Siêu dẫn trong ngành điện. Phần 2. Tương lai của chất siêu dẫn

Thoạt nhìn, các vật liệu mới, chất siêu dẫn, dường như có lợi khi sử dụng hầu hết mọi nơi sử dụng từ trường và dòng điện. Nhưng có phải vậy không?

Để điều hướng nhiều công trình kỹ thuật với chất siêu dẫn, cần lưu ý rằng không có chất siêu dẫn nào như vậy cả. Đây là những kim loại thông thường được biết đến với tất cả, trong những điều kiện đặc biệt thể hiện tính chất bất thường.

Nhôm, ví dụ, dẫn dòng điện tốt ở nhiệt độ phòng, do đó nó được coi là một trong những chất dẫn điện tốt nhất. Từ trường trong nó được tăng cường một chút: các vật liệu như vậy được gọi là paramagnets. Nhôm truyền nhiệt hoàn hảo, có nghĩa là nó có thể được coi là một chất dẫn nhiệt.

Khi được làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp, tính chất của một số kim loại thay đổi đáng kể. Đối với cùng một loại nhôm, ví dụ, ở nhiệt độ dưới 272 ° C, điện trở sẽ biến mất và độ dẫn điện tăng lên đến vô cùng (chất siêu dẫn). Nhưng độ dẫn nhiệt của vật liệu gần như suy giảm nghiêm trọng (chất cách nhiệt). Từ trường được dịch chuyển hoàn toàn khỏi mẫu (diamagnet lý tưởng). Nhưng điều này là không đủ: có thể đăng ký các tính chất lượng tử của vật liệu, ở nhiệt độ bình thường biểu hiện gián tiếp.

Kim loại thể hiện sự kết hợp bất ngờ của các phẩm chất như vậy thường được gọi là chất siêu dẫn, nhưng người ta không nên quên về những hạn chế của tên này. Giảm độ dẫn nhiệt của vật liệu mới vẫn hiếm khi được sử dụng. Diamagnetism của chất siêu dẫn đã được áp dụng có chủ đích. Tính chất lượng tử hình thành cơ sở hoạt động của nhiều dụng cụ đo cực kỳ chính xác.

Tuy nhiên, ở giai đoạn đầu của sự phát triển của một hiện tượng mới, lợi ích của hầu hết các nhà nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng độ dẫn cực lớn của chất siêu dẫn.

Đặc biệt được tạo và sử dụng thành công là các hệ thống từ tính siêu dẫn cho các mục đích khác nhau. Thật vậy, thông qua các dây dẫn thông thường, do sinh nhiệt quá mức, dòng điện quá cao không thể được truyền qua. Một khi điện trở đã biến mất, mật độ hiện tại có thể được tăng lên rất nhiều. Các nhà vật lý đã tận dụng điều này: sau tất cả, dòng điện càng cao, từ trường càng mạnh. Các chất siêu dẫn có thể tạo ra nam châm điện cực mạnh. Đó là lý do tại sao hướng từ của siêu dẫn kỹ thuật đã trở nên quyết định trong nhiều năm!

Không có nghi ngờ rằng trong những thập kỷ tới, thiết bị sẽ nhận được các đơn vị mới với các đặc tính được cải thiện. Máy gia tốc mới, tàu hỏa có hệ thống treo từ tính với lực kéo điện từ, máy phát điện lớn với rôto siêu dẫn đang được tạo ra. Ngày càng có nhiều mô hình tokamak mạnh mẽ được chế tạo, không thể tin rằng các lò phản ứng nhiệt hạch công nghiệp sẽ xuất hiện trong suốt cuộc đời của thế hệ chúng ta, không thể được tạo ra nếu không có chất siêu dẫn. Trong một vài năm, trong các tòa nhà có người tiêu dùng điện lớn, sẽ có thể lắp các cuộn dây hình xuyến khổng lồ được sắp xếp theo dòng điện, được thiết kế để cung cấp điện tự động cho các lắp đặt địa phương.

