Система квантовой левитации

Добрый день!

Представлюсь: я инженер и технологический предприниматель, имею хорошее техническое образование и 30-летний опыт работы в сфере электроники, радиотехники и систем связи, увлекаюсь физикой.

На основе одной замечательной идеи мне удалось реализовать давнюю мечту всех физиков и технологов - создать постоянный сверхпроводящий ток при обычной, комнатной температуре. Именно поэтому создан предлагаемый вашему вниманию проект. Уверен, что он изменит мир ничуть не меньше, чем открытие электричества. Предлагаю вам принять посильное участие в его реализации.

Любой инновационный проект начинается с крепкой и масштабной проблемы, поэтому с нее и начнем.

Проблема

Сверхпроводимость была открыта в 1911 году в Лейденской лаборатории голландским физиком Камерлинг-Оннесом. С тех пор прошло уже 105 лет, но сверхпроводимость так и не нашла широкого применения в промышленности. Проблема заключается в том, что до сих пор нет полноценной научной теории, которая бы объясняла физический механизм сверхпроводимости. Фактически, все имеющиеся теории основаны на «кусочно-линейной аппроксимации» экспериментальных данных. Американский физик Бернд Матиас (экспериментально открывший сотни сверхпроводящих материалов!) остроумно заметил, что теория БКШ (Бардина-Купера-Шриффера) «объясняет всё, но не позволяет найти ничего». Эта проблема ещё больше усугубилась с момента открытия высокотемпературной сверхпроводимости в 1986 году – научной теории нет до сих пор. Результатом этой ситуации является то, что современные физики «синтезируют» новые ВТСП материалы методами средневековых алхимиков (на современном уровне) и гаданием на кофейной гуще. Лично мне так и хочется задать им вопрос: увеличится ли сила сверхпроводящего магнита, если натереть его чесноком?
Количество научных работ и публикаций по теме высокотемпературной сверхпроводимости чрезвычайно велико, но ни одна из них не позволяет создать полноценную теорию сверхпроводимости. В результате - практическое применение сверхпроводимости в промышленности и бизнесе крайне ограничено.

Идея и решение

Примерно десять лет назад у меня возникла идея, что механизм спаривания электронов в куперовские пары может быть основан на стандартной электродинамике Максвелла с учетом основных законов квантовой физики. Отличие моей идеи от общепризнанной теории БКШ заключается в том, что, по моему мнению, при циркуляции сверхпроводящего тока куперовские пары не перемещаются упорядоченно по поверхностному слою сверхпроводника, а фиксируются относительно соответствующих ионов кристаллической решетки (либо иных центров притяжения в виде энергетических потенциальных ям). Можно сказать, что происходит «кристаллизация» газа свободных электронов – подобно кристаллизации льда на поверхности воды при её замерзании. (Следует заметить, что специалисты по сверхпроводимости всегда применяют другой термин: «конденсация электронного газа»; «электронный конденсат». Очевидно, что на подсознательном уровне они понимают под этим некую «сверхтекучую электронную жидкость» - по аналогии со сверхтекучестью жидкого гелия).

Каким же образом тогда обеспечивается сверхпроводящий ток, если куперовские пары жёстко зафиксированы относительно ионов кристаллической решетки и не перемещаются упорядоченно по его поверхности?
Дело в том, что каждая куперовская пара является, фактически, преобразователем электрического поля внешней ЭДС в соответствующее относительное движение электрического поля, т.е в магнитное поле. Причём это преобразование происходит весьма интересно. Вектор момента импульса одного из электронов куперовской пары всегда направлен против электрического поля внешней ЭДС, в то время как другой электрон создаёт внешнее магнитное поле. Этот процесс очень похож на скин-эффект, т.е когда высокочастотный ток вытесняется на внешнюю поверхность проводника. Именно поэтому электрическое поле внутри сверхпроводника в точности равно нулю, а электрический ток обеспечивается только за счёт вытесненного на внешнюю поверхность сверхпроводника относительно движущегося электрического поля, т.е магнитного поля. В этом и состоит причина эффекта Мейснера-Оксенфельда - полного вытеснения магнитного поля на внешнюю поверхность сверхпроводника.
Можно сказать, что сверхпроводящая поверхность сверхпроводника является не только идеальным диамагнетиком, но и идеальным проводником – она экранирует внутренний объём сверхпроводника от влияния электрического поля внешней ЭДС.

Каждую куперовскую пару можно представить в виде своеобразного «электромагнитного подшипника» - с нулевым электромагнитным трением. Либо ещё проще. Видели вы когда-нибудь бухгалтерские счёты? Тогда куперовские пары можно представить в виде костяшек, а соответствующие им ионы – в виде спиц. При протекании тока все костяшки (т.е куперовские пары) синхронно вращаются и, таким образом передают импульс электрического поля внешней ЭДС - в виде относительно движущегося только электрического поля, т.е внешнего магнитного поля. Электронные куперовские пары - это единичные элементы квантового тока. Поэтому магнитное поле сверхпроводящего тока также квантуется. Очевидно, что каждая куперовская пара будет иметь нулевой суммарный импульс, что и наблюдается в экспериментах.

