Elektrik güç endüstrisinde süperiletkenlik: bugün ve gelecek

Zamanımızın genel modeli, belirli bir keşif ve uygulanması arasındaki boşluğun daralmasıdır. Bu aralık yüzlerce yıla ulaştığında, şimdi en aza indirildi. Örneğin, fotoğrafın tanıtımı, açılışının 112 yıl gerisindedir. Mineral gübreler, yaratıldıktan 70 yıl sonra, telefon iletişimi - 50 yıl sonra, radyo yayıncılığı - 35 sonra, radar - 15'ten sonra, televizyon - 12'den sonra, bir atom bombası - 6 yıl sonra, bir transistör - 3 sonra ve lazer - sadece 2 sonra kullanılmaya başlandı yıl.

Süperiletkenlerin teknik kullanımının başlangıcı, ilk elektromıknatısın yardımı ile oluşturulduğu 1955 yılına kadar uzanmaktadır. Süperiletkenliğin keşfinden bu yana 56 yıl geçti. Sorun nedir?

Bazı İngiliz fizikçilere göre, bu gecikmenin iki nedeni vardır: kriyojenik teknolojinin yetersiz gelişimi ve sadece yumuşak, saf süper iletkenlerin keşfi. Teknik olarak kabul edilebilir parametrelere sahip sert malzemeler sadece 1930'da bilinir ve bundan sadece bir çeyrek yüzyıl sonra, bu tür malzemelerden iletkenler gerçekte yaratılmıştır. Ve hemen süper iletken sargılı bir solenoid inşa edildi ve başarıyla test edildi. Teknik süperiletkenlik doğdu.

Böylece, buluş ve teknik olarak uygun süper iletken malzemelerin kullanımının başlaması zamanla çakışmıştır (1955). Ancak süperiletkenlerin gerçek icadı belki de daha sonra gerçekleşti. Sonuçta, sadece 1963'te termal stabilizasyon için yavaşlatılması gereken gerçekten işlenebilir kablolar oluşturmak mümkün oldu. Paradoksal olarak, bu bir gerçek: süperiletkenlerin tanıtımı, gerçek keşiflerinden sekiz yıl önce başladı.

Günümüzde, süperiletkenler uzun yıllardır büyük araştırma tesislerinin ve yeni cihazların kullanıldığı fizikte pratik olarak kullanılmaktadır. Basından, süper iletken elektrik motorlarının, jiroskopların, gemilerdeki solenoidlerin, uçakların tek uygulamaları bilinmektedir. Tıpta, canlı organizmalar tarafından oluşturulan süper iletken metre manyetik alanlar ortaya çıktı.

Enerji sektöründe ve ulaşımda süperiletkenlerin kullanımı son derece önemlidir. Burada hazırlık çalışmaları yıllardır sürüyor, ancak yeni makineler ve kablolar henüz çalışmıyor. Neden?

Süperiletkenlerin ülke ekonomisindeki yoğun kullanım tarihini ertelemenin birçok nedeni vardır. Örneğin, bir süperiletkenlik teorisi geliştirmek kolay değildi, ancak mühendislerin bu teoriye hakim olmaları daha az zor değildi. Beklenmedik derecede zor bir görev, süper iletken tellerin inşasıydı, farklı metallerden çok elementli bir kompozisyon oluşturma süreci için başka bir kelime yok. Süper iletken bantların, lastiklerin ve tellerin üretimi için özel teknolojinin geliştirilmesi, özel makinelerin oluşturulması ve hatta yeni endüstriler gerekiyordu.

Süperiletkenlik sadece çok düşük sıcaklıklarda ortaya çıktığından, süperiletken nesnelerin kriyojenik temini ile büyük zorluklar vardır. Yüksek güçlü frigorifik kamyonlar gerekiyordu.

