Elektrik güç endüstrisinde süperiletkenlik. Bölüm 2. Süperiletkenlerin geleceği

İlk bakışta, yeni malzemelerin, süperiletkenlerin manyetik alanların ve elektrik akımlarının kullanıldığı hemen hemen her yerde kullanılması avantajlı görünmektedir. Ama öyle mi?

Süperiletkenlerle birçok teknik işte gezinmek için, hiçbir süperiletkenin olmadığı akılda tutulmalıdır. Bunlar, olağandışı özellikler sergileyen özel koşullar altında herkes tarafından bilinen olağan metallerdir.

Örneğin alüminyum, elektrik akımını oda sıcaklığında iyi iletir, bu nedenle en iyi iletkenlerden biri olarak kabul edilir. İçindeki manyetik alan biraz artar: bu tür malzemelere paramanyetik denir. Alüminyum ısıyı mükemmel bir şekilde iletir, yani bir ısı iletkeni olarak kabul edilebilir.

Aşırı düşük sıcaklıklara soğutulduğunda, bazı metallerin özellikleri önemli ölçüde değişir. Aynı alüminyum için, örneğin 272 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda, elektrik direnci kaybolur ve iletkenlik sonsuza yükselir (süper iletken). Ancak malzemenin termal iletkenliği neredeyse kötü bir şekilde bozulmaktadır (ısı yalıtkanı). Manyetik alan numuneden tamamen uzaklaştırılmıştır (ideal diamagnet). Ancak bu yeterli değildir: normal sıcaklıklarda kendilerini dolaylı olarak gösteren bir malzemenin kuantum özelliklerini kaydetmek mümkündür.

Bu tür beklenmedik bir nitelikler kombinasyonu gösteren metallere genellikle süper iletken denir, ancak bu adın sınırlamalarını unutmamak gerekir. Yeni malzemelerin azaltılmış termal iletkenliği hala nadiren kullanılmaktadır. Süperiletkenlerin diyamanyetizması zaten kasıtlı olarak uygulanmaktadır. Kuantum özellikleri, birçok ultra hassas ölçüm cihazının etkisinin temelini oluşturdu.

Bununla birlikte, yeni bir fenomenin gelişiminin ilk aşamasında, çoğu araştırmacının çıkarları, süper iletkenlerin sonsuz büyük iletkenliğinin kullanımına odaklanmaktadır.

Özellikle başarıyla oluşturulan ve kullanılan çeşitli amaçlar için süper iletken manyetik sistemler. Gerçekten de, sıradan iletkenler aracılığıyla, aşırı ısı üretimi nedeniyle çok yüksek akımlar geçirilemez. Elektrik direnci ortadan kalktığında, akım yoğunlukları büyük ölçüde artırılabilir. Fizikçiler bundan faydalandı: sonuçta, akım ne kadar yüksek olursa, manyetik alan o kadar güçlüdür. Süperiletkenler son derece güçlü elektromıknatıslar oluşturabilir. Bu nedenle teknik süperiletkenliğin manyetik yönü yıllardır belirleyici olmuştur!

Gelecek on yıllarda, ekipmanın geliştirilmiş özelliklere sahip yeni birimler alacağına şüphe yok. Yeni hızlandırıcılar, elektromanyetik çekişli manyetik süspansiyonlu trenler, süperiletken rotorlu büyük jeneratörler oluşturuluyor. Gittikçe daha güçlü tokamak modelleri üretiliyor, süperiletkenler olmadan yaratılamayan neslimizin ömrü boyunca endüstriyel termonükleer reaktörlerin ortaya çıkması inanılmaz. Birkaç yıl içinde, büyük elektrik tüketicilerinin bulunduğu binalarda, yerel tesislere özerk bir şekilde elektrik sağlamak için tasarlanmış, akımlarla düzenlenmiş büyük toroidal bobinler monte etmek mümkün olacaktır.

