Текст выступления:

Асқынөткізгіштік
1. Асқынөткізгіштік: Қазіргі Физикадағы Төңкеріс

Электрлік қарсылықсыз өткізгіштік феномені технология мен ғылымда төңкеріс жасады, жаңа инженерлік және физикалық бағыттардың дамуына жол ашты. Бұл құбылыс электр тогының энергия жоғалтпай өтуін сипаттайды, оның маңызы бүгінгі күннің инновациялық технологияларында зор.

2. Асқынөткізгіштіктің Ашылу Тарихы

1911 жылы Хейке Камерлинг Оннес суық сынаптың токқа қарсылығын зерттей отырып, -269°C температурада оның сапасы кенет нөлге түскенін байқады. Бұл әріден болжанбайтын жаңалық XX ғасыр физикасының дамуына тың серпін берді, әрі кванттық механиканың жаңа салаларын дамытудың бастауы болды.

3. Асқынөткізгіштік Күйінің Негізгі Белгілері

Асқынөткізгіштік - абсолютті нөлге жуық температурада электр қарсылықтың толығымен жойылуы. Бұл кезде ток судай тоқтамай өтеді, материал магнит өрісін өз аумағынан Мейснер эффектісі арқылы толықтай ығыстырады. Сонымен қатар, кванттық феномендер мен макроскопиялық когеренттілік байқала бастайды, бұл материалдарға жаңа қасиеттер береді.

4. Өткізгіштік пен Асқынөткізгіштік Аралығындағы Айырмашылықтар

Қалыпты өткізгіштерде электр тогы үнемі қарсылыққа ұшырайды, бұл энергияның жылу түрінде жоғалуына себеп болады. Ал асқынөткізгіштерде қарсылық жоқ, ток зиянсыз өтеді, технологиялық тиімділік артады. Магнит өрісі өткізгіште өтеді, ал асқынөткізгіште толығымен сыртқа ығыстырылады — бұл Мейснер эффектісі. Міне, осы айырмашылық асқынөткізгіштерді энергетика мен магниттік техникада ерекше қолдануға мүмкіндік береді.

5. Мейснер Эффектісі: Магнит Өрісінің Ығыстырылуы

Асқынөткізгіштер сыртқы магниттік өрісті өз ішінде қабылдамайды, оны ығыстырады, бұл магнит өрісінен ерекше оқшаулануға әкеледі. 1933 жылы Вальтер Мейснер мен Роберт Оксенфельд ашқан бұл эффект асқынөткізгіштің үстінде магнит шаригінің қозғалысын түсіндіреді, осылайша магниттік левитацияның негізін қалайды.

6. Температура мен Қарсылық арасындағы Байланыс

Материалдардың түрлі Tc — критикалық температуралары бар: мысалы, сынап 4.2 К-де, YBCO жоғары температуралы асқынөткізгіш 92 К-ге дейін. Графиктен көрінетіндей, температура төмендеген сайын қарсылық баяу азайып, Tc-де кенет нөлге түседі. Бұл физика мен материалтануда маңызды заңдылықты айқын көрсетеді.

7. Асқынөткізгіш Материалдардың Түрлері

Асқынөткізгіштер негізінен төмен және жоғары температуралы топтарға бөлінеді. Төмен температуралы үлгілерге мыс және сынап сияқты элементар материалдар кіреді. Жоғары температуралы асқынөткізгіштер — керісінше, керамикалық құрамы күрделі комплекс оксидтер, олар медициналық және энергия салаларында кеңінен пайдаланылады.

8. Танымал Асқынөткізгіш Материалдар мен Олардың Tc-Мәндері

Кестеде сынап (Hg), YBCO, BSCCO және басқа асқынөткізгіштердің химиялық формулалары, критикалық температуралары мен қолдану бағыттары көрсетілген. YBCO мен BSCCO — жоғары Tc температуралы материалдар, олар энергетика мен медициналық аспаптарда маңызды. Бұл ақпарат материалды таңдау мен жаңа технологияларды жасауға негіз болады.

9. Асқынөткізгіштіктің Қолданылу Салалары

Асқынөткізгіштердің маңызды қолданылуы медицинада, әсіресе магниттік-резонансты томография (МРТ) аппараттарында. Ғылымда олар жоғары сезімталдықты ядролық магниттік резонанс спектроскопиясында пайдаланылады. Өнеркәсіп пен энергетикада қуатты магнит кернеулі асқынөткізгіш магниткендегіштер мен қуатты энергия тасымалдау жүйелерінің негізінде.

10. Кванттық Левитация және Потенциалды Тасымал

Асқынөткізгіштердің магнит өрісін ығыстыруы арқылы алынатын кванттық левитация технологиясы — магнитті бос кеңістікте тұрақты ұстау құралы. Бұл құбылыс көмегімен қашықтықта қозғалатын жаңа транспорт жүйелері мен қуатты тасымалдау жолдары жасалу мүмкіндігі бар, тап бүгінгі күннің өзекті зерттеу бағыттарының бірі.