Kriyojenik teknolojinin gelişimi, derin bir vakum kullanmadan düşünülemez, bu yüzden onu nasıl alacağınızı ve koruyacağınızı öğrenmeniz gerekir. Ve elbette, ölçümler: özel sensörlere ve cihazlara, farklı sıcaklıklara sahip boşluklardan geçen tellere ihtiyacımız var.

Ancak tüm bu zorlukların üstesinden gelmek mümkün olduğunda, elektrik problemini çözmek kolay olmayacaktır. Şimdiye kadar, yüksek güçlü elektrik mühendisliğinde, onlarca ila yüzlerce amperlik akımlar genellikle kullanılmaktadır ve akımları süperiletkenlerle binlerce kat daha fazla aktarmak teknik ve ekonomik olarak mümkündür. Ancak bu tür çoklu amplifikatör kurulumları gerekli mi?

Bu tür kurulumlar var, ancak çok az. Bunları oluşturmak kolay değildir, çünkü geleneksel iletkenlerin bakır ve alüminyumun mevcut taşıma kapasitesi sınırlıdır. Süper iletkenlerin yardımıyla, mevcut yoğunlukları ve akımları kendileri tekrar tekrar arttırmanın mümkün olduğuna göre, elektrik santrallerinden tüketicilere tüm elektrik santrallerinin modernizasyonu hakkında konuşmak gerçekçi olacaktır. Ancak böyle bir ayarlama gerekli mi? Değilse, neden süper iletken elektrik bileşenleri oluşturmalısınız?

Bu tür birimler çok amper olmalıdır, bu yadsınamaz. Sonuçta, süperiletkenler harika bir iletken malzemedir. Ancak elektrik devreleri küçük akımlar ve çok yüksek voltajlar için tasarlanmıştır. Peki, çok amperli nesneleri düşük amperli devrelere gömmek? Unreal. Ve tüm elektrik enerjisi ekipmanlarının tamamen yeniden yapılandırılması büyük bir görevdir. Süperiletkenler gerçekten benzersiz fiziksel kurulumlarda yerlerini bulacak mı?

Bununla birlikte, süperiletkenlerin getirilmesiyle ilgili problemin zorlukları yavaş yavaş çözülmektedir. Süperiletkenlerle uygulama çalışmaları başladığında, eğitimli personel, yeni malzeme, ekipman ve cihaz eksikliği özellikle akuttu. Ama yine de, birbiri ardına küçük modeller ortaya çıktı. Yeni teller, akışkanlaştırıcılar, enstrümanlar ve sensörler için istikrarlı bir talep var. Fizikçiler ve matematikçiler tamamen pratik problemlerin çözümünde yer alırlar: kritik alanların ve akımların belirlenmesi, AC kayıplarının değerlendirilmesi, sıvı helyumdaki süperiletkenlerin termostabil davranışının hesaplanması.

Bugün yüzlerce araştırma ekibi teknik süperiletkenlik sorunlarıyla ilgilenmektedir. Uzun vadeli araştırma planları belirlenmiş, çalışma zincirleri oluşturulmuş, uygulanacak tesislerin listesi hazır.

Genel olarak, ekipmanın süper iletkenlerinin önde gelen örneklerini oluşturmak için gerekli arama çalışmasının yaklaşık% 30-50 oranında yapıldığı düşünülebilir. Oluşturulan modeller arasında fiziksel araştırma ve turbo jeneratörler, motorlar için elektromıknatıslar, süper iletken transformatörler ve kablo bölümleri, rulmanlar ve cihazlar.

İki yıl, Nobel Ödülü sahibi J. Bardin, “Önümüzdeki birkaç yıl, süperiletkenlerin büyük ölçekli uygulamalar için laboratuvarlardan endüstriye geçişi için çok önemli olacak” diyor.

Bir sonraki makalede süperiletkenliğin geleceği hakkında bilgi edinin.

Mikhail Chernov electro-tr.tomathouse.com

Devam:

Gelecek süperiletkenler