Cái ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc

- Dòng: GV2- Điện áp làm việc định mức Ue: 690VAC- Điện áp cách điện định mức Ui: 690V

- Điện áp chịu xung định mức Uimp: 6kV

Câu hỏi:Hiện tượng siêu dẫn là?

Lời giải:

Khái niệm hiện tượng siêu dẫn:

- Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng mà điện trở của một chất nào đó đột ngột giảm về 0 ở một nhiệt độ xác định.

- Siêu dẫn là một trạng thái vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn mà ở đó nó cho phép dòng điện chạy qua trong trạng thái không có điện trở và khi đặt siêu dẫn vào trong từ trường thì từ trường bị đẩy ra khỏi nó.

- Trong chất siêu dẫn thông thường, sự siêu dẫn được tạo ra bằng cách tạo một lực hút giữa một số electron truyền dẫn nào đó nảy sinh từ việc trao đổiphonon, làm cho các electron dẫn trong chất siêu dẫn biểu hiện pha siêu lỏng tạo ra từ cặp electron tương quan.

Hiện tượng siêu dẫn

- Ngoài ra còn tồn tại một lớp các vật chất, biết đến như là các chất siêu dẫn khác thường, phô bày tính chất siêu dẫn những tính chất vật lý trái ngược lý thuyết của chất siêu dẫn đơn thuần. Đặc biệt, có chất siêu dẫn nhiệt độ cao có tính siêu dẫn tại nhiệt độ cao hơn lý thuyết thường biết (nhưng hiện vẫn thấp hơn nhiều so với nhiệt độ trong phòng). Hiện nay chưa có lý thuyết hoàn chỉnh vềchất siêu dẫn nhiệt độ cao.

- Từ trường bên trong vật dẫn điện hoàn hảo và vật siêu dẫn dưới tác động củamôi trườngngoài ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp (nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ Curie). Từ trường bị đẩy ra khỏi vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp là trạng thái không thuận nghịch.

Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết hơnvề những ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn nhé:

Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn

- Chuyển tải điện năng

- Đoàn tàu chạy trên đệm từ

- Tạo ramáy gia tốcmạnh

- Máy đo điện trường chính xác

- Cái ngắt mạch điện từ trongmáy tínhđiện tử siêu tốc

- Máy quét MRI dùng trong y học

* Quá trìnhtìm kiếmchế tạo chất siêu dẫn: Chất siêu dẫn có những đặc tính phổ biến như cản từ trường và bóp méo từ trường. Chất siêu dẫn hầu như không tồn tại cái dòng chảyelectrontự do,sử dụng kĩ thuật đo khe năng lượng sẽ biết được hiệu ứng siêu dẫn trên vật liệu đó.

Ngoài ra, vật liệu siêu dẫn không phát ra cácbức xạnhiệt nhưng khi lượng bức xạ đủ mạnh sẽ gây giảm tính siêu dẫn mặc dù chất vẫn trong điều kiện siêu lạnh.

