ตัวนำยิ่งยวดในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า: ปัจจุบันและอนาคต

รูปแบบทั่วไปของเวลาของเราคือการลดช่องว่างระหว่างการค้นพบและการนำไปปฏิบัติ เมื่อช่วงเวลานี้มาถึงหลายร้อยปีตอนนี้ก็ลดลงเหลือน้อยที่สุด ตัวอย่างเช่นการแนะนำการถ่ายภาพคือ 112 ปีหลังการเปิดตัว ปุ๋ยแร่เริ่มใช้ 70 ปีหลังจากที่พวกเขาถูกสร้างขึ้นการสื่อสารทางโทรศัพท์ - หลังจาก 50 ปีการออกอากาศ - หลังจาก 35, การแผ่รังสีหลังจาก 15, โทรทัศน์ - หลังจาก 12, การระเบิดปรมาณู - หลังจาก 6 ปี, ทรานซิสเตอร์ - หลัง 3 และเลเซอร์ - เพียง 2 ปี

จุดเริ่มต้นของการใช้เทคนิคยิ่งยวดของตัวนำยิ่งยวดย้อนกลับไปเมื่อปีพ. ศ. 2498 เมื่อแม่เหล็กไฟฟ้าตัวแรกถูกสร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือ 56 ปีที่ผ่านมานับตั้งแต่การค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดในการแนะนำ มันคืออะไร?

นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษบางคนกล่าวว่าการล่าช้านี้เกิดจากสองสาเหตุ: การพัฒนาเทคโนโลยี cryogenic ไม่เพียงพอและการค้นพบตัวนำยิ่งยวดที่บริสุทธิ์และอ่อนนุ่มเท่านั้น วัสดุแข็งที่มีพารามิเตอร์ที่ยอมรับได้ในทางเทคนิคได้กลายเป็นที่รู้จักในปี 1930 และเพียงหนึ่งในสี่ของศตวรรษหลังจากนั้นวัสดุตัวนำจากวัสดุดังกล่าวถูกสร้างขึ้นจริง และทันทีที่โซลินอยด์ที่มีขดลวดยิ่งยวดถูกสร้างขึ้นและผ่านการทดสอบเรียบร้อยแล้ว ตัวนำยิ่งยวดทางเทคนิคเกิดขึ้น

ดังนั้นการประดิษฐ์และการเริ่มต้นของการใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดที่เหมาะสมทางเทคนิคในเวลาใกล้เคียง (1955) แต่สิ่งประดิษฐ์ที่ยิ่งใหญ่ของตัวนำยิ่งยวดก็เกิดขึ้นในภายหลัง ท้ายที่สุดมันก็เป็นเพียงในปี 1963 ที่เป็นไปได้ในการสร้างสายที่ใช้งานได้จริงซึ่งจะต้องชะลอตัวลงเพื่อรักษาเสถียรภาพทางความร้อน ความขัดแย้งมันเป็นความจริง: การเปิดตัวตัวนำยิ่งยวดเริ่มขึ้นเมื่อแปดปีก่อนการค้นพบที่แท้จริง

ทุกวันนี้ตัวนำยิ่งยวดถูกใช้งานจริงในวิชาฟิสิกส์ซึ่งมีศูนย์วิจัยขนาดใหญ่และอุปกรณ์ใหม่ ๆ ที่ใช้งานมานานหลายปี จากการกดมันเป็นที่รู้จักกันการใช้งานเดี่ยวของมอเตอร์ไฟฟ้ายิ่งยวด, ลูกข่าง, โซลีนอยด์บนเรือเครื่องบิน ในทางการแพทย์พบว่ามีสนามแม่เหล็กไฟฟ้ายิ่งยวดที่สร้างขึ้นโดยสิ่งมีชีวิต

การใช้ตัวนำยิ่งยวดในภาคพลังงานและการขนส่งมีความเกี่ยวข้องสูง ที่นี่งานเตรียมการได้ดำเนินมาหลายปีแล้ว แต่เครื่องจักรและสายเคเบิลใหม่ยังไม่เปิดให้ใช้งาน ทำไม?

มีเหตุผลหลายประการที่เลื่อนวันของการใช้ตัวนำยิ่งยวดขนาดใหญ่ในเศรษฐกิจของประเทศ ยกตัวอย่างเช่นมันไม่ง่ายเลยที่จะพัฒนาทฤษฎีความเป็นตัวนำยิ่งยวด แต่ก็ไม่ยากสำหรับวิศวกรที่จะเชี่ยวชาญทฤษฎีนี้ งานที่ยากอย่างคาดไม่ถึงคือการสร้างสายตัวนำยิ่งยวดไม่มีคำอื่นใดสำหรับกระบวนการสร้างองค์ประกอบหลายองค์ประกอบจากโลหะที่แตกต่างกัน การผลิตเทปตัวนำยิ่งยวดยางและสายไฟจำเป็นต้องมีการพัฒนาเทคโนโลยีพิเศษการสร้างเครื่องจักรพิเศษและแม้แต่อุตสาหกรรมใหม่

ความยากลำบากอย่างมากเกี่ยวข้องกับปริมาณสารลดอุณหภูมิของวัตถุยิ่งยวดเนื่องจากตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น ต้องการรถบรรทุกตู้เย็นกำลังแรงสูง

