Supravadītspēja elektroenerģijas nozarē. 2. daļa. Supravadītāju nākotne

No pirmā acu uzmetiena šķiet, ka jaunus materiālus, supravadītājus, ir izdevīgi izmantot gandrīz visur, kur tiek izmantoti magnētiskie lauki un elektriskās strāvas. Bet vai tas tā ir?

Lai pārvietotos daudzos tehniskos darbos ar supravadītājiem, jāpatur prātā, ka vispār nav supervadītāju kā tādu. Šie ir parastie metāli, kas visiem zināmi, īpašos apstākļos ar neparastām īpašībām.

Piemēram, alumīnijs labi vada elektrisko strāvu istabas temperatūrā, tāpēc to uzskata par vienu no labākajiem vadītājiem. Tajā esošais magnētiskais lauks ir nedaudz pastiprināts: šādus materiālus sauc par paramagnetiem. Alumīnijs lieliski pārraida siltumu, kas nozīmē, ka to var uzskatīt par siltuma vadītāju.

Atdzesējot līdz īpaši zemai temperatūrai, dažu metālu īpašības ievērojami mainās. Tādam pašam alumīnijam, piemēram, temperatūrā zem 272 ° C, elektriskā pretestība pazūd, un vadītspēja palielinās līdz bezgalībai (supravadītājs). Bet materiāla siltumvadītspēja gandrīz tikpat slikti pasliktinās (siltumizolators). Magnētiskais lauks ir pilnībā izspiests no parauga (ideāls diamagnets). Bet ar to nepietiek: ir iespējams reģistrēt materiāla kvantu īpašības, kas parastās temperatūrās izpaužas netieši.

Metālus, kas demonstrē tik negaidītu īpašību kombināciju, parasti sauc par supravadītājiem, taču nevajadzētu aizmirst par šī nosaukuma ierobežojumiem. Jaunu materiālu samazināta siltumvadītspēja joprojām tiek reti izmantota. Supravadītāju diamagnētisms jau tiek mērķtiecīgi piemērots. Kvantu īpašības bija daudzu īpaši precīzu mērinstrumentu darbības pamatā.

Neskatoties uz to, jaunas parādības sākotnējā attīstības posmā vairuma pētnieku intereses ir vērstas uz bezgalīgi lielas supravadītāju vadītspējas izmantošanu.

Īpaši veiksmīgi izveidotas un izmantotas supravadošas magnētiskās sistēmas dažādiem mērķiem. Patiešām, caur parastajiem vadītājiem pārmērīgas siltuma veidošanās dēļ nevar iziet pārāk lielas strāvas. Kad elektriskā pretestība ir pazudusi, strāvas blīvumu var ievērojami palielināt. Fiziķi to izmantoja: galu galā, jo lielāka ir strāva, jo spēcīgāks ir magnētiskais lauks. Supravadītāji var radīt īpaši spēcīgus elektromagnētus. Tāpēc daudzu gadu laikā tehniskās supravadītspējas magnētiskais virziens ir kļuvis noteicošais!

Nav šaubu, ka nākamajās desmitgadēs aprīkojums saņems jaunas vienības ar uzlabotiem parametriem. Tiek veidoti jauni paātrinātāji, vilcieni ar magnētisko balstiekārtu ar elektromagnētisko vilci, lieli ģeneratori ar supravadošu rotoru. Tiek būvēti arvien jaudīgāki tokamaka modeļi, nav neticami, ka mūsu paaudzes dzīves laikā parādīsies rūpnieciski termoelektriskie reaktori, kurus nevar izveidot bez supravadītājiem. Pēc dažiem gadiem ēkās, kur atrodas lieli elektrības patērētāji, būs iespējams uzstādīt milzīgas toroidālas spirāles, kuras modernizējusi straume, kas paredzētas autonomai elektroenerģijas padevei vietējām instalācijām.