ĐẠI HỌC HUẾTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ.....  .....TIỂU LUẬNTỪ HỌCĐỀ TÀITÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNGCỦA HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪNGiáo viên giảng dạy: TS. Phạm Hương ThảoHọc viên thực hiện : Nguyễn Cao Trúc GiangĐặng Quang HiểnHoàng Thị HuyềnLớp: Lý luận và Phương pháp dạy học Vật LýKhóa: 24Huế 4/20161MỤC LỤCMục lục......................................................................................................................2A. Mở đầu..................................................................................................................3B. Nội dung...............................................................................................................51. Vài nét về lịch sử phát triển của chất siêu dẫn......................................................52. Vài nét về hiện tượng siêu dẫn..............................................................................62.1. Khái niện hiện tượng siêu dẫn............................................................................62.2. Một số đặc tính của chất siêu dẫn.......................................................................622.2.1. Tính chất điện trở của chất siêu dẫn................................................................62.2.2. Tính chất từ của chất siêu dẫn.........................................................................62.2.3. Tính chất nhiệt và môt số tính chất khác của chất siêu dẫn............................7a. Tính chất nhiệt.......................................................................................................7b. Khe năng lượng. Nhiệt dung của chất siêu dẫn.....................................................7c.Mộtsốtínhchấtkhác83.Ứngcụngcủahiệntượngsiêudẫn83.1. Tàu chạy trên đệm từ........................................................................................103.2. Máy chụp ảnh cộng hưởng từ MRI..................................................................123.3. Máy gia tốc hạt bằng chất siêu dẫn nhiệt độ cao..............................................143.4. Cáp siêu dẫn.....................................................................................................153.5. Siêu máy tính....................................................................................................173.6. Máy giao thoa lượng tử dùng siêu dẫn.............................................................183.7. Màn chắn từ và thiết bị dẫn sóng......................................................................193.8. Động cơ siêu dẫn..............................................................................................193.9. Một số ứng dụng khác......................................................................................19C. Kết luận...............................................................................................................21Tài liệu tham khảo...................................................................................................22A. MỞ ĐẦUChúng ta đã biết điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ và khi nhiệt độgiảm thì điện trở suất cũng giảm theo. Tuy nhiên không phải đa số các vật liệu đềucó tính chất này.Năm 1911, lần đầu tiên các nhà khoa học đã phát hiện ra một đặc tính kì diệucủa một số vật liệu là dưới một nhiệt độ nhất định (tùy từng chất) thì điện trở suất3của vật liệu bằng không. Khi đó vật chất dẫn điện với tính năng hoàn toàn khôngcó điện trở, gọi là chất siêu dẫn. Thời sơ khai này, người ta mới biết một đặc tínhcủa chất siêu dẫn, đó là: nếu cho dòng điện vào một mạch làm bằng chất liệu siêudẫn thì dòng điện sẽ chạy trong đó mãi mà không suy giảm, vì nó không gặp mộttrở kháng nào trên đường đi, nghĩa là năng lượng điện không bị tiêu hao trong quátrình truyền tải điện từ nơi này đến nơi khác. Đó là hiện tượng siêu dẫn, một trongnhững điều huyền bí lớn nhất trong khoa học. Vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao đã mởra triển vọng to lớn trong việc nghiên cứu, ứng dụng các chất siêu dẫn.Ngoài đặc tính siêu dẫn, người ta con phát hiện thấy, với chất siêu dẫn từ trườngbên trong nó luôn bằng không và hiện tượng xuyên ngầm lượng tử,…Chất siêu dẫn có một số đặc tính gần gũi với kĩ thuật nghe nhìn công nghệ cao vìchúng không có điện trở. Về nguyên tắc khi dòng điện bắt đầu chạy trong mộtvòng siêu dẫn, gần như nó có thể chạy mãi. Cùng kích thước, chất siêu dẫn mangmột