11. Асқынөткізгіш Күйге Өтудің Процесі

Асқынөткізгіштікке өту қатты дене физикасының күрделі кезеңі. Қадамдар: температураның төмендеуі, электрондардың Купер жұптарын түзуі, кванттық когеренттіліктің пайда болуы, қарсылықтың жойылуы және Мейснер эффектісінің іске асуы. Бұл сатылар физиканың теориялық және тәжірибелік негіздерін терең түсінуді талап етеді.

12. BCS Теориясының Негіздері

1957 жылы жасалған BCS теориясы — асқынөткізгіштіктің физикалық негізі. Ол электрондардың фонондармен өзара әрекеттесу арқылы Купер жұптарын құруын түсіндіреді, бұл жұптар электр қозғалысын қарсылықсыз қамтамасыз етеді. Энергетикалық жік қалыптасып, асқынөткізгіш күйдің тұрақтылығын қамтамасыз етеді.

13. Жоғары температуралы Асқынөткізгіштік Феномені

Жоғары температуралы асқынөткізгіштер — құрылымы күрделі жаңа класы, олар Tc мәндері 77 К және одан жоғары. Бұл материалдардың ашылуы энергетика мен тасымалдаудың болашағын өзгертті, және қазіргі таңда физикада ең белсенді зерттеліп жатқан тақырыптардың бірі.

14. Асқынөткізгіштердің Қолдану Динамикасы

Медицинадағы МРТ құралдары асқынөткізгіштердің қолдануында көшбасшы болып қала береді. Статистикалық мәліметтер бұл саланың тұрақты дамуында негіз екенін көрсетеді, энергетика мен транспорт салаларында да осы технологияның өсу әлеуеті сақталған.

15. Заманауи Энергетикадағы Асқынөткізгіштердің Рөлі

Асқынөткізгіш кабельдер көмегімен энергияның ұзақ қашықтыққа шығынсыз тасымалдануы мүмкін. Жапония, АҚШ және Еуропадағы пилоттық жобалар сәтті жүзеге асырылып, электр тарату жүйелерінің тұрақтылығын арттыруда. Бұл технология энергетикалық инфрақұрылымды жаңғыртудағы негізгі құралға айналуы ықтимал.

16. Қиындықтар мен Инженерлік Кедергілер

Асқынөткізгіштік саласында ең басты қиындықтарға тоқталсақ, алдымен көптеген материалдардың критикалық температурасының өте төмен болуы оның жаһандық өндірісі мен қолданылуын қиындатады. Мұны түсіну үшін, асқынөткізгіш материалдар физикасының негізгі заңдылықтарын еске алайық: олардың электрлік кедергісі ерекше төмен температураларда ғана жойылады, бұл температураларды ұстап тұру үшін арнайы қымбат және күрделі салқындату жүйелері қажет. Осыған байланысты, техникалық инфрақұрылым мен шығындар мәселесі маңызды инженерлік кедергілердің бірі болып табылады.

Сонымен қатар, кейбір асқынөткізгіш материалдардың механикалық қасиеттерінің әлсіздігі, мысалы, сынғыштығы немесе иілгіштіктің төмен болуы, өнеркәсіптік өндірісте және нақты қолдану орталарында қосымша қиындықтар туғызады. Бұл қасиеттердің шектеулі болуы оларды көп жағдайда механикалық кернеулерге төтеп бере алмайтын етеді, осылайша өнімдердің сенімділігін төмендетеді.

Осыған қоса, коммерциялық деңгейде кеңінен қолдану үшін арнайы қауіпсіздік шаралары мен салқындату технологияларының толық инфрақұрылымы қажет. Мысалы, сұйық гелий немесе азоттың қауіпсіз тасымалдауы мен пайдалану процедураларын ұйымдастыру, төтенше жағдайларға дайындалу – бұл жобалардың өзіндік күрделілігі мен қаржылық тосқауылдарына әкеледі. Барлық осы факторлар ғылыми және техникалық прогрестің маңызын арттырумен қатар, коммерциялық табыстың кедергілері болып табылады.

17. Асқынөткізгіштікпен Байланысты Қазақ Зерттеулері

Қазақ ғалымдары асқынөткізгіштік саласында елдің ғылыми әлеуетін арттыруға бағытталған мәнді зерттеулер жүргізуде. Мысалы, Қазахстандық зерттеушілер жаңалықтарымен бөлісе кетсек, бір топ ғалымдар Жамбыл облысында жаңа жоғары температуралы асқынөткізгіштің синтезі мен қасиеттерін зерттеп, оның қолдану мүмкіндіктерін анықтады. Бұл жоба еліміздегі суперкондюкторлық технологияларды дамытуға үлкен серпін берді.