Странно, что ни одному физику не пришла в голову эта простая идея. Ведь предпосылки были давно. «Существенно, что как при переменном, так и при постоянном токе мощность поступает в данный участок цепи (отрезок проводника) не через поперечные сечения, а через его боковую поверхность, т.е из внешнего пространства. Во внешнее пространство мощность подаётся теми участками цепи, где приложены сторонние электродвижущие силы»… «Электромагнитные волны». Ванштейн. Л.А. стр. 98-99.

Следует ещё добавить, что квантование магнитного потока при протекании тока в сверхпроводниках имеет то же физическое происхождение, что и квантование орбит электронов в атомах. Фактически, можно утверждать, что это магнитное поле «замороженной электромагнитной волны» - магнитное поле «замороженного» максвелловского тока смещения. Излучения электромагнитной волны при орбитальном движении электронов в атоме не происходит - это тоже полностью квантовый ток.

Оставалось лишь проверить мою идею экспериментально. Это было сделано в 2008 году – с положительным результатом. Отличие сверхпроводящего тока на основе моего способа от тока в обычных сверхпроводниках в том, что он имеет не одно, а два значения критического тока – максимальное, и минимальное. Минимальное значение не может быть меньше определенной величины при данных конкретных условиях. Способ основан на создании сверхпроводящего состояния в различных материалах за счёт внешней ЭДС, либо самого тока проводимости. Удивительно, но специалисты почему-то совсем упустили из виду эту возможность… Это не способ создания новых ВТСП материалов, но это способ по созданию постоянного сверхпроводящего тока практически в любых материалах. Отличие в подходах – принципиальное: специалисты по сверхпроводимости не умеют создавать сверхпроводники с заранее заданными свойствами и полагаются только на волю случая и Господа Бога, в то время как мой способ является полностью управляемым процессом.

Проект

Заинтересованным лицам предлагаю принять участие в создании демонстрационного образца системы квантовой левитации грузоподъемностью до 5 тонн - на основе моего способа (know-how) по созданию постоянного сверхпроводящего тока при температурах от 0 Кельвина, до >> 273 Кельвина.

Важной особенностью данной системы являются относительно небольшие габариты и масса – вся система сможет разместиться в одном чемодане средних размеров, а её масса будет 25-30 кг.

Электропитание системы квантовой левитации будет осуществляться от аккумулятора емкостью 18-36 ампер/часов. Емкости аккумулятора хватит на непрерывную демонстрацию квантовой левитации в течение всего рабочего дня.

Демонстрация системы квантовой левитации будет организована в Технопарке Новосибирского Академгородка - это самый крупный и эффективный в России технопарк для высокотехнологичного и наукоёмкого бизнеса.

Для чего нужен этот проект?

Проект нужен для убедительной презентации возможностей моего способа по созданию постоянного сверхпроводящего тока. Дело в том, что его научно-технический и коммерческий потенциал намного больше, чем просто квантовая левитация. На основе этого способа можно создать десятки, а возможно и сотни принципиально новых проектов в различных сферах промышленности и технологического бизнеса. Бизнес-модель – международный трансфер технологий на основе know-how.

В качестве одного из примеров могу привести создание стабильных во времени магнитных ловушек плазмы. Мне тоже удалось это сделать. В том числе и создание искусственных шаровых молний с неограниченным временем жизни. Идею о кратковременной сверхпроводимости плазмы шаровой молнии уже высказывали зарубежные и российские ученые. Можете почитать, например, статью «Сверхпроводимость плазмы и шаровая молния» М.И.Зеликина в журнале «Современная математика. Фундаментальные направления» за 2006 год, том 19. Тем не менее, больше никому не удалось создать настоящую шаровую молнию, да ещё и с неограниченным временем жизни.

Где это можно использовать? В первую очередь - для создания накопителей энергии. Дело в том, что удельная объёмная плотность энергии подобного накопителя энергии может быть примерно в 5-10 раз больше, чем у бензина – при массе самого накопителя всего лишь в несколько десятков грамм. На основе такого накопителя энергии запас хода электромобиля может быть до 800-1000 километров на одной зарядке! Масса и габариты конвертера-преобразователя будут относительно небольшие - сопоставимы с системным блоком персонального компьютера. Аналогичные накопители энергии могут быть применены в зарядных станциях электромобилей и системах Smart Grid (в том числе и в системах домашнего хранения электроэнергии). Не следует думать, что запасаемая электроэнергия будет выглядеть как настоящая шаровая молния – постоянное магнитное поле само по себе невидимо.

Следует также отметить, что сверхпроводящие индуктивные накопители энергии (Superconducting Magnetic Energy Storage - SMES) считаются одним из перспективных направлений электроэнергетики будущего.