lượng điện lớn hơn dây điện và dây cáp tiêu chuẩn. Điều quan trọng là chấtsiêu dẫn không biến điện năng thành nhiệt năng. Điều này đồng nghĩa với một máyphát hoặc chip máy tính siêu dẫn có thể hoạt động hiệu quả hơn nhiều so với hiệnnay.Với các đặc tính nêu trên, các chất siêu dẫn đã được ứng dụng trong nhiều lĩnhvực điện, điện tử…Các thiết bị có độ nhạy, độ tin cậy cực cao đã được chế tạo. Vídụ: thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ dùng trong các bệnh viện để chuẩn đoán chínhxác bệnh tật trong con người, không thể không sử dụng cuộn dây tạo từ trườngbằng dây siêu dẫn…Nhiều nhà khoa học đã cho rằng, việc phát minh ra chất siêudẫn có thể so sánh với việc phát minh ra năng lượng nguyên tử, chế tạo ra các dụngcụ bán dẫn, thậm chí một số nhà khoa học còn so sánh với việc phát minh ra điện.Hiện tượng siêu dẫn đã mang đến một sức hút kì lạ cho những ai biết đến và mongmuốn khám phá nó bởi những ứng dụng hết sức rộng rãi và kì diệu.Vì vậy nhóm chúng em chọn đề tài “Tính chất và ứng dụng của hiện tượng siêudẫn” với mong muốn được nâng cao hiểu biết của mình về vấn đề này, nhanh4chóng tiếp cận với những kiến thức và những ứng dụng mới lạ của hiện tượng siêudẫn.Hy vọng đề tài sẽ là một tư liệu bổ ích cho tất cả các bạn có mong muốn tìmhiểu thêm về ứng dụng của vật liệu siêu dẫn.B. NỘI DUNG1. Vài nét về lịch sử phát triển của chất siêu dẫnNăm 1908, Kamerlingh Onnes đã hóa lỏng được khí Heli lần đầu tiên trên thếgiới tạo tiên đề cho sự phát minh ra siêu dẫn. Năm 1911, nhà vật lý học người HàLan Maoneis khi nghiên cứu điện trở của thủy ngân, đã phát hiện ra hiện tượngsiêu dẫn khi quan sát điện trở của thủy ngân đột ngột giảm về không ở dưới nhiệt5độ phát hiện mới lạ này đã thu hút sự quan tâm chú ý của giới khoa học. Năm1914, hiện tượng dòng điện phá vỡ trạng thái siêu dẫn đã được phát hiện vàKamerlingh Onnes đã chế tạo được nam châm siêu dẫn. Năm 1930, hợp kim siêudẫn đã được tìm ra nhằm nâng cao dòng điện tới hạn và từ trường tới hạn của nó.Năm 1933, Meissner và Ochsenfeld đã công bố rằng: chất siêu dẫn khi làm lạnhtrong từ trường dưới nhiệt độ chuyển pha thì các đường cảm ứng từ bị đẩy ra ngoàigọi là hiệu ứng Meissner. Về lý thuyết, năm 1957 Barden, Cooper và Schriffer đãđưa ra lý thuyết vi mô, được gọi là lý thuyết BCS đã giải thích được tất cả các tínhchất cơ bản của chất siêu dẫn.Trong suốt khoảng thời gian từ năm 1911 đến 1985, các chất siêu dẫn được tìmthấy đều có nhiệt độ chuyển pha không vượt quá và chất lỏng vẫn là môi trườngduy nhất để nghiên cứu hiện tượng siêu dẫn. Nhưng đến năm 1986, J.G.Bednorz vàK.A.Muller đã tìm ra hiện tượng siêu dẫn trong hợp chất gốm với nhiệt độ chuyểnpha nằm trong vùng nhiệt độ nitơ lỏng. Từ đây, ngành vật lý siêu dẫn bắt đầu mộthướng mới – đó là siêu dẫn nhiệt độ cao. Nó đánh dấu sự phát triển vượt bậc trongquá trình tìm kiếm của các nhà vật lý và công nghệ trong lĩnh vực siêu dẫn.Ở Việt Nam, nghiên cứu về siêu dẫn cũng đã được các nhà khoa học của Trườngđại học Tổng hợp Hà Nội trước đây, nay là Đại học Quốc gia Hà Nội thực hiệntrong khoảng gần hai chục năm qua. Các nhà khoa học Việt Nam làm lạnh bằngnitơ lỏng và đã tạo ra được một số vật liệu siêu dẫn thuộc loại rẻ tiền.2. Vài nét về hiện tượng siêu dẫn2.1. Khái niệm hiện tượng siêu dẫnSiêu dẫn là một trạng thái vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn mà ở đó nócho phép dòng điện chạy qua trong trạng thái không có điện trở. Và khi đặt siêudẫn vào trong từ trường thì từ trường bị đẩy ra khỏi nó.6Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng mà điện trở của một chất nào đó đột ngộtgiảm về 0 ở một nhiệt độ xác định.Trạng thái của vật ở vùng nhiệt độ có điện trở bằng không gọi là trạng thái siêudẫn và trạng thái của vật ở vùng nhiệt độ có điện trở khác không gọi là trạng tháidẫn thường. Nhiệt độ là nhiệt độ chuyển từ trạng thái dẫn thường sang trạng tháisiêu dẫn hay ngược lại gọi là nhiệt độ tới hạn (hay nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn).Trên thực tế không phải ở một giá trị mà ở một khoảng nhiệt độ rất hẹp gọi là độrộng chuyển pha siêu dẫn.2.2. Một số đặc tính của chất siêu dẫn2.2.1. Tính chất điện trở của chất siêu dẫnĐiện trở của tất cả các kim loại và hợp kim giảm xuống khi bị làm lạnh. Vớinhững kim loại hoàn toàn sạch nhiệt độ giảm về thì điện trở biến mất gọi là vậtliệu siêu dẫn. Còn những kim loại có chứa tạp chất thì điện trở dư được duy trì ởnhiệt độ rất thấp.2.2.2. Tính chất từ của chất siêu dẫnNếu chất siêu dẫn được làm lạnh trong từ trường xuống dưới nhiệt độ chuyểnpha thì đường sức cảm ứng từ sẽ bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn. Hiện tượng n ày gọilà hiệu ứng Meissner.2.2.3. Tính chất nhiệt và một số tính chất khác của chất siêu dẫna. Tính chất nhiệtQuá trình truyền nhiệt là quá trình va chạm giữa các hạt tải với hạt tải, với cácsai hỏng mạng và các biên hạt. Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ, tạpchất và kích thước mẫu. Ở trạng thái siêu dẫn còn phụ thuộc vào từ trường và các7xoáy từ. Độ dẫn nhiệt trong trạng thái siêu dẫn thấp hơn nhiều so với trạng tháithường. Độ dẫn nhiệt của vật liệu siêu dẫn giảm mạnh trong vùng nhiệt độ thấp.Như vậy, các điện tử siêu dẫn không đóng vai trò trong sự dẫn nhiệt. Tính chất nàyđã được áp dụng để chế tạo các công tắc nhiệt siêu dẫn trong kỹ thuật nhiệt độthấp.Trong một số hợp kim hoặc hợp chất siêu dẫn, người ta quan sát thấy độ dẫnnhiệt tăng tại vùng chuyển pha, sau đó mới giảm theo nhiệt độ.Để tính toán sự truyền nhiệt trong chất siêu dẫn cần phải xác định dòng tới hạn.Đặc trưng sự trở lại của điện trở do sự truyền nhiệt là sự xuất hiện hoàn toàn củađiện trở thường khi dòng điện vượt quá dòng tới hạn. Kết quả vùng thường lanrộng chiếm toàn bộ mẫu và trạng thái siêu dẫn bị phá vỡ.b. Khe năng lượng. Nhiệt dung chất siêu dẫnĐiểm đặc trưng quan trọng nhất của vật ở trạng thái siêu dẫn là năng lượng kíchthích của một cặp electron có xung lượng và spin ngược chiều nhau để chuyển cặpelectron từ trạng thái siêu dẫn sang trạng thái thường luôn luôn lớn hơn một giớihạn nào đó. Đại lượng này là năng lượng cần thiết bé nhất để phá vỡ liên kết mộtcặp electron có xung lượng và spin ngược chiều nhau và chuyển chúng từ trạngthái siêu dẫn sang trạng thái thường. Độ lớn của gọi là bề rộng của khe năng lượngtrong lí thuyết siêu dẫn, với là khoảng cách từ mức năng lượng của kích thích đơnhạt thấp nhất đến mức cơ bản trong trạng thái siêu dẫn. Giữa hai mức năng lượngnày không có một mức năng lượng nào khác của electron. Ta nói có một khe nănglượng.Nhiệt dung của một chất thường bao gồm sự đóng góp của phonon và điện tử.Thực nghiệm cho thấy rằng: tại điểm chuyển pha từ trạng thái thường sang trạngthái siêu dẫn nhiệt dung có bước nhảy. Các giá trị đo nhiệt dung của mạng cho thấyở cả hai trạng thái siêu dẫn và trạng thái thường, phần nhiệt dung của mạng làkhông đổi. Như vậy, sự thay đổi nhiệt dung toàn phần ở trạng thái siêu dẫn chỉ dođóng góp của điện tử.8c. Một số tính chất khácTính chất siêu dẫn của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Nhiệt độ tới hạn củacác chất siêu dẫn thay đổi theo khối lượng đồng vị: . Với là giá trị thực nghiệmtùy thuộc vào vật liệu.Nhiệt độ chuyển pha và từ trường tới hạn của chất siêu dẫn đều tìm được bằngthực nghiệm với các giá trị sai lệch chút ít nếu vật liệu chịu áp suất. Nhiều tínhchất cơ học của các trạng thái siêu dẫn và trạng thái thường về mặt nhiệt động lựchọc đều liên quan đến năng lượng tự do của các trạng thái đó. Thông thường, độlớn từ trường tới hạn phụ thuộc vào sự chênh lệch của năng lượng tự do giữa haitrạng thái. Tính chất cơ học của cùng vật liệu ở trạng thái siêu dẫn và trạng tháithường là khác nhau.Chất siêu dẫn không thay đổi kích thước khi chuyển pha trong từ trường bằng 0.Tuy nhiên, có sự xuất hiện từ giảo nhỏ trong trạng thái siêu dẫn ở những nhiệt độthấp hơn và có sự thay đổi đột ngột về kích thước khi mẫu trở về trạng thái thườngdưới tác dụng của từ trường. Điều này cho thấy tính dị hướng của tinh thể.3. Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫnSau khi Kamerlingh Onnes khám phá ra hiện tượng siêu dẫn, các nhà khoa họcđã bắt đầu tìm kiếm các ứng dụng của hiện tượng mới này. Các nam châm siêu dẫnmạnh có thể làm nhỏ hơn so với các nam châm điện thông thường, bởi vì các cuộndây có thể mang dòng dẫn lớn mà không mất năng lượng do đó cần công suất nhỏhơn nam châm điện thông thường. Các vòng dây ở các máy phát điện được làmbằng chất siêu dẫn có thể sinh ra cùng một lượng điện năng nhưng với các thiết bịnhỏ hơn một máy phát thông thường. Trước khi điện năng sinh ra, nó có thể phânbố qua các cuộn dây siêu dẫn, năng lượng được tích trữ trong các cuộn dây với mộtchu kỳ dài mà không mất đi ý nghĩa. Khám phá gần đây của các chất siêu dẫn nhiệtđộ cao mang lại cho chúng ta các bước tiến khổng lồ để tiếp cận với các nghiêncứu của các nhà khoa học trước kia. Các ứng dụng hiện tại của các chất siêu dẫnnhiệt độ cao bao gồm: Các