеродно-серебряный композитный материал может переходить в сверхпроводящее состояние при температуре 152 К.
Но тесты материала не ограничиваются этим.
Помимо тестов механических свойств и измерений электронных характеристик обычных материалов, сверхпроводящие материалы также имеют уникальные тесты критической плотности тока, свойств пиннинга вихрей, захвата магнитного поля и т. д.
И по сравнению с обычными характеристиками, такими как механические и электронные, последующие тесты сверхпроводимости являются ключом к определению качества сверхпроводящего материала.
Например, критическая плотность тока относится к максимальной плотности тока, которая может быть достигнута в определённой химической среде, даже при максимальном потоке тока не происходит коррозии электрода или изменения химического сопротивления.
Если человек хоть немного разбирается в сверхпроводниках, он обычно знает, что сверхпроводимость имеет понятие критической температуры Tc. Это температура, при которой материал в нормальном состоянии переходит в сверхпроводящий материал.
Но сверхпроводник имеет не только критическую температуру, но и критическую плотность тока и критическую напряжённость магнитного поля.
Как только температура превысит критическую температуру / плотность тока превысит критическую плотность тока / напряжённость магнитного поля превысит критическую напряжённость магнитного поля, произойдёт переход в нормальное состояние.
Проще говоря, слишком высокая температура, слишком большой ток, слишком сильное магнитное поле - всё это приведёт к тому, что сверхпроводник потеряет сверхпроводимость.
И в настоящее время не существует сверхпроводника, который одновременно имел бы высокую критическую температуру, высокую критическую плотность тока и высокую критическую напряжённость магнитного поля, поэтому применение сверхпроводников не является широко распространённым.
Но именно поэтому исследования сверхпроводников имеют большое значение.
Если удастся найти "три высоких" сверхпроводника (высокая критическая температура, высокое критическое магнитное поле, высокая критическая плотность тока), то у него будут широкие перспективы применения.
Поэтому соответствующие исследования, хотя и не являются самыми популярными, но всегда были одним из важных направлений исследований в области физики конденсированного состояния.
И как повысить критическую плотность тока и критическую плотность магнитного поля, также является самым передовым направлением исследований в области сверхпроводящих материалов в настоящее время.
Поэтому в ближайшее время Сюй Чуаню необходимо провести полное тестирование изготовленного им высокотемпературного медно-углеродно-серебряного композитного сверхпроводящего материала. Чтобы определить параметры этого нового материала по всем аспектам.
Кроме того, ему необходимо как можно скорее запустить промышленное производство этого продукта.
Ведь время не ждёт, проект управляемого ядерного синтеза уже запущен, и по сравнению с использованием других сверхпроводящих материалов, например, сверхпроводящих материалов на основе оксида меди для изготовления устройства магнитного удержания, он больше склонен и лучше знаком с использованием медно-углеродно-серебряного композитного высокотемпературного сверхпроводящего материала, разработанного им в будущем.
С одной стороны, не только потому, что он знаком с характеристиками медно-углеродно-серебряного композитного высокотемпературного сверхпроводящего материала; с другой стороны, напряжённость магнитного поля, которую может обеспечить медно-углеродно-серебряный композитный высокотемпературный сверхпроводящий материал, намного выше, чем у обычных сверхпроводящих материалов.
Причина, по которой большие адронные коллайдеры имеют длину в десятки километров, заключается не только в том, что необходимо разогнать частицы до предела, но и в том, что сверхпроводник, обеспечивающий магнитное поле, имеет предел.
Например, магниты, используемые в Большом адронном коллайдере Европейского центра ядерных исследований, изготовлены из сверхпроводящего материала ниобий-титан (NbTi) и в настоящее время могут обеспечивать напряжённость магнитного поля всего 8,3 Тесла.
И эта характеристика серьёзно ограничивает энергию столкновения, в настоящее время предел энергии столкновения БАК составляет около 13 ТэВ.
Но если бы можно было увеличить напряжённость магнитного поля вдвое, до 16 Тл, то при масштабах БАК энергию столкновения можно было бы увеличить до уровня 100 ТэВ.
