VẬT LIỆU SIÊU DẪN-CÔNG NGHỆ NANO, chương 3 pdf

Chương 3: Đoàn tàu chạy trên đệm từ Dựa vào "nam châm siêu dẫn", người Nhật và người Đức thiết kế ra các đoàn tầu chạy trên đệm từ. Người Nhật đ ã thử nghiệm với khoảng 3 - 4 công nghệ tầu chạy trên đệm từ khác nhau, lấy tên là Maglev d ựa theo: thực hiện phép nâng điện - động lực học bằng cách tạo ra 2 từ trường đối nhau giữa các nam châm siêu dẫn đặt trên con tầu và những cuộn dây lắp trong đường ray hình chữ U bằng bê tông. Sau đây là một hình mẫu nhiều triển vọng nhất đã thử nghiệm đến lần thứ ba, có thông số kỹ thuật: tầu chạy từ Tokyo đến Osaka cách nhau khoảng 500km, mục tiêu chở 100 khách chạy trong một giờ. Từ trường do nam châm siêu dẫn tạo ra cực mạnh đủ để nâng con tầu lên 10 cm khỏi đường ray. Đường ray có mặt cắt hình chữ U, trên nó có lắp 3 cuộn dây từ, được cung cấp điện bởi các trạm nguồn đặt dưới đất dọc đường tầu. Nam châm siêu dẫn đặt trên tầu High Một con tàu của Nhật ứng dụng hệ thống Speed Surface transport - HSST (Ảnh: bobbea) và đặt trong những bình chứa Helium đã hoá lỏng, tạo ra nhiệt độ thấp là 269 độ dưới không độ, khi có dòng điện đi qua, sinh ra một từ trường khoảng 4,23 tesla nâng tầu bổng lên trong khung đường ray chữ U. Nhờ lực hút và lực đẩy xen kẽ giữa hai cực Nam - Bắc của cuộn giây và nam châm, con tầu cứ thế tiến lên phía trước. Điều khiển tốc độ nhờ điều chỉnh biến đổi tần số dòng điện trong cuộn dây từ 0 đến 50 Hz và điều chỉnh tốc độ từ xa tại trung tâm điều khiển. Để hãm tầu, người ta làm cách hãm như trên máy bay. Người Nhật đã ph ải vừa sản xuất vừa thử nghiệm trong 7 năm với kinh phí trên 3 t ỷ USD. Hệ thống trên đôi khi còn được gọi là hệ thống "Vận tải trên bộ tốc độ cao" (High Speed Surface transport - HSST). + Theo hướng công nghệ HSST này, người Đức chế tạo ra tầu "Transrapid" chạy trên đệm từ và cũng theo nguyên lý phát minh t ừ những năm 1960 theo công nghệ hơi khác người Nhật đôi chút, đó là phương pháp nâng điện từ nhờ tác động của những thanh nam châm đặt tr ên tàu, với những nam châm vô kháng chạy bên dưới và hai bên đường tầu hình chữ T. Ước vận tốc đạt 450 km/giờ chạy trên đường Berlin tới Hambourg, kinh phí khoảng 6 tỷ USD. Ngoài ra, người Pháp cũng đ ã và đang quan tâm đến vấn đề vận tải siêu tốc trên bộ bằng siêu dẫn. 3.3 máy gia tốc mạnh Máy gia tốc hạt vòng xuyến + Một ứng dụng quan trọng khác nữa là, có thể tạo ra được máy gia tốc mạnh để nghiên cứu đặc tính gốc của nguyên tử. Người ta dùng những nam châm cực mạnh để bẻ cong các chùm hạt, làm cho chúng ch ạy theo đường tròn để chúng va đập vào nhau, qua đó nghiên cứu những "mảnh" sinh ra do những va đập mạnh đó; người ta gọi đó là "siêu va đập si êu dẫn", dựa theo nguyên tắc này, các nhà khoa h ọc Mỹ đang tiến hành xây dựng một "máy gia tốc cực mạnh" trong đường hầm dài 88 km ở bang Texec để nghiên c ứu các hạt cơ bản của vật chất. 3.4Máy quét MRI dùng trong y học các nhà khoa học khai thác hiện tượng siêu dẫn trong các ứng dụng đặc biệt như máy chụp cắt lớp cộng hưởng từ (MRI) v à máy tạo sự va đập của các hạt vật lý năng lượng cao, được l àm lạnh bằng Heli lỏng. Nhưng các ứng dụng thông dụng hơn như việc thay thế hệ thống đường dây điện bằng các loại dây siêu dẫn vẫn chưa thể thực hiện được nếu không có các vật liệu có khả năng siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn. 3.4 ứng dụng khác một ứng dụng vô cùng quan trọng nưa là khả năng giữ được trạng thái thứ tư cua vật liệu-trạng thái plasma. Chúng ta biết rằng phản ứng nhiệt hạch (Thermonuclear reactions) với khả năng tạo ra một năng lượng khổng lồ, h ãy thử hình dung năng lượng được tạo ra do phản ứng nhiệt hạch từ một gam D-T tương đương với năng lượng từ 10000 lits dầu.Nhưng ở trạng thái plasma với thành phần chủ yếu là Hidro nà hêli và nhiệt độ khoảng 60000C sẽ không co loại vật liệu nào có thể giữ, khống chế được nguồn năng lương này. Với khả năng ưu việt của mình các Ions và electrons quay xung quanh các đường từ trường tạo ra một áp lực tử vô cùng lớn có thể giữ được trạng thái plasma trong các lò phản ứng hạt nhân. Sự khác biệt giữa vật siêu dẫn và vật dẫn điện hoàn hảo Từ trường bên trong vật dẫn điện hoàn hảo và vật siêu dẫn dưới tác động của môi trường ngo ài ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp (nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ Curi). Từ trường bị đẩy ra khỏi vật siêu d ẫn ở nhiệt độ thấp không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp l à trạng thái không thuận nghịch. Vật liệu siêu dẫn Một số ứng dụng của chất siêu dẫn: - Tàu đệm từ. Nam châm siêu dẫn mạnh sẽ trở nên nhỏ hơn và tốn ít năng lượng hơn các nam châm điện như hiện nay. - Siêu máy tính. Các nút bấm tí hon làm bằng chất siêu dẫn sẽ giúp máy tính đạt được tốc độ một ngh ìn nghìn tỉ phép tính mỗi giây. - Bom E. Từ trường siêu dẫn sẽ tạo ra một dao động để huỷ thiết bị truyền động điện tử. Thirty bị này đã từng được quân đội Mỹ sử dụng năm 2003. . Curi). Từ trường bị đẩy ra khỏi vật siêu d ẫn ở nhiệt độ thấp không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp l à trạng. plasma trong các lò phản ứng hạt nhân. Sự khác biệt giữa vật siêu dẫn và vật dẫn điện hoàn hảo Từ trường bên trong vật dẫn điện hoàn hảo và vật siêu dẫn dưới tác động của môi trường ngo ài ở nhiệt. được nếu không có các vật liệu có khả năng siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn. 3. 4 ứng dụng khác một ứng dụng vô cùng quan trọng nưa là khả năng giữ được trạng thái thứ tư cua vật liệu- trạng thái plasma.