La supraconductivité dans l'industrie de l'énergie électrique: présent et futur

Le modèle général de notre temps est le rétrécissement de l'écart entre une découverte particulière et sa mise en œuvre. Une fois que cet intervalle a atteint des centaines d'années, il a maintenant diminué au minimum. Par exemple, l'introduction de la photographie a 112 ans de retard sur son ouverture. Les engrais minéraux ont commencé à être utilisés 70 ans après leur création, les communications téléphoniques - après 50 ans, la radiodiffusion - après 35 ans, la radiolocalisation après 15 ans, la télévision - après 12 ans, la bombe atomique - après 6 ans, un transistor - après 3 ans et un laser - après seulement 2 ans années.

Le début de l'application technique des supraconducteurs remonte à 1955, lorsque le premier électro-aimant a été créé avec leur aide. 56 ans se sont écoulés depuis la découverte de la supraconductivité jusqu'à son introduction. Quelle est la question?

Selon certains physiciens britanniques, ce retard est dû à deux raisons: le développement insuffisant de la technologie cryogénique et la découverte de supraconducteurs mous et purs. Les matériaux durs avec des paramètres techniquement acceptables ne sont connus qu'en 1930, et seulement un quart de siècle après cela, des conducteurs à partir de ces matériaux ont été créés. Et immédiatement un solénoïde avec un enroulement supraconducteur a été construit et testé avec succès. La supraconductivité technique était née.

Ainsi, l'invention et le début de l'utilisation de matériaux supraconducteurs techniquement appropriés ont coïncidé dans le temps (1955). Mais l'invention réelle des supraconducteurs s'est produite, peut-être, plus tard. Après tout, ce n'est qu'en 1963 qu'il a été possible de créer des fils vraiment exploitables qui ont dû être ralentis pour la stabilisation thermique. Paradoxalement, c'est un fait: l'introduction des supraconducteurs a commencé huit ans plus tôt que leur découverte actuelle.

Aujourd'hui, les supraconducteurs sont pratiquement utilisés en physique, où de grandes installations de recherche et de nouveaux dispositifs sont utilisés depuis de nombreuses années. De la presse, il est connu des applications uniques de moteurs électriques supraconducteurs, gyroscopes, solénoïdes sur les navires, les avions. En médecine, des mètres supraconducteurs de champs magnétiques créés par des organismes vivants sont apparus.

L'utilisation de supraconducteurs dans le secteur de l'énergie et dans les transports est très pertinente. Ici, les travaux préparatoires sont en cours depuis de nombreuses années, mais de nouvelles machines et de nouveaux câbles ne sont pas encore en service. Pourquoi?

De nombreuses raisons retardent la date de l'utilisation massive des supraconducteurs dans l'économie nationale. Par exemple, il n'a pas été facile de développer une théorie de la supraconductivité, mais il n'est pas moins difficile pour les ingénieurs de maîtriser cette théorie. Une tâche étonnamment difficile a été la construction de fils supraconducteurs, il n'y a pas d'autre mot pour le processus de création d'une composition multi-éléments à partir de différents métaux. La production de bandes, de pneus et de fils supraconducteurs a nécessité le développement de technologies spéciales, la création de machines spéciales et même de nouvelles industries.

De grandes difficultés sont associées à l'apport cryogénique d'objets supraconducteurs, car la supraconductivité ne se produit qu'à des températures très basses. Des camions réfrigérés haute puissance étaient nécessaires.

Le développement de la technologie cryogénique est impensable sans l'utilisation d'un vide profond, vous devez donc apprendre à la recevoir et à la maintenir. Et bien sûr, les mesures: nous avons besoin de capteurs et d'appareils spéciaux, de fils de commande qui traversent des cavités à différentes températures.

Mais lorsqu'il sera possible de surmonter toutes ces difficultés, il ne sera pas facile de résoudre le problème électrique. Jusqu'à présent, en génie électrique à haute puissance, des courants de dizaines à centaines d'ampères sont généralement utilisés, et il est techniquement et économiquement possible de transférer des courants des milliers de fois plus élevés à travers des supraconducteurs. Mais de telles installations multi-amplis sont-elles nécessaires?

De telles installations existent, mais elles sont peu nombreuses. Il n'est pas facile de les créer, car la capacité de charge actuelle des conducteurs traditionnels, cuivre et aluminium, est limitée. Maintenant qu'avec l'aide des supraconducteurs il est possible de multiplier les densités de courant et les courants eux-mêmes, il serait réaliste de parler de la modernisation de toutes les installations électriques, des centrales électriques aux consommateurs. Mais un tel ajustement est-il nécessaire? Sinon, pourquoi créer des composants électriques supraconducteurs?

De telles unités doivent être multi-ampères, c'est indéniable. Après tout, les supraconducteurs sont un merveilleux matériau conducteur. Mais les circuits électriques sont conçus pour les petits courants et les très hautes tensions. Eh bien, intégrer des objets multi-ampères dans des circuits à faible ampère? Irréaliste. Et la restructuration complète de tous les équipements d'énergie électrique est une tâche énorme. Les supraconducteurs ne trouveront-ils vraiment leur place que dans des installations physiques uniques?

Cependant, les difficultés du problème lié à l'introduction des supraconducteurs se résolvent progressivement. Lorsque le travail appliqué avec les supraconducteurs a commencé, le manque de personnel qualifié, de nouveaux matériaux, équipements et dispositifs était particulièrement aigu. Mais encore, l'un après l'autre, de petits modèles sont apparus. Il y a eu une demande constante de nouveaux fils, fluidiseurs, instruments et capteurs. Les physiciens et les mathématiciens sont impliqués dans la résolution de problèmes purement pratiques: détermination des champs et courants critiques, évaluation des pertes de courant alternatif, calcul du comportement thermostable des supraconducteurs dans l'hélium liquide.

Aujourd'hui, des centaines d'équipes de recherche sont engagées dans les problèmes de supraconductivité technique. Des plans de recherche à long terme ont été identifiés, des chaînes de travail ont été formulées, des listes d'installations à mettre en œuvre sont prêtes.

En général, on peut considérer que les travaux de recherche nécessaires pour créer les principaux échantillons des supraconducteurs de l'équipement ont été effectués d'environ 30 à 50%. Parmi les modèles créés figurent des électro-aimants pour la recherche physique et pour les turbogénérateurs, les moteurs, transformateurs supraconducteurs et sections de câbles, roulements et dispositifs.

«Les prochaines années seront cruciales pour la transition des supraconducteurs des laboratoires vers l'industrie pour des applications à grande échelle», a déclaré à deux reprises J. Bardin, lauréat du prix Nobel.

Découvrez l'avenir de la supraconductivité dans le prochain article.

Mikhail Chernov https://e.imadeself.com/fr

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L'avenir, ce sont les supraconducteurs