Напряжённость магнитного поля увеличивается вдвое, а энергия столкновения может увеличиться почти в восемь раз.
В этом и заключается важность критического магнитного поля сверхпроводящего материала.
А в управляемом ядерном синтезе важность критической напряжённости магнитного поля ещё более очевидна.
Высокое критическое магнитное поле может обеспечить более высокую силу магнитного удержания, Сюй Чуань не может ради увеличения силы удержания построить реактор диаметром в десятки километров, это нереально.
Поэтому повышение критического магнитного поля - его единственный выбор.
В настоящее время сверхпроводящий материал с самым высоким критическим магнитным полем - это сверхнизкотемпературный сверхпроводящий материал диборид магния, исследованный в Японии, который может достигать напряжённости магнитного поля 40 Тесла.
Напряжённость магнитного поля в 40 Тесла не кажется очень впечатляющей, но на самом деле она уже очень поразительна.
Просто сравните, и вы поймёте.
Возьмём в качестве примера обычный бытовой прибор - холодильник. Магниты, используемые в холодильниках, имеют всего одну сотую Тесла, то есть 0,01 Тл.
Для сравнения, значение 40 Тл очень велико.
Однако из-за таких недостатков, как сложность придания формы самому материалу и необходимость крайне низкой критической температуры, этот низкотемпературный сверхпроводящий материал диборид магния не может широко применяться в приборах и оборудовании, и в настоящее время используется только для лабораторных исследований.
И хотя обычные сверхпроводящие материалы на основе оксида меди также могут обеспечивать напряжённость магнитного поля, близкую к 20 Тл, они также имеют недостатки сверхнизкотемпературного сверхпроводящего материала диборида магния.
В этой жизни, используя механизм высокотемпературной сверхпроводимости и математическую модель для расчёта и изготовления, неизвестно, какова будет критическая напряжённость магнитного поля. С точки зрения теории расчётов, напряжённость твёрдого магнитного поля этого нового медно-углеродно-серебряного композитного высокотемпературного сверхпроводника должна достигать более 20 Тл.
Сколько именно, можно будет узнать только после тестирования.
В институте материалов Чуаньхай, в кабинете Фань Пэнъюэ, Сюй Чуань неестественно потрогал лицо, чувствуя, что на нём что-то есть.
Напротив, его учитель Фань Пэнъюэ пристально смотрел на него крайне странным взглядом.
Не выдержав этого взгляда, Сюй Чуань кашлянул, прервав эту странную атмосферу, и сказал: "Я говорю, мы же не в первый раз видимся, зачем ты так на меня смотришь, у меня на лице ничего нет".
Услышав это, Фань Пэнъюэ странно сказал: "Ты вообще человек?"
У Сюй Чуаня дёрнулся уголок рта, он сказал: "Не надо так, хотя результат высокотемпературного сверхпроводящего материала с температурой 152 К действительно поразителен, но это не значит, что это невозможно".
Услышав это, Фань Пэнъюэ захотелось взреветь, он чувствовал, что его мировоззрение подвергается бесконечному испытанию.
"Да, высокотемпературная сверхпроводимость в 152 К действительно не невозможна!"
"Но ты же, чёрт возьми, только полмесяца назад забрал у меня данные о сверхпроводящих материалах лаборатории!"
"Не говори мне, что ты, когда изучал математику в Принстоне, ещё и занимался исследованиями материалов!"
"Будь человеком!"
Нужно знать, что во время докторантуры, когда он вместе со своим научным руководителем исследовал двумерный материал диселенид вольфрама, он целый год усердно проводил эксперименты, но так и не нашёл правильный путь синтеза диселенида вольфрама.
Этот монстр, получив данные о сверхпроводящих материалах менее чем за полмесяца, повысил критическую температуру Tc сверхпроводящего материала с 43,5 К до 152 К, увеличив её более чем на сто К, и к тому же, побил текущий рекорд высокотемпературных сверхпроводящих материалов.
Честно говоря, ему хотелось вскрыть мозг этого монстра и посмотреть, не установлен ли там квантовый компьютер.
