Сверхпроводники в форме пены можно использовать в космосе

Международный коллектив учёных доказал, что большой образец сверхпроводящей пены имеет стабильное и сильное магнитное поле.

В отличие от обычных сверхпроводников, пена является лёгким и прочным материалом с возможностью изготовления образцов большого размера. Она может применяться в космосе для более лёгкой и бережной стыковки космических аппаратов и сбора космического мусора.

Сверхпроводники - магнитные материалы, электрическое сопротивление которых исчезает при низких температурах. Они активно применяются для создания сильных магнитных полей и эффекта левитации, датчиков, а также в электродвигателях, генераторах и для транспортировки энергии.

На практике размер обыкновенных сверхпроводников ограничен 1 - 2 сантиметрами. Более крупный образец может потрескаться, либо терять свои свойства, что делает его непригодным для использования. Это осложняет их применение и значительно завышает стоимость.

Проблему малых размеров решило создание сверхпроводящей пены. Она состоит из пустых пор, которые окружены сверхпроводником. В таком виде можно получать сверхпроводники любых размеров, а незначительный вес и небольшое количество материала существенно уменьшают стоимость.

Такая пористая структура помогает пене быстро охлаждаться, что очень важно для сверхпроводников, поскольку они проявляют свои свойства только при низких температурах.

Но до массового использования данной разработки нужно уточнить принцип её работы, к примеру, понять, как в сверхпроводящих пенах действует магнитное поле.

Коллектив ученых из Японии и Германии совместно с Красноярским научным центром выяснил, что большие образцы сверхпроводящей пены имеют стабильное, однородное и достаточно сильное магнитное поле, которое распространяется со всех сторон материала.

Это позволяет ей проявлять такие же свойства, как и у обычных сверхпроводников, несмотря на большие размеры. Благодаря этому, а также очень лёгкому весу, пена может быть использована в космических разработках.

Для синтезирования сверхпроводящей пены создаётся пористая структура из полиуретана. После этого её пропитывают химическими элементами, которые входят в состав сверхпроводника: иттрий, барий, медь и оксиды. Эти элементы предварительно растворяются в поливинилалкоголе (обычный клей ПВА).

После пропитки пена обжигается до полного выгорания полиуретана, остаётся только соединение, близкое к сверхпроводнику, но абсолютно не сверхпроводящее. Поэтому в центр пены помещается сверхпроводящий кристалл, и вся конструкция снова нагревается.

Под действием температуры из кристалла распространяется сверхпроводящий материал, повторяя полностью структуру пены. И весь образец пены становится сверхпроводящим.

- Сверхпроводящую пену легко изготовить. При желании и с правильными материалами под рукой её получится сделать и дома в обычной духовке. К тому же такую пену можно использовать в космосе, особенно в спутниках. Для космических аппаратов особо важно, чтобы материал был небольшого веса, а разработанная пена чрезвычайно лёгкая. Она на 90 процентов состоит из пор, самого проводника там всего 10 процентов, поэтому она в 10 раз легче, чем обычный сверхпроводящий материал, - рассказал соавтор работы, кандидат физико-математических наук Денис Гохфельд, старший научный сотрудник Института физики имени Л. В. Киренского.

Одно из интересных применений сверхпроводящей пены - в устройствах стыковки космических кораблей и спутников. Управляя магнитным полем в сверхпроводнике, можно контролировать причаливание, стыковку и отталкивание.

За счёт образуемого поля она также может применяться в качестве магнитов для сбора мусора в космосе. В дополнение, пену можно использовать как элемент электродвигателей или источник магнитной связи в линиях электропередач.

Мария БАЙКАЛОВА,

специалист по связям с общественностью группы научных коммуникаций Красноярского научного центра СО РАН.

Красноярск.