Алкоголь поможет построить станцию мощнее АЭС

Отношение людей к алкогольным напиткам весьма неоднозначно. С одной стороны, их постоянное употребление, безусловно, отрицательно сказывается на здоровье. С другой, многочисленные исследования неоднократно подтверждают формулировку, что в малых дозах алкоголь весьма полезен. Причем не только для человека.

Алкогольная сверхпроводимость

Не так давно японские ученые обнаружили, что если подержать в нагретых алкогольных напитках вещество FeTe_0,8S_0,2, которое принадлежит к классу высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), то в нем возникает эффект, называемый физиками сверхпроводимостью. Причем наибольшее воздействие на ВТСП оказывает красное вино!

Из курса физики известно, что сверхпроводимость — это явление полного отсутствия сопротивления при протекании электрического тока по проводнику, а также идеальный диамагнетизм (то есть "выталкивание" магнитного поля из образца, оно не проникает вглубь материала и не мешает там прохождению электрического тока). Но достичь этого эффекта весьма не просто. И вот почему.

Электрический ток может возникнуть в некоторых веществах оттого, что их строение представляет собой объемную решетку, в узлах которой находятся атомы. Если подобный проводник подключить к внешнему источнику тока, то под его действием от атомов оторвутся их электроны и нестройной толпой устремятся прочь. Однако на своем пути они будут постоянно биться о саму решетку и атомы веществ-примесей.

В результате часть энергии, которая несет в себе электрический ток, растратится в этих бесполезных для человека ударах электронов обо все препятствия внутри проводника. Она будет, как говорят физики, потрачена на преодоление сопротивления материала. Именно из-за этого любая передача электричества на определенное расстояние сопровождается значительными потерями ценной энергии (проще говоря, любая электростанция вырабатывает в несколько раз больше энергии, чем в конечном итоге доходит до потребителей).

Ученые уже давно пытались решить эту проблему, разрабатывая новые типы проводников с низким значением сопротивления. Их исследования еще во второй половине XX века наткнулись на такое явление, как сверхпроводимость. Она возникает в самых различных типах проводников, но, к сожалению, чаще всего при температурах, весьма близких к абсолютному нулю.

При сверхпроводимости электроны, оторванные от своих атомов под действием электрического напряжения, не беспорядочно мечутся по проводнику, ударяясь обо все, что встретится на их пути, а действуют согласованно, как единый "коллектив". Вся масса электронов плывет сквозь решетку в одном направлении, не задевая атомов и, следовательно, не теряя энергии.

Интересно и то, что, поскольку столкновения между электронами и решеткой становятся невозможными, то электрический ток, однажды возникнув, будет существовать и в отсутствие внешнего источника (представьте себе — электростанция уже выключилась, а ток по проводам все бежит и бежит), причем достаточно долгое время. Это позволяет не только значительно экономить на затратах по производству электроэнергии, но и передавать электричество на очень большие расстояния без всяких потерь энергии, вызванной сопротивлением проводника.

Решение проблемы энергетического кризиса

Если бы такие сверхпроводники можно было бы создать, то угроза энергетического кризиса исчезла бы раз и навсегда. Представьте себе ситуацию — на экваторе стоит электростанция, использующая солнечную энергию, а от нее во все концы Земли тянутся провода из сверхпроводников! Но это еще не все. Инженеры давноуже задумывались о том, как можно было бы использовать огромные магнитные поля, создаваемые с помощью сверхпроводников, для магнитной подвески поезда (магнитной левитации).

Было замечено, что за счет сил взаимного отталкивания между движущимся магнитом и током, возникающим в направляющем проводнике ("контактном рельсе"), поезд двигается плавно, без шума и трения и может развивать очень большую скорость. Экспериментальные поезда на магнитной подвеске в Японии и Германии достигли скоростей, близких к 300 км/ч., но здесь применяются обычные проводники. А при сверхпроводниках эта скорость могла бы достигнуть 1000 км/ч!

Все это пока только мечты, поскольку все металлы и керамика проявляют свойства сверхпроводников лишь при очень низких температурах (ниже, чем температура космоса). Правда, не так давно были открыты так называемые высокотемпературные сверхпроводники, те самые ВТСП, но и они становятся таковыми только при 55К (это -218°С). Поэтому, чтобы сверхпроводники работали, их нужно постоянно охлаждать до подобной температуры.

Однако, ученые уже давно заметили, что некоторые ВТСП начинают вести себя как сверхпроводники, если в них попадает… обычная вода. Пока не совсем понятно, отчего так происходит. Предполагается, что Н₂О вызывает сильное сжатие кристаллической решетки, благодаря чему у электронов на пути становится меньше препятствий, а их поток упорядочивается.

Такой эффект длится недолго, к тому же он не так силен, как предполагали ранее. Но обретенные ВТСП свойства сверхпроводника при воздействии жидкости привлекли внимание японских исследователей. Возможно, именно поэтому они стали пробовать помещать ВТСП в различные смеси воды со спиртом. В качестве экспериментальных возбудителей сверхпроводимости были использованы нагретые до 70°C алкогольные напитки типа пива, красного и белого вина, саке и сётю (дистиллированное саке, по крепости приближающееся к русской водке).

В емкостях с алкоголем ВТСП, имеющий формулу FeTe_0,8S_0,2 (Te — это элемент теллур, родственник серы), пролежал около суток. Видимо, за это время он весьма "набрался и окосел", поскольку вдруг ни с того ни с сего стал проявлять свойства сверхпроводника при очень высоких для этого температурах. Причем особенно понравилось ему купаться в горячем красном вине — объем материала, где возник эффект сверхпроводимости, по сравнению со случаем стимуляции обычной водой вырос на 10-60%!

Пока исследователи еще не в состоянии объяснить, почему действие алкоголя привело к подобным результатам. Однако, возможно, когда загадка "пьяных сверхпроводников" будет окончательно разгадана, то будет создан материал, позволяющий наконец-то воплотить мечту человечества о сверхпроводах и скоростных магнитных экспрессах.

И никакой сверхмощной системы охлаждения не потребуется. Провода из ВТСП всего-то нужно будет поместить в трубы с подогретым алкоголем и просто следить за тем, что бы температура не понижалась. Ну, может быть, еще потребуется специальная охрана — ее задачей будет отгонять от подобных конструкций любителей бесплатных крепких напитков.

Так что, как видите, именно алкоголь сможет в ближайшем будущем спасти нашу планету от приближающегося энергетического кризиса. Поскольку, как выяснилось, его любят не только люди, но и сверхпроводники…

Читайте также в рубрике "Наука и техника"