37.Криопроводники.

Материалы, обладающие особо благоприятными характеристиками для использования их криопроводимости, называют крио проводниками. Конечное значение  криопроводника при его рабочей температуре ограничивает допустимую плотность тока в нем, хотя эта плотность может быть намного выше, чем в обычных проводниках при нормальной или повышенной температуре. Малые значения  объясняются резким снижением интенсивности колебаний атомов кристаллической решетки, что уменьшает рассеяние электронов, составляющих ток в металлических проводниках. Степень рассеяния электронов в этом случае будет определяться только частицами примесей, содержащихся в металлическом криопроводнике. Применение криопроводников - обмотки трансформаторов и электрических аппаратов, кабелей и т.п. Применение криопроводникоа имеет существенные преимущества по сравнению со сверхпроводниками. Так, если в сверхпроводниковых устройствах в качестве охлаждающего агента применяют жидкий гелий (температура жидкого гелия 4,2К), то рабочая температура криопроводников достигается за счет более высококипящих и дешевых хладагентов: жидкого водорода или жидкого азота. Это значительно удешевляет и упрощает выполнение и эксплуатацию устройства. Кроме того, в сверхпроводниковом устройстве, например электромагните, по обмотке которого проходит сильный ток, накапливается большое количество энергии магнитного поля, равное LI2 (L – индуктивность, I — ток). Если случайно повысится температура или магнитная индукция, хотя бы в малом участке сверхпроводящего контура, сверхпроводимостъ будет нарушена, внезапно освободится большое количество энергии, что может вызвать серьезную аварию. В случае же криопроводниковой цепи повышение температуры может вызвать лишь постепенное возрастание сопротивления этой цепи без эффекта «взрыва».Недостаток криопроводников заключается в том, что в них наблюдается явление магнитного противления (увеличение удельного сопротивления в магнитном поле). Для области температур жидкого водорода лучшим криопроводником является чистый алюминий, а для температур жидкого азота – бериллий. Каждый из этих материалов имеет свои достоинства и недостатки. Алюминий является дешевым и легкодоступным материалом, технология которого хорошо освоена. Влияние магнитного поля на его удельное сопротивление меньше, чем у бериллия. Его недостатком является то, что он требует охлаждения до температуры около 20 К, а это связано с применением более дорогого охлаждающего агента - жидкого водорода. Кроме того, водород в смеси с кислородом (воздухом) взрывоопасен, что является недостатком с точки зрения безопасности. Бериллий является дорогим и дефицитным материалом со сложной технологией. Он должен обрабатываться в инертной атмосфере, так как при нагревании свыше 600°С сильно окисляется. Это хрупкий материал, а его некоторые соединения ядовиты. Достоинством бериллия является то, что он позволяет использовать более дешевый и легкодоступный хладагент – жидкий азот и уменьшить расход энергии на охлаждение. Из всех металлов бериллий имеет самый широкий температурный интервал остаточного удельного сопротивления (остаточное удельное сопротивление представляет собой минимально возможное удельное сопротивление несверхпроводниковых материалов).В отличие от сверхпроводников, к которым принадлежат многие сплавы и соединения металлов, криопроводниками являются только чистые металлы с минимально возможным количеством дефектов кристаллической решетки (в качестве криопроводников используют 99,99% медь, 99,999% алюминий, 99.99% серебро, 99,95% бериллий). Так как сплавы в общем случае имеют меньший температурный коэффициент удельного сопротивления, чем чистые металлы, из которых они состоят, их удельное сопротивление изменяется существенно меньше при переходе к очень низким температурам. По этой причине они не могут использоваться как криопроводники.