Энергетический кризис остановят... "пьяные сверхпроводники"

Отношение людей к алкогольным напиткам весьма неоднозначно. С одной стороны, их постоянное употребление, безусловно, отрицательно сказывается на здоровье. С другой, многочисленные исследования неоднократно подтверждают формулировку, что в малых дозах алкоголь весьма полезен. Причем не только для человека.

Не так давно японские ученые обнаружили, что если подержать в нагретых алкогольных напитках вещество FeTe0,8S0,2, которое принадлежит к классу высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), то в нем возникает эффект, называемый физиками сверхпроводимостью. Причем наибольшее воздействие на ВТСП оказывает красное вино!

Из курса физики известно, что сверхпроводимость — это явление полного отсутствия сопротивления при протекании электрического тока по проводнику, а также идеальный диамагнетизм (то есть "выталкивание" магнитного поля из образца, оно не проникает вглубь материала и не мешает там прохождению электрического тока). Но достичь этого эффекта весьма не просто. И вот почему.

Электрический ток может возникнуть в некоторых веществах оттого, что их строение представляет собой объемную решетку, в узлах которой находятся атомы. Если подобный проводник подключить к внешнему источнику тока, то под его действием от атомов оторвутся их электроны и нестройной толпой устремятся прочь. Однако на своем пути они будут постоянно биться о саму решетку и атомы веществ-примесей.

В результате часть энергии, которая несет в себе электрический ток, растратится в этих бесполезных для человека ударах электронов обо все препятствия внутри проводника. Она будет, как говорят физики, потрачена на преодоление сопротивления материала. Именно из-за этого любая передача электричества на определенное расстояние сопровождается значительными потерями ценной энергии (проще говоря, любая электростанция вырабатывает в несколько раз больше энергии, чем в конечном итоге доходит до потребителей).

Ученые уже давно пытались решить эту проблему, разрабатывая новые типы проводников с низким значением сопротивления. Их исследования еще во второй половине XX века наткнулись на такое явление, как сверхпроводимость. Она возникает в самых различных типах проводников, но, к сожалению, чаще всего при температурах, весьма близких к абсолютному нулю.

При сверхпроводимости электроны, оторванные от своих атомов под действием электрического напряжения, не беспорядочно мечутся по проводнику, ударяясь обо все, что встретится на их пути, а действуют согласованно, как единый "коллектив". Вся масса электронов плывет сквозь решетку в одном направлении, не задевая атомов и, следовательно, не теряя энергии.

Интересно и то, что, поскольку столкновения между электронами и решеткой становятся невозможными, то электрический ток, однажды возникнув, будет существовать и в отсутствие внешнего источника (представьте себе — электростанция уже выключилась, а ток по проводам все бежит и бежит), причем достаточно долгое время. Это позволяет не только значительно экономить на затратах по производству электроэнергии, но и передавать электричество на очень большие расстояния без всяких потерь энергии, вызванной сопротивлением проводника.

Если бы такие сверхпроводники можно было бы создать, то угроза энергетического кризиса исчезла бы раз и навсегда. Представьте себе ситуацию — на экваторе стоит электростанция, использующая солнечную энергию, а от нее во все концы Земли тянутся провода из сверхпроводников! Но это еще не все. Инженеры давно уже задумывались о том, как можно было бы использовать огромные магнитные поля, создаваемые с помощью сверхпроводников, для магнитной подвески поезда (магнитной левитации).

Было замечено, что за счет сил взаимного отталкивания между движущимся магнитом и током, возникающим в направляющем проводнике ("контактном рельсе"), поезд двигается плавно, без шума и трения и может развивать очень большую скорость. Экспериментальные поезда на магнитной подвеске в Японии и Германии достигли скоростей, близких к 300 км/ч., но здесь применяются обычные проводники. А при сверхпроводниках эта скорость могла бы достигнуть 1000 км/ч!

Все это пока только мечты, поскольку все металлы и керамика проявляют свойства сверхпроводников лишь при очень низких температурах (ниже, чем температура космоса). Правда, не так давно были открыты так называемые высокотемпературные сверхпроводники, те самые ВТСП, но и они становятся таковыми только при 55К (это -218°С). Поэтому, чтобы сверхпроводники работали, их нужно постоянно охлаждать до подобной температуры.

Однако ученые уже давно заметили, что некоторые ВТСП начинают вести себя как сверхпроводники, если в них попадает… обычная вода. Пока не совсем понятно, отчего так происходит. Предполагается, что Н2О вызывает сильное сжатие кристаллической решетки, благодаря чему у электронов на пути становится меньше препятствий, а их поток упорядочивается.

Такой эффект длится недолго, к тому же он не так силен, как предполагали ранее. Но обретенные ВТСП свойства сверхпроводника при воздействии жидкости привлекли внимание японских исследователей. Возможно, именно поэтому они стали пробовать помещать ВТСП в различные смеси воды со спиртом. В качестве экспериментальных возбудителей сверхпроводимости были использованы нагретые до 70°C алкогольные напитки типа пива, красного и белого вина, саке и сётю (дистиллированное саке, по крепости приближающееся к русской водке).

В емкостях с алкоголем ВТСП, имеющий формулу FeTe0,8S0,2 (Te — это элемент теллур, родственник серы), пролежал около суток. Видимо, за это время он весьма "набрался и окосел", поскольку вдруг ни с того ни с сего стал проявлять свойства сверхпроводника при очень высоких для этого температурах. Причем особенно понравилось ему купаться в горячем красном вине — объем материала, где возник эффект сверхпроводимости, по сравнению со случаем стимуляции обычной водой вырос на 10-60%!

Пока исследователи еще не в состоянии объяснить, почему действие алкоголя привело к подобным результатам. Однако, возможно, когда загадка "пьяных сверхпроводников" будет окончательно разгадана, то будет создан материал, позволяющий наконец-то воплотить мечту человечества о сверхпроводах и скоростных магнитных экспрессах.

И никакой сверхмощной системы охлаждения не потребуется. Провода из ВТСП всего-то нужно будет поместить в трубы с подогретым алкоголем и просто следить за тем, что бы температура не понижалась. Ну, может быть, еще потребуется специальная охрана — ее задачей будет отгонять от подобных конструкций любителей бесплатных крепких напитков.

Так что, как видите, именно алкоголь сможет в ближайшем будущем спасти нашу планету от приближающегося энергетического кризиса. Поскольку, как выяснилось, его любят не только люди, но и сверхпроводники…

Антон Евсеев