Supravodivosť v elektroenergetike. Časť 2. Budúcnosť supravodičov

Na prvý pohľad sa nové materiály, supravodiče, javia ako výhodné používať takmer všade tam, kde sa používajú magnetické polia a elektrické prúdy. Ale je to tak?

Pri navigácii mnohých technických prác so supravodičmi je potrebné mať na pamäti, že supravodiče ako také vôbec neexistujú. Toto sú obvyklé kovy známe všetkým za zvláštnych podmienok, ktoré vykazujú neobvyklé vlastnosti.

Napríklad hliník dobre vedie elektrický prúd pri izbovej teplote, preto sa považuje za jeden z najlepších vodičov. Magnetické pole v ňom je mierne vylepšené: takéto materiály sa nazývajú paramagnety. Hliník dokonale prenáša teplo, čo znamená, že ho možno považovať za vodič tepla.

Po ochladení na extrémne nízke teploty sa vlastnosti niektorých kovov významne menia. Napríklad pri rovnakom hliníku pri teplotách pod 272 ° C elektrický odpor zmizne a vodivosť sa zvyšuje na nekonečno (supravodič). Tepelná vodivosť materiálu sa však takmer rovnako zhoršuje (tepelný izolátor). Magnetické pole je úplne vytlačené zo vzorky (ideálny diamagnet). To však nestačí: je možné zaregistrovať kvantové vlastnosti materiálu, ktoré sa pri bežných teplotách prejavujú nepriamo.

Kovy preukazujúce takúto neočakávanú kombináciu vlastností sa bežne nazývajú supravodiče, ale na obmedzenia tohto mena by sa nemalo zabúdať. Znížená tepelná vodivosť nových materiálov sa stále používa zriedka. Diamagnetizmus supravodičov sa už uplatňuje účelne. Kvantové vlastnosti tvorili základ pôsobenia mnohých veľmi presných meracích prístrojov.

V počiatočnej fáze vývoja nového fenoménu sa však záujmy väčšiny výskumných pracovníkov zameriavajú na používanie nekonečne veľkej vodivosti supravodičov.

Obzvlášť úspešne vytvorené a používané sú supravodivé magnetické systémy na rôzne účely. Skutočne, cez bežné vodiče v dôsledku nadmerného vytvárania tepla sa nedajú preniesť príliš vysoké prúdy. Akonáhle elektrický odpor zmizne, prúdové hustoty sa môžu značne zvýšiť. Používali ho fyzici: koniec koncov, čím vyšší prúd, tým silnejšie magnetické pole. Supravodiče môžu vytvárať mimoriadne silné elektromagnety. Preto sa magnetický smer technickej supravodivosti stal už mnoho rokov rozhodujúcim!

Niet pochýb o tom, že v nasledujúcich desaťročiach budú zariadenia dostávať nové jednotky so zlepšenými vlastnosťami. Vznikajú nové urýchľovače, vlaky s magnetickým odpružením s elektromagnetickou trakciou, veľké generátory so supravodivým rotorom. Budujú sa stále silnejšie tokamakové modely, je neuveriteľné, že počas života našej generácie sa objavia priemyselné termonukleárne reaktory, ktoré nie je možné vytvoriť bez supravodičov. V budovách, v ktorých sa nachádzajú veľkí spotrebitelia elektrickej energie, bude možné za niekoľko rokov namontovať obrovské toroidné cievky zefektívnené prúdmi, ktoré sú určené na autonómne dodávky elektrickej energie do miestnych zariadení.

Je užitočné zlepšiť elektrotechnické štruktúry a rozšíriť ich technické možnosti. Ale čo je ešte dôležitejšie, ďalšou úlohou je odstránenie strát spôsobených zahrievaním vodičov prúdených elektrickými prúdmi. Samozrejme, nehovoríme o domácich elektroinštaláciách, stačí použiť supravodiče na prúdové vodiče veľkých elektrických inštalácií.

Neprítomnosť strát v drôtoch podporuje vytváranie supravodivých magnetických systémov a kryoelektronických zariadení.Nové elektromagnety sú však postavené tak, aby neznižovali straty, ale aby vytvárali predtým nedosiahnuteľné magnetické polia. A zariadenia založené na supravodičoch umožňujú získať extrémne vysokú presnosť merania, hoci zvýšenie efektívnosti významne zlepšuje technickú výkonnosť supermarketov.

Je mimoriadne výhodné používať špeciálne supravodiče na zníženie elektrických strát. Táto oblasť práce si zaslúži celosvetovú podporu. Napríklad supravodivé káble nie sú potrebné, pretože konštrukčné schopnosti známych materiálov už boli vyčerpané. Takéto lineárne zariadenia sú atraktívne hlavne preto, že sa dajú použiť na odstránenie strát v elektrických sieťach. Ak sa supravodivé elektrické vedenia vo veľkej miere implementujú, je možné dosiahnuť obrovské úspory v palivových zdrojoch.

Je známe, že organické palivá (ropa, plyn, uhlie) dochádzajú, ich výroba je čoraz ťažšia. Dnes sa energia zameriava na zrýchlené vytváranie jadrových elektrární a jadrových výhrevní, na vývoj termonukleárnej fúzie, na využívanie energie slnečného žiarenia, na teplo morí a oceánov. Navrhnuté stanice pracujúce na základe prílivu a vĺn.

Supravodiče by boli svojou povahou ideálne na tento účel. Koniec koncov, žily nových káblov, generátorov a transformátorov nebudú ohrievané elektrickými prúdmi. Po prvýkrát by ľudia mohli vedome vylúčiť straty Joule z rovnováhy nákladov na elektrinu. Odhaduje sa, že supravodivý výkon veľkých elektrární by do krajiny priniesol miliardy dolárov.

Zlepšenie technických charakteristík elektrických zariadení, zníženie spotreby paliva, čiastočne s cieľom kompenzácie strát vo vodičoch, nie je všetko. Supravodiče zlepšia environmentálnu situáciu na svete! Napokon sa energia všetkých technických zariadení nakoniec premení na teplo. Rýchlosť vykurovania planéty je vysoká, zodpovedajú tempu priemyselného rozvoja. Rozšírené zavádzanie supravodivých elektrických zariadení by znížilo prítok tepla do atmosféry, čo by umožnilo, ak by sa nevylúčilo, aspoň oslabilo tepelné znečistenie planéty.

Problém rozsiahleho zavádzania supravodičov v elektrotechnike je komplexný a rôznorodý, ale výsledky používania supravodičov vo fyzických a priemyselných zariadeniach môžu byť obrovské.

Supravodivosť je úžasný jav. Fyzici skúmajú neobvyklé a pôsobivé vlastnosti supravodičov a prenikajú hlbšie a hlbšie do tajomstiev štruktúry hmoty. Inžinieri sa usilujú o to, aby supravodiče boli ich nástrojmi, aby boli funkčné. Supertask pre supravodiče je prenos ich užitočných vlastností do objektov novej technológie.

Michail Černov