dụng cụ chắn từ, các hình ảnh xét nghiệm y khoa, các9thiết bị giao thoa lượng từ siêu dẫn (SQUIDs), các cảm biến hồng ngoại, thiết bị xửlý tín hiệu tương tự và các thiết bị vi sóng.Khi sự hiểu biết của chúng ta về các tính chất của vật liệu siêu dẫn tăng lên, cácứng dụng như: sự truyền điện năng bằng dây siêu dẫn, các nam châm siêu dẫntrong các máy phát, thiết bị dự trữ năng lượng, máy gia tốc hạt, đoàn tàu đượcnâng lên bằng từ, máy quay và máy tách từ trở nên được ứng dụng rộng rãi. Ngườita cũng có thể nghĩ đến những năng lượng điện lớn được phân phối, khi dungnhững đường dây tải làm bằng siêu dẫn, hoặc tốt hơn nữa dung dây cáp ngầm, vàcắt hẳn được sự hao phí do tỏa nhiệt trên dây dẫn. Chúng ta có thể thực hiện đượcsự bó chặt các linh kiện điện tử, với một mật độ cao nhất, bằng cách chế tạo mọiliên thông trên một chip silic siêu dẫn-mật độ xếp của các mạch lôgisc sánh đượcmật độ với các mạch của con người là có thể thực hiện được. Kết quả là một chipnhư vậy có thể truyền tải thông tin với tốc độ nhanh hơn rất nhiều. Hiện tượng siêudẫn còn được ứng dụng để thiết kế các biến điệu, chỉnh lưu trước hết dùng các cầuthu dao động biến điệu tần số cao, các dụng cụ đó hoạt động trên cơ sở sự khôngtuyến tính của điện tử siêu dẫn ở phạm vi chuyển tiếp. Các chuyển mạch với đóngngắt không tiếp xúc, các thiết bị nhớ trong các thiết bị nghi nhớ cũng được chế tạodựa trên hiện tượng siêu dẫn. Qua việc nghiên cứu các mối nối Josephson cơ bản,các nhà khoa học có thể chế tạo ra các máy dò vi sóng nhạy, các từ kế, các thiết bịgiao thoa lượng tử và nhiều nguồn thế hiệu ổn định. Các nam châm siêu dẫn đóngvai trò chính trong các thành phần của một vài công nghệ. Hình ảnh cộng hưởng từ(MRI) đóng vai trò như là sự đột phá trong chẩn đoán y học. Các máy gia tốc hạtđược dung trong việc nghiên cứu vật lý năng lượng cao là rất lệ thuộc vào các namchâm siêu dẫn trong từ trường lớn. Tuy nhiên, khoảng cách giữa các khám phá vàviệc ứng dụng nó vào trong khoa học và đời sống là rất lớn. Ví dụ như việc phátminh ra tia lazer ở đầu những năm 60, mà mới chỉ được thông báo gần đây thôngqua các ứng dụng như phẫu thuật bằng tia lazer; máy khuếch đại lượng tử thông tinánh sáng và các máy ghi đĩa nén…Qua một thập kỷ khác nữa, có thể chúng ta cũngchưa mua được một cuộn dây siêu dẫn, hoặc leo lên một đoàn tàu nhanh , nângbằng từ, nhưng không có sự nghi ngờ chính đáng nào về các thứ ấy.10Một số ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn trong các lĩnh vực:+ Trong y học: Hình ảnh cộng hưởng từ ( MRI), kỹ thuật công nghệ y học,…+ Trong công nghiệp: Nam châm siêu dẫn, các cảm biến và máy biến năng,dụng cụ chắn từ,…+ Trong điện học: SQUIDs, các transistor, sơ đồ liên kết điện, máy gia tốc, cáccảm biến,…+ Trong năng lượng: Các máy phát, dự trữ năng lượng, sự truyền và phát sóng,sự tổng hợp hạt nhân,…+ Trong vận chuyển: Nâng các phương tiện bằng từ, sự chuyển động bằng lựcđẩy trên biển,…3.1. Tàu chạy trên đệm từKể từ khi khám phá ra hiện tượng siêu dẫn, có rất nhiều sự quan tâm đặc biệtdành cho những ứng dụng trong lĩnh vực điện từ. Chuyển động trong từ trường làmột kỹ thuật vận chuyển giao thông mới, là công nghệ vận tải được phát minhtrong lĩnh vực đường sắt. Tàu đệm từ là một phương tiện chuyên chở được nânglên, dẫn lái và đẩy tới bởi lực từ hoặc lực điện từ. Thực hiện phép nâng điện độnglực học bằng cách tạo ra 2 từ trường đối nhau giữa các nam châm siêu dẫn đặt trêncon tàu và những cuộn dây lắp trong đường ray hình chữ U trên đó có lắp 3 cuộndây từ, được cung cấp điện bởi các trạm nguồn đặt dưới đất dọc đường tàu. Namchâm siêu dẫn đặt trên tàu và đặt trong những bình chứa Helium đã hóa lỏng, ởnhiệt độ thấp , khi có dòng điện đi qua, sinh ra một từ trường khoảng (tesla) nângtàu bổng lên trong khung đường ray chữ . Nhờ lực hút và lực đẩy xen kẽ giữa haicực Nam – Bắc của cuộn dây và nam châm, con tàu cứ thế tiến lên phía trước.Hệ thống tàu đệm từ trường có các đặc tính ưu điểm như sau: bởi vì không có sựtiếp xúc trực tiếp giữa đường ray và tàu, nên chỉ có lực ma sát giữa con tàu vàkhông khí. Do đó, tàu đệm từ có khả năng di chuyển với vận tốc rất cao, tiêu tốnít năng lượng. Các hệ thống đã được đề nghị có thể hoạt động với vận tốc lên đến11650 km/h, nhanh hơn nhiều lần so với tàu hỏa truyền thống. Tốc độ rất cao của tàuđệm từ làm cho chúng có thể cạnh tranh với các đường bay dưới . Dù di chuyểnvới tốc độ cao, nhưng lại rất an toàn vì tàu điện luôn được bao bọc trong từ trườngnên ít có khả