Nadprovodnost u elektroenergetskoj industriji. Dio 2. Budućnost supravodiča

Čini se da su na prvi pogled novi materijali, superprovodnici, pogodni za upotrebu gotovo svugdje gdje se koriste magnetska polja i električna struja. Ali je li to tako?

Da bi se pomicali mnogi tehnički radovi s superprevodnicima, treba imati na umu da uopće ne postoje superprovodnici. To su uobičajeni metali svima poznati pod posebnim uvjetima koji pokazuju neobična svojstva.

Na primjer, aluminij dobro provodi električnu struju na sobnoj temperaturi, pa se smatra jednim od najboljih vodiča. Magnetsko polje u njemu je malo pojačano: takvi se materijali nazivaju paramagneti. Aluminij savršeno prenosi toplinu, što znači da se može smatrati provodnikom topline.

Kada se ohlade na ekstremno niske temperature, svojstva nekih metala se značajno mijenjaju. Na primjer, za isti aluminij, na temperaturama ispod 272 ° C, električni otpor nestaje, a vodljivost raste do beskonačnosti (superprevodnik). No, toplinska vodljivost materijala gotovo se jednako pogoršava (toplinski izolator). Magnetsko polje potpuno je istisnuto iz uzorka (idealni dijamagnet). Ali to nije dovoljno: moguće je registrirati kvantna svojstva materijala, koja se pri običnim temperaturama manifestiraju neizravno.

Metali koji demonstriraju tako neočekivanu kombinaciju kvaliteta obično se nazivaju superprovodnicima, ali ne treba zaboraviti i na ograničenja ovog imena. Još uvijek se rijetko koristi smanjena toplinska vodljivost novih materijala. Dijagnetizam superprevodnika već se primjenjuje svrhovito. Kvantna svojstva bila su osnova djelovanja mnogih ultra preciznih mjernih instrumenata.

Ipak, u početnoj fazi razvoja novog fenomena, interesi većine istraživača usmjereni su na korištenje beskonačno velike provodljivosti supravodiča.

Posebno uspješno stvoreni i korišteni su supravodljivi magnetski sustavi za različite svrhe. Doista, kroz obične vodiče, zbog prekomjernog stvaranja topline, ne mogu se prenijeti previsoke struje. Jednom kada nestane električni otpor, gustoća struje može se uvelike povećati. Fizičari su to iskoristili: uostalom, što je veća struja, jače je magnetsko polje. Superprevodnici mogu stvoriti izuzetno jake elektromagnete. Zato je magnetski smjer tehničke supravodljivosti dugi niz godina postao presudan!

Nema sumnje da će u narednim desetljećima oprema dobiti nove jedinice s poboljšanim karakteristikama. Stvaraju se novi akceleratori, vlakovi s magnetskom ovjesom s elektromagnetskom vukom, veliki generatori s superprevodnim rotorom. Izrađuju se sve snažniji modeli tokamaka, nevjerojatno je da će se tijekom života naše generacije pojaviti industrijski termonuklearni reaktori, koji se ne mogu stvoriti bez supravodiča. Za nekoliko godina u zgradama u kojima se nalaze veliki potrošači električne energije biti će moguće montirati ogromne toroidne zavojnice strujne struje, dizajnirane za autonomno opskrbu električnom energijom za lokalne instalacije.

Korisno je poboljšati elektrotehničke strukture i proširiti njihove tehničke mogućnosti. No, što je još važnije, drugi zadatak je uklanjanje gubitaka uslijed zagrijavanja vodiča strujnih struja. Naravno, ne govorimo o kućanskim električnim ožičenjima, dovoljno je koristiti superprevode za strujne provodnike velikih električnih instalacija.

Nepostojanje gubitaka u žicama pogoduje stvaranju nadprovodnih magnetskih sustava i krioelektronske opreme.No, novi su elektromagneti izgrađeni ne da bi smanjili gubitke, već da bi stvorili prethodno nedostižna magnetska polja. I uređaji temeljeni na superprevodnicima omogućuju dobivanje izuzetno visoke točnosti mjerenja, iako povećanje učinkovitosti značajno poboljšava tehničke performanse supermetara.

Izuzetno je korisno koristiti superprevodnike posebno za smanjenje gubitaka električne energije. Ova linija rada dostojna je svjetske podrške. Na primjer, superprevodni kabeli nisu potrebni jer su dizajnerske mogućnosti poznatih materijala već iscrpljene. Takvi linearni uređaji su atraktivni uglavnom zbog toga što se mogu koristiti za uklanjanje gubitaka u električnim mrežama. Ako se širokoprovodni dalekovodi široko koriste, mogu se postići ogromne uštede u izvorima goriva.

Poznato je da organskog goriva (nafta, plin, ugljen) ponestaje, njihova proizvodnja postaje sve teža. Danas je energija usmjerena na ubrzano stvaranje nuklearnih elektrana i nuklearnih grijanja, na razvoj termonuklearne fuzije, na korištenje energije sunčevog zračenja, toplinu mora i oceana. Dizajnirane stanice koje djeluju na energiju plima i valova.

Superprevodnici bi po svojoj prirodi bili idealni za ovu svrhu. Uostalom, vene novih kablova, generatora, transformatora neće se grijati električnim strujama. Po prvi put ljudi bi mogli svjesno isključiti Jouleove gubitke iz bilance električnih troškova. Procjenjuje se da bi superprevodne performanse velikih elektrana zemlji donijele milijarde dolara.

Nije sve poboljšavanje tehničkih karakteristika električne opreme, smanjenje potrošnje goriva, što će se dijelom nadoknaditi gubicima. Superprovodnici će poboljšati stanje okoliša na svijetu! Napokon, energija svih tehničkih uređaja u konačnici se pretvara u toplinu. Stopa grijanja na planeti je visoka, odgovaraju brzini industrijskog razvoja. Rašireno uvođenje superprevodne električne opreme smanjilo bi dotok topline u atmosferu, omogućilo, ako ne i eliminiralo, onda barem oslabilo toplinsko zagađenje planete.

Problem širokog prihvaćanja supravodiča u elektrotehnici je složen i raznolik, ali rezultati upotrebe supravodiča u fizičkim i industrijskim instalacijama mogu biti ogromni.

Superprevodljivost je prekrasan fenomen. Proučavajući neobična i impresivna svojstva supravodiča, fizičari prodiru sve dublje i dublje u tajne strukture materije. Inženjeri se trude da superprevodnici učine svojim alatom kako bi ih natjerali da rade. Supertaks za superprevodnike je prijenos njihovih korisnih svojstava na objekte nove tehnologije.

Mihail Černov