Superledelse i elektrisk kraftindustri. Del 2. Superledernes fremtid

Ved første øyekast synes nye materialer, superledere, å være fordelaktig å bruke nesten overalt der magnetfelt og elektriske strømmer brukes. Men er det slik?

For å navigere i mange tekniske arbeider med superledere, må det huskes at det ikke er noen superledere, som sådan, i det hele tatt. Dette er de vanlige metaller som er kjent for alle, under spesielle forhold som viser uvanlige egenskaper.

For eksempel leder aluminium elektrisk strøm ved romtemperatur, derfor regnes det som en av de beste lederne. Magnetfeltet i det er litt forbedret: slike materialer kalles paramagneter. Aluminium overfører perfekt varme, noe som betyr at det kan betraktes som en varmeleder.

Når avkjølt til ekstremt lave temperaturer, endres egenskapene til noen metaller betydelig. For det samme aluminiumet, for eksempel ved temperaturer under 272 ° C, forsvinner den elektriske motstanden, og konduktiviteten øker til uendelig (superleder). Men materialets varmeledningsevne er nesten like dårlig forverret (varmeisolator). Magnetfeltet er fullstendig forskjøvet fra prøven (ideell diamagnet). Men dette er ikke nok: det er mulig å registrere kvanteegenskapene til et materiale, som ved vanlige temperaturer manifesterer seg indirekte.

Metaller som demonstrerer en så uventet kombinasjon av kvaliteter kalles ofte superledere, men man bør ikke glemme begrensningene i dette navnet. Nedsatt varmeledningsevne for nye materialer brukes fortsatt sjelden. Diamagnetisme av superledere brukes allerede målrettet. Kvanteegenskaper dannet grunnlaget for handlingen til mange ultra-presise måleinstrumenter.

Ikke desto mindre, i det første stadiet av utviklingen av et nytt fenomen, fokuseres interessene til de fleste forskere på bruken av den uendelig store ledningsevnen til superledere.

Spesielt vellykket opprettet og brukt er superledende magnetiske systemer for forskjellige formål. På grunn av overdreven varmeproduksjon kan ikke for høye strømmer passeres gjennom vanlige ledere. Når den elektriske motstanden er forsvunnet, kan strømtettheten økes betydelig. Fysikere utnyttet dette: tross alt, jo høyere strøm, jo ​​sterkere magnetfelt. Superledere kan lage ekstremt sterke elektromagneter. Derfor har den magnetiske retningen til teknisk superledelse blitt avgjørende i mange år!

Det er ingen tvil om at utstyret de neste tiårene vil motta nye enheter med forbedrede egenskaper. Nye akseleratorer, tog med magnetisk fjæring med elektromagnetisk trekkraft, store generatorer med en superledende rotor lages. Det bygges flere og kraftigere tokamak-modeller, det er utrolig at industrielle fusjonsreaktorer vil dukke opp i løpet av vår generasjons levetid, som ikke kan lages uten superledere. I noen år, i bygninger der store forbrukere av elektrisitet er lokalisert, vil det være mulig å montere enorme toroidale spoler strømlinjeformet med strømmer, designet for å autonom forsyner strøm til lokale installasjoner.

Det er nyttig å forbedre elektrotekniske strukturer og utvide deres tekniske evner. Men, kanskje viktigere, er en annen oppgave å fjerne tapene på grunn av oppvarming av ledere strømlinjeformet med elektriske strømmer. Vi snakker selvfølgelig ikke om elektriske ledninger til husholdningen, det er nok å bruke superledere for strømførende ledere av store elektriske installasjoner.

Fraværet av tap i ledningene favoriserer opprettelsen av superledende magnetiske systemer og kryoelektronisk utstyr.Men likevel er nye elektromagneter bygget ikke for å redusere tap, men for å skape tidligere uoppnåelige magnetiske felt. Og enheter basert på superledere gjør det mulig å oppnå ekstremt høy målenøyaktighet, selv om en økning i effektivitet betydelig forbedrer den tekniske ytelsen til supermetere.

Det er ekstremt gunstig å bruke superledere spesielt for å redusere elektriske tap. Denne linjen er verdig støtte over hele verden. For eksempel er superledende kabler ikke nødvendig fordi designmulighetene til kjente materialer allerede er oppbrukt. Slike lineære anordninger er attraktive, hovedsakelig fordi de kan brukes til å eliminere tap i elektriske nettverk. Hvis superledende kraftledninger er mye utbredt, kan man oppnå enorme besparelser i drivstoffressurser.

Det er kjent at organiske drivstoff (olje, gass, kull) går tom, og produksjonen deres blir stadig vanskeligere. I dag er energi fokusert på akselerert opprettelse av kjernekraftverk og kjernekraftvarmeanlegg, på utvikling av termonukleær fusjon, på bruk av solstrålingsenergi, havets varme og hav. Designede stasjoner som driver med tidevann og bølgers energi.

Supraledere ville i sin natur være ideelle for dette formålet. Tross alt, venene på nye kabler, generatorer, transformatorer vil ikke bli oppvarmet av elektriske strømmer. For første gang ville folk kunne bevisst ekskludere Joule-tap fra balansen i elektriske kostnader. Det er anslått at den superledende ytelsen til store kraftverk ville bringe milliarder av dollar til landet.

Å forbedre de tekniske egenskapene til elektrisk utstyr, redusere drivstofforbruket, delvis gå i dag for å kompensere for tap i ledere, er ikke alt. Superledere vil forbedre miljøsituasjonen på kloden! Tross alt blir energien fra alle tekniske enheter til slutt konvertert til varme. Planetens varmehastighet er høy, de tilsvarer tempoet i industriell utvikling. Den utbredte introduksjonen av superledende elektrisk utstyr vil redusere varmeinnstrømningen i atmosfæren, og hvis ikke eliminere, i det minste svekke planetens termiske forurensning.

Problemet med den utbredte adopsjonen av superledere i elektroteknikk er komplekst og mangfoldig, men resultatene av å bruke superledere i fysiske og industrielle installasjoner kan være store.

Superledelse er et fantastisk fenomen. Studerer de uvanlige og imponerende egenskapene til superledere, og fysikere trenger dypere og dypere inn i hemmelighetene til stoffets struktur. Ingeniører streber etter å gjøre superledere til verktøyet sitt, for å få dem til å fungere. Supertask for superledere er overføring av deres nyttige egenskaper til gjenstander med ny teknologi.

Mikhail Chernov