năng trật đường ray. Việc nâng tàu lên khỏi đường ray đảm bảokhông va chạm với các chướng ngại vật và giảm tiếng ồn. Không xả khí vào môitrường như máy bay, ô tô,…Đầu tháng 06 năm 2013, công ty Đường sắt Trung ương Nhật Bản (JR Tokai)vừa thử nghiệm thành công tàu điện siêu tốc Series L0 Maglev thế hệ mới chạytrên đệm từ trường đạt tới vận tốc và dự tính đưa vào hoạt động từ năm 2027. TàuSeries L0 sẽ nối liền ga Shinagawa ở trung tâm Tokyo với Nagoya. Thông thường,phải mất 90 phút để di chuyển giữa hai địa điểm này bằng tàu cao tốc Shinkansen,nhưng tàu đệm từ Maglev mới sẽ giúp giảm thời gian di chuyển xuống còn 40phút. Được biết, tàu đệm từ siêu tốc gồm 16 khoang, có thể chở được khoảng1.000 hành khách. Đặc biệt, loại tàu đệm từ mới không có bánh xe nên loại bỏđược lực cản ma sát, giúp tàu di chuyển nhẹ nhàng ở tốc độ cao nhờ lực hút đệm từtrên đường ray. Công ty JR Tokai cho biết, loại tàu mới sẽ ít gây ô nhiễm và thânthiện với môi trường hơn. Mũi tàu nhọn giống các phiên bản Maglev khác, giúpgiảm lực cản gió.Hình: tàu đệm từ siêu tốc Maglev mới của Nhật.12Hệ thống Tàu đệm từ trường đủ khả năng cung cấp vận chuyển hàng hóa, hànhkhách trong tương lai, giải quyết được các vấn đề tắt nghẽn giao thông hiện nay.Với độ tin cậy cao, hệ thống tàu đệm từ trường có thể thay được các chuyến bayngắn qua lại giữa các thành phố.3.2. Máy chụp ảnh cộng hưởng từ MRIHiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân vào năm 1946 là cơ sở vật lý quan trọngcho sự phát triển máy chụp ảnh cộng hưởng từ MRI. MRI (Magnetic ResonanceImaging) là loại máy sử dụng nam châm siêu dẫn có một từ trường đủ mạnh để chocác nguyên tử hydro bên trong chất béo của con người và các phân tử nước đượctăng lên mức năng lượng nào đó có thể đo được bằng các dụng cụ đặc biệt. Dùngtrong y học (quét ảnh bằng cách đo tiếng dội lại của âm thanh) để khám phá cácmô trong cơ thể người. Khi bác sĩ cần kiểm tra những gì đang diễn ra trong cơ thểngười bệnh, họ phải đặt vào trong cơ thể một nguồn từ trường mạnh có nguồn gốcsiêu dẫn. Bằng cách này các nguyên tử hiđrô có trong nước và mỡ buộc phải chấpnhận năng lượng của từ trường. Sau đó, các nguyên tử hiđrô sẽ giải phóng nănglượng này ra theo tần số mà máy tính có thể nhận biết và vẽ nên biểu đồ.Hình: máy chụp ảnh cộng hưởng MRI13Công nghệ MRI đã ra đời vào giữa những năm 1940 và được thử nghiệm lầnđầu tiên trên người vào năm 1977. Và đến nay, kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ(MRI) đã trở thành một phương pháp phổ thông trong y học chẩn đoán hình ảnh.MRI thường tốt hơn các kỹ thuật hình ảnh khác và được cải thiện đáng kể về độchính xác trong việc chẩn đoán nhiều căn bệnh. Nó thay thế một số phương phápkiểm tra theo kiểu đưa thiết bị vào cơ thể, do đó giảm đau đớn, rủi ro cũng như sựbất tiện cho nhiều bệnh nhân. Ảnh cấu trúc các mô mềm trong cơ thể như tim,phổi, gan và các cơ quan khác rõ hơn và chi tiết hơn so với ảnh được tạo bằng cácphương pháp khác. Sự chi tiết làm cho MRI trở thành công cụ vô giá trong chẩnđoán thời kì đầu và trong việc đánh giá các khối u trong cơ thể. Tạo ảnh bằng MRIkhông gây tác dụng phụ như trong tạo ảnh bằng chụp X quang thường quy và chụpCTMRI, cho phép dò ra các điểm bất thường ẩn sau các lớp xương mà các phươngpháp tạo ảnh khác khó có thể nhận ra. MRI có thể cung cấp nhanh và chuẩn xác sovới tia X trong việc chẩn đoán các bệnh về tim mạch. Không phát ra các bức xạgây nguy hiểm cho con người. Tuy nhiên, nó có một nhược điểm là bệnh nhân nàophải tiêm kim loại từ hoặc mang máy điều hoà nhịp tim không thể được kiểm trabằng MRI bởi MRI có trường từ tính mạnh. Kể từ khi MRI mang lại những hìnhảnh 3 chiều, bác sĩ có thể nắm được thông tin về địa điểm thương tổn. Nhữngthông tin như vậy rất có giá trị trước khi phẫu thuật, chẳng hạn như tiểu phẫu não.Hiện nay, nhóm Korean Superconductivity Group đã nâng công nghệ MRI lênmột tầng cao mới với sự phát triển của thiết bị SQUID (máy giao thoa lượng tửdùng siêu dẫn). Thiết bị này có thể cảm nhận được sự thay đổi rất nhỏ của từtrường, nhỏ hơn cả 1 phần tỉ lần lực để di chuyển cái kim của compa. Với côngnghệ mới này, bác sĩ có thể thăm dò cơ thể người đến 1 mức độ nhất định màkhông cần sử dụng từ trường mạnh như của công nghệ MRI. Cảm biến từ trườngsiêu nhạy mới cho phép nghiên cứu não dễ dàng hơn.3.3. Máy gia tốc hạt bằng chất siêu dẫn nhiệt độ caoSự phát triển của ngành điện hiện đại, điện vật lí, vật lí năng lượng cao, tổnghợp nhiệt hạch có điều khiển, công nghệ cao