La supraconductivité dans l'industrie de l'énergie électrique. Partie 2. L'avenir des supraconducteurs

À première vue, les nouveaux matériaux, les supraconducteurs, semblent avantageux à utiliser presque partout où des champs magnétiques et des courants électriques sont utilisés. Mais en est-il ainsi?

Afin de parcourir de nombreux ouvrages techniques avec des supraconducteurs, il convient de garder à l'esprit qu'il n'y a pas de supraconducteurs en tant que tels, du tout. Ce sont les métaux habituels connus de tous, dans des conditions particulières présentant des propriétés inhabituelles.

L'aluminium, par exemple, conduit bien le courant électrique à température ambiante, il est donc considéré comme l'un des meilleurs conducteurs. Le champ magnétique qui s'y trouve est légèrement amélioré: ces matériaux sont appelés paramagnets. L'aluminium transmet parfaitement la chaleur, ce qui signifie qu'il peut être considéré comme un conducteur de chaleur.

Lorsqu'ils sont refroidis à des températures extrêmement basses, les propriétés de certains métaux changent considérablement. Pour le même aluminium, par exemple, à des températures inférieures à 272 ° C, la résistance électrique disparaît et la conductivité augmente à l'infini (supraconducteur). Mais la conductivité thermique du matériau se dégrade presque autant (isolant thermique). Le champ magnétique est complètement déplacé de l'échantillon (diamagnet idéal). Mais cela ne suffit pas: il est possible d'enregistrer les propriétés quantiques d'un matériau qui, à des températures ordinaires, se manifestent indirectement.

Les métaux démontrant une telle combinaison inattendue de qualités sont communément appelés supraconducteurs, mais il ne faut pas oublier les limites de ce nom. La conductivité thermique réduite des nouveaux matériaux est encore rarement utilisée. Le diamagnétisme des supraconducteurs est déjà appliqué à dessein. Les propriétés quantiques ont constitué la base de l'action de nombreux instruments de mesure ultra-précis.

Néanmoins, au stade initial du développement d'un nouveau phénomène, la plupart des chercheurs s'intéressent à l'utilisation de la conductivité infiniment grande des supraconducteurs.

Les systèmes magnétiques supraconducteurs sont spécialement créés et utilisés avec succès à diverses fins. En effet, à travers des conducteurs ordinaires, en raison d'une production excessive de chaleur, des courants trop élevés ne peuvent pas passer. Une fois que la résistance électrique a disparu, les densités de courant peuvent être considérablement augmentées. Les physiciens en ont profité: après tout, plus le courant est élevé, plus le champ magnétique est fort. Les supraconducteurs peuvent créer des électroaimants extrêmement puissants. C'est pourquoi la direction magnétique de la supraconductivité technique est devenue décisive depuis de nombreuses années!

Il ne fait aucun doute qu'au cours des prochaines décennies, l'équipement recevra de nouvelles unités aux caractéristiques améliorées. De nouveaux accélérateurs, des trains à suspension magnétique à traction électromagnétique, de grands générateurs à rotor supraconducteur sont en cours de création. Des modèles de tokamak de plus en plus puissants sont en cours de construction, il est incroyable que des réacteurs thermonucléaires industriels apparaissent au cours de la vie de notre génération, qui ne peut être créée sans supraconducteurs. Dans quelques années, dans les bâtiments où se trouvent de gros consommateurs d'électricité, il sera possible de monter d'énormes bobines toroïdales rationalisées par les courants, conçues pour alimenter en électricité de manière autonome les installations locales.

Il est utile d'améliorer les structures de génie électrique et d'étendre leurs capacités techniques. Mais, peut-être plus important encore, une autre tâche consiste à éliminer les pertes dues au chauffage des conducteurs rationalisés par les courants électriques. Bien sûr, nous ne parlons pas de câblage électrique domestique, il suffit d'utiliser des supraconducteurs pour les conducteurs porteurs de courant des grandes installations électriques.

L'absence de pertes dans les fils favorise la création de systèmes magnétiques supraconducteurs et d'équipements cryoélectroniques.Mais encore, de nouveaux électro-aimants sont construits non pas pour réduire les pertes, mais pour créer des champs magnétiques auparavant inaccessibles. Et les dispositifs basés sur des supraconducteurs permettent d'obtenir une précision de mesure extrêmement élevée, bien qu'une augmentation de l'efficacité améliore considérablement les performances techniques des supermètres.

Il est extrêmement avantageux d'utiliser des supraconducteurs spécifiquement pour réduire les pertes électriques. Cette ligne de travail mérite un soutien mondial. Par exemple, les câbles supraconducteurs ne sont pas nécessaires car les capacités de conception des matériaux connus ont déjà été épuisées. De tels dispositifs linéaires sont intéressants principalement parce qu'ils peuvent être utilisés pour éliminer les pertes dans les réseaux électriques. Si les lignes électriques supraconductrices sont largement déployées, d'énormes économies de ressources en carburant peuvent être réalisées.

On sait que les combustibles organiques (pétrole, gaz, charbon) s'épuisent, leur production devient de plus en plus difficile. Aujourd'hui, l'énergie se concentre sur la création accélérée de centrales nucléaires et de centrales nucléaires, sur le développement de la fusion thermonucléaire, sur l'utilisation du rayonnement solaire, la chaleur des mers et des océans. Stations conçues fonctionnant sur l'énergie des marées et des vagues.

Les supraconducteurs, de par leur nature, seraient idéaux à cet effet. Après tout, les veines des nouveaux câbles, générateurs, transformateurs ne seront pas chauffées par les courants électriques. Pour la première fois, les gens pourraient exclure consciemment les pertes Joule du solde des coûts électriques. On estime que les performances supraconductrices des grandes centrales électriques rapporteraient des milliards de dollars au pays.

Améliorer les caractéristiques techniques des équipements électriques, réduire la consommation de carburant, en partie aujourd'hui compenser les pertes de conducteurs, n'est pas tout. Les supraconducteurs amélioreront la situation environnementale sur la planète! Après tout, l'énergie de tous les appareils techniques est finalement convertie en chaleur. La vitesse de chauffe de la planète est élevée, elle correspond au rythme de développement industriel. L'introduction généralisée d'équipements électriques supraconducteurs réduirait l'apport de chaleur dans l'atmosphère, permettant, sinon d'éliminer, du moins d'affaiblir la pollution thermique de la planète.

Le problème de l'adoption généralisée des supraconducteurs en génie électrique est complexe et divers, mais les résultats de l'utilisation des supraconducteurs dans les installations physiques et industrielles peuvent être énormes.

La supraconductivité est un phénomène merveilleux. En étudiant les propriétés inhabituelles et impressionnantes des supraconducteurs, les physiciens pénètrent de plus en plus profondément dans les secrets de la structure de la matière. Les ingénieurs s'efforcent de faire des supraconducteurs leur outil, de les faire fonctionner. La supertâche des supraconducteurs est le transfert de leurs propriétés utiles à des objets de nouvelle technologie.

Mikhail Chernov