Υπεραγωγιμότητα στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας. Μέρος 2. Το μέλλον των υπεραγωγών

Με την πρώτη ματιά, νέα υλικά, υπεραγωγούς, φαίνεται να είναι επωφελής για χρήση σχεδόν παντού όπου χρησιμοποιούνται μαγνητικά πεδία και ηλεκτρικά ρεύματα. Αλλά είναι έτσι;

Για να περιηγηθείτε σε πολλά τεχνικά έργα με υπεραγωγούς, πρέπει να έχετε υπόψη ότι δεν υπάρχουν καθόλου υπεραγωγοί. Αυτά είναι τα συνήθη μέταλλα γνωστά σε όλους, υπό ειδικές συνθήκες που παρουσιάζουν ασυνήθιστες ιδιότητες.

Το αλουμίνιο, για παράδειγμα, κάνει καλό ηλεκτρικό ρεύμα σε θερμοκρασία δωματίου, επομένως θεωρείται ένας από τους καλύτερους αγωγούς. Το μαγνητικό πεδίο είναι ελαφρώς ενισχυμένο: τέτοια υλικά ονομάζονται παραμαγνήτες. Το αργίλιο μεταδίδει τέλεια τη θερμότητα, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να θεωρηθεί αγωγός θερμότητας.

Όταν ψύχονται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, οι ιδιότητες ορισμένων μετάλλων αλλάζουν σημαντικά. Για το ίδιο αλουμίνιο, για παράδειγμα, σε θερμοκρασίες κάτω από 272 ° C, η ηλεκτρική αντίσταση εξαφανίζεται και η αγωγιμότητα αυξάνεται στο άπειρο (υπεραγωγός). Αλλά η θερμική αγωγιμότητα του υλικού είναι σχεδόν εξίσου επιζήμια (θερμομονωτικός). Το μαγνητικό πεδίο μετατοπίζεται πλήρως από το δείγμα (ιδανικό διαμάντι). Αλλά αυτό δεν αρκεί: είναι δυνατόν να καταγραφούν οι κβαντικές ιδιότητες ενός υλικού, το οποίο σε κανονικές θερμοκρασίες εκδηλώνεται έμμεσα.

Τα μέταλλα που επιδεικνύουν έναν τέτοιο απροσδόκητο συνδυασμό ιδιοτήτων ονομάζονται συνήθως υπεραγωγοί, αλλά δεν πρέπει να ξεχνάμε τους περιορισμούς αυτού του ονόματος. Μειωμένη θερμική αγωγιμότητα νέων υλικών χρησιμοποιείται ακόμη σπάνια. Ο διαμαγνητισμός των υπεραγωγών εφαρμόζεται ήδη σκόπιμα. Οι κβαντικές ιδιότητες αποτέλεσαν τη βάση της δράσης πολλών εξαιρετικά ακριβών οργάνων μέτρησης.

Παρ 'όλα αυτά, στο αρχικό στάδιο της ανάπτυξης ενός νέου φαινομένου, τα συμφέροντα των περισσότερων ερευνητών επικεντρώνονται στη χρήση της απεριόριστα μεγάλης αγωγιμότητας υπεραγωγών.

Ιδιαίτερα επιτυχημένα δημιουργούνται και χρησιμοποιούνται είναι υπεραγώγιμα μαγνητικά συστήματα για διάφορους σκοπούς. Πράγματι, μέσω συνηθισμένων αγωγών, λόγω υπερβολικής παραγωγής θερμότητας, δεν μπορούν να περάσουν πολύ υψηλά ρεύματα. Μόλις εξαφανιστεί η ηλεκτρική αντίσταση, οι πυκνότητες ρεύματος μπορούν να αυξηθούν σημαντικά. Οι φυσικοί εκμεταλλεύτηκαν αυτό: τελικά, όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα, τόσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο. Οι υπεραγωγοί μπορούν να δημιουργήσουν εξαιρετικά ισχυρούς ηλεκτρομαγνήτες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η μαγνητική κατεύθυνση της τεχνικής υπεραγωγιμότητας έχει καταστεί καθοριστική εδώ και πολλά χρόνια!

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι στις επόμενες δεκαετίες, ο εξοπλισμός θα λάβει νέες μονάδες με βελτιωμένα χαρακτηριστικά. Νέοι επιταχυντές, αμαξοστοιχίες με μαγνητική ανάρτηση με ηλεκτρομαγνητική έλξη, μεγάλες γεννήτριες με υπεραγώγιμο ρότορα δημιουργούνται. Όλο και πιο ισχυρά μοντέλα tokamak χτίζονται, είναι απίστευτο ότι οι βιομηχανικοί θερμοπυρηνικοί αντιδραστήρες θα εμφανιστούν κατά τη διάρκεια της ζωής της γενιάς μας, η οποία δεν μπορεί να δημιουργηθεί χωρίς υπεραγωγούς. Μέσα σε λίγα χρόνια, σε κτίρια όπου βρίσκονται μεγάλοι καταναλωτές ηλεκτρικού ρεύματος, θα είναι δυνατή η τοποθέτηση τεράστιων σπειροειδών πηνίων εξορθολογιζόμενων από ρεύματα, σχεδιασμένα να τροφοδοτούν αυτόνομα τις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις στις τοπικές εγκαταστάσεις.

