Szupravezető képesség az villamosenergia-iparban: jelen és jövő

Korunk általános mintája egy adott felfedezés és megvalósítása közötti szakadék csökkentése. Miután ez az intervallum elérte a több száz évet, most a minimumra csökkent. Például a fotózás bevezetése 112 évvel később mutatkozik meg a megnyitása után. Az ásványi műtrágyákat a létrehozásuk után 70 évvel kezdték használni, telefonos kommunikációt - 50 év után, rádióműsorokat - 35 után, radar - 15 után, televíziót - 12 után, atombombát - 6 év után, tranzisztorot - 3 után és egy lézert - csak 2 után évben.

A szupravezetők műszaki használatának kezdete 1955-ben nyúlik vissza, amikor az első elektromágnest létrehozták segítségükkel. 56 év telt el a szupravezető képesség felfedezése és bevezetése óta. Mi a baj?

Néhány brit fizikus szerint ez a késés két okból származik: a kriogén technológia elégtelen fejlődéséből és csak puha, tiszta szupravezetők felfedezéséből. A műszakilag elfogadható paraméterekkel rendelkező kemény anyagok csak 1930-ban váltak ismertté, majd csak egy negyed évszázaddal később készültek ilyen anyagból vezetők. És azonnal egy szupravezető tekercselésű mágnesszelepet építettek és sikeresen teszteltek. Megszületett a műszaki szupravezető képesség.

Így a találmány és a műszakilag megfelelő szupravezető anyagok használatának kezdete egybeesett az idővel (1955). De a szupravezetők valódi találmánya talán később történt meg. Végül is csak 1963-ban sikerült létrehozni valóban működőképes vezetékeket, amelyeket le kellett lassítani a hőstabilizálás érdekében. Paradox módon ez tény: a szupravezetők bevezetése nyolc évvel korábban kezdődött, mint tényleges felfedezésük.

Manapság a szupravezetőket gyakorlatilag a fizikában használják, ahol évek óta nagy kutatóintézeteket és új eszközöket használnak. A sajtóból ismertek a szupravezető villanymotorok, giroszkópok, szolenoidok hajókon, repülőgépeken történő egyetlen alkalmazásai. Az orvostudományban megjelent az élő szervezetek által létrehozott mágneses mezők szupravezető mérője.

A szupravezetők használata az energiaágazatban és a közlekedésben rendkívül fontos. Itt az előkészítő munka már évek óta folyik, de az új gépek és kábelek még nem működnek. Miért?

Sok oka van annak, hogy elhalasztják a szupravezetők nemzetgazdasági súlyos felhasználásának időpontját. Például nem volt könnyű kidolgozni a szupravezető képesség elméletét, de a mérnökök számára sem kevésbé nehéz elsajátítani ezt az elméletet. Váratlanul nehéz feladat volt a szupravezető huzalok felépítése, nincs másik szó a több elemből álló összetétel különböző fémekből történő létrehozásának folyamatáról. A szupravezető szalagok, gumiabroncsok és huzalok gyártása speciális technológia fejlesztését, speciális gépek és még új iparágak létrehozását tette szükségessé.

Nagy nehézségeket okoz a szupravezető tárgyak kriogén ellátása, mivel a szupravezető képesség csak nagyon alacsony hőmérsékleten jelentkezik. Nagy teljesítményű hűtőkocsikra volt szükség.

A kriogén technológia kifejlesztése elképzelhetetlen mély vákuum használata nélkül, ezért meg kell tanulnia, hogyan kell azt fogadni és karbantartani. És természetesen, a mérések: speciális érzékelőkre és eszközökre, vezérlő vezetékekre van szükségünk, amelyek különböző hőmérsékleti üregeken haladnak át.

De ha sikerül leküzdeni ezeket a nehézségeket, akkor nem lesz könnyű megoldani az elektromos problémát. Eddig a nagyteljesítményű villamosmérnökökben általában tíz-száz amper áramot használtak, és technikailag és gazdasági szempontból megvalósítható az áramok ezer-szer magasabb átvitele a szupravezetőkön keresztül. De szükség van-e ilyen többerősítő telepítésre?

Ilyen telepítések léteznek, de kevés. Nem könnyű ezeket elkészíteni, mivel a hagyományos vezetők, a réz és az alumínium jelenlegi teherbírása korlátozott. Most, hogy a szupravezetők segítségével meg lehet ismételten megnövelni az aktuális sűrűséget és magukat az áramokat, realisztikus lenne az elektromos erőművek minden korszerűsítéséről beszélni, az erőművektől a fogyasztókig. De szükség van-e ilyen kiigazításra? Ha nem, miért hozzon létre szupravezető elektromos alkatrészeket?

Az ilyen egységeknek több amper aminek kell lenniük, ez tagadhatatlan. Végül is a szupravezetők csodálatos vezetőanyag. Az elektromos áramköröket kis áramokhoz és nagyon magas feszültségekhez tervezték. Beágyazzon több amper méretű objektumokat alacsony amper áramkörökbe? Unreal. És minden villamos energia berendezés teljes átalakítása hatalmas feladat. A szupravezetők valóban csak egyedi fizikai felszerelésekben fogják megtalálni a helyüket?

A szupravezetők bevezetésével kapcsolatos problémák fokozatosan megoldódnak. Amikor megkezdődött a szupravezetőkkel végzett munka, a képzett személyzet, az új anyagok, felszerelések és eszközök hiánya különösen súlyos volt. De mégis, egymás után, apró modellek merültek fel. Állandó igény mutatkozik az új vezetékek, fluidizátorok, műszerek és érzékelők iránt. A fizikusok és a matematikusok részt vesznek a tisztán gyakorlati problémák megoldásában: a kritikus terek és áramok meghatározásában, az AC veszteségek értékelésében, a szupravezetők hőstabil viselkedésének kiszámításában a folyékony héliumban.

Manapság több száz kutatócsoport foglalkozik a műszaki szupravezető képesség problémáival. Meghatároztak hosszú távú kutatási terveket, megfogalmazták a munkafolyamatokat, készen álltak a megvalósítandó létesítmények listája.

Általánosságban elmondható, hogy a berendezés szupravezetőinek vezető mintáinak elkészítéséhez szükséges keresési munkát körülbelül 30-50% -kal hajtották végre. A létrehozott modellek között szerepelnek a fizikai kutatásokhoz és a turbógenerátorokhoz, motorokhoz, szupravezető transzformátorok és kábelszakaszok, csapágyak és eszközök.

„A következő évek döntő jelentőségűek a szupravezetők átállásához a laboratóriumokból az iparhoz nagyszabású alkalmazásokhoz” - mondta kétszer J. Bardin, a Nobel-díjas.

Olvassa el a szupravezető képesség jövőjét a következő cikkben.

Mihail Csernov https://huv.electricianexp.com

Folytatás:

A jövő szupravezetők