Supraledningsförmåga inom elkraftsindustrin. Del 2. Supraledares framtid

Vid första anblicken verkar nya material, superledare, vara fördelaktiga att använda nästan överallt där magnetfält och elektriska strömmar används. Men är det så?

För att navigera i många tekniska verk med superledare, bör det komma ihåg att det inte finns några superledare, som sådana alls. Dessa är de vanliga metallerna som är kända för alla under speciella förhållanden som uppvisar ovanliga egenskaper.

Aluminium leder till exempel elektrisk ström väl vid rumstemperatur, därför anses det vara en av de bästa ledarna. Det magnetiska fältet i det är något förbättrat: sådana material kallas paramagneter. Aluminium överför perfekt värme, vilket innebär att det kan betraktas som en värmeledare.

När de kyls till extremt låga temperaturer förändras egenskaperna hos vissa metaller avsevärt. För samma aluminium, till exempel vid temperaturer under 272 ° C, försvinner det elektriska motståndet och konduktiviteten ökar till oändlighet (superledare). Men materialets värmeledningsförmåga försämras nästan lika dåligt (värmeisolator). Magnetfältet förskjuts helt från provet (ideal diamagnet). Men detta räcker inte: det är möjligt att registrera kvantegenskaperna hos ett material, som vid vanliga temperaturer manifesterar sig indirekt.

Metaller som visar en sådan oväntad kombination av kvaliteter kallas ofta superledare, men man bör inte glömma bort begränsningarna i detta namn. Minskad värmeledningsförmåga för nya material används fortfarande sällan. Supraledares diamagnetism tillämpas redan målmedvetet. Kvantegenskaperna baserade på verkan av många ultraexakta mätinstrument.

I de första faserna av utvecklingen av ett nytt fenomen fokuseras dock de flesta forskares intressen på användningen av den oändligt stora konduktiviteten hos superledare.

Särskilt framgångsrikt skapade och använda är superledande magnetiska system för olika ändamål. Faktum är att för vanliga ledare, på grund av överdriven värmeproduktion, inte kan för höga strömmar passeras. När det elektriska motståndet har försvunnit kan strömtätheten ökas kraftigt. Fysiker utnyttjade detta: ju högre ström, desto starkare magnetfält. Superledare kan skapa extremt starka elektromagneter. Det är därför magnetisk riktning för teknisk supraledningsförmåga har blivit avgörande i många år!

Det råder ingen tvekan om att de kommande decennierna kommer utrustningen att få nya enheter med förbättrade egenskaper. Nya acceleratorer, tåg med magnetisk upphängning med elektromagnetisk dragkraft, stora generatorer med en superledande rotor skapas. Fler och kraftigare tokamakmodeller byggs, det är otroligt att industriella fusionsreaktorer kommer att dyka upp under vår generation, som inte kan skapas utan superledare. På några år, i byggnader där stora konsumenter av elektricitet är belägna, kommer det att vara möjligt att montera stora toroidala spolar strömlinjeformade med strömmar, utformade för att autonomt leverera el till lokala installationer.

Det är användbart att förbättra elektrotekniska strukturer och utöka deras tekniska kapacitet. Men, kanske viktigare, är en annan uppgift att ta bort förlusterna på grund av uppvärmning av ledare strömlinjeformade med elektriska strömmar. Naturligtvis talar vi inte om hushållens elektriska ledningar, det räcker med att använda superledare för strömförande ledare för stora elektriska installationer.

Frånvaron av förluster i ledningarna gynnar skapandet av superledande magnetiska system och kryoelektronisk utrustning.Men ändå är nya elektromagneter byggda inte för att minska förluster utan för att skapa tidigare ouppnåliga magnetfält. Och enheter baserade på superledare gör det möjligt att få extremt hög mätnoggrannhet, även om en ökning av effektiviteten avsevärt förbättrar supermeters tekniska prestanda.

Det är oerhört fördelaktigt att använda superledare specifikt för att minska elektriska förluster. Det här arbetet är värt världens stöd. Exempelvis behövs inte superledande kablar eftersom designmöjligheterna för kända material redan har uttömts. Sådana linjära anordningar är attraktiva främst på grund av att de kan användas för att eliminera förluster i elektriska nätverk. Om superledande kraftledningar är allmänt utplacerade kan enorma besparingar i bränsleresurser uppnås.

Det är känt att organiska bränslen (olja, gas, kol) tar slut, och deras produktion blir allt svårare. Idag fokuseras energi på snabbare skapande av kärnkraftverk och kärnkraftverk, på utveckling av termonukleär fusion, på användning av solstrålningsenergi, havets värme och hav. Designade stationer som arbetar med tidvattens och vågs energi.

Superledare, till sin natur, skulle vara idealiska för detta ändamål. Trots allt kommer venerna på nya kablar, generatorer, transformatorer inte att värmas upp med elektriska strömmar. För första gången skulle människor medvetet kunna utesluta Joule-förluster från elektriska kostnader. Det uppskattas att de superledande prestationerna för stora kraftverk skulle ge miljarder dollar till landet.

Att förbättra de tekniska egenskaperna hos elektrisk utrustning, minska bränsleförbrukningen, delvis gå idag för att kompensera för förluster i ledare, är inte allt. Superledare kommer att förbättra miljön i hela världen! När allt kommer omkring, konverteras energin från alla tekniska enheter till slut till värme. Planetens uppvärmningshastighet är hög, de motsvarar takten i den industriella utvecklingen. Den utbredda introduktionen av supraledande elektrisk utrustning skulle minska värmeinflödet till atmosfären och möjliggöra, om inte eliminera, åtminstone försvaga planetens termiska föroreningar.

Problemet med den utbredda antagandet av superledare inom elektroteknik är komplexa och olika, men resultaten av att använda superledare i fysiska och industriella installationer kan vara enorma.

Supraledningsförmåga är ett underbart fenomen. Studerar de ovanliga och imponerande egenskaperna hos supraledare och fysiker tränger djupare och djupare in i materiens struktur. Ingenjörer strävar efter att göra superledare till sitt verktyg, för att få dem att fungera. Supertask för superledare är överföringen av deras användbara egenskaper till objekt med ny teknik.

Mikhail Chernov