Elektros energijos superlaidumas. 2 dalis. Superlaidininkų ateitis

Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad naujas medžiagas - superlaidininkus - naudinga naudoti beveik visur, kur naudojami magnetiniai laukai ir elektros srovės. Bet ar taip yra?

Norint naršyti daugelį techninių darbų su superlaidininkais, reikia turėti omenyje, kad superlaidininkų, kaip tokių, iš viso nėra. Tai yra įprasti visiems žinomi metalai, esant ypatingoms sąlygoms, pasižyminčioms neįprastomis savybėmis.

Pvz., Aliuminis gerai veda elektros srovę kambario temperatūroje, todėl jis laikomas vienu geriausių laidininkų. Jame esantis magnetinis laukas šiek tiek sustiprėja: tokios medžiagos vadinamos paramagnetais. Aliuminis puikiai perduoda šilumą, o tai reiškia, kad jis gali būti laikomas šilumos laidininku.

Kai aušinama iki labai žemos temperatūros, kai kurių metalų savybės labai pasikeičia. Tam pačiam aliuminiui, pavyzdžiui, žemesnėje kaip 272 ° C temperatūroje, elektrinė varža išnyksta, o laidumas padidėja iki begalybės (superlaidininkas). Bet beveik taip pat blogėja medžiagos šilumos laidumas (šilumos izoliatorius). Magnetinis laukas yra visiškai išstumtas iš mėginio (idealus diamagnetas). Bet to nepakanka: įmanoma užregistruoti kvantines medžiagos savybes, kurios esant normaliai temperatūrai pasireiškia netiesiogiai.

Metalai, demonstruojantys tokį netikėtą savybių derinį, paprastai vadinami superlaidininkais, tačiau nereikėtų pamiršti apie šio vardo apribojimus. Sumažintas naujų medžiagų šilumos laidumas vis dar naudojamas retai. Diagnetizmas superlaidininkai jau yra kryptingai taikomas. Kvantinės savybės sudarė daugelio ypač tikslių matavimo priemonių veikimo pagrindą.

Nepaisant to, pradiniame naujo reiškinio vystymosi etape daugumos tyrinėtojų interesai yra sutelkti į be galo didelį superlaidininkų laidumą.

Ypač sėkmingai kuriamos ir naudojamos superlaidžios magnetinės sistemos įvairiems tikslams. Iš tikrųjų per paprastus laidininkus dėl per didelės šilumos generavimo negalima praleisti per didelių srovių. Išnykus elektrinei varža, srovės tankį galima žymiai padidinti. Fizikai tuo pasinaudojo: juk kuo didesnė srovė, tuo stipresnis magnetinis laukas. Superlaidininkai gali sukurti ypač stiprius elektromagnetus. Štai kodėl techninio superlaidumo magnetinė kryptis daugelį metų tapo lemiama!

Neabejojama, kad ateinančiais dešimtmečiais įranga gaus naujus, patobulintų charakteristikų agregatus. Kuriami nauji greitintuvai, traukiniai su magnetine pakaba su elektromagnetine trauka, dideli generatoriai su superlaidžiu rotoriumi. Kuriami vis galingesni tokamako modeliai, neįtikėtina, kad mūsų kartos metu atsiras pramoniniai termobranduoliniai reaktoriai, kurių neįmanoma sukurti be superlaidininkų. Po kelerių metų pastatuose, kuriuose yra stambūs elektros vartotojai, bus galima montuoti didžiules srovių srautams pritaikytas toroidines ritines, skirtas autonomiškai tiekti elektrą vietiniams įrenginiams.

Naudinga tobulinti elektrotechnikos konstrukcijas ir plėsti jų technines galimybes. Bet, galbūt, dar svarbiau, kita užduotis yra pašalinti nuostolius, atsirandančius dėl laidų, įtemptų elektros srove, kaitinimo. Žinoma, mes nekalbame apie buitinius elektros laidus, pakanka naudoti superlaidininkus didelių elektros instaliacijų srovės laidininkams.

Jei laiduose nėra nuostolių, sukuriamos superlaidžios magnetinės sistemos ir krioelektroninė įranga.Vis dėlto nauji elektromagnetai yra statomi ne tam, kad sumažintų nuostolius, bet sukuria anksčiau nepasiekiamus magnetinius laukus. O prietaisai, kurių pagrindą sudaro superlaidininkai, leidžia pasiekti ypač aukštą matavimo tikslumą, nors padidėjęs efektyvumas žymiai pagerina supermetrų techninius rodiklius.

Ypač naudinga naudoti superlaidininkus, siekiant sumažinti elektros nuostolius. Ši darbo kryptis verta viso pasaulio palaikymo. Pavyzdžiui, nereikia superlaidžių laidų, nes žinomų medžiagų projektavimo galimybės jau yra išnaudotos. Tokie linijiniai įtaisai yra patrauklūs daugiausia todėl, kad juos galima naudoti siekiant pašalinti nuostolius elektros tinkluose. Jei superlaidžios elektros linijos bus plačiai naudojamos, galima sutaupyti milžiniškus degalų išteklius.

Yra žinoma, kad organinis kuras (nafta, dujos, anglis) pasibaigia, jų gamyba tampa vis sunkesnė. Šiandien energija yra sutelkta į spartesnį branduolinių elektrinių ir branduolinių šildymo įrenginių kūrimą, termobranduolinės sintezės plėtrą, saulės spinduliuotės energijos naudojimą, jūrų ir vandenynų šilumą. Suprojektuotos stotys, veikiančios potvynių ir bangų energijai.

Superlaidininkai pagal savo pobūdį būtų idealūs šiam tikslui. Juk naujų kabelių, generatorių, transformatorių venos nebus kaitinamos elektros srovėmis. Pirmą kartą žmonės galėtų sąmoningai pašalinti „Joule“ nuostolius iš elektros sąnaudų balanso. Manoma, kad superlaidūs didelių elektrinių darbai atneštų į šalį milijardus dolerių.

Elektros įrangos techninių charakteristikų gerinimas, degalų sąnaudų sumažinimas, iš dalies einantis į laidininkų nuostolių kompensavimą, dar ne viskas. Superlaidininkai pagerins aplinkos situaciją pasaulyje! Juk visų techninių prietaisų energija galiausiai virsta šiluma. Planetos šildymo sparta yra aukšta, jie atitinka pramonės plėtros tempą. Plačiai paplitęs superlaidžių elektros įrenginių įdiegimas sumažintų šilumos patekimą į atmosferą ir leistų, jei ne panaikintų, tai bent susilpnintų šiluminę planetos taršą.

Plačiai paplitusio superlaidininkų pritaikymo elektrotechnikoje problema yra sudėtinga ir įvairi, tačiau superlaidininkų naudojimo fiziniuose ir pramoniniuose įrenginiuose rezultatai gali būti didžiuliai.

Superlaidumas yra nuostabus reiškinys. Studijuodami neįprastas ir įspūdingas superlaidininkų savybes, fizikai vis giliau įsiskverbia į materijos struktūros paslaptis. Inžinieriai stengiasi, kad superlaidininkai būtų jų įrankiai, kad jie dirbtų. Superlaidininkų superdalelė yra jų naudingų savybių perkėlimas į naujos technologijos objektus.

Michailas Černovas