Υπεραγωγιμότητα στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας: παρόν και μέλλον

Το γενικό πρότυπο της εποχής μας είναι η μείωση του χάσματος μεταξύ μιας συγκεκριμένης ανακάλυψης και της εφαρμογής της. Μόλις το διάστημα αυτό φτάσει σε εκατοντάδες χρόνια, τώρα έχει μειωθεί στο ελάχιστο. Για παράδειγμα, η εισαγωγή της φωτογραφίας είναι 112 χρόνια μετά το άνοιγμά της. Τα ορυκτά λιπάσματα άρχισαν να χρησιμοποιούνται 70 χρόνια μετά τη δημιουργία τους, οι τηλεφωνικές επικοινωνίες - μετά από 50 χρόνια, οι ραδιοτηλεοπτικές μεταδόσεις - μετά από 35, ραδιοφωνική μετά από 15, τηλεόραση - μετά από 12, ατομική βόμβα - μετά από 6 χρόνια, τρανζίστορ - μετά από 3, και λέιζερ - χρόνια.

Η αρχή της τεχνικής χρήσης των υπεραγωγών χρονολογείται από το 1955, όταν δημιουργήθηκε με την βοήθειά τους ο πρώτος ηλεκτρομαγνήτης. Πέρασαν 56 χρόνια από την ανακάλυψη της υπεραγωγιμότητας μέχρι την εισαγωγή της. Τι συμβαίνει;

Σύμφωνα με ορισμένους βρετανούς φυσικούς, αυτή η καθυστέρηση οφείλεται σε δύο λόγους: την ανεπαρκή ανάπτυξη κρυογονικής τεχνολογίας και την ανακάλυψη μόνο μαλακών, καθαρών υπεραγωγών. Τα σκληρά υλικά με τεχνικά αποδεκτές παραμέτρους έγιναν γνωστά μόνο το 1930, και μόλις ένα τέταρτο του αιώνα μετά, δημιουργήθηκαν πραγματικά αγωγοί από τέτοια υλικά. Και αμέσως μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα με υπεραγωγική περιέλιξη χτίστηκε και δοκιμάστηκε επιτυχώς. Η τεχνική υπεραγωγιμότητα γεννήθηκε.

Έτσι, η εφεύρεση και η αρχή της χρήσης τεχνικά κατάλληλων υπεραγώγιμων υλικών συνέπεσαν χρονικά (1955). Αλλά η πραγματική εφεύρεση των υπεραγωγών συνέβη, ίσως, αργότερα. Μετά από όλα, μόνο το 1963 ήταν δυνατό να δημιουργηθούν αληθώς λειτουργικά καλώδια τα οποία έπρεπε να επιβραδυνθούν για θερμική σταθεροποίηση. Παραδόξως, είναι γεγονός: η εισαγωγή υπεραγωγών ξεκίνησε οκτώ χρόνια νωρίτερα από την πραγματική ανακάλυψή τους.

Σήμερα, οι υπεραγωγοί χρησιμοποιούνται ουσιαστικά στη φυσική, όπου μεγάλα ερευνητικά κέντρα και νέες συσκευές έχουν χρησιμοποιηθεί για πολλά χρόνια. Από τον Τύπο είναι γνωστές οι μοναδικές εφαρμογές υπεραγώγιμων ηλεκτρικών κινητήρων, γυροσκοπίων, σωληνοειδών σε πλοία, αεροσκαφών. Στην ιατρική έχουν εμφανιστεί υπεραγώγιμα μέτρα μαγνητικών πεδίων που δημιουργούνται από ζωντανούς οργανισμούς.

Η χρήση υπεραγωγών στον ενεργειακό τομέα και στις μεταφορές είναι εξαιρετικά σημαντική. Εδώ, οι προπαρασκευαστικές εργασίες συνεχίζονται εδώ και πολλά χρόνια, αλλά νέα μηχανήματα και καλώδια δεν λειτουργούν ακόμη. Γιατί;

Υπάρχουν πολλοί λόγοι που αναβάλλουν την ημερομηνία της μαζικής χρήσης υπεραγωγών στην εθνική οικονομία. Για παράδειγμα, δεν ήταν εύκολο να αναπτυχθεί μια θεωρία υπεραγωγιμότητας, αλλά δεν είναι λιγότερο δύσκολο για τους μηχανικούς να κυριαρχήσουν αυτή τη θεωρία. Ένα απροσδόκητα δύσκολο έργο ήταν η κατασκευή υπεραγώγιμων συρμάτων, δεν υπάρχει άλλη λέξη για τη διαδικασία δημιουργίας μιας σύνθεσης πολλαπλών στοιχείων από διαφορετικά μέταλλα. Η παραγωγή υπεραγώγιμων ταινιών, ελαστικών και καλωδίων απαιτούσε την ανάπτυξη ειδικής τεχνολογίας, τη δημιουργία ειδικών μηχανών και ακόμη και νέων βιομηχανιών.

Μεγάλες δυσκολίες συνδέονται με την κρυογονική παροχή υπεραγώγιμων αντικειμένων, επειδή η υπεραγωγιμότητα προκύπτει μόνο σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Απαιτούνται φορτηγά ψυγεία υψηλής ισχύος.

