Suprajohtavuus sähköteollisuudessa: nykyisyys ja tulevaisuus

Aikakauden yleinen malli on tietyn löytön ja sen toteutuksen välisen kuilun kaventaminen. Kun tämä aika saavutti satoja vuosia, nyt se on pienentynyt minimiin. Esimerkiksi valokuvauksen esittely on 112 vuotta takana sen avaamisesta. Mineraalilannoitteita alettiin käyttää 70 vuoden kuluttua niiden luomisesta, puhelinviestintä - 50 vuoden jälkeen, lähetys - 35 vuoden jälkeen, radiolokointi 15 vuoden jälkeen, televisio - 12 vuoden jälkeen, atomipommi - 6 vuoden jälkeen, transistori - 3 vuoden jälkeen ja laser - vain 2 vuoden kuluttua vuosi.

Suprajohtimien teknisen käytön alku alkaa vuodelta 1955, kun heidän avullaan luotiin ensimmäinen sähkömagneetti. Suprajohtavuuden löytämisestä sen käyttöönottoon on kulunut 56 vuotta. Mikä asia on?

Joidenkin brittiläisten fyysikoiden mukaan tämä viive johtuu kahdesta syystä: kryogeenisen tekniikan riittämättömästä kehityksestä ja vain pehmeiden, puhtaan suprajohteiden löytämisestä. Kovista materiaaleista, joilla on teknisesti hyväksyttävät parametrit, tuli tunnetuksi vasta vuonna 1930, ja vasta neljänneksen vuosisadan kuluttua siitä johdettiin johtimia. Ja heti rakennettiin suprajohtavalla käämityksellä varustettu solenoidi, joka testattiin menestyksekkäästi. Tekninen suprajohtavuus syntyi.

Siten keksintö ja teknisesti sopivien suprajohtavien materiaalien käytön alkaminen osuivat ajassa (1955). Mutta suprajohteiden todellinen keksintö tapahtui ehkä myöhemmin. Loppujen lopuksi vasta vuonna 1963 oli mahdollista luoda todella toimivia johtimia, joita oli hidastaa lämpöstabilointia varten. Paradoksaalisesti se on tosiasia: suprajohteiden käyttöönotto alkoi kahdeksan vuotta aikaisemmin kuin heidän todellinen löytönsä.

Nykyään suprajohteita käytetään käytännössä fysiikassa, missä suuria tutkimuslaitoksia ja uusia laitteita on käytetty monien vuosien ajan. Lehdistöstä tunnetaan suprajohtavien sähkömoottoreiden, gyroskooppien, solenoidien yksittäisiä sovelluksia laivoissa, lentokoneissa. Lääketieteessä on ilmennyt elävien organismien luomia suprajohtavia magneettikenttiä.

Suprajohteiden käyttö energia-alalla ja liikenteessä on erittäin tärkeää. Täällä valmistelutyötä on jatkettu jo vuosia, mutta uudet koneet ja kaapelit eivät ole vielä toiminnassa. Miksi?

On monia syitä, jotka lykkäävät suprajohteiden massiivisen käytön päivämäärää kansantaloudessa. Esimerkiksi suprajohtavuuden teorian kehittäminen ei ollut helppoa, mutta insinöörien ei ole yhtä vaikeaa hallita tätä teoriaa. Yllättäen vaikea tehtävä oli suprajohtavien johtimien rakentaminen, prosessille, jolla luodaan monielementtinen koostumus eri metalleista, ei ole muuta sanaa. Suprajohtavien nauhojen, renkaiden ja lankojen tuotanto vaatii erikoistekniikan kehittämistä, erikoiskoneiden luomista ja jopa uusia toimialoja.

Suprajohtavien esineiden kryogeeniseen toimitukseen liittyy suuria vaikeuksia, koska suprajohtavuus syntyy vain hyvin alhaisissa lämpötiloissa. Vaatii suuritehoisia kylmäkuljetusautoja.