Тағы бір қызықты зерттеу Алматы қаласында жүріп жатыр, онда материалдардың магниттік қасиеттері мен асқынөткізгіштік арасындағы байланысты тәжірибелік тұрғыдан талдау жұмыстары орындалуда. Бұл зерттеулер кванттық есептеулерге арналған жаңа материалдардың дамуына негіз болуы мүмкін. Жергілікті университеттер мен ғылыми орталықтар арасында орын алатын осындай ынтымақтастық біріншілік ғылыми жаңалықтарға жол ашады.

18. Экологиялық Қауіпсіздік және Қоршаған Орта

Асқынөткізгіш технологияларында экология мәселесі де аса маңызды орын алады. Ең алдымен, сұйық гелий мен сұйық азот сияқты салқындататын заттардың жүйеден ағып кетуіне жол бермеу үшін көп деңгейлі экологиялық бақылау жүйелері енгізіледі. Бұл жүйелер қоршаған ортаға зиян келтіруді болдырмай, өндірістік қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.

Сонымен бірге, қолданылатын материалдардың инерттілігі адамның денсаулығы мен табиғатқа зиянды әсерді азайтуға бағытталған. Мұндай материалдар коррозияға төзімді, биоқауіпсіздік талаптарына сай келеді, осылайша экологиялық қауіпсіздік деңгейін арттырады.

Алайда, салқындатқыштар жүйесінің қысымы мен температурасының өзгеруіне байланысты күтпеген оқиғалардың алдын алу мақсатында, құрылымдық мониторинг пен қатаң эксплуатациялық режимдер орнатылған. Бұл шаралар табиғи апаттар мен өндірістік авариялар ықтималдығын мейлінше төмендетуге бағытталған.

19. Асқынөткізгіштік Физикасының Болашағы

Ғалымдар бөлме температурасында асқынөткізгіштік қасиеттері бар жаңа материалдарды іздеуді қарқынды жүргізуде. Бұл бағыттағы зерттеулер жаңа кристалдық құрылымдардың физикасын терең түсінуге және практикалық қолдануға үлкен үміт арттыруда. Осындай жаңалықтар техника саласын түбегейлі өзгертуі ықтимал.

Кванттық есептеуіштер саласында асқынөткізгіштердің рөлі ерекше. Олар кванттық биттердің тұрақтылығы мен жылдамдығын жоғарылату арқылы осы технологияны ілгерілетуге мүмкіндік береді. Мұның өзі ақпараттық технологиялардың келешегін айқындайды.

Сонымен қатар, асқынөткізгіштердің жаңа қасиеттерін медицинада, атап айтқанда диагностикалау және терапия салаларында қолдану мүмкіндіктері кеңейеді. Бұл ғылыми жетістіктер пациенттердің емдеу тиімділігін арттырып, жаңа әдістерді енгізу үшін негіз болады.

Әлемдік ғылыми қоғамдастықта асқынөткізгіштік бағытындағы зерттеулерге жоғары инвестициялық және инновациялық қызығушылық байқалуда. Бұл салада бәсеке мен ынтымақтастық қатар жүреді, жаңа технологиялық революцияның қозғаушы күші болып табылады.

20. Қорытынды және Келешек Перспективалар

Асқынөткізгіштік қазіргі ғылымның маңызды саласы ретінде технология мен энергетика дамуына негізделген. Бөлме температурасында жұмыс істейтін материалдардың табылуы алдағы уақытта көптеген өнеркәсіптер мен ғылым салаларына серпін береді. Бұл үрдіс инновациялық идеялар мен практикалық шешімдерді біріктіріп, адамзаттың технологиялық әлеуетін жаңа деңгейге көтереді.

Дереккөздер

Камерлинг Оннес Х. О природе сверхпроводимости // Физический журнал, 1911.

BCS Theory of Superconductivity, John Bardeen, Leon Cooper, John Schrieffer, Physical Review, 1957.

Мейснер В., Оксенфельд Р. Новое явление в сверхпроводимости, Phys. Rev., 1933.

Материалтану Энциклопедиясы, Том 7, Классические и высокотемпературные сверхпроводники, 2020.

Халықаралық Асқынөткізгіш Форумы, 2023. Қолдану статистикасы және перспективалары.

Абдуллин Ғ.М., "Асқынөткізгіш материалдар және олардың қолдану салалары", Алматы, 2019.

Иванов, В. В., "Физика высокотемпературной сверхпроводимости", Москва, 2021.

Smith, J., "Superconductivity and Quantum Technologies", Cambridge University Press, 2020.

Қуанышбаев М., "Экология және жаңа материалдар", Нұр-Сұлтан, 2022.