Supraleitung in der Elektroindustrie: Gegenwart und Zukunft

Das allgemeine Muster unserer Zeit ist die Verringerung der Kluft zwischen einer bestimmten Entdeckung und ihrer Umsetzung. Früher erreichte dieses Intervall Hunderte von Jahren, jetzt ist es auf ein Minimum gesunken. Zum Beispiel ist die Einführung der Fotografie 112 Jahre nach ihrer Eröffnung. Mineralische Düngemittel wurden 70 Jahre nach ihrer Herstellung verwendet, Telefonkommunikation - nach 50 Jahren, Rundfunk - nach 35, Funkortung nach 15 Jahren, Fernsehen - nach 12 Jahren, Atombombe - nach 6 Jahren, Transistor - nach 3 Jahren und Laser - nach nur 2 Jahren Jahre.

Der Beginn des technischen Einsatzes von Supraleitern geht auf das Jahr 1955 zurück, als mit ihrer Hilfe der erste Elektromagnet erzeugt wurde. 56 Jahre sind seit der Entdeckung der Supraleitung bis zu ihrer Einführung vergangen. Was ist los?

Nach Ansicht einiger britischer Physiker ist diese Verzögerung auf zwei Gründe zurückzuführen: die unzureichende Entwicklung der Kryotechnik und die Entdeckung nur weicher, reiner Supraleiter. Harte Materialien mit technisch akzeptablen Parametern wurden erst 1930 bekannt, und erst ein Vierteljahrhundert später wurden tatsächlich Leiter aus solchen Materialien hergestellt. Und sofort wurde ein Magnet mit einer supraleitenden Wicklung gebaut und erfolgreich getestet. Technische Supraleitung war geboren.

Somit fielen die Erfindung und der Beginn der Verwendung technisch geeigneter supraleitender Materialien zeitlich zusammen (1955). Aber die eigentliche Erfindung der Supraleiter erfolgte vielleicht später. Schließlich konnten erst 1963 wirklich funktionsfähige Drähte hergestellt werden, die zur thermischen Stabilisierung verlangsamt werden mussten. Paradoxerweise ist es eine Tatsache: Die Einführung von Supraleitern begann acht Jahre früher als ihre eigentliche Entdeckung.

Supraleiter werden heute praktisch in der Physik eingesetzt, wo seit vielen Jahren große Forschungseinrichtungen und neue Geräte zum Einsatz kommen. Aus der Presse sind Einzelanwendungen von supraleitenden Elektromotoren, Gyroskopen, Magneten auf Schiffen, Flugzeugen bekannt. In der Medizin sind supraleitende Meter von Magnetfeldern aufgetreten, die von lebenden Organismen erzeugt wurden.

Der Einsatz von Supraleitern im Energiesektor und im Verkehr ist von hoher Relevanz. Hier werden seit vielen Jahren Vorbereitungsarbeiten durchgeführt, aber neue Maschinen und Kabel sind noch nicht in Betrieb. Warum?

Es gibt viele Gründe, die das Datum des massiven Einsatzes von Supraleitern in der Volkswirtschaft verschieben. Zum Beispiel war es nicht einfach, eine Theorie der Supraleitung zu entwickeln, aber es ist für Ingenieure nicht weniger schwierig, diese Theorie zu beherrschen. Eine unerwartet schwierige Aufgabe war der Bau supraleitender Drähte. Es gibt kein anderes Wort für den Prozess der Herstellung einer Mehrelementzusammensetzung aus verschiedenen Metallen. Die Herstellung von supraleitenden Bändern, Reifen und Drähten erforderte die Entwicklung spezieller Technologien, die Schaffung spezieller Maschinen und sogar neuer Industrien.

Mit der kryogenen Versorgung mit supraleitenden Objekten sind große Schwierigkeiten verbunden, da die Supraleitung nur bei sehr niedrigen Temperaturen auftritt. Hochleistungskühlwagen waren erforderlich.

Die Entwicklung der Kryotechnik ist ohne die Verwendung eines tiefen Vakuums undenkbar. Sie müssen daher lernen, wie Sie diese empfangen und warten können. Und natürlich Messungen: Wir brauchen spezielle Sensoren und Geräte, Steuerdrähte, die durch Hohlräume mit unterschiedlichen Temperaturen verlaufen.

Wenn es jedoch möglich ist, all diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird es nicht einfach sein, das elektrische Problem zu lösen. Bisher werden in der Hochleistungselektrotechnik üblicherweise Ströme von zehn bis hundert Ampere verwendet, und es ist technisch und wirtschaftlich machbar, Ströme durch Supraleiter tausendfach höher zu übertragen. Aber sind solche Multi-Amp-Installationen notwendig?

Solche Installationen gibt es, aber es gibt nur wenige. Es ist nicht einfach, sie zu erstellen, da die Strombelastbarkeit herkömmlicher Leiter, Kupfer und Aluminium, begrenzt ist. Da es nun mit Hilfe von Supraleitern möglich ist, die Stromdichten und die Ströme selbst wiederholt zu erhöhen, wäre es realistisch, über die Modernisierung aller elektrischen Kraftwerke vom Kraftwerk bis zum Verbraucher zu sprechen. Aber ist eine solche Anpassung notwendig? Wenn nicht, warum supraleitende elektrische Komponenten erstellen?

Solche Einheiten sollten mehrere Ampere haben, dies ist nicht zu leugnen. Supraleiter sind schließlich ein wunderbares Leitermaterial. Die Stromkreise sind jedoch für kleine Ströme und sehr hohe Spannungen ausgelegt. Nun, Objekte mit mehreren Ampere in Schaltkreise mit niedriger Ampere einbetten? Unrealistisch. Und die komplette Umstrukturierung aller elektrischen Energieanlagen ist eine große Aufgabe. Werden Supraleiter wirklich nur in einzigartigen physischen Installationen ihren Platz finden?

Die Schwierigkeiten des mit der Einführung von Supraleitern verbundenen Problems werden jedoch allmählich gelöst. Als die angewandte Arbeit mit Supraleitern begann, war der Mangel an geschultem Personal, neuen Materialien, Geräten und Geräten besonders akut. Trotzdem entstanden nacheinander kleine Modelle. Es besteht eine stetige Nachfrage nach neuen Drähten, Fluidisierern, Instrumenten und Sensoren. Physiker und Mathematiker sind an der Lösung rein praktischer Probleme beteiligt: ​​Bestimmung kritischer Felder und Ströme, Bewertung von Wechselstromverlusten, Berechnung des thermostabilen Verhaltens von Supraleitern in flüssigem Helium.

Heute beschäftigen sich Hunderte von Forschungsteams mit den Problemen der technischen Supraleitung. Es wurden langfristige Forschungspläne identifiziert, Arbeitsketten formuliert und Listen der zu implementierenden Einrichtungen erstellt.

Im Allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass die Sucharbeiten, die zur Erstellung der führenden Proben der Supraleiter der Geräte erforderlich sind, zu etwa 30-50% durchgeführt wurden. Zu den erstellten Modellen gehören Elektromagnete für die physikalische Forschung sowie für Turbogeneratoren, Motoren, supraleitende Transformatoren und Kabelabschnitte, Lager und Geräte.

„Die nächsten Jahre werden für den Übergang von Supraleitern von Laboratorien zur Industrie für großtechnische Anwendungen von entscheidender Bedeutung sein“, sagt J. Bardin, Nobelpreisträger, zweimal.

Lesen Sie im nächsten Artikel über die Zukunft der Supraleitung.

Mikhail Chernov https://i.electricianexp.com/de

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Die Zukunft sind Supraleiter