Elektros energijos superlaidumas: dabartis ir ateitis

Bendras šių laikų modelis yra atotrūkio tarp konkretaus atradimo ir jo įgyvendinimo sumažėjimas. Kai šis intervalas pasiekė šimtus metų, dabar jis sumažėjo iki minimumo. Pavyzdžiui, fotografijos pristatymas yra 112 metų nuo jos atidarymo. Mineralinės trąšos buvo pradėtos naudoti praėjus 70 metų nuo jų sukūrimo, telefoninės komunikacijos - po 50 metų, transliacija - po 35, radiolokacija po 15, televizija - po 12, atominė bomba - po 6 metų, tranzistorius - po 3, o lazeris - tik po 2 metų.

Techninis superlaidininkų naudojimas prasidėjo 1955 m., Kai jų pagalba buvo sukurtas pirmasis elektromagnetas. Nuo superlaidumo atradimo iki jo įdiegimo praėjo 56 metai. Koks reikalas?

Kai kurių britų fizikų teigimu, šį vėlavimą lemia dvi priežastys: nepakankamas kriogeninės technologijos vystymas ir tik minkštų, grynų superlaidininkų atradimas. Kietos medžiagos, turinčios techniškai priimtinus parametrus, tapo žinomos tik 1930 m., O praėjus tik ketvirčiui amžiaus po jų iš tikrųjų buvo sukurti laidininkai. Ir iškart buvo pastatytas ir sėkmingai išbandytas solenoidas su superlaidžia apvija. Gimė techninis superlaidumas.

Taigi išradimas ir techniškai tinkamų superlaidžių medžiagų naudojimo pradžia sutapo su laiku (1955 m.). Bet tikrasis superlaidininkų išradimas įvyko galbūt vėliau. Galų gale tik 1963 m. Buvo įmanoma sukurti tikrai veikiančius laidus, kurie turėjo būti sulėtinti, kad būtų užtikrinta šiluminė stabilizacija. Paradoksalu, tačiau tai yra faktas: superlaidininkų įvedimas prasidėjo aštuoneriais metais anksčiau nei jų faktinis atradimas.

Šiandien superlaidininkai yra praktiškai naudojami fizikoje, kur daugelį metų buvo naudojami dideli tyrimų įrenginiai ir nauji prietaisai. Iš spaudos yra žinoma, kad superlaidūs elektriniai varikliai, giroskopai, solenoidai naudojami laivuose, orlaiviuose. Medicinoje pasirodė superlaidūs gyvų organizmų sukuriamų magnetinių laukų matuokliai.

Superlaidininkų naudojimas energetikos sektoriuje ir transporte yra labai svarbus. Čia parengiamieji darbai buvo vykdomi daugelį metų, tačiau naujos mašinos ir kabeliai dar neveikia. Kodėl?

Dėl daugelio priežasčių, dėl kurių masiškai naudojami superlaidininkai nacionalinėje ekonomikoje, atidedama daugybė priežasčių. Pavyzdžiui, nebuvo lengva sukurti superlaidumo teoriją, bet inžinieriams taip pat ne mažiau sunku įsisavinti šią teoriją. Netikėtai sudėtinga užduotis buvo superlaidžių laidų konstravimas, nėra jokio kito žodžio apie daugiaelementinės kompozicijos iš skirtingų metalų kūrimo procesą. Superlaidžių juostų, padangų ir laidų gamybai reikėjo tobulinti specialią technologiją, kurti specialias mašinas ir net naujas pramonės šakas.

Dideli sunkumai yra susiję su kriogeniniu superlaidžių objektų tiekimu, nes superlaidumas atsiranda tik labai žemoje temperatūroje. Reikėjo didelės galios šaldytuvų.

Kriogeninės technologijos plėtra neįsivaizduojama nenaudojant gilaus vakuumo, todėl reikia išmokti ją priimti ir prižiūrėti. Ir, žinoma, matavimai: mums reikia specialių jutiklių ir prietaisų, valdymo laidų, einančių per skirtingos temperatūros ertmes.

Bet kai bus įmanoma įveikti visus šiuos sunkumus, išspręsti elektros problemą nebus lengva. Iki šiol didelio galingumo elektrotechnikoje dažniausiai naudojamos nuo dešimčių iki šimtų amperų srovės, o per superlaidininkus techniškai ir ekonomiškai įmanoma perduoti tūkstančius kartų didesnes sroves. Bet ar tokios daugiaamperės instaliacijos yra būtinos?

Tokių instaliacijų yra, tačiau jų nedaug. Juos sukurti nėra lengva, nes dabartinė tradicinių laidininkų, vario ir aliuminio, talpa yra ribota. Dabar, kai superlaidininkų pagalba galima pakartotinai padidinti dabartinius tankius ir pačias sroves, būtų realu kalbėti apie visų elektros energijos įrenginių modernizavimą, pradedant elektrinėmis ir baigiant vartotojais. Bet ar toks koregavimas yra būtinas? Jei ne, kodėl sukurti superlaidžius elektrinius komponentus?

Tokie vienetai turėtų būti kelių amperų, ​​tai neabejotina. Juk superlaidininkai yra nuostabi laidininko medžiaga. Bet elektros grandinės yra skirtos mažoms srovėms ir labai aukštai įtampai. Na, įterpti kelių amperų objektus į žemo amperų grandines? Nerealu. Visiškas visų elektros energijos įrenginių pertvarkymas yra didžiulė užduotis. Ar superlaidininkai tikrai ras savo vietą tik unikaliuose fiziniuose įrenginiuose?

Tačiau pamažu sprendžiami su superlaidininkų įdiegimu susijusios problemos sunkumai. Pradėjus taikomąjį darbą su superlaidininkais, ypač didelis buvo kvalifikuoto personalo, naujų medžiagų, įrangos ir prietaisų trūkumas. Bet vis tiek vienas po kito iškilo maži modeliai. Pastoviai kilo naujų laidų, skysčių, instrumentų ir jutiklių paklausa. Fizikai ir matematikai dalyvauja sprendžiant grynai praktines problemas: nustatant kritinius laukus ir sroves, įvertinant kintamos srovės nuostolius, apskaičiuojant termiškai atsparų superlaidininkų elgesį skystame helyje.

Šiandien šimtai tyrimų grupių užsiima techninio superlaidumo problemomis. Sudaryti ilgalaikiai tyrimų planai, suformuluotos darbo grandinės, paruošti įgyvendinamų objektų sąrašai.

Apskritai galima manyti, kad paieškos darbai, kurių reikia norint sukurti pagrindinius įrangos superlaidininkų pavyzdžius, buvo atlikti maždaug 30–50 proc. Tarp sukurtų modelių yra elektromagnetai fiziniams tyrimams ir turbogeneratoriams, varikliams, superlaidieji transformatoriai ir kabelių sekcijos, guoliai ir įtaisai.

„Kiti ateinantys metai bus labai svarbūs superlaidininkų perėjimui iš laboratorijų į pramonę, kuriai bus taikomi dideli pritaikymai“, - du kartus sako Nobelio premijos laureatas J. Bardinas.

Kitame straipsnyje skaitykite apie superlaidumo ateitį.

Michailas Černovas https://ltv.electricianexp.com

Tęsinys:

Ateitis yra superlaidininkai