Szupravezető képesség az villamosenergia-iparban. 2. rész. A szupravezetők jövője

Első pillantásra az új anyagok, a szupravezetők előnyösnek tűnnek szinte mindenhol használni, ahol mágneses tereket és elektromos áramokat használnak. De hát így van?

Annak érdekében, hogy sok műszaki munkát szupravezetőkkel navigálhassunk, nem szabad megfeledkezni arról, hogy egyáltalán nincs szupravezető. Ezek a szokásos fémek, amelyek mindenki számára ismertek, különleges körülmények között, amelyek szokatlan tulajdonságokkal rendelkeznek.

Például az alumínium szobahőmérsékleten jól vezeti az elektromos áramot, ezért az egyik legjobb vezetőnek tekintik. A benne levő mágneses mező kissé fokozódik: ezeket az anyagokat paramágneseknek nevezik. Az alumínium tökéletesen továbbítja a hőt, ami azt jelenti, hogy hővezetőnek tekinthető.

Rendkívül alacsony hőmérsékletre hűtve egyes fémek tulajdonságai jelentősen megváltoznak. Ugyanazon alumínium esetében például 272 ° C alatti hőmérsékleten az elektromos ellenállás eltűnik, és a vezetőképesség végtelenségig növekszik (szupravezető). Az anyag hővezető képessége azonban szinte ugyanolyan romlik (hőszigetelő anyag). A mágneses mező teljesen eltolódik a mintától (ideális diamagnet). De ez nem elég: regisztrálható egy anyag kvantumtulajdonságai, amelyek normál hőmérsékleten közvetetten manifesztálódnak.

A fémek, amelyek ilyen tulajdonságok váratlan kombinációját mutatják, általában szupravezetőknek hívják, de nem szabad elfelejteni a név korlátozásait. Az új anyagok csökkentett hővezető képességét továbbra is ritkán használják. A szupravezetők diamagnetizmusát már célzottan alkalmazzák. Sok kvantum tulajdonság képezte sok ultra-pontos mérőműszer működésének alapját.

Ennek ellenére az új jelenség kifejlesztésének kezdeti szakaszában a legtöbb kutató érdeke a szupravezetők végtelenül nagy vezetőképességének felhasználására koncentrál.

Különösen sikeresen hoznak létre és használnak különféle célokra szolgáló szupravezető mágneses rendszereket. Valójában a normál vezetőkön keresztül, a túlzott hőtermelés miatt, a túl magas áramok nem vezethetők át. Miután az elektromos ellenállás megszűnt, az áram sűrűsége jelentősen megnövelhető. A fizikusok kihasználták ezt: elvégre minél nagyobb az áram, annál erősebb a mágneses mező. A szupravezetők rendkívül erős elektromágneseket hozhatnak létre. Ez az oka annak, hogy a műszaki szupravezetés mágneses iránya évek óta meghatározó!

Nem kétséges, hogy az elkövetkező évtizedekben a berendezések új, jobb tulajdonságokkal rendelkező egységeket kapnak. Új gyorsítókat, mágneses felfüggesztéssel ellátott vonatokat, elektromágneses vonóerővel, nagy generátorokat építenek szupravezető rotorral. Egyre erősebb tokamak modellek épülnek, hihetetlen, hogy generációs életünk során megjelennek olyan ipari fúziós reaktorok, amelyeket szupravezetők nélkül nem lehet létrehozni. Néhány év alatt az épületekben, ahol nagy villamosenergia-fogyasztók találhatók, lehetőség lesz hatalmas toroid tekercsek felszerelésére, amelyeket áramok korszerűsítenek, és amelyek célja a villamosenergia önellátása a helyi létesítmények számára.

Hasznos javítani az elektrotechnikai szerkezeteket és kibővíteni műszaki képességeiket. De ami még ennél is fontosabb, egy másik feladat az elektromos árammal áramvonalazott vezetékek melegítéséből adódó veszteségek eltávolítása. Természetesen nem a háztartási elektromos vezetékekről van szó, elegendő szupravezetőket használni nagy villamos berendezések áramvezető vezetőihez.

A vezetékekben fellépő veszteségek hiánya elősegíti a szupravezető mágneses rendszerek és a krioelektronikai berendezések létrehozását.Ennek ellenére új elektromágneseket építenek nem a veszteségek csökkentése érdekében, hanem a korábban elérhetetlen mágneses mezők létrehozására. És a szupravezetőkön alapuló eszközök lehetővé teszik a rendkívül magas mérési pontosság elérését, bár a hatékonyság növekedése jelentősen javítja a szupermérők műszaki teljesítményét.

Rendkívül előnyös, ha a szupravezetőket kifejezetten az elektromos veszteségek csökkentésére használjuk. Ez a munkavonal méltó a világméretű támogatásra. Például nincs szükség szupravezető kábelekre, mert az ismert anyagok tervezési lehetőségei már kimerültek. Az ilyen lineáris eszközök elsősorban azért vonzóak, mert felhasználhatók az elektromos hálózatok veszteségeinek kiküszöbölésére. Ha a szupravezető távvezetékeket széles körben alkalmazzák, óriási megtakarítás érhető el az üzemanyag-forrásokban.

Ismeretes, hogy a szerves üzemanyagok (olaj, gáz, szén) elfogynak, előállítása egyre nehezebbé válik. Manapság az energia az atomerőművek és a nukleáris fűtőművek gyorsított létrehozására, a termo-magfúzió fejlesztésére, a napsugárzás energiájának felhasználására, a tengerek és az óceánok melegére összpontosít. Tervezett állomások, amelyek árapályok és hullámok energiájával működnek.

A szupravezetők természetüknél fogva ideálisak lennének erre a célra. Végül is az új kábelek, generátorok és transzformátorok vénáit nem fűtik elektromos áramok. Az emberek először képesek lennének tudatosan kizárni a Joule veszteségeket az elektromos költségek egyenlegéből. Becslések szerint a nagy erőművek szupravezető teljesítménye milliárd dollárt hozna az országba.

Az elektromos berendezések műszaki jellemzőinek javítása, az üzemanyag-fogyasztás csökkentése, részben a vezetékek veszteségeinek kompenzálása céljából, nem minden. A szupravezetők javítják a világ környezeti helyzetét! Valójában az összes műszaki eszköz energiája végső soron hővé alakul. A bolygó melegítési sebessége magas, megfelelnek az ipari fejlődés ütemének. A szupravezető elektromos berendezések széles körű bevezetése csökkentené a hő beáramlását a légkörbe, lehetővé téve, ha nem is szünteti meg, akkor legalább gyengíti a bolygó hőszennyeződését.

A szupravezetők széles körű alkalmazásának problémája az elektrotechnikában összetett és sokrétű, ám a szupravezetők fizikai és ipari létesítményekben való alkalmazásának eredményei óriási lehet.

A szupravezető képesség csodálatos jelenség. A szupravezetők szokatlan és lenyűgöző tulajdonságait tanulmányozva a fizikusok mélyebben és mélyebben hatolnak be az anyag szerkezetének titkaiba. A mérnökök arra törekszenek, hogy a szupravezetőket eszközövé tegyék, hogy működőképesek legyenek. A szupravezetők szupertaskja hasznos tulajdonságainak átadása az új technológia tárgyaihoz.

Mihail Csernov