Космос для не космонавтов

Открытие эффекта Мейснера вполне можно назвать фундаментальным, ведь, помимо прочего, оно позволило нам понять, что не все сверхпроводники одинаковы. Помимо немногочисленных чистых металлов, сверхпроводимость возникает и у сплавов. Если у чистых металлов эффект Мейснера проявляется на 100 % (сверхпроводники первого рода), то у сплавов – частично, так как они неоднородны (сверхпроводники второго рода) и магнитное поле в них выталкивается не полностью, заполняя пространство вдоль идущих через проводник сверхтоков. Тут-то и началось хоть какое-то практическое применение сверхпроводников в виде магнитов.

Итак, первой наиболее логичной целью на этом пути применения сверхпроводников специалисты увидели создание сверхпроводящих магнитов, для замены разработанных ещё в XIX веке электромагнитов, основанных на использовании обычных металлов, ведь все данные указывали на то, что сверхпроводящий магнит позволял создавать гораздо более устойчивые и мощные поля при более эффективном использовании электричества.

В 1962 году были разработаны первые сверхпроводящие провода из ниобия и титана, и в том же году специалистами General Electric был создан первый крупный сверхпроводящий магнит, мощность генерируемых полей которого достигала 10 Тл.

Научно-технический успех был очевиден, а вот экономика «хромала». Первый сверхпроводящий электромагнит оказался бесповоротно убыточным. Во-первых, стоимость создания возросла с предусмотренных контрактом с Bell Laboratories 75 тыс. долларов до 200 тыс. Тем не менее это нисколько не помешало молодым инновационным компаниям вступить в гонку за индуктивностью полей с 1970-х годов.

Основой стало понимание того, насколько сильное поле может создать сверхпроводящий магнит, ведь с увеличением этого значения ускорялась и потеря сверхпроводимости. В то время, собственно, одна из тех самых молодых и инновационных компаний Toshiba совместно с Университетом Тохоку создала мощнейший в мире на тот момент сверхпроводящий магнит, который генерировал поле с индукцией 12 Тл и применялся для различных работ по материаловедению.

Правда, это всё ещё было далеко от обычных электромагнитов, которые к концу 1970-х без особых проблем генерировали поля с индукцией до 23,4 Тл.

Ближе к середине 1980-х годов мощности сверхпроводящих магнитов, наконец, превысили показатели электромагнитов. В 1986 году та же Toshiba, поместив обычный резистивный электромагнит внутрь сверхпроводящего (создав, по сути, гибридный), добилась индукции величиной 31 Тл.

Само собой, встал вопрос коммерциализации, и большинство компаний ринулись в медицину. Так и появилась магнитно-резонансная томография, использующая электромагнитные поля сверхпроводников, которая выдаёт намного более чёткую диагностику, чем даже не так давно появившаяся технология компьютерной томографии и тем более рентгенография.

К чему всё идёт?

Провода на высокотемпературных сверхпроводниках

Как только учёные достаточно хорошо описали явление сверпроводимости, инженеры и бизнесмены начали думать о том, как на его основе создать технологию передачи тока на большие расстояния, ведь обыкновенные высоковольтные линии мало того что занимают слишком много места, которое не особо-то пригодно для какой-либо иной деятельности, так ещё и приводят к потере почти 10 % передаваемой энергии, а это всё деньги.

Понятное дело, что сверхпроводники первого рода (чистые металлы) не подходили для того, чтобы делать из них провода, по целому ряду причин, а когда появились сверхпроводники второго рода, встал вопрос об их охлаждении, для которого требовался дорогой гелий, да и вообще вся эта система.

Только в 1986 году была открыта так называемая высокотемпературная сверхпроводимость, но и она началась со сверхпроводников, которые работали при температуре около –243,15 °C, хоть это и позволило использовать для охлаждения более дешёвый азот. Даже если бы было принято решение попробовать внедрить такую технологию, потребовалось бы решить вопрос о том, как поддерживать высокопроводящее состояние, то есть низкую (хоть и вроде как высокую) температуру, на очень больших отрезках.

В целом эти разработки продолжаются сегодня в России, Китае, Японии, Южной Корее, Европе и США, но по-прежнему всё огранивается проектами по созданию сверхпроводящих кабелей длиной 1–10 км.

Высокоскоростной транспорт

Тут практическая польза оказалась куда более заметной. Ещё в начале 1970-х годов был создан первый прототип поезда на магнитной подушке (германский Transrapid 02), а в 1984 году первый коммерческий маглев (от словосочетания «магнитная левитация») начал курсировать между терминалом аэропорта и железнодорожной станцией города Бирмингема (проработал до 1995 года).