Superledningsevne i den elektriske kraftindustri. Del 2. Superledernes fremtid

Ved første øjekast synes nye materialer, superledere, at være fordelagtige at bruge næsten overalt, hvor magnetfelter og elektriske strømme bruges. Men er det sådan?

For at navigere i mange tekniske værker med superledere, skal det huskes, at der overhovedet ikke er nogen superledere. Dette er de sædvanlige metaller, som alle er kendt under særlige forhold, der udviser usædvanlige egenskaber.

For eksempel leder aluminium elektrisk strøm ved stuetemperaturer, og det betragtes derfor som en af ​​de bedste ledere. Magnetfeltet i det er lidt forbedret: sådanne materialer kaldes paramagneter. Aluminium transmitterer perfekt varme, hvilket betyder, at det kan betragtes som en varmeleder.

Når afkølet til ekstremt lave temperaturer, ændres egenskaberne ved nogle metaller markant. For det samme aluminium, for eksempel ved temperaturer under 272 ° C, forsvinder den elektriske modstand, og konduktiviteten øges til uendelig (superleder). Men materialets varmeledningsevne er næsten lige så dårligt forringende (varmeisolator). Magnetfeltet forskydes fuldstændigt fra prøven (ideel diamagnet). Men dette er ikke nok: det er muligt at registrere kvanteegenskaberne for materialet, som ved almindelige temperaturer manifesterer sig indirekte.

Metaller, der demonstrerer en sådan uventet kombination af kvaliteter, kaldes ofte superledere, men man bør ikke glemme begrænsningerne ved dette navn. Nedsat varmeledningsevne af nye materialer bruges stadig sjældent. Superledernes diamagnetisme anvendes allerede målrettet. Kvanteegenskaber dannede grundlaget for virkningen af ​​mange ultrapræcise måleinstrumenter.

Ikke desto mindre, i det indledende trin i udviklingen af ​​et nyt fænomen, fokuseres de fleste forskeres interesser på brugen af ​​den uendeligt store ledningsevne af superledere.

Især med succes skabt og brugt er superledende magnetiske systemer til forskellige formål. Faktisk kan almindelige ledere på grund af overdreven varmeproduktion ikke overføres for høje strømme. Når den elektriske modstand er forsvundet, kan strømtætheden øges meget. Dette blev brugt af fysikingeniører: jo højere strøm, jo ​​stærkere er magnetfeltet. Superledere kan skabe ekstremt stærke elektromagneter. Derfor er den magnetiske retning af teknisk superledelse blevet afgørende i mange år!

Der er ingen tvivl om, at udstyret i de kommende årtier vil modtage nye enheder med forbedrede egenskaber. Nye acceleratorer, tog med magnetisk ophæng med elektromagnetisk trækkraft, store generatorer med en superledende rotor oprettes. Flere og mere kraftfulde tokamak-modeller er ved at blive bygget, det er utroligt, at industrielle termonukleare reaktorer vises i løbet af vores generation, som ikke kan oprettes uden superledere. På få år i bygninger, hvor store forbrugere af elektricitet er placeret, vil det være muligt at montere enorme toroidale spoler strømlinet med strømme, designet til autonomt at levere elektricitet til lokale installationer.

Det er nyttigt at forbedre elektrotekniske strukturer og udvide deres tekniske kapacitet. Men måske mere vigtigt er en anden opgave at fjerne tabene på grund af opvarmning af ledere strømlinet med elektriske strømme. Vi taler selvfølgelig ikke om husholdnings elektriske ledninger, det er nok at bruge superledere til strømførende ledere i store elektriske installationer.

Fraværet af tab i ledningerne favoriserer oprettelsen af ​​superledende magnetiske systemer og kryoelektronisk udstyr.Men stadig er nye elektromagneter bygget ikke for at reducere tab, men for at skabe tidligere uopnåelige magnetiske felter. Og enheder, der er baseret på superledere, giver mulighed for at opnå ekstremt høj måleenhed, selvom en stigning i effektivitet markant forbedrer supermeters tekniske ydelse.

Det er yderst fordelagtigt at bruge superledere specifikt for at reducere elektriske tab. Denne arbejdslinje er værdig til verdensomspændende støtte. F.eks. Er superledende kabler ikke nødvendige, fordi designkapaciteten af ​​kendte materialer allerede er udtømt. Sådanne lineære anordninger er attraktive hovedsageligt fordi de kan bruges til at eliminere tab i elektriske netværk. Hvis superledende kraftledninger er vidt anvendt, kan der opnås enorme besparelser i brændstofressourcer.

Det vides, at organiske brændstoffer (olie, gas, kul) er ved at løbe ud, og deres produktion bliver stadig vanskeligere. I dag er energi fokuseret på den fremskyndede oprettelse af kernekraftværker og kernekraftvarmeværker, på udviklingen af ​​termonuklear fusion, på brugen af ​​solstrålingsenergi, varme i havene og havene. Designede stationer, der arbejder med tidevand og bølgers energi.

Superledere ville i deres natur være ideelle til dette formål. Når alt kommer til alt vil venerne på nye kabler, generatorer, transformatorer ikke opvarmes af elektriske strømme. For første gang ville folk være i stand til bevidst at udelukke Joule-tab fra saldoen for elektriske omkostninger. Det anslås, at den store ledende ydelse af store kraftværker ville bringe milliarder af dollars til landet.

At forbedre de tekniske egenskaber ved elektrisk udstyr, reducere brændstofforbruget, delvis gå i dag for at kompensere for tab i ledere, er ikke alt. Superledere forbedrer miljøsituationen på kloden! Når alt kommer til alt konverteres energien fra alle tekniske enheder i sidste ende til varme. Planetens opvarmningshastighed er høj, de svarer til tempoet i den industrielle udvikling. Den udbredte introduktion af superledende elektrisk udstyr ville reducere varmeindstrømning i atmosfæren, hvilket, hvis ikke eliminerer, så i det mindste svækker planetens termiske forurening.

Problemet med den udbredte anvendelse af superledere i elektroteknik er komplekst og mangfoldigt, men resultaterne af at bruge superledere i fysiske og industrielle installationer kan være enorme.

Superledelse er et vidunderligt fænomen. Studerende de usædvanlige og imponerende egenskaber ved superledere trænger fysikere dybere og dybere ind i hemmelighederne ved materiens struktur. Ingeniører stræber efter at gøre superledere til deres værktøj og få dem til at arbejde. Superopgaven til superledere er overførslen af ​​deres nyttige egenskaber til objekterne med ny teknologi.

Mikhail Chernov