Ещё одним, потенциально возможным применением моего способа может быть создание принципиально новых магнитных ловушек высокотемпературной плазмы – для установок управляемого термоядерного синтеза. Магнитная ловушка может быть организована непосредственно в самой плазме – без применения внешних тороидальных катушек. Но это уже отдельная тема, поэтому не буду на ней подробно останавливаться.

К сожалению, не могу сейчас подробно рассказывать о самых важных и перспективных применениях моего способа - на данном этапе развития проекта необходимо соблюдать определенную секретность и конфиденциальность.

Хотел бы ещё отметить, что предлагаемая система квантовой левитации не имеет никакого отношения к так называемым «системам магнитной левитации» на основе виртуального захвата магнитного потока. В качестве примера подобной системы могу привести статью Е.К. Кошурникова «Левитация в поле несверхпроводящей катушки со стабилизацией магнитного потока», опубликованную в «Журнале технической физики» за 2013 год, том 83, выпуск 9: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/11012

Аналогичный способ был экспериментально реализован мной около 20 лет назад. Но этот способ не обеспечивает реальный захват магнитного потока, т.е режим настоящего, «замороженного магнитного потока» - в отличие от предлагаемого вашему вниманию.

На что пойдут собранные деньги?

1. Основные технологические операции по созданию системы квантовой левитации будут выполнены на базе технологической сервисной инфраструктуры новосибирского Академпарка. Это единственное место в России, где можно изготовить практически любую деталь или узел прибора в единственном экземпляре, а также организовать мелкосерийное производство новой продукции (до 10 тыс. экземпляров). Причём стоимость технологических услуг получается в десятки, а иногда и в сотни раз дешевле (!), чем при заказе на любом российском заводе: http://www.academpark.com/technology_services/instrumentation/

Что касается «технологической инфраструктуры» Фонда «Сколково», то для большинства российских инновационных компаний она практически недоступна – стоимость технологических услуг чрезмерно высока…

2. Будет создан специализированный источник тока и напряжения – это «сердце» всей системы. Единственным, промышленно выпускаемым аналогом, является новейший 4-х квадрантный источник тока и напряжения принципиально нового типа компании TOELLNER (Германия). В России продается под торговой маркой АКИП 1106А. Стоимость данного источника тока и напряжения порядка 450-500 тыс. рублей (в зависимости от модификации). Но он не совсем хорошо подходит для моего проекта, поэтому придётся изготовить его самостоятельно, причём удастся уложиться в сумму 350-380 тыс. рублей.

3. Будет приобретен нановольтметр постоянного тока – он нужен для реализации проекта и R&D. Забавно и, немножко грустно вспоминать, как в течение нескольких лет (!) я пытался взять нановольтметр в аренду в «университетском и инновационном Томске» - безуспешно. В курсе этой проблемы был и Алексей Князев - бывший замгубернатора по научно-образовательному комплексу и инновационной политике Томской области! Он обещал мне помочь, но у него ничего не получилось. Хотя в моей домашней лаборатории имеется прецизионный (0,03%) 5-разрядный мультиметр с разрешающей способностью 1 микровольт (на постоянном токе), но его возможностей недостаточно для полноценной реализации проекта.

4. Приобретение необходимых материалов и радиоэлементов.

5. Организационные вопросы.

Сколько времени займёт реализация проекта?

12 месяцев. При условии, что 50% заявленной суммы будет собрано не позднее начала февраля 2017 года, а 100% не позднее начала июня 2017 г.

Презентация системы квантовой левитации будет приурочена к проведению зимнего бизнес-ускорителя «А:СТАРТ»: http://astart.academpark.com/ Зимой он обычно проводится в феврале-марте каждого года.

Расширенные цели

1. Будет реализован статус резидента Инкубатора технологий новосибирского Академпарка и создана инновационная R&D компания мирового уровня, имеющая уже полноценный статус резидента новосибирского Академпарка.

2. R&D и коммерческий трансфер технологий на мировой рынок на основе know-how. В этом мне очень поможет крупная международная компания, имеющая официальный статус резидента Технопарка Новосибирского Академгородка.

Обращаю ваше внимание на то, что после завершения проекта (сбора заявленной суммы денег) он автоматически получает статус «приватный проект» и будет удален из общего каталога проектов Boomstarter. Произойти это может в любой момент – ввиду так называемого «взноса автора» (т.е стороннего финансирования). Пожалуйста, имейте это в виду.

Уверен, что этот проект будет очень прорывным и откроет всему человечеству принципиально новые горизонты. Вы тоже можете в этом участвовать!

Полезные ссылки и литература:

• «Введение в физику сверхпроводников». Шмидт В.В. 2000 год (2-е издание).
• Основные свойства сверхпроводников и история их открытия. Относительность электрического и магнитного поля. Формулы преобразования полей: https://www.youtube.com/watch?v=YmG-kJJbjp8
• В США презентован «транспорт будущего» по проекту российского инженера: http://www.stoletie.ru/sozidateli/sibirskij_magnitoplan_506.htm