Supravodivost v elektroenergetice: současnost a budoucnost

Obecným vzorcem naší doby je zúžení mezery mezi konkrétním objevem a jeho implementací. Jakmile tento interval dosáhl stovek let, nyní se snížil na minimum. Například zavedení fotografie je 112 let za jejím otevřením. Minerální hnojiva se začala používat 70 let poté, co byla vytvořena, telefonní komunikace - po 50 letech, vysílání - po 35, radiolokace po 15, televize - po 12, atomová bomba - po 6 letech, tranzistor - po 3 a laser - po pouhých 2 let.

Počátky technického využití supravodičů sahají do roku 1955, kdy byl s jejich pomocí vytvořen první elektromagnet. Od objevu supravodivosti po jeho zavedení uplynulo 56 let. Co se děje?

Podle některých britských fyziků je toto zpoždění způsobeno dvěma důvody: nedostatečným vývojem kryogenní technologie a objevem pouze měkkých, čistých supravodičů. Tvrdé materiály s technicky přijatelnými parametry se začaly objevovat teprve v roce 1930 a teprve o čtvrt století později byly skutečně vytvořeny vodiče z těchto materiálů. A okamžitě byl postaven a úspěšně testován solenoid se supravodivým vinutím. Zrodila se technická supravodivost.

Vynález a začátek použití technicky vhodných supravodivých materiálů se tedy časově shodovaly (1955). K skutečnému vynálezu supravodičů však došlo později, možná. Koneckonců, teprve v roce 1963 bylo možné vytvořit skutečně funkční dráty, které musely být zpomaleny kvůli tepelné stabilizaci. Paradoxně je to fakt: zavedení supravodičů začalo o osm let dříve, než je jejich skutečný objev.

V dnešní době se supravodiče prakticky používají ve fyzice, kde se po mnoho let používají velká výzkumná zařízení a nová zařízení. Z tisku jsou známé jednotlivé aplikace supravodivých elektromotorů, gyroskopů, solenoidů na lodích, letadel. V medicíně se objevily supravodivé metry magnetických polí vytvořených živými organismy.

Použití supravodičů v energetickém sektoru a v dopravě je velmi důležité. Přípravné práce zde probíhají již mnoho let, ale nové stroje a kabely ještě nejsou v provozu. Proč?

Existuje mnoho důvodů, které odkládají datum masivního používání supravodičů v národní ekonomice. Například nebylo snadné vytvořit teorii supravodivosti, ale pro inženýry není o nic méně obtížné zvládnout tuto teorii. Neočekávaně obtížným úkolem byla konstrukce supravodivých drátů, pro proces vytváření víceprvkové kompozice z různých kovů neexistuje jiné slovo. Výroba supravodivých pásek, pneumatik a drátů vyžadovala vývoj speciální technologie, vytvoření speciálních strojů a dokonce i nová průmyslová odvětví.

Velké problémy jsou spojeny s kryogenní dodávkou supravodivých předmětů, protože supravodivost vzniká pouze při velmi nízkých teplotách. Vyžadovány byly vysokovýkonné chlazené nákladní automobily.

Vývoj kryogenní technologie je nemyslitelný bez použití hlubokého vakua, takže se musíte naučit, jak je přijímat a udržovat. A samozřejmě, měření: potřebujeme speciální senzory a zařízení, řídicí dráty, které procházejí dutinami s různými teplotami.

Pokud však bude možné všechny tyto potíže překonat, nebude snadné vyřešit elektrický problém. Až dosud se ve vysoce výkonné elektrotechnice obvykle používají proudy desítek až stovek ampér, a je technicky a ekonomicky proveditelné přenášet proudy tisícekrát vyšší prostřednictvím supravodičů. Jsou však takové instalace s více ampéry nezbytné?

Takové instalace existují, ale je jich málo. Není snadné je vytvořit, protože současná únosnost tradičních vodičů, mědi a hliníku, je omezená. Nyní, když je pomocí supravodičů možné opakovaně zvyšovat aktuální hustoty a samotné proudy, bylo by realistické hovořit o modernizaci všech elektrických energetických zařízení z elektráren na spotřebitele. Je však taková úprava nezbytná? Pokud ne, proč vytvářet supravodivé elektrické komponenty?

Takové jednotky by měly být multi-ampérové, což je nepopiratelné. Koneckonců, supravodiče jsou skvělým dirigentským materiálem. Elektrické obvody jsou však určeny pro malé proudy a velmi vysoké napětí. Vložili jste multi-ampérové ​​objekty do nízko ampérových obvodů? Nereálné. A úplná restrukturalizace veškerého elektrického zařízení je obrovským úkolem. Budou supravodiče opravdu najít své místo pouze v jedinečných fyzických instalacích?

Potíže spojené se zavedením supravodičů se však postupně řeší. Když byly zahájeny práce se supravodiči, byl obzvláště akutní nedostatek vyškoleného personálu, nových materiálů, vybavení a zařízení. Ale stále jeden po druhém vznikaly malé modely. Stálá poptávka po nových vodičích, fluidizátorech, nástrojích a senzorech. Fyzici a matematici se podílejí na řešení čistě praktických problémů: určování kritických polí a proudů, vyhodnocování střídavých ztrát, výpočet termostabilního chování supravodičů v kapalném heliu.

Dnes se stovky výzkumných týmů zabývají problémy technické supravodivosti. Byly stanoveny dlouhodobé výzkumné plány, formulovány pracovní řetězce, seznamy zařízení, která mají být implementována, jsou připraveny.

Celkově lze konstatovat, že průzkumné práce nezbytné pro vytvoření předních vzorků supravodičů zařízení byly provedeny asi o 30–50%. Mezi vytvořené modely patří elektromagnety pro fyzický výzkum a pro turbogenerátory, motory, supravodivé transformátory a kabelové sekce, ložiska a zařízení.

„V příštích několika letech bude klíčový pro přechod supravodičů z laboratoří do průmyslu pro aplikace ve velkém měřítku,“ říká dvakrát držitel Nobelovy ceny J. Bardin.

Přečtěte si o budoucnosti supravodivosti v dalším článku.

Michail Černov https://e.imadeself.com/cs

Pokračování:

Budoucnost jsou supravodiče