Superledningsevne i elkraftsektoren: nutid og fremtid

Det generelle mønster i vores tid er indsnævringen af ​​kløften mellem en bestemt opdagelse og dens implementering. Når dette interval nåede hundreder af år, er det nu faldet til et minimum. For eksempel er introduktionen af ​​fotografering 112 år bag dens åbning. Mineralgødning begyndte at blive brugt 70 år efter oprettelsen, telefonkommunikation - efter 50 år, udsendelse - efter 35, radiolokation efter 15, tv - efter 12, atombombe - efter 6 år, en transistor - efter 3 og en laser - efter kun 2 år.

Begyndelsen på den tekniske anvendelse af superledere går tilbage til 1955, da den første elektromagnet blev oprettet med deres hjælp. Der er gået 56 år siden opdagelsen af ​​superledelse til introduktionen. Hvad er der?

Ifølge nogle britiske fysikere skyldes denne forsinkelse to grunde: den utilstrækkelige udvikling af kryogen teknologi og opdagelsen af ​​kun bløde, rene superledere. Hårdt materiale med teknisk acceptable parametre blev først kendt i 1930, og kun et kvart århundrede blev der faktisk skabt ledere fra sådanne materialer. Og straks blev en magnetventil med en superledende vikling bygget og med succes testet. Teknisk superledelse blev født.

Opfindelsen og begyndelsen på anvendelsen af ​​teknisk egnede superledende materialer faldt således sammen i tiden (1955). Men den egentlige opfindelse af superledere skete måske senere. Når alt kommer til alt var det først i 1963, at det var muligt at skabe virkelig brugbare ledninger, der måtte nedsættes for termisk stabilisering. Paradoksalt nok er det en kendsgerning: introduktionen af ​​superledere begyndte otte år tidligere end deres faktiske opdagelse.

I dag bruges superledere praktisk i fysik, hvor store forskningsfaciliteter og nye apparater er blevet brugt i mange år. Fra pressen er det kendte enkeltanvendelser af superledende elektriske motorer, gyroskoper, solenoider på skibe, fly. I medicinen har superledende meter magnetiske felter skabt af levende organismer vist sig.

Brugen af ​​superledere i energisektoren og inden for transport er meget relevant. Her har der været forberedende arbejde i mange år, men nye maskiner og kabler er endnu ikke i drift. Hvorfor?

Der er mange grunde, der udsætter datoen for den enorme anvendelse af superledere i den nationale økonomi. For eksempel var det ikke let at udvikle en teori om superledningsevne, men det er ikke mindre vanskeligt for ingeniører at mestre denne teori. En uventet vanskelig opgave var konstruktionen af ​​superledende ledninger, der er intet andet ord til processen med at skabe en sammensætning af flere elementer fra forskellige metaller. Produktionen af ​​superledende bånd, dæk og ledninger krævede udvikling af særlig teknologi, oprettelse af specielle maskiner og endda nye industrier.

Store vanskeligheder er forbundet med den kryogene forsyning af superledende genstande, fordi superledningsevne kun opstår ved meget lave temperaturer. Kølebiler med høj effekt var påkrævet.

Udviklingen af ​​kryogen teknologi er ikke tænkelig uden brug af et dybt vakuum, så du er nødt til at lære at modtage og vedligeholde den. Og selvfølgelig målinger: vi har brug for specielle sensorer og enheder, kontroltråde, der passerer gennem hulrum med forskellige temperaturer.

Men når det er muligt at overvinde alle disse vanskeligheder, vil det ikke være let at løse det elektriske problem. Indtil nu bruges almindeligvis strøm til elektricitet med strømstyrke fra titus til hundrede ampere, og det er teknisk og økonomisk muligt at overføre strømme tusinder af gange højere gennem superledere. Men er sådanne multi-amp-installationer nødvendige?

Sådanne installationer findes, men de er få. Det er ikke let at skabe dem, fordi den nuværende bæreevne for traditionelle ledere, kobber og aluminium, er begrænset. Nu, med hjælp fra superledere er det muligt gentagne gange at øge den nuværende tæthed og selve strømmen, ville det være realistisk at tale om modernisering af alle elektriske kraftanlæg fra kraftværker til forbrugere. Men er en sådan justering nødvendig? Hvis ikke, hvorfor oprette superledende elektriske komponenter?

Sådanne enheder skal være multi-ampere, dette er ubestrideligt. Superledere er trods alt et vidunderligt dirigentmateriale. Men de elektriske kredsløb er designet til små strømme og meget høje spændinger. Nå, integrere multi-ampere-objekter i kredsløb med lav ampere? Unreal. Og den komplette omstrukturering af alt elektrisk energiudstyr er en kæmpe opgave. Vil superledere virkelig finde deres plads kun i unikke fysiske installationer?

Imidlertid løses gradvist vanskelighederne ved problemet forbundet med introduktionen af ​​superledere. Da anvendt arbejde med superledere begyndte, var manglen på uddannet personale, nye materialer, udstyr og udstyr især akut. Men stadig op efter hinanden opstod små modeller. Der har været en konstant efterspørgsel efter nye ledninger, fluidisatorer, instrumenter og sensorer. Fysikere og matematikere er involveret i at løse rent praktiske problemer: bestemmelse af kritiske felter og strømme, evaluering af AC-tab, beregning af den termostabile opførsel af superledere i flydende helium.

I dag er hundreder af forskerteam engageret i problemerne med teknisk superledningsevne. Der er identificeret langsigtede forskningsplaner, arbejdskæder er formuleret, lister over faciliteter, der skal implementeres, er klar.

I det store og hele kan det overvejes, at det søgningsarbejde, der var nødvendigt for at skabe de førende prøver af udstyrets superledere, blev udført med ca. 30-50%. Blandt de oprettede modeller er elektromagneter til fysisk forskning og til turbogeneratorer, motorer, superledende transformere og kabelsektioner, lejer og enheder.

”De næste par år vil være afgørende for overgangen fra superledere fra laboratorier til industrien til store applikationer,” siger J. Bardin, nobelprisvinderen, to gange.

Læs om fremtidens superledelse i den næste artikel.

Mikhail Chernov electro-da.tomathouse.com

Fortsat:

Fremtiden er superledere