ตัวนำยิ่งยวดในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า ส่วนที่ 2 อนาคตของตัวนำยิ่งยวด

เมื่อมองอย่างรวดเร็วครั้งแรกวัสดุใหม่ตัวนำยิ่งยวดดูเหมือนจะเป็นประโยชน์ในการใช้งานได้เกือบทุกที่ที่มีการใช้สนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้า แต่เป็นอย่างนั้นเหรอ?

เพื่อที่จะนำทางงานทางเทคนิคจำนวนมากกับตัวนำยิ่งยวดมันควรจะเป็นพาหะในใจว่าไม่มีตัวนำยิ่งยวดเช่นนี้เลย โลหะเหล่านี้เป็นโลหะปกติที่ทุกคนรู้จักภายใต้เงื่อนไขพิเศษที่แสดงคุณสมบัติที่ผิดปกติ

ตัวอย่างเช่นอลูมิเนียมนำกระแสไฟฟ้าได้ดีที่อุณหภูมิห้องดังนั้นจึงถือว่าเป็นตัวนำที่ดีที่สุด สนามแม่เหล็กที่อยู่ภายในนั้นได้รับการปรับปรุงเล็กน้อย: วัสดุดังกล่าวเรียกว่า paramagnets อลูมิเนียมถ่ายทอดความร้อนได้อย่างสมบูรณ์แบบซึ่งหมายความว่ามันจะเป็นตัวนำความร้อน

เมื่อเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำมากคุณสมบัติของโลหะบางชนิดจะเปลี่ยนไปอย่างมาก สำหรับอลูมิเนียมเดียวกันเช่นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 272 ° C ความต้านทานไฟฟ้าจะหายไปและค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเป็นอนันต์ (ตัวนำยิ่งยวด) แต่ค่าการนำความร้อนของวัสดุนั้นลดลงอย่างมาก (ฉนวนกันความร้อน) สนามแม่เหล็กถูกแทนที่อย่างสมบูรณ์จากตัวอย่าง (diamagnet ในอุดมคติ) แต่นี่ยังไม่เพียงพอ: เป็นไปได้ที่จะลงทะเบียนคุณสมบัติควอนตัมของวัสดุซึ่ง ณ อุณหภูมิปกติจะแสดงตัวเองทางอ้อม

โลหะที่แสดงให้เห็นถึงการรวมกันของคุณสมบัติที่ไม่คาดคิดมักเรียกว่าตัวนำยิ่งยวด แต่ก็ไม่ควรลืมเกี่ยวกับข้อ จำกัด ของชื่อนี้ การนำความร้อนที่ลดลงของวัสดุใหม่ยังคงไม่ค่อยได้ใช้ Diamagnetism ของตัวนำยิ่งยวดถูกนำไปใช้อย่างมีจุดประสงค์แล้ว คุณสมบัติของควอนตัมเป็นพื้นฐานของการกระทำของเครื่องมือวัดที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ

อย่างไรก็ตามในระยะเริ่มต้นของการพัฒนาปรากฏการณ์ใหม่ความสนใจของนักวิจัยส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การใช้ตัวนำไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวดขนาดใหญ่อย่างไม่มีที่สิ้นสุด

ประสบความสำเร็จในการสร้างและใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งคือระบบแม่เหล็กยิ่งยวดสำหรับวัตถุประสงค์ต่าง ๆ แน่นอนผ่านตัวนำทั่วไปเนื่องจากการสร้างความร้อนมากเกินไปกระแสสูงเกินไปไม่สามารถผ่าน เมื่อความต้านทานไฟฟ้าหายไปความหนาแน่นกระแสสามารถเพิ่มขึ้นอย่างมาก นักฟิสิกส์ใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้: หลังจากทั้งหมดกระแสยิ่งสูงสนามแม่เหล็กก็จะยิ่งแรงขึ้น ตัวนำยิ่งยวดสามารถสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งมาก นั่นคือเหตุผลที่ทิศทางแม่เหล็กของตัวนำยิ่งยวดทางเทคนิคเริ่มแตกหักเป็นเวลาหลายปี!

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าในอีกไม่กี่สิบปีข้างหน้าอุปกรณ์จะได้รับยูนิตใหม่ที่มีคุณสมบัติที่ดีขึ้น มีการสร้างคันเร่งใหม่พร้อมด้วยระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กพร้อมแรงดึงแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีใบพัดตัวนำยิ่งยวดกำลังถูกสร้างขึ้น มีการสร้างแบบจำลอง tokamak ที่ทรงพลังมากขึ้นและเป็นที่น่าเหลือเชื่อว่าเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นอุตสาหกรรมจะปรากฏขึ้นในช่วงชีวิตของคนรุ่นเราซึ่งไม่สามารถสร้างขึ้นได้หากไม่มีตัวนำยิ่งยวด ในไม่กี่ปีที่ผ่านมาในอาคารที่ผู้ใช้ไฟฟ้ารายใหญ่ตั้งอยู่มันจะเป็นไปได้ที่จะติดตั้งขดลวดวงแหวนขนาดใหญ่ซึ่งมีความคล่องตัวโดยกระแสไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับการติดตั้งในท้องถิ่น

