Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1958, H. 40 - Lågtemperatur-elektronik, av Jan-Rustan Törnquist
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Lagtemperatur-elektronik
Civilingenjör Jan-Rustan Törnquist, Linköping
För närvarande bedrivs ett mycket intensivt
forsknings- och utvecklingsarbete inom
området lågtemperatur-elektronik på flera håll i
världen. I denna nya gren av elektroniken
behandlas fenomen uppträdande i
temperatur-intervallet 0—90,1 °K (förångningstemperaturen
för flytande syre) och omfattar i första hand
supraledningsfenomen, dvs. det tillstånd då
vissa elektriska ledare vid avkylning till under
en viss kritisk temperatur får en till synes
oändlig ledningsförmåga. Dessa kritiska
temperaturer ligger för de flesta supraledarna
inom det angivna temperaturområdet. På
engelska har lågtemperatur-elektronik fått namnet
"cryogenic electronics" från det grekiska ordet
för iskall, "kryos".
Det är framför allt tack vare den av Samuel
Collins vid Massachusetts Institute of
Technology (MIT) år 1949 konstruerade kry ostaten,
en anordning för framställning av flytande
helium, som fenomen vid extremt låg temperatur
kunnat göras mera allmänt tillgängliga för stu-
Tabell 1. Kokpunkt för några gaser vid I atm
tryck
537.312.62 : 621.37/.39
dier. Sådana kryostater finns nu kommersiellt
tillgängliga och omkring 120 har installerats
vid olika företag och institutioner. Vidare finns
numera goda lagringsmöjligheter för flytande
helium i specialkonstruerade termosflaskor.
Det kanske mest betydelsefulla
temperaturområdet 0—4,2°K (tabell 1 och 2) kan sålunda
nås genom förångning av flytande helium, vars
kokpunkt vid 1 atm just är 4,2°K.
Teori
En metalls elektriska ledningsförmåga
förklaras med förekomsten av fria
ledningselektroner (elektrongas). Dessa härrör från
metallatomernas yttre elektronhöljen, vilka vid
atomernas lagring i kristallgitter kommer i
mycket nära beröring med varandra. Härvid kan
växelvis ske ett utbyte mellan intilliggande
atomers yttre elektroner, vilka sålunda kan
vandra till synes fritt inom kristallen.
En metall uppbyggd av sådana kristaller
innehåller således fria ledningselektroner. Dessas
vandring inuti metallen är helt slumpartad, då
de ej utsätts för något yttre elektriskt fält. I
närvaro av ett sådant tenderar de dock att
vandra i en riktning motsatt fältets, dvs. från
den negativa till den positiva elektroden.
På sin väg stöter ledningselektronerna
samman med atomerna i kristallgittret, vilka
vibrerar kring sina jämviktslägen på grund av sin
termiska energi. Vibrationernas amplitud är
proportionell mot temperaturen. Vid dessa
kollisioner förlorar elektronerna en del av sin
från det yttre fältet erhållna energi till
atomerna, vilkas termiska energiinnehåll således ökar,
dvs. metallen värms upp. Det är denna process,
som är ansvarig för den ohmska
effektförlust, som åtföljer en elström i en ledare.
När metallens temperatur sänks minskar
atomernas termiska energi, dvs. vibrationerna
avtar. Det slutliga tillståndet inträder då
atomerna formar en perfekt kristall. I detta tillstånd
förlorar elektronerna ingen energi till
atomerna vid kollisionerna och metallens elektriska
ledningsförmåga blir till synes oändligt stor.
Metallen blir supraledande.
TEKNISK TIDSKRIFT 1 958 1041
°K
Helium .......... 4,2
Vätgas ........... 20,4
Deuterium ....... 23,6
Tritium .......... 25,1
Neon ............ 27,2
°K
Kväve ........... 77,3
Koloxid .......... 81,1
Fluor ............ 86,0
Argon ........... 87,4
Syre ............. 90,1
Tabell 2. Kritisk omvandlingstemperatur för
några supraledare
°K
Hafnium ................0,35
Titan ........................0,4
Rutenium ..............0,47
Kadmium ................0,56
Zirkonium .......0,7
Osmium ..................0,71
Uran ........................0,8
Zink ..........................0,91
Rhenium ..................1,0
Gallium ....................1,1
Aluminium ..............1,2
°K
Torium .......... 1,59
Tallium .......... 2,38
Indium .......... 3,37
Tenn ............ 3,73
Vismut .......... 4,0
Kvicksilver ....... 4,15
Lantan .......... 4,37
Tantal ........... 4,4
Vanadin ......... 5,1
Bly .............. 7,22
Niob............. 8,0
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