Είναι χρήσιμο να βελτιωθούν οι δομές της ηλεκτρομηχανολογίας και να επεκταθούν οι τεχνικές δυνατότητές τους. Αλλά, ίσως πιο σημαντικό, ένα άλλο καθήκον είναι να αφαιρέσετε τις απώλειες που οφείλονται στη θέρμανση των αγωγών που εξοικονομούνται από τα ηλεκτρικά ρεύματα. Φυσικά, δεν μιλάμε για οικιακή ηλεκτρική καλωδίωση, αρκεί να χρησιμοποιούμε υπεραγωγούς για αγωγούς μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος μεγάλων ηλεκτρικών εγκαταστάσεων.

Η απουσία ζημιών στα καλώδια ευνοεί τη δημιουργία υπεραγώγιμων μαγνητικών συστημάτων και κρυοηλεκτρονικού εξοπλισμού.Αλλά ακόμα, οι νέοι ηλεκτρομαγνήτες είναι κατασκευασμένοι για να μην μειώνουν τις απώλειες, αλλά για να δημιουργήσουν προηγουμένως ανέφικτα μαγνητικά πεδία. Και οι συσκευές που βασίζονται σε υπεραγωγούς επιτρέπουν την επίτευξη εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας μέτρησης, αν και η αύξηση της απόδοσης βελτιώνει σημαντικά την τεχνική απόδοση των υπερμετρητών.

Είναι εξαιρετικά επωφελές να χρησιμοποιείτε ειδικά υπεραγωγούς για να μειώσετε τις απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η γραμμή εργασίας αξίζει παγκόσμιας υποστήριξης. Για παράδειγμα, τα υπεραγώγιμα καλώδια δεν χρειάζονται επειδή οι σχεδιαστικές δυνατότητες γνωστών υλικών έχουν ήδη εξαντληθεί. Τέτοιες γραμμικές συσκευές είναι ελκυστικές κυρίως επειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξάλειψη των απωλειών στα ηλεκτρικά δίκτυα. Εάν οι υπεραγώγιμες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας αναπτύσσονται ευρέως, μπορεί να επιτευχθεί τεράστια εξοικονόμηση πόρων.

Είναι γνωστό ότι τα οργανικά καύσιμα (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, άνθρακας) εξαντλούνται, η παραγωγή τους γίνεται όλο και πιο δύσκολη. Σήμερα, η ενέργεια επικεντρώνεται στην επιτάχυνση της δημιουργίας μονάδων πυρηνικής ενέργειας και πυρηνικών σταθμών θέρμανσης, στην ανάπτυξη της θερμοπυρηνικής σύντηξης, στη χρήση της ηλιακής ακτινοβολίας, στη θερμότητα των θαλασσών και των ωκεανών. Σχεδιασμένοι σταθμοί που λειτουργούν με την ενέργεια των παλιρροιών και των κυμάτων.

Οι υπεραγωγοί, λόγω της φύσης τους, θα ήταν ιδανικοί για το σκοπό αυτό. Μετά από όλα, οι φλέβες των νέων καλωδίων, των γεννητριών, των μετασχηματιστών δεν θα θερμαίνονται από ηλεκτρικά ρεύματα. Για πρώτη φορά, οι άνθρωποι θα μπορούσαν να αποκλείσουν συνειδητά τις απώλειες του Joule από την ισορροπία του κόστους ηλεκτρικής ενέργειας. Εκτιμάται ότι η υπεραγώγιμη απόδοση των μεγάλων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής θα έφερνε δισεκατομμύρια δολάρια στη χώρα.

Η βελτίωση των τεχνικών χαρακτηριστικών του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού, η μείωση της κατανάλωσης καυσίμου, η οποία εν μέρει πρόκειται σήμερα να αντισταθμίσει τις απώλειες στους αγωγούς, δεν είναι όλα. Οι υπεραγωγοί θα βελτιώσουν την περιβαλλοντική κατάσταση στον πλανήτη! Μετά από όλα, η ενέργεια όλων των τεχνικών συσκευών τελικά μετατρέπεται σε θερμότητα. Ο ρυθμός θέρμανσης του πλανήτη είναι υψηλός, αντιστοιχεί στον ρυθμό της βιομηχανικής ανάπτυξης. Η γενικευμένη εισαγωγή υπεραγώγιμου ηλεκτρικού εξοπλισμού θα μείωνε την εισροή θερμότητας στην ατμόσφαιρα, επιτρέποντας, εάν δεν εξαλείφεται, τουλάχιστον να εξασθενεί η θερμική ρύπανση του πλανήτη.

Το πρόβλημα της ευρείας υιοθέτησης των υπεραγωγών στην ηλεκτροτεχνία είναι πολύπλοκο και ποικίλο, αλλά τα αποτελέσματα της χρήσης υπεραγωγών σε φυσικές και βιομηχανικές εγκαταστάσεις μπορεί να είναι τεράστιες.

Η υπεραγωγιμότητα είναι ένα θαυμάσιο φαινόμενο. Μελετώντας τις ασυνήθιστες και εντυπωσιακές ιδιότητες των υπεραγωγών, οι φυσικοί διεισδύουν βαθύτερα και βαθύτερα στα μυστικά της δομής της ύλης. Οι μηχανικοί προσπαθούν να κάνουν τους υπεραγωγούς το εργαλείο τους, για να τους κάνουν να δουλέψουν. Το supertask για υπεραγωγούς είναι η μεταφορά των χρήσιμων ιδιοτήτων τους σε αντικείμενα νέας τεχνολογίας.

Μιχαήλ Τσερνόφ