Supravodivosť v elektroenergetike: súčasnosť a budúcnosť

Všeobecným vzorcom našej doby je zmenšovanie medzery medzi konkrétnym objavom a jeho implementáciou. Keď tento interval dosiahol stovky rokov, teraz sa znížil na minimum. Napríklad zavedenie fotografie je 112 rokov po otvorení. Minerálne hnojivá sa začali používať 70 rokov po ich vzniku, telefonická komunikácia - po 50 rokoch, vysielanie - po 35, rádiolokácia po 15, televízia - po 12, atómová bomba - po 6 rokoch, tranzistor - po 3 a laser - len po 2 rokoch ročne.

Začiatok technického používania supravodičov sa datuje do roku 1955, kedy bol pomocou nich vytvorený prvý elektromagnet. Od objavenia supravodivosti po jeho zavedenie uplynulo 56 rokov. Čo sa deje?

Podľa niektorých britských fyzikov je toto oneskorenie spôsobené dvoma dôvodmi: nedostatočným rozvojom kryogénnej technológie a objavom iba mäkkých, čistých supravodičov. Tvrdé materiály s technicky prijateľnými parametrami sa začali objavovať až v roku 1930 a len o štvrtinu storočia neskôr sa skutočne vytvorili vodiče z týchto materiálov. A hneď bol vybudovaný a úspešne testovaný solenoid so supravodivým vinutím. Zrodila sa technická supravodivosť.

Vynález a začiatok použitia technicky vhodných supravodivých materiálov sa teda časovo zhodovali (1955). Skutočný vynález supravodičov sa však objavil pravdepodobne neskôr. Koniec koncov, až v roku 1963 bolo možné vytvoriť skutočne funkčné drôty, ktoré sa kvôli tepelnej stabilizácii museli spomaliť. Paradoxne je to pravda: zavádzanie supravodičov sa začalo o osem rokov skôr, ako sa objavil.

V súčasnosti sa supravodiče prakticky používajú vo fyzike, kde sa mnoho rokov používajú veľké výskumné zariadenia a nové zariadenia. Z tlače sú známe jednotlivé aplikácie supravodivých elektrických motorov, gyroskopov, solenoidov na lodiach, v lietadlách. V medicíne sa objavili supravodivé metre magnetických polí vytvorených živými organizmami.

Použitie supravodičov v energetickom sektore av doprave je veľmi dôležité. Prípravné práce tu prebiehajú už mnoho rokov, ale nové stroje a káble ešte nie sú v prevádzke. Prečo?

Existuje veľa dôvodov, ktoré odkladajú dátum masívneho využívania supravodičov v národnom hospodárstve. Napríklad nebolo ľahké vyvinúť teóriu supravodivosti, pre inžinierov však nie je také ťažké zvládnuť túto teóriu. Neočakávane náročnou úlohou bola konštrukcia supravodivých drôtov, pre proces vytvárania viacprvkovej kompozície z rôznych kovov neexistuje iné slovo. Výroba supravodivých pások, pneumatík a drôtov si vyžadovala vývoj špeciálnej technológie, vytvorenie špeciálnych strojov a dokonca aj nové priemyselné odvetvia.

S kryogénnou zásobou supravodivých predmetov sú spojené veľké ťažkosti, pretože supravodivosť vzniká iba pri veľmi nízkych teplotách. Vyžadovali sa vysokovýkonné chladiarenské nákladné vozidlá.

Vývoj kryogénnej technológie je nemysliteľný bez použitia hlbokého vákua, takže sa musíte naučiť, ako ju prijímať a udržiavať. A samozrejme, merania: potrebujeme špeciálne senzory a zariadenia, ovládacie drôty, ktoré prechádzajú dutinami s rôznymi teplotami.

Ak je však možné všetky tieto ťažkosti prekonať, nebude ľahké vyriešiť elektrický problém. Doteraz sa vo vysokovýkonnej elektrotechnike bežne používajú prúdy desiatok až stovky ampér a je technicky a ekonomicky možné prevádzať prúdy tisíckrát vyššie prostredníctvom supravodičov. Sú však potrebné také inštalácie s viacerými zosilňovačmi?

Takéto zariadenia existujú, ale ich je málo. Nie je ľahké ich vytvoriť, pretože súčasná únosnosť tradičných vodičov, medi a hliníka, je obmedzená. Teraz, keď je možné pomocou supravodičov opakovane zvyšovať súčasné hustoty a samotné prúdy, bolo by realistické hovoriť o modernizácii všetkých elektrických zariadení z elektrární na spotrebiteľov. Je však takáto úprava potrebná? Ak nie, prečo vytvárať supravodivé elektrické komponenty?

Takéto jednotky by mali byť multi ampérové, čo je nepopierateľné. Koniec koncov, supravodiče sú úžasným vodivým materiálom. Elektrické obvody sú však navrhnuté pre malé prúdy a veľmi vysoké napätie. Vložili ste do ampérových obvodov objekty s viacerými ampérmi? Neskutočné. A úplná reštrukturalizácia všetkých zariadení na výrobu elektrickej energie je obrovská úloha. Nájdu supravodiče skutočne svoje miesto iba v jedinečných fyzických inštaláciách?

Problémy, ktoré sa spájajú so zavedením supravodičov, sa však postupne riešia. Pri začatí práce so supravodičmi bol nedostatok vyškoleného personálu, nových materiálov, vybavenia a zariadení mimoriadne akútny. Stále však, jeden po druhom, vznikali malé modely. Stále existuje dopyt po nových drôtoch, fluidizátoroch, nástrojoch a senzoroch. Fyzici a matematici sa podieľajú na riešení čisto praktických problémov: určovanie kritických polí a prúdov, hodnotenie strát AC, výpočet termostabilného správania supravodičov v kvapalnom héliu.

Dnes sa stovky výskumných tímov zaoberajú problémami technickej supravodivosti. Boli stanovené dlhodobé výskumné plány, boli vypracované pracovné reťazce, zoznamy zariadení, ktoré sa majú implementovať, sú pripravené.

Celkovo možno konštatovať, že prieskumné práce potrebné na vytvorenie popredných vzoriek supravodičov zariadenia boli vykonané približne o 30 - 50%. Medzi vytvorené modely patria elektromagnety pre fyzikálny výskum a pre turbogenerátory, motory, supravodivé transformátory a káble, ložiská a zariadenia.

„V nasledujúcich rokoch bude rozhodujúci pre prechod supravodičov z laboratórií do priemyslu na rozsiahle aplikácie,“ hovorí dvakrát J. Bardin, nositeľ Nobelovej ceny.

Prečítajte si o budúcnosti supravodivosti v nasledujúcom článku.

Michail Černov electro-sk.tomathouse.com

pokračoval:

Budúcnosť sú supravodiče