về y học và nhiều ngành khoa học kỹ14thuật khác, không thể có được nếu không sử dụng rộng rãi những thiết bị ứng dụnghiện tượng siêu dẫn.Một ứng dụng quan trọng khác nữa là có thể tạo máy gia tốc mạnh để nghiêncứu đặc tính gốc của nguyên tử. Máy gia tốc hạt (máy gia tốc hạt nhân, máy gia tốchạt cơ bản) là thiết bị sử dụng các năng lượng bên ngoài truyền cho các hạt nhằmtăng vận tốc và năng lượng của hạt chuyển động. Người ta dùng những nam châmcực mạnh để bẻ cong các chùm hạt, làm cho chúng chạy theo đường tròn và va đậpvào nhau, qua đó nghiên cứu những"mảnh" sinh ra do những va đập mạnh. Ngườita gọi đó là "siêu va đập siêu dẫn". Dựa theo nguyên tắc này, các nhà khoa học Mỹđang tiến hành xây dựng một "máy gia tốc cực mạnh" trong đường hầm dài 88 kmở bang Texec để nghiên cứu các hạt cơ bản của vật chất.Máy gia tốc hạt bằng chất siêu dẫn nhiệt độ caoCác máy gia tốc hạt có hai dạng: máy gia tốc thẳng cho các hạt chuyển độngtheo đường thẳng đến mục tiêu va chạm của chúng, các hạt điện tích được tăng tốcnhờ lực điện mạnh. Máy gia tốc tròn thì hạt điện tích chuyển động theo các quỹđạo tròn dưới một từ trường đều có hướng vuông góc với vận tốc hạt. Đồng thờinằm trong một hộp hình tròn gồm hai nửa hộp rỗng hình chữ D nối vào một hiệuđiện thế xoay chiều. Tất cả đều nằm trong chân không. Khi đó, điện trường xoay15chiều giữa hai hình D có tác dụng tăng tốc cho hạt trong quá trình chuyển động.Vận tốc hạt ngày càng tăng lên cùng với bán kính quỹ đạo. Khi động năng của hạttăng lên đến giá trị đủ lớn thì người ta cho chùm bắn vào một tấm "bia" để tạo racác phản ứng hạt nhân.Ở những năng lượng thấp hơn nhiều, các máy gia tốc hạt được sử dụng phổ biếntrong y khoa. Liệu pháp hạt được sử dụng trong điều trị ung thư, sử dụng chùmproton năng lượng cao hoặc những hạt khác.3.4. Cáp siêu dẫnHiện nay, các đường tải điện siêu dẫn nhiệt độ cao đã được xây dựng ở một sốnước tiên tiến như Mỹ, Nhật, …Tải điện bằng cáp siêu dẫn có lợi rất lớn so vớiđường dây tải điện thông thường. Có khả năng tải dòng rất lớn và không bị hao tổnnăng lượng trong quá trình truyền tải. Truyền tải điện theo công nghệ siêu dẫn vớibó cáp truyền dẫn được 5 gigawatt, tương đương với sản lượng của 5 nhà máy điệnhạt nhân, có thể nằm gọn trong một đường ống với đường kính chỉ có 3 feet chônđược dưới lòng đất. Khi đặt vào trong cáp, sợi siêu dẫn này hoạt động như một dâydẫn hoàn hảo, nhưng phải duy trì nhiệt độ của cáp thấp hơn một nhiệt độ tới hạnnào đó. Điều này đòi hỏi hệ thống cáp được làm lạnh liên tục bằng nitơ lỏng, làchất rẻ tiền và an toàn với môi trường. Hệ thống làm lạnh sẽ tiêu hao một phầnnăng lượng từ dây cáp nhưng ở mức nhỏ hơn rất nhiều nếu so với lượng thất thoátđiện năng khi sử dụng đường dây điện bằng đồng. Cáp siêu dẫn có thể tải nănglượng điện nhiệt, năng lượng điện hiđrô và năng lượng mặt trời, năng lượng lấy từthan đá hoặc năng lượng hạt nhân từ nguồn đến các trung tâm dân cư sử dụng hoặcnơi tiêu thụ.16Hình: cáp siêu dẫnMột trong những hạn chế của dây đồng truyền thống là bị đốt nóng trong quátrình truyền tải điện năng, dẫn đến tiêu hao năng lượng. Tuy nhiên, dây siêu dẫnmới do các nhà khoa học tại ĐH Tel Aviv phát triển có thể truyền tải điện năngnhiều gấp 40 lần so với dây đồng cùng kích thước do không bị hấp thụ nhiệt.Hình: dây siêu dẫn sapphireDây siêu dẫn làm từ các sợi tinh thể sapphire bao phủ bởi một hỗn hợp gốm.Mỗi sợi dây dày hơn một sợi tóc của người có khả năng truyền tải điện lớn. Nhượcđiểm của loại dây này luôn đòi hỏi phải được làm lạnh để duy trì trạng thái siêu17dẫn. Tuy nhiên nhược điểm trên đã được xử lý bằng một hệ thống làm mát khépkín sử dụng nitơ lỏng rẻ tiền.3.5. Siêu máy tínhMột siêu máy tính là một máy tính vượt trội trong khả năng và tốc độ xử lý. Siêumáy tính hiện nay có tốc độ xử lý hàng nghìn teraflop (một teraflop tương đươngvới hiệu suất một nghìn tỷ phép tính/giây) hay bằng tổng hiệu suất của 6000 chiếcmáy tính hiện đại nhất hiện nay gộp lại (một máy có tốc độ khoảng 3 – 3,8gigaflop). Có thể hiểu siêu máy tính là hệ thống những máy tính làm việc songsong. Máy tính nhanh nhất hiện nay mới chỉ đạt được tốc độ “teraflop”. Kỷ lụchiện nay thuộc về IBM Blue Gene/L với tốc độ 70.7 teraflop/giây.Các máy tính sử dụng linh kiện bằng chất siêu dẫn có ưu điểm: nhỏ, nhẹ, nhanh,cấu hình mạnh. Các mạch điện đóng mở nhanh và có thể tích nhỏ. Trong các máytính siêu dẫn các đường truyền là các vi mạch siêu dẫn nối với thiết bị bán dẫn.Công tắc siêu dẫn chỉ đóng mở trong 6 