Kryogeenisen tekniikan kehitys on mahdotonta ilman syvän tyhjiön käyttöä, joten sinun on opittava vastaanottamaan ja ylläpitämään sitä. Ja tietysti mittaukset: tarvitsemme erityisiä antureita ja laitteita, ohjausjohtoja, jotka kulkevat onteloiden läpi eri lämpötiloilla.

Mutta kun kaikki nämä vaikeudet on mahdollista ratkaista, sähköongelman ratkaiseminen ei ole helppoa. Tähän saakka suuritehoisessa sähkötekniikassa käytetään yleensä kymmenien tai satojen ampeerien virtauksia, ja on teknisesti ja taloudellisesti mahdollista siirtää virrat tuhansia kertoja suurempiin suprajohteiden kautta. Mutta ovatko tällaiset monen ampeerin asennukset välttämättömiä?

Tällaisia ​​asennuksia on olemassa, mutta niitä on vähän. Niiden luominen ei ole helppoa, koska perinteisten johtimien, kuparin ja alumiinin, nykyinen kantokyky on rajoitettu. Nyt kun suprajohteiden avulla on mahdollista toistuvasti lisätä nykyisiä tiheyksiä ja itse virtauksia, olisi realistista puhua kaikkien sähkövoimalaitosten nykyaikaistamisesta voimalaitoksista kuluttajille. Mutta onko tällainen säätö välttämätöntä? Jos ei, miksi luodaan suprajohtavia sähkökomponentteja?

Tällaisten yksiköiden tulisi olla usean ampeerin mittaisia, tämä on kiistatonta. Loppujen lopuksi suprajohteet ovat upea johdinmateriaali. Mutta sähköpiirit on suunniteltu pienille virroille ja erittäin suurille jännitteille. Upota monen ampeerin kohteet pienen ampeerin piireihin? Unreal. Ja kaikkien sähköenergialaitteiden täydellinen uudelleenjärjestely on valtava tehtävä. Löydävätkö suprajohteet todella paikkansa vain ainutlaatuisissa fyysisissä installaatioissa?

Suprajohteiden käyttöönottoon liittyvän ongelman ongelmat kuitenkin ratkaistaan ​​vähitellen. Kun suprajohteiden kanssa sovellettu työ alkoi, koulutetun henkilöstön, uusien materiaalien, laitteiden ja laitteiden puute oli erityisen akuutti. Mutta silti, peräkkäin syntyi pieniä malleja. Uusille johdoille, fluidisaattoreille, instrumenteille ja antureille on ollut vakaa kysyntä. Fyysikot ja matemaatikot osallistuvat puhtaasti käytännön ongelmien ratkaisemiseen: kriittisten kenttien ja virtojen määrittämiseen, vaihtovirtahäviöiden arviointiin, nestemäisen heliumin suprajohtajien lämpöstabiilin käyttäytymisen laskemiseen.

Nykyään sadat tutkimusryhmät osallistuvat teknisen suprajohtavuuden ongelmiin. Pitkäaikaiset tutkimussuunnitelmat on määritelty, työketjut on muotoiltu, luettelot toteutettavista tiloista ovat valmiit.

Yleisesti voidaan katsoa, ​​että laitteiden suprajohteiden johtavien näytteiden luomiseen tarvittava etsintä tehtiin noin 30-50%. Luotuihin malleihin kuuluvat fysikaaliseen tutkimukseen ja turbogeneraattoreihin, moottoreihin, suprajohtavat muuntajat ja kaapeliosat, laakerit ja laitteet.

”Seuraavat vuodet ovat ratkaisevan tärkeitä suprajohtajien siirtymisessä laboratorioista teollisuudelle suurten sovellusten käyttöön”, sanoo Nobel-palkinnon voittaja J. Bardin kahdesti.

Lue suprajohtavuuden tulevaisuudesta seuraavasta artikkelista.

Mihail Tšernov https://fiv.electricianexp.com

Jatkuu:

Tulevaisuus on suprajohteita