การพัฒนาเทคโนโลยี cryogenic นั้นไม่สามารถคิดได้โดยไม่ต้องใช้สูญญากาศลึกดังนั้นคุณจำเป็นต้องเรียนรู้วิธีรับและบำรุงรักษา และแน่นอนว่าการวัด: เราต้องการเซ็นเซอร์และอุปกรณ์พิเศษสายควบคุมที่ผ่านโพรงที่มีอุณหภูมิแตกต่างกัน

แต่เมื่อเป็นไปได้ที่จะเอาชนะปัญหาเหล่านี้มันจะไม่ง่ายที่จะแก้ปัญหาไฟฟ้า จนถึงปัจจุบันในวิศวกรรมไฟฟ้ากำลังสูงกระแสของแอมป์นับสิบถึงร้อยมักใช้และเป็นไปได้ทางเทคนิคและทางเศรษฐศาสตร์ในการถ่ายโอนกระแสสูงกว่าตัวนำยิ่งยวดนับพันครั้ง แต่การติดตั้งแบบมัลติแอมป์นั้นจำเป็นหรือไม่?

การติดตั้งดังกล่าวมีอยู่ แต่มีอยู่เพียงเล็กน้อย มันไม่ง่ายที่จะสร้างขึ้นมาเพราะความสามารถในการรองรับกระแสของตัวนำแบบดั้งเดิมทองแดงและอลูมิเนียมนั้นมี จำกัด ตอนนี้ด้วยความช่วยเหลือของตัวนำยิ่งยวดมันเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความหนาแน่นกระแสและกระแสเองซ้ำ ๆ มันจะเป็นจริงที่จะพูดคุยเกี่ยวกับความทันสมัยของโรงไฟฟ้าทั้งหมดจากโรงไฟฟ้าสู่ผู้บริโภค แต่การปรับเช่นนี้จำเป็นหรือไม่ ถ้าไม่ใช่ทำไมต้องสร้างส่วนประกอบตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด

หน่วยดังกล่าวควรมีหลายแอมแปร์ซึ่งไม่อาจปฏิเสธได้ ท้ายที่สุดตัวนำยิ่งยวดก็เป็นวัสดุตัวนำที่ยอดเยี่ยม แต่วงจรไฟฟ้าได้รับการออกแบบสำหรับกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กและแรงดันไฟฟ้าสูงมาก เอาวัตถุหลายแอมป์ไปฝังไว้ในวงจรแอมป์ต่ำ? ไม่จริง และการปรับโครงสร้างที่สมบูรณ์ของอุปกรณ์พลังงานไฟฟ้าทั้งหมดเป็นงานใหญ่ ตัวนำยิ่งยวดจะค้นหาสถานที่ของพวกเขาในการติดตั้งทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์หรือไม่?

อย่างไรก็ตามความยากลำบากของปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการแนะนำของตัวนำยิ่งยวดจะค่อยๆได้รับการแก้ไข เมื่อเริ่มทำงานกับตัวนำยิ่งยวดการขาดแคลนบุคลากรที่ผ่านการฝึกอบรมวัสดุอุปกรณ์และอุปกรณ์ใหม่ ๆ นั้นรุนแรงมากโดยเฉพาะ แต่ถึงกระนั้นก็มีบางรุ่นเล็กเกิดขึ้น มีความต้องการอย่างต่อเนื่องสำหรับสายใหม่ ๆ , อุปกรณ์เสริม, เครื่องมือและเซ็นเซอร์ นักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์มีส่วนร่วมในการแก้ปัญหาในทางปฏิบัติอย่างแท้จริง: การกำหนดเขตข้อมูลที่สำคัญและกระแสการประเมินการสูญเสีย AC การคำนวณพฤติกรรมทนร้อนของตัวนำยิ่งยวดในฮีเลียมเหลว

วันนี้มีทีมวิจัยหลายร้อยคนที่เกี่ยวข้องกับปัญหาความเป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด มีการระบุแผนการวิจัยระยะยาวโซ่ของงานได้รับการกำหนดรายชื่อของสิ่งอำนวยความสะดวกที่จะดำเนินการพร้อม

โดยทั่วไปถือว่างานค้นหาที่จำเป็นในการสร้างตัวอย่างชั้นนำของตัวนำยิ่งยวดของอุปกรณ์นั้นดำเนินการประมาณ 30-50% ในบรรดาแบบจำลองที่สร้างขึ้นคือแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับการวิจัยทางกายภาพและสำหรับเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าเครื่องยนต์ ตัวนำยิ่งยวดหม้อแปลงและส่วนสายเคเบิลตลับลูกปืนและอุปกรณ์ต่างๆ

“ ไม่กี่ปีข้างหน้าจะมีความสำคัญสำหรับการเปลี่ยนแปลงของตัวนำยิ่งยวดจากห้องปฏิบัติการสู่อุตสาหกรรมสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่” J. Bardin ผู้ชนะรางวัลโนเบลกล่าวสองครั้ง

อ่านเกี่ยวกับอนาคตของตัวนำยิ่งยวดในบทความถัดไป

มิคาอิล Chernov https://e.imadeself.com/th

ต่อ:

อนาคตคือตัวนำยิ่งยวด