Как использовать сверхпроводимость фуллеренов?

Алексей Кириллов

Сразу извиняюсь за объяснение очевидных вещей... так будет несколько более связно, но сделано ради тех, кто физику в последний раз видел в школе (в гробу и белых тапочках, "последний звонок" - ее торжественные похороны). Судя по некоторым изложенным на сайте идеям, это немного требуется. :) (Лично я читаю физику по мере надобности... студент я :)

Постараюсь короче: Сверхпроводимость фуллеренов открыта лет десять назад. (Фуллерены - "большие" молекулы углерода, классический фуллерен - "футбольный мячик" из атомов углерода - С60, бывают шарики, трубки, завитки разных видов, обычная сажа, копоть - вся из них.) Тс (критическая температура, выше которой сверхпроводник теряет свойства) их (117 К или -156 по Цельсию для С60) - очень даже внушает радость и обещает повышаться с уменьшением молекулы.

В то же время прочность решетки у таких наношариков и нанотруб тоже - более чем на уровне, о прочности решетки алмаза (тот же углерод) все в курсе, прочность большинства фуллеренов - во много и много раз выше (нет дефектов - вакансий, дислокаций и прочей ерунды, которая так портит кайф даже в самых прочных решетках).

Небольшое лирическое отступление: что такое аккум на сверхпроводниках? Кольцо из сверхпроводника, куда загнан нечеловеческий ток. Ток в таком кольце крутится вечно (до момента разрушения кольца), создавая снаружи чудовищное магнитное поле, в котором в конечном итоге и запасена энергия. Когда надо - с помощью специального устройства (токоввода), разрушили сверхпроводимость на маленьком участке, положили тока, сколько захотели. Когда надо - разрушили, достали. Удобно, красиво, кругом XXI век. (или сейчас надо уже говорить "ХХII"? :)

Почему это не применяется? Проблемы: большие механические нагрузки, большие магнитные поля снаружи (и большие быстрые их изменения, что тоже не радость), сложность с токовводами на большие токи, сложность с материалами (недешевы), требование низких температур. Последняя проблема - не проблема для больших установок. Остальные потихоньку, но решаются. То есть - решаются, но потихоньку.

Смотрим на этот самый углерод. Фантастическая (по любым меркам) прочность. Впечатляющая (в перспективе) дешевизна. Отсюда вывод: аккумы надо строить на фуллеренах (просто, да? :) Нет, это не идея, идея - дальше :).

Естественно, что создание сверхпроводящего кольца из получаемых сегодня фуллеренов невозможно: сами по себе они прочны, но как "сцеплять" эти шарики и отрезки трубок не теряя механических свойств (и попутно сверхпроводимости, механизм-то ее - фононный, а в составной структуре все сразу будет по-другому)?

Два выхода.

Первый - изготовлять достаточно большой аккум целиком из мономолекулы углерода (какой-нибудь С2136412346021732937234287) с сохранением всех прелестей сверхпроводимости - оставим далеким потомкам. Они, может быть, смогут все это рассчитать и изготовить. Мы - явно нет.

Второй - накачивать энергией "обычные" маленькие фуллерены. Берем ведро с заранее изготовленными фуллеренами, заливаем жидким гелием. Далее, вкачиваем в них по правильной технологии (см. ниже, вообще-то - самое интересное и заморочное) энергию по самое "не хочу", и тащим ведро на космодром. Тащить (и вообще хранить) - просто, ибо все ведро в сумме имеет снаружи магнитного поля ровно ноль с точностью до флуктуаций (микроколечки сами поворачиваются так, что компенсируют друг друга). Главное тут - не нагреть ненароком.

Как из них получать энергию обратно? Просто. Если немножко этих колечек взять и нагреть до температуры при которой исчезает сверхпроводимость, вся закачанная в них энергия выделится в виде тепла. И энергия эта - недетская, по моим (довольно пессимистичным) прикидкам - что-то около 10 ГДж/кг (~100-1000 эВ/молекула) что ~ энергии окисления 100 кг водорода (т.е. реакции 100 кг водорода и 800 кг кислорода, суммарно - 900 кг топлива! Против одного кг!). Более того, температура в точке "развала" - десятки и сотни тысяч градусов, это - ад, это такой ад, что придется наворачивать магнитную систему для удержания его в рамках. А эффективность ракеты (в терминах отношения выводимого груза к количеству горючего) напрямую зависит от температуры в камере сгорания и удельной энергии горючего. Эффективность этой ракеты будет громадной, до Марса можно долететь на одной заправке. На ней же и обратно. Впрочем, для длинных путешествий есть ядреные реакторы, более удобные и дешевые если нужна долгая тяга. Или там созреет когда-нибудь применимый в космосе термояд, кто его знает... это неважно. Важно, что на описанном топливе можно стартовать с Земли и легко прыгать по низким орбитам, не особо пугаясь за экологию.

Очевидный минус идеи - опять же энергоемкость этого топлива. Если из-за отсутствия охлаждения рванет бак с таким горючим, от взрыва маленькой водородной бомбы это будет отличаться разве что отсутствием многоМэВных нейтронов. Да и то... вопрос. :)

Второй минус, правда, исправимый с ростом технологии, - стоимость горючего. Его производство далеко не есть халявное занятие. Я себе это вижу так:

<наметки идеи, нефизики, пропускайте, умничаю; физики, пропускайте, ничего умного тут нет :) >

наноструктура (не обязательно только из углерода) представляет из себя сверхпроводящее наноколечко, которое имеет линию возбуждения, такой "немножко запрещенный" переход где-нибудь в оптических энергиях (но не очень больших!). Причем такая линия и такая энергия, что, возбудившись, колечко теряет сверхпроводимость начисто. Не спрашивайте меня, что это за колечко, как его сделать в массовых количествах задешево и что за длина волны, я стратегией занимаюсь. :) Но диапазон большой, я верю, что такую структуру найти можно. Все.

Помещаем ведро с колечками в поле, включаем лазер, выключаем лазер. Колечки, сразу опосля излучения впихнутого им насильно кванта, сожрут свой кусочек магнитного поля. И это будет хорошо.

</наметки идеи закончены :) >

Предложения заработать Нобелевскую на изготовлении нужного фуллерена и накачке его описанным способом я заранее с негодованием отвергаю. Я нечестолюбив. :)

Хм, что-то вроде статьи самонакаталось, хотя предполагалось короткое мыло. Язык. :) Мда. :)

Всего!