Методика проведения экспериментальных работ. Перспективы поездов на магнитном подвесе, страница 8

Сверхпроводимость открыл в 1911 г. голландский ученый Г. Камерлинг-Оннес в ходе исследований электрических свойств металлов высокой чистоты при температурах, близких к абсолютному нулю. Он обнаружил, что ртуть при температуре, превышающей точку абсолютного нуля лишь на 4 К, полностью теряет электрическое сопротивление. С тех пор многие ученые искали материалы, которые обладали бы подобными свойствами при более высоких температурах и могли использоваться при изготовлении кабелей и электрических машин, не имеющих активных потерь. В 1986 г. швейцарские и немецкие ученые обнаружили свойства сверхпроводимости, проявляющиеся при более высоких температурах у многокомпонентной керамики на основе окиси меди. Сверхпроводящий материал получил название Kupraten. Это открытие позволило разработать высокотемпературный сверхпроводник (HTSL), рабочая температура которого несколько превышает температуру жидкого азота, равную –196^оС. Тем самым была обеспечена возможность практического использования сверхпроводимости при значительно меньших затратах на системы охлаждения, чем, например, при использовании жидкого гелия. В настоящее время ведутся исследования, направленные на получение сверхпроводников, работающих при еще более высоких температурах.

Кроме отсутствия сопротивления, сверхпроводники характеризуются также высокими диамагнитными свойствами. В результате этого магнитные поля вытесняются наружу, образуя экранирующий поверхностный магнитный поток. Когда величина этого потока достигает критической величины, материал утрачивает сверхпроводящие свойства.

Сверхпроводящая HTSL-матрица способна пропускать квантованный магнитный поток. Однако кванты магнитной энергии не могут свободно перемещаться в материале сверхпроводника, так как они замедляются нанокристаллическими дефектами его решетки. В связи с этим намагничивание материала сверхпроводника не вызывает изменений поверхностного поля и при наличии охлаждения сохраняется в сверхпроводящем состоянии.

Это явление назвали блокированием потока, или пиннингом. Оно может быть использовано для магнитного подвеса, для чего сверхпроводник должен располагаться на заданной высоте над магнитной шиной или иной намагниченной бесконтактной опорой. В такой системе изменение высоты расположения или боковые смещения сверхпроводника вызывают возникновение сил реакции, которые удерживают в стабильном положении квантованный магнитный поток и, соответственно, сам сверхпроводник. При техническом использовании подвеса на базе HTSL блокирование магнитного потока должно быть как можно большим. Наилучшие возможности для этого предоставляет химическое соединение YBa₂Cu₃O_7-x

При значительном охлаждении он обеспечивает наилучшие магнитные свойства. В настоящее время на базе массива HTSL возможна реализация магнитов, которые при температуре 16 К выше абсолютного нуля обеспечивают грузоподъемность   16 т и выдерживает усилия растяжения или сжатия до 5000 Н/см².

Для того чтобы сверхпроводящие магниты с такими параметрами можно было использовать в транспортной системе для реализации бесконтактного подвеса, требуется несущее магнитное поле, которое выполняет такие же функции, как классическая система колесо – рельс. Это значит, что вдоль магнитной шины с гомогенным полем должен двигаться сверхпроводник, положение которого строго фиксировано по вертикали и горизонтали.

Демонстрационный экипаж потребовался для того, чтобы подтвердить возможность использования сверхпроводящих магнитов в транспортной системе и направления. Его размеры и параметры были выбраны таким образом, чтобы можно было наилучшим образом показать возможности новой системы. В связи с этим экипаж был сконструирован в расчете на перевозку как минимум одного человека или груза соответствующей массы.

Решение о вертикальном расположении линейного привода принято в связи с тем, что на первом этапе благодаря этому не будет дополнительных горизонтальных усилий, воздействующих на экипаж. Этим также обусловлено решение использовать в конструкции экипажа традиционные технологии, которые в ходе дальнейших разработок должны этапно заменяться современными.