Superledelse i elektrisk kraftindustri: nåtid og fremtid

Det generelle mønsteret i vår tid er innsnevringen av gapet mellom en bestemt oppdagelse og dens implementering. Når dette intervallet nådde hundrevis av år, er det nå redusert til et minimum. For eksempel er introduksjonen av fotografering 112 år bak åpningen. Mineralgjødsel begynte å bli brukt 70 år etter opprettelsen, telefonkommunikasjon - etter 50 år, radiosending - etter 35, radar - etter 15, fjernsyn - etter 12, en atombombe - etter 6 år, en transistor - etter 3, og en laser - etter bare 2 år.

Begynnelsen på teknisk bruk av superledere går tilbake til 1955, da den første elektromagneten ble opprettet med deres hjelp. Det har gått 56 år siden oppdagelsen av superledelse til introduksjonen. Hva er saken?

Ifølge noen britiske fysikere skyldes denne forsinkelsen to årsaker: den utilstrekkelige utviklingen av kryogen teknologi og oppdagelsen av bare myke, rene superledere. Harde materialer med teknisk akseptable parametere ble kjent først i 1930, og bare et kvart århundre etter ble faktisk ledere fra slike materialer laget. Og straks ble en magnetventil med en superledende vikling bygget og testet med hell. Teknisk superledelse ble født.

Dermed falt oppfinnelsen og begynnelsen av bruken av teknisk egnede superledende materialer sammen i tid (1955). Men selve oppfinnelsen av superledere skjedde, kanskje, senere. Tross alt var det først i 1963 at det var mulig å lage virkelig brukbare ledninger, som måtte bremses for termisk stabilisering. Paradoksalt nok er det et faktum: introduksjonen av superledere begynte åtte år tidligere enn deres faktiske oppdagelse.

I dag brukes superledere praktisk i fysikk, der store forskningsanlegg og nye enheter har blitt brukt i mange år. Fra pressen er det kjent enkeltanvendelser av superledende elektriske motorer, gyroskoper, solenoider på skip, fly. Innen medisin har superledende meter magnetiske felt opprettet av levende organismer dukket opp.

Bruken av superledere i energisektoren og i transport er svært relevant. Her har forarbeidene pågått i mange år, men nye maskiner og kabler er ennå ikke i drift. Hvorfor?

Det er mange grunner som utsetter datoen for den massive bruken av superledere i nasjonaløkonomien. For eksempel var det ikke lett å utvikle en teori om superledelse, men det er ikke mindre vanskelig for ingeniører å mestre denne teorien. En uventet vanskelig oppgave var konstruksjon av superledende ledninger, det er ikke noe annet ord for prosessen med å lage en sammensetning av flere elementer fra forskjellige metaller. Produksjonen av superledende bånd, dekk og ledninger krevde utvikling av spesiell teknologi, opprettelse av spesielle maskiner og til og med nye bransjer.

Store vanskeligheter er forbundet med den kryogene tilførselen av superledende gjenstander, fordi superledningen bare oppstår ved veldig lave temperaturer. Kjøleskap med høy effekt var påkrevd.

Utviklingen av kryogen teknologi er utenkelig uten bruk av et dypt vakuum, så du trenger å lære hvordan du mottar og vedlikeholder den. Og selvfølgelig målinger: vi trenger spesielle sensorer og enheter, kontrolltråder som passerer gjennom hulrom med forskjellige temperaturer.

Men når det er mulig å overvinne alle disse vanskene, vil det ikke være lett å løse det elektriske problemet. Inntil nå brukes det i høykraft elektroteknikk strømmer fra titalls til hundrevis av ampere, og det er teknisk og økonomisk mulig å overføre strømmer tusenvis av ganger høyere gjennom superledere. Men er slike multi-amp installasjoner nødvendig?

Slike installasjoner finnes, men de er få. Det er ikke lett å lage dem, fordi dagens bæreevne for tradisjonelle ledere, kobber og aluminium, er begrenset. Nå som det ved hjelp av superledere er mulig å øke strømtettheten gjentatte ganger og selv strømmen, ville det være realistisk å snakke om modernisering av alle elektriske kraftanlegg fra kraftverk til forbrukere. Men er en slik justering nødvendig? Hvis ikke, hvorfor lage superledende elektriske komponenter?

Slike enheter skal være flerampere, dette er unektelig. Tross alt er superledere fantastisk ledermateriale. Men de elektriske kretsene er designet for små strømmer og veldig høye spenninger. Vel, legge multi-ampere gjenstander inn i lav-ampere kretsløp? Uvirkelig. Og komplett omstilling av alt elektrisk energiutstyr er en enorm oppgave. Vil superledere virkelig finne sin plass bare i unike fysiske installasjoner?

Imidlertid løses gradvis problemene med problemet forbundet med introduksjonen av superledere. Da brukt arbeid med superledere begynte, var mangelen på trent personell, nytt materiell, utstyr og utstyr spesielt akutt. Men likevel oppstod etter hverandre små modeller. Det har vært en jevn etterspørsel etter nye ledninger, fluidisatorer, instrumenter og sensorer. Fysikere og matematikere er involvert i å løse rent praktiske problemer: å bestemme kritiske felt og strømmer, evaluere veksttap, beregne den termostabile oppførselen til superledere i flytende helium.

I dag er hundrevis av forskerteam engasjert i problemene med teknisk superledelse. Langsiktige forskningsplaner er identifisert, arbeidskjeder er formulert, lister over fasiliteter som skal implementeres er klare.

Generelt kan det vurderes at søkerarbeidet som er nødvendig for å lage de ledende prøvene av superlederne av utstyret, ble utført med omtrent 30-50%. Blant de opprettede modellene er elektromagneter for fysisk forskning og for turbogeneratorer, motorer, superledende transformatorer og kabelseksjoner, lagre og enheter.

"De neste årene vil være avgjørende for overgangen til superledere fra laboratorier til industri for store applikasjoner," sier J. Bardin, nobelprisvinneren, to ganger.

Les om fremtidens superledelse i neste artikkel.

Mikhail Chernov electro-no.tomathouse.com

Fortsatt:

Fremtiden er superledere