pico giây (nhanh gấp 10 lần công tắc bándẫn).Hình: Mô hình siêu máy tính3.6. Máy giao thoa lượng tử dùng siêu dẫn (SQUIDS)18Có thể sử dụng như một máy cộng hưởng từ tuy nhiên không cần từ trườngmạnh. Họ có thể xác định được sự thay đổi từ trường rất nhỏ. Và cũng có thể sửdụng cho những trường hợp xác định một cách chính xác các chuyển động.Hình: máy giao thoa lượng tử dùng siêu dẫn193.7. Màn chắn từ và thiết bị dẫn sóngDựa trên hiệu ứng Meissner, các chất siêu dẫn đẩy các đường từ thông ra khỏinó, người ta có thể sử dụng để tạo nên các vùng không có từ trường hoặc tạo thànhnhững vùng có các dạng từ trường khác nhau. Các chất siêu dẫn có thể phun thànhplasma với các hình dạng phức tạp. Đó là tiến đề cho việc dùng chất siêu dẫn nhưcác bức tường chắn sóng micro; làm màn chắn chống lại các vụ nổ hạt nhân và làmmàn chắn các loại sóng điện từ khác trong không gian trước khi đi vào Trái Đất.Nhiều ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực bảo vệ máy tính và công nghệ thông tin.Sử dụng các màn chắn bằng chất siêu dẫn như bức tường bảo vệ các thông tin vàhội thoại.3.8. Động cơ siêu dẫnNgười ta chế tạo các động cơ siêu dẫn dựa trên cơ sở của hiệu ứng Meissner.Tính chất của các môtơ siêu dẫn là gây nên sự đẩy các đường từ thông. Khi namchâm gần đạt đến trạng thái siêu dẫn, thì chất siêu dẫn sẽ đẩy nó. Sức đẩy này dùngđể lái roto trong motor điện. Các motor siêu dẫn rất rắn chắc và có kích thước cỡ1/3 kích thước motor thường. Sự mất dòng trong motor siêu dẫn ước tính giảm đicỡ 50% so với motor thường. Motor siêu dẫn có nhiều ứng dụng trong cả lĩnh vựcsản xuất ôtô, các loại máy bơm, máy quạt, các máy cơ khí, máy nghiền và cácphương tiện khác.3.9. Một số ứng dụng khácTrong các hệ tin học điều khiển truyền thông tin bằng cáp quang và các máy tínhquang điện thế hệ mới, người ta chế tạo và sử dụng các loại thiết bị công tắc quanghọc từ chất siêu dẫn nhiệt độ cao. Công tắc này nhỏ, gọn, nhẹ, điều khiển chínhxác, bền và có độ nhạy cao. Thời gian điều khiển cực nhanh.Khả năng ứng dụng của chất siêu dẫn vào cuộc sống là rất đa dạng và hữu íchnhư: Ăng-ten mini, bom E, bình trích trữ năng lượng từ siêu dẫn, các bệ phóngđiện từ, tách chiết từ, hệ thống từ thủy lực, máy lạnh từ, biến thế siêu dẫn, máyphát điện siêu dẫn, động cơ siêu dẫn, tàu thủy siêu dẫn, thiết bị dò sóng milimet,màn chắn từ và thiết bị dẫn sóng, lò phản ứng nhiệt hạch từ,… Tuy nhiên, khoảng20cách giữa các khám phá và việc ứng dụng nó vào trong khoa học và đời sống là rấtlớn. Vì vậy, những ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn chưa phổ biến. Và việcnghiên cứu mở rộng hướng ứng dụng của vật liệu siêu dẫn đang được nhiều nhàkhoa học quan tâm.Hình: Máy phát điện siêu dẫnHình: Bộ lọc sóng micro bằng siêu dẫn nhiệtđộ cao21C. KẾT LUẬNChúng ta thấy rằng hiện tượng siêu dẫn đã mang đến cho khoa học và đời sốngnhững ứng dụng hết sức to lớn và rộng rãi. Ngày nay khoa học kĩ thuật đã và đangphát triển đòi hỏi các nhà khoa học phải vận dụng và khai thác tối đa các ứng dụngcủa chất siêu dẫn để phục vụ cho con người trong mọi lĩnh vực. Qua đó có thể thấycác ứng dụng của chất siêu dẫn không còn xa lạ gì với con người nữa. Hiện tượngsiêu dẫn đã mang đến một sức hút kì lạ cho những ai biết đến và mong muốn khámphá nó bởi những ứng dụng hết sức rộng rãi và kì diệu.Để có thể ứng dụng rộng rãi hiện tượng siêu dẫn người ta đã tìm ra vật liệu siêudẫn nhiệt độ cao trong điều kiện sử dụng Nitơ lỏng. Hợp chất siêu dẫn nhiệt độ caochủ yếu trong hợp chất của đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới. Nhiều ứngdụng của vật liệu siêu dẫn có vai trò quan trọng trong cuộc sống như: tàu đệm từ,máy chụp ảnh cộng hưởng từ MRI, siêu máy tính, cáp siêu dẫn,… Hi vọng trongtương lai vật liệu siêu dẫn sẽ được ứng dụng rộng rãi và mang lại nhiều lợi ích hơncho đời sống của con người.22TÀI LIỆU THAM KHẢO[1]. Thân Đức Hiền (2008), Nhập môn về siêu dẫn (vật liệu, tính chất và ứngdụng), Nhà xuất bản bách khoa, Hà Nội.[2]. Nguyễn Huy Sinh (1994), Vật lí siêu dẫn, NXB Giáo dục.[3]. http://html.khkt.net/t18726-Nano-Cong-nghe-hien-tai-cho-tuong-lai.html[4].http://khoahoc.com.vn/congnghemoi/phat-minh/vietnam/8323_Che_tao_thanh_cong_may_tuyen_tu_nam_cham_dat_hiem.aspx[5].http://vietbao.vn/Khoa-hoc/Chat-sieu-dan-Vat-chat-cua-the-ki21/20360933/195/[6].http://vietbao.vn/Khoa-hoc/Lo-phan-ung-nhiet-hach-nang-luong-cua-tuonglai/20038429/195[7].http://www.onthi.com/co-the-ban-chua-biet/the-nao-la-vat-lieu-sieudan_426.html23