Фундаментальные основы криогенной и сверхпроводниковой техники нового поколения на основе фазовых переходов в магнитных полях

В последние годы поиски решения проблемы эффективного преобразования тепловой энергии в другие виды, привлекли внимание многих исследователей к изучению свойств твердотельных, так называемых, калорических материалов, в которых наблюдаются сильные эффекты изменения температуры и энтропии во внешних полях: магнитокалорический (МКЭ), электрокалорический и эластокалорический и др. С применением твердотельных материалов связывают надежды на достижение предельно высокого уровня коэффициента преобразования тепловой энергии в другие виды и обратно, поскольку использование газообразных рабочих тел в современных рефрижераторах и тепловых насосах достигло предела эффективности. Ведется поиск новых принципов охлаждения на основе твердотельных калорических материалов. В проекте 2020 года сформулирован и разрабатывается оригинальный подход авторов, основанный на применении магнитокалорического охлаждения для поддержания низкой температуры сверхпроводникового постоянного магнита, являющегося источником сильного магнитного поля, которое необходимо для повышения МКЭ. Уже в ходе выполнения проекта 2020 за рубежом появились публикации, посвященные криогенному магнитокалорическому охлаждению с применением сверхпроводящих магнитов. Однако, полученные в ходе проекта 2020 результаты имеют существенные отличия и преимущества. В частности, в проекте 2020 разработаны экспериментальные методы исследования процессов магнитокалорического охлаждения в полях до 10 Тл и испытаны элементы рефрижератора, реализующие цикл, близкий к циклу Карно. В ходе проекта 2023 предлагается продолжить создание и экспериментальное изучение новых твердотельных материалов с прямым и обратным МКЭ в криогенной области температур, создание и изучения миниатюрных сверхпроводящих магнитов, способных удерживать длительное время сильные магнитные поля до 10 Тл и более, изучение процесса магнитокалорического охлаждения в одно- и многокаскадной схеме криогенного рефрижератора в цикле Карно и провести экспериментальную и теоретическую оценку коэффициента эффективности процесса (КЭП) твердотельного охлаждения.