Ir lietderīgi uzlabot elektrotehniskās būves un paplašināt to tehniskās iespējas. Bet, iespējams, vēl svarīgāk, vēl viens uzdevums ir noņemt zaudējumus, kas saistīti ar elektrisko strāvu pilnveidoto vadītāju sildīšanu. Protams, mēs nerunājam par mājsaimniecības elektroinstalāciju, pietiek ar supravadītāju izmantošanu lielu elektrisko instalāciju strāvas vadītājiem.

Zudumu neesamība vados veicina supravadošu magnētisko sistēmu un krioelektronisko iekārtu izveidi.Tomēr joprojām jauni elektromagnēti tiek būvēti nevis tāpēc, lai samazinātu zaudējumus, bet gan lai iepriekš izveidotu nesasniedzamus magnētiskos laukus. Un ierīces, kuru pamatā ir supravadītāji, ļauj sasniegt ārkārtīgi augstu mērījumu precizitāti, lai gan efektivitātes palielināšanās ievērojami uzlabo virsmērītāju tehniskos rādītājus.

Īpaši supervadītāju izmantošana ir ļoti izdevīga, lai samazinātu elektriskos zudumus. Šis darba virziens ir vērts visā pasaulē. Piemēram, supravadošie kabeļi nav nepieciešami, jo zināmo materiālu projektēšanas iespējas jau ir izsmeltas. Šādas lineāras ierīces ir pievilcīgas galvenokārt tāpēc, ka tās var izmantot, lai novērstu zaudējumus elektriskajos tīklos. Ja plaši tiek izmantotas supravadošās elektrolīnijas, var sasniegt milzīgus ietaupījumus degvielas resursos.

Ir zināms, ka organiskā degviela (nafta, gāze, ogles) ir beigusies, un to ražošana kļūst arvien grūtāka. Mūsdienās enerģija ir vērsta uz paātrinātu atomelektrostaciju un atomelektrostaciju izveidi, uz termoelektriskās kodolsintēzes attīstību, uz saules starojuma enerģijas izmantošanu, jūru un okeānu siltumu. Projektētas stacijas, kas darbojas plūdmaiņu un viļņu enerģijā.

Supravadītāji pēc savas būtības būtu ideāli piemēroti šim mērķim. Galu galā jaunu kabeļu, ģeneratoru, transformatoru vēnas netiks sildītas ar elektrisko strāvu. Pirmo reizi cilvēki varētu apzināti izslēgt Džoula zaudējumus no elektrības izmaksu bilances. Tiek lēsts, ka lielu elektrostaciju supravadītspēja valstij ienestu miljardiem dolāru.

Elektriskā aprīkojuma tehnisko parametru uzlabošana, degvielas patēriņa samazināšana, daļēji veicot kompensāciju par vadītāju zaudējumiem, vēl nav viss. Supravadītāji uzlabos vides stāvokli uz zemeslodes! Galu galā visu tehnisko ierīču enerģija galu galā tiek pārveidota siltumā. Planētas sildīšanas ātrums ir augsts, tie atbilst rūpniecības attīstības tempam. Plaši izplatīta supravadošu elektroiekārtu ieviešana samazinātu siltuma pieplūdumu atmosfērā, ļaujot, ja ne novērst, tad vismaz vājinātu planētas termisko piesārņojumu.

Problēma par plaši izplatīto supravadītāju izmantošanu elektrotehnikā ir sarežģīta un daudzveidīga, taču supervadītāju izmantošanas rezultāti fizikālās un rūpnieciskās iekārtās var būt milzīgi.

Supravadītspēja ir brīnišķīga parādība. Izpētot supervadītāju neparastās un iespaidīgās īpašības, fiziķi dziļāk un dziļāk iedziļinās matērijas struktūras noslēpumos. Inženieri cenšas padarīt supravadītājus par savu instrumentu, lai tie darbotos. Supravadītāju supertask ir to derīgo īpašību nodošana jaunās tehnoloģijas objektiem.

Mihails Černovs