Сюй Чуань вздохнул и сказал: "Хватит об этом, впереди ещё много дел. Давай сначала закончим тестирование этого материала".
Заговорив о деле, Фань Пэнъюэ тоже стал серьёзным, он немного подумал и сказал: "Тестирование материала не должно быть проблемой. Хотя для некоторых параметров у нас здесь не хватает оборудования, но если ты обратишься, то одолжить соответствующее оборудование у Нанкинского университета точно не будет проблемой".
"Ты и Сун Вэньбо вчера вечером уже завершили предварительное тестирование, высокотемпературная сверхпроводимость в 152 К, даже если его характеристики в других аспектах будут слабее, эта температура предопределяет, что его перспективы применения довольно широки".
"И судя по ранее исследованному Сун Вэньбо сверхнизкотемпературному медно-углеродно-серебряному сверхпроводящему материалу, характеристики этого материала, который ты исследовал, не должны быть низкими".
Сказав это, он, казалось, что-то вспомнил, посмотрел на Сюй Чуаня и спросил: "Если я не ошибаюсь, ты исследовал этот материал с помощью теории и математики в сочетании с моделью, так что у тебя должны быть данные о прогнозе его характеристик?"
Помолчав, он прервал себя и продолжил: "Нет, точно есть, Сун Вэньбо сообщил, что ты вчера точно предсказал его критическую температуру Tc, значит, данные о критическом токе и критическом магнитном поле точно есть".
Сюй Чуань кивнул и сказал: "Действительно, есть, теоретически, критическое магнитное поле этого медно-углеродно-серебряного композитного высокотемпературного сверхпроводящего материала должно достигать более 20 Тл, что касается критического тока, то это нужно определять в зависимости от температуры и критического магнитного поля".
Услышав это, Фань Пэнъюэ втянул в себя холодный воздух: "Критическое магнитное поле в 20 Тл? Ты уверен, что не ошибся в расчётах? Это очень страшная цифра!"
Сюй Чуань улыбнулся и сказал: "Нормально, 20 Тл - это консервативная оценка, согласно теории, если в идеальном состоянии его критическое магнитное поле может достигать 28,74 Тл".
"Конечно, в реальности этого, скорее всего, достичь невозможно".
Услышав это, Фань Пэнъюэ не удержался и сглотнул воздух, сказав: "Если это так, то ценность этого сверхпроводящего материала очень велика".
"Раньше я думал, как ты собираешься поступить с этим материалом, подать заявку на патент, как с искусственной плёнкой SEI, или же собираешься сам построить завод и продавать готовую продукцию".
"Теперь кажется, что единственный выход - это самому построить завод".
"Сверхпроводящий материал такого уровня, боюсь, что даже если ты захочешь подать заявку на патент, то сверху могут прийти к тебе с предложением".
"Хотя статья и патент отличаются от фактического производства и технологии, но этот материал настолько важен, что даже затрагивает развитие страны, боюсь, что сверху не так-то просто согласятся, чтобы ты опубликовал статью?"
Помолчав, он, казалось, что-то вспомнил и спросил: "Можно ли изготовить из этого материала провода? Каковы его характеристики в плане традиционной механики и электротехники?"
Сюй Чуань подумал и сказал: "Изготовить провода, скорее всего, можно, характеристики в плане традиционной механики и электротехники, теоретически, лучше, чем у высокотемпературных сверхпроводящих материалов на основе оксида меди".
"Но из-за особенностей кристаллической структуры он пока что больше склоняется к твёрдому керамическому состоянию".
"Если ты хочешь широко применять его в таких областях, как производство электроэнергии, передача электроэнергии, хранение энергии, слаботочные системы, то в настоящее время это довольно сложно".
Помолчав, он добавил: "Конечно, в ближайшее время я ещё поработаю над оптимизацией, посмотрю, можно ли ещё улучшить его характеристики".
"Или, может быть, посмотреть, можно ли изменить или добавить какие-то другие материалы, чтобы оптимизировать его традиционные физические свойства, не влияя на них или влияя незначительно".