Siêu dẫn trong ngành điện: hiện tại và tương lai

Mô hình chung của thời đại chúng ta là thu hẹp khoảng cách giữa một khám phá cụ thể và việc thực hiện nó. Một khi khoảng thời gian này đạt đến hàng trăm năm, bây giờ nó đã giảm xuống mức tối thiểu. Ví dụ, sự ra đời của nhiếp ảnh là 112 năm sau khi khai trương. Phân khoáng bắt đầu được sử dụng 70 năm sau khi chúng được tạo ra, liên lạc qua điện thoại - sau 50 năm, phát sóng vô tuyến - sau 35, radar - sau 15, truyền hình - sau 12, một quả bom nguyên tử - sau 6 năm, một bóng bán dẫn - sau 3, và laser - chỉ sau 2 năm

Sự khởi đầu của việc sử dụng kỹ thuật các chất siêu dẫn bắt đầu từ năm 1955, khi nam châm điện đầu tiên được tạo ra với sự giúp đỡ của chúng. 56 năm đã trôi qua kể từ khi phát hiện ra tính siêu dẫn cho đến khi được giới thiệu. Vấn đề là gì?

Theo một số nhà vật lý người Anh, sự chậm trễ này là do hai lý do: sự phát triển không đầy đủ của công nghệ đông lạnh và việc phát hiện ra các chất siêu dẫn mềm, tinh khiết. Vật liệu cứng với các thông số kỹ thuật có thể chấp nhận được chỉ được biết đến vào năm 1930 và chỉ một phần tư thế kỷ sau đó, dây dẫn từ những vật liệu như vậy đã thực sự được tạo ra. Và ngay lập tức một cuộn điện từ có cuộn dây siêu dẫn đã được chế tạo và thử nghiệm thành công. Kỹ thuật siêu dẫn đã ra đời.

Do đó, phát minh và bắt đầu sử dụng vật liệu siêu dẫn phù hợp về mặt kỹ thuật đã trùng khớp với thời gian (1955). Nhưng phát minh thực tế của chất siêu dẫn đã xảy ra, có lẽ, sau đó. Rốt cuộc, chỉ đến năm 1963, người ta mới có thể tạo ra những dây dẫn thực sự khả thi, phải được làm chậm lại để ổn định nhiệt. Nghịch lý thay, đó là một thực tế: sự ra đời của chất siêu dẫn bắt đầu sớm hơn tám năm so với khám phá thực tế của họ.

Ngày nay, chất siêu dẫn được sử dụng thực tế trong vật lý, nơi các cơ sở nghiên cứu lớn và các thiết bị mới đã được sử dụng trong nhiều năm. Từ báo chí, người ta biết đến các ứng dụng duy nhất của động cơ điện siêu dẫn, con quay hồi chuyển, solenoids trên tàu, máy bay. Trong y học, những mét từ trường siêu dẫn được tạo ra bởi các sinh vật sống đã xuất hiện.

Việc sử dụng chất siêu dẫn trong lĩnh vực năng lượng và trong vận tải có liên quan cao. Ở đây, công việc chuẩn bị đã được tiến hành trong nhiều năm, nhưng máy móc và dây cáp mới vẫn chưa hoạt động. Tại sao?

Có nhiều lý do hoãn ngày sử dụng chất siêu dẫn khổng lồ trong nền kinh tế quốc gia. Ví dụ, không dễ để phát triển một lý thuyết siêu dẫn, nhưng không khó để các kỹ sư nắm vững lý thuyết này. Một nhiệm vụ khó khăn bất ngờ là việc xây dựng các dây siêu dẫn, không có từ nào khác cho quá trình tạo ra một thành phần đa yếu tố từ các kim loại khác nhau. Việc sản xuất băng siêu dẫn, lốp xe và dây điện đòi hỏi sự phát triển của công nghệ đặc biệt, tạo ra các máy móc đặc biệt và thậm chí các ngành công nghiệp mới.

Những khó khăn lớn liên quan đến việc cung cấp đông lạnh các vật thể siêu dẫn, bởi vì tính siêu dẫn chỉ phát sinh ở nhiệt độ rất thấp. Xe tải đông lạnh công suất cao được yêu cầu.