Elektrik mühendisliği yapılarını iyileştirmek ve teknik yeteneklerini genişletmek yararlıdır. Ancak, belki daha da önemlisi, başka bir görev, elektrik akımları tarafından aktive edilen iletkenlerin ısınmasından kaynaklanan kayıpları ortadan kaldırmaktır. Tabii ki, ev elektrik kablolarından bahsetmiyoruz, büyük elektrik tesisatlarının akım taşıyan iletkenleri için süper iletkenler kullanmak yeterlidir.

Tellerde kayıp olmaması, süper iletken manyetik sistemler ve kriyoelektronik ekipmanların oluşturulmasını destekler.Ancak yine de, kayıpları azaltmak için değil, daha önce ulaşılamayan manyetik alanlar oluşturmak için yeni elektromıknatıslar inşa edilmiştir. Ve süperiletkenlere dayalı cihazlar son derece yüksek ölçüm doğruluğu elde etmeyi sağlar, ancak verimlilikte bir artış süpermetrelerin teknik performansını önemli ölçüde artırır.

Özellikle elektrik kayıplarını azaltmak için süperiletkenlerin kullanılması son derece faydalıdır. Bu çalışma alanı dünya çapında desteğe değer. Örneğin, süper iletken kablolara gerek yoktur, çünkü bilinen malzemelerin tasarım yetenekleri çoktan tükenmiştir. Bu tür lineer cihazlar, caziptir çünkü elektrik şebekelerindeki kayıpları ortadan kaldırmak için kullanılabilirler. Süper iletken enerji hatları yaygın bir şekilde konuşlandırılırsa, yakıt kaynaklarında büyük tasarruflar sağlanabilir.

Organik yakıtların (petrol, gaz, kömür) tükendiği, üretimlerinin giderek zorlaştığı bilinmektedir. Günümüzde enerji, nükleer enerji santrallerinin ve nükleer ısıtma tesislerinin hızlandırılmış oluşturulmasına, termonükleer füzyonun geliştirilmesine, güneş radyasyon enerjisinin kullanımına, denizlerin ve okyanusların ısısına odaklanmaktadır. Gelgit ve dalgaların enerjisi ile çalışan tasarlanmış istasyonlar.

Süperiletkenler, doğası gereği, bu amaç için ideal olacaktır. Sonuçta, yeni kabloların, jeneratörlerin, transformatörlerin damarları elektrik akımları ile ısıtılmayacaktır. İlk kez, insanlar Joule kayıplarını elektrik maliyetleri dengesinden bilinçli olarak dışlayabilirlerdi. Büyük enerji santrallerinin süper iletken performansının ülkeye milyarlarca dolar getireceği tahmin edilmektedir.

Elektrikli ekipmanların teknik özelliklerinin iyileştirilmesi, yakıt tüketiminin azaltılması, bugün iletkenlerdeki kayıpları telafi etmek için kısmen gidiyor, hepsi bu değil. Süperiletkenler dünya üzerindeki çevresel durumu iyileştirecek! Sonuçta, tüm teknik cihazların enerjisi nihayetinde ısıya dönüştürülür. Gezegenin ısıtma hızı yüksektir, endüstriyel gelişimin hızına karşılık gelirler. Süper iletken elektrikli ekipmanların yaygın olarak kullanılması, atmosfere ısı akışını azaltarak, ortadan kaldırılmazsa, en azından gezegenin termal kirliliğini zayıflatır.

Süper mühendislerin elektrik mühendisliğinde yaygın olarak benimsenmesi sorunu karmaşık ve çeşitlidir, ancak fiziksel ve endüstriyel tesisatlarda süper iletkenlerin kullanılmasının sonuçları büyük olabilir.

Süperiletkenlik harika bir fenomendir. Süperiletkenlerin alışılmadık ve etkileyici özelliklerini inceleyen fizikçiler, maddenin yapısının sırlarına daha derin ve daha derin nüfuz ederler. Mühendisler süperiletkenleri kendi aracı yapmak için çalışırlar. Süperiletkenler için süper görev, yararlı özelliklerinin yeni teknoloji nesnelerine aktarılmasıdır.

Mikhail Chernov