Свръхпроводимост в електроенергийната индустрия. Част 2. Бъдещето на свръхпроводниците

На пръв поглед новите материали, свръхпроводници, изглеждат изгодни за използване почти навсякъде, където се използват магнитни полета и електрически токове. Но така ли е?

За да се ориентирате в много технически работи със свръхпроводници, трябва да се има предвид, че изобщо няма свръхпроводници. Това са обичайните метали, известни на всички, при специални условия, проявяващи необичайни свойства.

Алуминият например провежда електрически ток добре при стайна температура, поради което се счита за един от най-добрите проводници. Магнитното поле в него е леко засилено: такива материали се наричат ​​парамагнетици. Алуминият перфектно предава топлина, което означава, че може да се счита за топлопроводник.

При охлаждане до изключително ниски температури свойствата на някои метали се променят значително. При същия алуминий, например, при температури под 272 ° С, електрическото съпротивление изчезва и проводимостта се увеличава до безкрайност (свръхпроводник). Но топлопроводимостта на материала почти толкова лошо се влошава (топлоизолатор). Магнитното поле е напълно изместено от пробата (идеален диамагнетик). Но това не е достатъчно: възможно е да се регистрират квантовите свойства на материал, които при обикновени температури се проявяват косвено.

Метали, демонстриращи такава неочаквана комбинация от качества, обикновено се наричат ​​свръхпроводници, но не бива да се забравя за ограниченията на това име. Все още рядко се използва намалена топлопроводимост на нови материали. Диамагнетизмът на свръхпроводниците вече се прилага целенасочено. Квантовите свойства са в основата на действието на много ултра точни измервателни уреди.

Независимо от това, в началния етап от развитието на нов феномен, интересите на повечето изследователи са насочени към използването на безкрайно голямата проводимост на свръхпроводници.

Особено успешно създадени и използвани са свръхпроводящи магнитни системи за различни цели. В действителност, чрез обикновени проводници, поради прекомерно генериране на топлина, не могат да се пропускат твърде високи токове. След като електрическото съпротивление изчезне, плътността на тока може значително да се увеличи. Физиците се възползваха от това: в края на краищата, колкото по-голям е токът, толкова по-силно е магнитното поле. Свръхпроводниците могат да създават изключително силни електромагнити. Ето защо магнитната посока на техническата свръхпроводимост стана решаваща за много години!

Няма съмнение, че през следващите десетилетия оборудването ще получи нови агрегати с подобрени характеристики. Създават се нови ускорители, влакове с магнитно окачване с електромагнитно сцепление, големи генератори със свръхпроводящ ротор. Изграждат се все по-мощни модели на токамак, невероятно е, че през живота на нашето поколение ще се появят индустриални термоядрени реактори, които не могат да бъдат създадени без свръхпроводници. След няколко години в сградите, където се намират големи консуматори на електроенергия, ще бъде възможно да се монтират огромни тороидални бобини, опростени от токове, предназначени за автономно снабдяване с електричество на локални инсталации.

Полезно е да се подобрят електротехническите конструкции и да се разширят техническите им възможности. Но, може би по-важното е, че друга задача е да се премахнат загубите, дължащи се на нагряване на проводници, поточни от електрически токове. Разбира се, не говорим за домакински електрически проводници, достатъчно е да се използват свръхпроводници за токопроводими проводници на големи електрически инсталации.

Липсата на загуби в проводниците благоприятства създаването на свръхпроводящи магнитни системи и криоелектронно оборудване.Но все пак новите електромагнити са изградени не за намаляване на загубите, а за създаване на недостижими преди това магнитни полета. А устройства, базирани на свръхпроводници, позволяват получаване на изключително висока точност на измерване, въпреки че увеличението на ефективността значително подобрява техническите характеристики на суперметри.

Изключително изгодно е използването на свръхпроводници специално за намаляване на електрическите загуби. Тази работа е достойна за световна подкрепа. Например, свръхпроводящи кабели не са необходими, тъй като проектните възможности на известни материали вече са изчерпани. Такива линейни устройства са привлекателни главно, защото могат да се използват за премахване на загуби в електрическите мрежи. Ако широкопроводящите електропроводи са широко разгърнати, могат да се постигнат огромни икономии на горивни ресурси.

Известно е, че органичните горива (нефт, газ, въглища) изчерпват, производството им става все по-трудно. Днес енергията е насочена към ускореното създаване на атомни електроцентрали и ядрени отоплителни централи, върху развитието на термоядрен синтез, върху използването на слънчева радиационна енергия, топлината на моретата и океаните. Проектирани станции, работещи на енергията на приливите и отливите.

Свръхпроводниците по своето естество биха били идеални за тази цел. В крайна сметка, вените на нови кабели, генератори, трансформатори няма да се нагряват от електрически токове. За първи път хората биха могли съзнателно да изключат загубите от Joule от баланса на електрическите разходи. Смята се, че свръхпроводящите показатели на големите електроцентрали биха донесли милиарди долари на страната.

Подобряването на техническите характеристики на електрическото оборудване, намаляването на разхода на гориво, което частично ще се компенсира днес за загубите в проводниците, не е всичко. Свръхпроводниците ще подобрят екологичната ситуация по целия свят! В крайна сметка енергията на всички технически устройства в крайна сметка се преобразува в топлина. Температурата на отопление на планетата е висока, те съответстват на темповете на индустриално развитие. Широкото въвеждане на свръхпроводящо електрическо оборудване би намалило притока на топлина в атмосферата, което позволява, ако не елиминира, то поне да отслаби топлинното замърсяване на планетата.

Проблемът с широкото приемане на свръхпроводници в електротехниката е сложен и разнообразен, но резултатите от използването на свръхпроводници във физически и промишлени инсталации могат да бъдат огромни.

Свръхпроводимостта е прекрасно явление. Изучавайки необичайните и впечатляващи свойства на свръхпроводниците, физиците проникват все по-дълбоко и по-дълбоко в тайните на структурата на материята. Инженерите се стремят да направят свръхпроводниците своя инструмент, да ги накарат да работят. Суперзадачата за свръхпроводници е прехвърлянето на техните полезни свойства на обекти от нова технология.

Михаил Чернов