Sự phát triển của công nghệ đông lạnh là không thể tưởng tượng được nếu không sử dụng chân không sâu, vì vậy bạn cần học cách tiếp nhận và duy trì nó. Và tất nhiên, các phép đo: chúng ta cần các cảm biến và thiết bị đặc biệt, dây điều khiển đi qua các hốc với nhiệt độ khác nhau.

Nhưng khi có thể khắc phục tất cả những khó khăn này, sẽ không dễ để giải quyết vấn đề điện. Cho đến nay, trong kỹ thuật điện công suất cao, dòng điện từ hàng chục đến hàng trăm ampe thường được sử dụng, và việc truyền dòng điện cao hơn hàng nghìn lần qua các chất siêu dẫn là khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế. Nhưng việc cài đặt nhiều amp như vậy có cần thiết không?

Cài đặt như vậy tồn tại, nhưng chúng là rất ít. Không dễ để tạo ra chúng, bởi vì khả năng mang theo hiện tại của dây dẫn truyền thống, đồng và nhôm, còn hạn chế. Bây giờ với sự trợ giúp của các chất siêu dẫn, có thể liên tục tăng mật độ hiện tại và chính dòng điện, sẽ là thực tế khi nói về việc hiện đại hóa tất cả các nhà máy điện từ nhà máy điện đến người tiêu dùng. Nhưng điều chỉnh như vậy có cần thiết không? Nếu không, tại sao tạo ra các thành phần điện siêu dẫn?

Các đơn vị như vậy nên là đa ampe, điều này là không thể phủ nhận. Xét cho cùng, chất siêu dẫn là một vật liệu dẫn tuyệt vời. Nhưng các mạch điện được thiết kế cho dòng điện nhỏ và điện áp rất cao. Chà, nhúng các đối tượng đa ampe vào các mạch có ampe thấp? Không thực tế. Và việc tái cấu trúc hoàn toàn tất cả các thiết bị năng lượng điện là một nhiệm vụ rất lớn. Các chất siêu dẫn sẽ thực sự tìm thấy vị trí của chúng chỉ trong các cài đặt vật lý duy nhất?

Tuy nhiên, những khó khăn của vấn đề liên quan đến việc giới thiệu chất siêu dẫn đang dần được giải quyết. Khi công việc ứng dụng với chất siêu dẫn bắt đầu, việc thiếu nhân viên được đào tạo, vật liệu, thiết bị và thiết bị mới đặc biệt nghiêm trọng. Tuy nhiên, hết lần này đến lần khác, các mô hình nhỏ phát sinh. Đã có một nhu cầu ổn định cho dây, chất lỏng, dụng cụ và cảm biến mới. Các nhà vật lý và toán học tham gia giải quyết các vấn đề hoàn toàn thực tế: xác định các trường và dòng quan trọng, đánh giá tổn thất AC, tính toán hành vi ổn định nhiệt của chất siêu dẫn trong helium lỏng.

Ngày nay, hàng trăm nhóm nghiên cứu đang tham gia vào các vấn đề về siêu dẫn kỹ thuật. Kế hoạch nghiên cứu dài hạn đã được xác định, chuỗi công việc đã được xây dựng, danh sách các cơ sở sẽ được thực hiện đã sẵn sàng.

Nhìn chung, có thể xem xét rằng công việc tìm kiếm cần thiết để tạo ra các mẫu siêu dẫn hàng đầu của thiết bị được thực hiện khoảng 30-50%. Trong số các mô hình được tạo ra là nam châm điện cho nghiên cứu vật lý và cho máy phát điện, động cơ, máy biến áp siêu dẫn và phần cáp, vòng bi và thiết bị.

J. Vài năm tới sẽ rất quan trọng cho việc chuyển đổi các chất siêu dẫn từ các phòng thí nghiệm sang công nghiệp cho các ứng dụng quy mô lớn, ông J. Bardin, người từng đoạt giải thưởng Nobel, nói hai lần.

Đọc về tương lai của siêu dẫn trong bài viết tiếp theo.

Mikhail Chernov electro-vi.tomathouse.com

Tiếp tục:

Tương lai là chất siêu dẫn