Nó rất hữu ích để cải thiện các cấu trúc kỹ thuật điện và mở rộng khả năng kỹ thuật của họ. Nhưng, có lẽ quan trọng hơn, một nhiệm vụ khác là loại bỏ các tổn thất do đốt nóng dây dẫn được sắp xếp hợp lý bởi dòng điện. Tất nhiên, chúng ta không nói về hệ thống dây điện trong gia đình, nó là đủ để sử dụng chất siêu dẫn cho các dây dẫn mang dòng điện của các lắp đặt điện lớn.

Việc không có tổn thất trong các dây dẫn ủng hộ việc tạo ra các hệ thống từ tính siêu dẫn và thiết bị điện lạnh.Tuy nhiên, nam châm điện mới được chế tạo không phải để giảm tổn thất, mà để tạo ra từ trường không thể đạt được trước đây. Và các thiết bị dựa trên chất siêu dẫn giúp có thể đạt được độ chính xác đo cực cao, mặc dù việc tăng hiệu quả giúp cải thiện đáng kể hiệu suất kỹ thuật của siêu thị.

Nó cực kỳ có lợi khi sử dụng chất siêu dẫn đặc biệt để giảm tổn thất điện. Dòng công việc này là xứng đáng để hỗ trợ trên toàn thế giới. Ví dụ, cáp siêu dẫn là không cần thiết vì khả năng thiết kế của các vật liệu đã biết đã cạn kiệt. Các thiết bị tuyến tính như vậy hấp dẫn chủ yếu bởi vì chúng có thể được sử dụng để loại bỏ tổn thất trong mạng điện. Nếu các đường dây điện siêu dẫn được triển khai rộng rãi, có thể tiết kiệm được rất nhiều tài nguyên nhiên liệu.

Được biết, nhiên liệu hữu cơ (dầu, khí đốt, than đá) đang cạn kiệt, việc sản xuất chúng ngày càng khó khăn. Ngày nay, năng lượng tập trung vào việc tạo ra các nhà máy điện hạt nhân và nhà máy sưởi hạt nhân, tăng cường phát triển nhiệt hạch hạt nhân, sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời, sức nóng của biển và đại dương. Các trạm được thiết kế hoạt động dựa trên năng lượng của thủy triều và sóng.

Các chất siêu dẫn, theo bản chất của chúng, sẽ là lý tưởng cho mục đích này. Rốt cuộc, tĩnh mạch của dây cáp, máy phát điện, máy biến thế mới sẽ không bị đốt nóng bởi dòng điện. Lần đầu tiên, mọi người có thể có ý thức loại trừ tổn thất của Joule khỏi sự cân bằng của chi phí điện. Người ta ước tính rằng hiệu suất siêu dẫn của các nhà máy điện lớn sẽ mang lại hàng tỷ đô la cho đất nước.

Cải thiện các đặc tính kỹ thuật của thiết bị điện, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, một phần ngày nay sẽ bù đắp cho tổn thất trong dây dẫn, không phải là tất cả. Các chất siêu dẫn sẽ cải thiện tình hình môi trường trên toàn cầu! Rốt cuộc, năng lượng của tất cả các thiết bị kỹ thuật cuối cùng được chuyển thành nhiệt. Tốc độ gia nhiệt của hành tinh rất cao, chúng tương ứng với tốc độ phát triển công nghiệp. Việc giới thiệu rộng rãi các thiết bị điện siêu dẫn sẽ làm giảm dòng nhiệt vào khí quyển, cho phép, nếu không loại bỏ, thì ít nhất làm suy yếu ô nhiễm nhiệt của hành tinh.

Vấn đề áp dụng rộng rãi các chất siêu dẫn trong kỹ thuật điện là phức tạp và đa dạng, nhưng kết quả của việc sử dụng chất siêu dẫn trong lắp đặt vật lý và công nghiệp có thể rất lớn.

Siêu dẫn là một hiện tượng tuyệt vời. Nghiên cứu các tính chất bất thường và ấn tượng của chất siêu dẫn, các nhà vật lý thâm nhập ngày càng sâu hơn vào các bí mật của cấu trúc của vật chất. Các kỹ sư cố gắng làm cho chất siêu dẫn trở thành công cụ của họ, để làm cho chúng hoạt động. Các supertask cho chất siêu dẫn là việc chuyển các thuộc tính hữu ích của chúng sang các đối tượng của công nghệ mới.

Mikhail Chernov