Η ανάπτυξη της κρυογονικής τεχνολογίας είναι αδιανόητη χωρίς τη χρήση ενός βαθού κενού, οπότε πρέπει να μάθετε πώς να την λαμβάνετε και να τη διατηρείτε. Και βεβαίως, μετρήσεις: χρειαζόμαστε ειδικούς αισθητήρες και συσκευές, καλώδια ελέγχου που περνούν μέσα από κοιλότητες με διαφορετικές θερμοκρασίες.

Αλλά όταν είναι δυνατόν να ξεπεραστούν όλες αυτές οι δυσκολίες, δεν θα είναι εύκολο να λύσουμε το ηλεκτρικό πρόβλημα. Μέχρι τώρα, στην ηλεκτρολογική μηχανική υψηλής ισχύος, χρησιμοποιούνται συνήθως ρεύματα δεκάδων έως εκατοντάδων αμπέρ και είναι τεχνικά και οικονομικά εφικτό να μεταφέρονται ρεύματα χιλιάδες φορές υψηλότερα μέσω υπεραγωγών. Είναι όμως απαραίτητες αυτές οι εγκαταστάσεις πολλαπλών ενισχυτών;

Τέτοιες εγκαταστάσεις υπάρχουν, αλλά είναι λίγες. Δεν είναι εύκολο να τα δημιουργήσετε, επειδή η τρέχουσα ικανότητα μεταφοράς παραδοσιακών αγωγών, χαλκού και αλουμινίου, είναι περιορισμένη. Τώρα που με τη βοήθεια υπεραγωγών είναι δυνατό να αυξάνεται επανειλημμένα η πυκνότητα του ρεύματος και τα ίδια τα ρεύματα, θα ήταν ρεαλιστικό να μιλήσουμε για τον εκσυγχρονισμό όλων των εγκαταστάσεων ηλεκτρικής ενέργειας από σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έως καταναλωτές. Αλλά είναι απαραίτητη μια τέτοια προσαρμογή; Εάν όχι, γιατί να δημιουργήσετε υπεραγώγιμα ηλεκτρικά εξαρτήματα;

Τέτοιες μονάδες θα πρέπει να είναι πολλαπλάσιο, αυτό είναι αναμφισβήτητο. Μετά από όλα, τα υπεραγωγοί είναι ένα θαυμάσιο υλικό αγωγών. Αλλά τα ηλεκτρικά κυκλώματα είναι σχεδιασμένα για μικρά ρεύματα και πολύ υψηλές τάσεις. Λοιπόν, ενσωματώστε αντικείμενα πολλαπλών αμπέρ σε κυκλώματα χαμηλής τάσης; Μη ρεαλιστικό. Και η πλήρης αναδιάρθρωση όλων των συσκευών ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένα τεράστιο έργο. Οι υπεραγωγοί θα βρουν πραγματικά τη θέση τους μόνο σε μοναδικές φυσικές εγκαταστάσεις;

Ωστόσο, οι δυσκολίες του προβλήματος που συνδέεται με την εισαγωγή υπεραγωγών σταδιακά επιλύονται. Όταν άρχισε η εργασία με υπεραγωγούς, η έλλειψη εκπαιδευμένου προσωπικού, νέων υλικών, εξοπλισμού και συσκευών ήταν ιδιαίτερα έντονη. Ακόμα όμως, ένα μετά το άλλο, δημιουργήθηκαν μικρά μοντέλα. Υπάρχει σταθερή ζήτηση για νέα καλώδια, ρευστοποιητές, όργανα και αισθητήρες. Οι φυσικοί και οι μαθηματικοί ασχολούνται με την επίλυση αμιγώς πρακτικών προβλημάτων: τον προσδιορισμό των κρίσιμων πεδίων και των ρευμάτων, την αξιολόγηση των απωλειών AC, τον υπολογισμό της θερμοσταθερής συμπεριφοράς των υπεραγωγών σε υγρό ήλιο.

Σήμερα, εκατοντάδες ερευνητικές ομάδες ασχολούνται με τα προβλήματα τεχνικής υπεραγωγιμότητας. Έχουν εντοπιστεί μακροπρόθεσμα ερευνητικά σχέδια, έχουν διαμορφωθεί αλυσίδες εργασίας, έχουν καταρτιστεί κατάλογοι εγκαταστάσεων που πρέπει να εφαρμοστούν.

Γενικά, μπορεί να θεωρηθεί ότι η αναζήτηση που είναι αναγκαία για τη δημιουργία των κορυφαίων δειγμάτων των υπεραγωγών του εξοπλισμού πραγματοποιήθηκε κατά περίπου 30-50%. Μεταξύ των μοντέλων που έχουν δημιουργηθεί είναι οι ηλεκτρομαγνήτες για τη φυσική έρευνα και για τους turbogenerators, τους κινητήρες, υπεραγωγούς μετασχηματιστές και τμήματα καλωδίων, ρουλεμάν και συσκευές.

"Τα επόμενα χρόνια θα είναι ζωτικής σημασίας για τη μετάβαση των υπεραγωγών από τα εργαστήρια στη βιομηχανία για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας", λέει ο J. Bardin, βραβευμένος με το Βραβείο Νόμπελ, δύο φορές.

Διαβάστε το μέλλον της υπεραγωγιμότητας στο επόμενο άρθρο.

Μιχαήλ Τσερνόφ https://elv.electricianexp.com

Συνέχεια:

Το μέλλον είναι υπεραγωγούς