มันจะมีประโยชน์ในการปรับปรุงโครงสร้างวิศวกรรมไฟฟ้าและขยายขีดความสามารถทางเทคนิคของพวกเขา แต่ที่สำคัญกว่านั้นอีกงานหนึ่งก็คือการลบการสูญเสียอันเนื่องมาจากความร้อนของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน แน่นอนว่าเราไม่ได้พูดถึงการเดินสายไฟในบ้านก็เพียงพอที่จะใช้ตัวนำยิ่งยวดสำหรับตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าในการติดตั้งไฟฟ้าขนาดใหญ่

การขาดหายของสายไฟทำให้เกิดการสร้างระบบแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดและอุปกรณ์ cryoelectronicแต่ยังคงสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใหม่เพื่อไม่ให้สูญเสีย แต่เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่ไม่สามารถบรรลุได้ก่อนหน้านี้ และอุปกรณ์ที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดนั้นจะช่วยให้ได้ความแม่นยำในการวัดที่สูงมากถึงแม้ว่าการเพิ่มประสิทธิภาพจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพทางเทคนิคของซูเปอร์มาร์เก็ต

เป็นประโยชน์อย่างยิ่งที่จะใช้ตัวนำยิ่งยวดพิเศษเพื่อลดการสูญเสียไฟฟ้า สายงานนี้ควรค่าแก่การสนับสนุนจากทั่วโลก ตัวอย่างเช่นสายตัวนำยิ่งยวดไม่จำเป็นเนื่องจากความสามารถในการออกแบบของวัสดุที่รู้จักได้หมดไปแล้ว อุปกรณ์เชิงเส้นดังกล่าวมีความน่าสนใจเป็นหลักเนื่องจากสามารถใช้ในการขจัดความสูญเสียในเครือข่ายไฟฟ้า หากสายไฟตัวนำยิ่งยวดถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางการประหยัดทรัพยากรน้ำมันเชื้อเพลิงอย่างมหาศาลสามารถทำได้

เป็นที่ทราบกันว่าเชื้อเพลิงออร์แกนิก (น้ำมัน, ก๊าซ, ถ่านหิน) กำลังหมดลงการผลิตของพวกเขาเริ่มยากขึ้น ทุกวันนี้พลังงานมุ่งเน้นไปที่การเร่งสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในการพัฒนาเทอร์โมนิวเคลียร์ด้วยการใช้พลังงานรังสีแสงอาทิตย์ความร้อนของทะเลและมหาสมุทร สถานีที่ออกแบบมานั้นใช้พลังงานของกระแสน้ำและคลื่น

ตัวนำยิ่งยวดโดยธรรมชาติของพวกเขาจะเหมาะสำหรับวัตถุประสงค์นี้ ท้ายที่สุดเส้นเลือดของสายเคเบิลเครื่องกำเนิดใหม่หม้อแปลงจะไม่ได้รับความร้อนจากกระแสไฟฟ้า เป็นครั้งแรกที่ผู้คนจะสามารถยกเว้นการสูญเสียจูลจากค่าไฟฟ้าได้อย่างมีสติ คาดว่าประสิทธิภาพการยิ่งยวดของโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่จะนำเงินหลายพันล้านดอลลาร์มายังประเทศ

การปรับปรุงคุณสมบัติทางเทคนิคของอุปกรณ์ไฟฟ้าลดการใช้เชื้อเพลิงบางส่วนไปในวันนี้เพื่อชดเชยความสูญเสียในตัวนำไม่เพียงเท่านั้น ตัวนำยิ่งยวดจะปรับปรุงสถานการณ์ด้านสิ่งแวดล้อมของโลก! ท้ายที่สุดพลังงานของอุปกรณ์ทางเทคนิคทั้งหมดจะถูกแปลงเป็นความร้อนในที่สุด อัตราความร้อนของดาวเคราะห์อยู่ในระดับสูงซึ่งสอดคล้องกับการพัฒนาอุตสาหกรรม การนำอุปกรณ์ไฟฟ้ายิ่งยวดมาใช้อย่างแพร่หลายจะช่วยลดความร้อนที่ไหลเข้าสู่ชั้นบรรยากาศหากไม่กำจัดก็อย่างน้อยก็ทำให้มลภาวะทางความร้อนของโลกลดลง

ปัญหาการยอมรับตัวนำยิ่งยวดในวิศวกรรมไฟฟ้ามีความซับซ้อนและหลากหลาย แต่ผลลัพธ์ของการใช้ตัวนำยิ่งยวดในการติดตั้งทางกายภาพและอุตสาหกรรมอาจมีขนาดใหญ่มาก

ตัวนำยิ่งยวดเป็นปรากฏการณ์มหัศจรรย์ การศึกษาคุณสมบัติที่ผิดปกติและน่าประทับใจของตัวนำยิ่งยวดนักฟิสิกส์เจาะลึกลงไปในความลับของโครงสร้างของสสาร วิศวกรพยายามทำให้เครื่องมือยิ่งยวดเป็นเครื่องมือในการทำงาน supertask สำหรับตัวนำยิ่งยวดคือการถ่ายโอนคุณสมบัติที่มีประโยชน์ไปยังวัตถุของเทคโนโลยีใหม่

มิคาอิล Chernov