מוליכות סופר בתעשיית הכוח החשמלי: הווה ועתיד

התבנית הכללית של זמננו היא צמצום הפער בין תגלית מסוימת ליישומה. ברגע שהמרווח הזה הגיע למאות שנים, עכשיו הוא פחת למינימום. לדוגמא, הצגת הצילום נמצאת 112 שנה מאחורי פתיחתה. דשנים מינרליים החלו להשתמש 70 שנה לאחר היווצרותם, תקשורת טלפונית - אחרי 50 שנה, שידורי רדיו - אחרי 35, מכ"ם - אחרי 15, טלוויזיה - אחרי 12, פצצת אטום - אחרי 6 שנים, טרנזיסטור - אחרי 3, ולייזר - אחרי 2 בלבד שנים.

תחילת השימוש הטכני במוליכי-על משנת 1955, אז נוצר האלקטרומגנט הראשון בעזרתם. 56 שנים חלפו מאז שגילתה את מוליכות העל לכניסתה. מה העניין?

על פי חלק מהפיזיקאים הבריטים, עיכוב זה נובע משתי סיבות: התפתחות לא מספקת של טכנולוגיה קריוגנית וגילוי רק מוליכי-על רכים וטהורים. חומרים קשים עם פרמטרים מקובלים מבחינה טכנית התפרסמו רק בשנת 1930, ורק רבע מאה לאחר מכן נוצרו למעשה מוליכים מחומרים כאלה. ומיד סולנואיד עם מתפתל מוליך-על נבנה ונבדק בהצלחה. מוליכות על טכנית נולדה.

לפיכך, ההמצאה ותחילת השימוש בחומרים מוליכי-על מתאימים מבחינה טכנית חופפים בזמן (1955). אבל ההמצאה הממשית של מוליכי העל התרחשה, אולי, מאוחר יותר. אחרי הכל, רק בשנת 1963 ניתן היה ליצור חוטים עבידים באמת שהיו חייבים להאט לצורך ייצוב תרמי. באופן פרדוקסאלי, זו עובדה: הצגתם של מוליכי-על החלה שמונה שנים מוקדם יותר מהתגלית שלהם בפועל.

כיום משתמשים במוליכי-על בפיזיקה, שם משתמשים במתקני מחקר גדולים ובמכשירים חדשים במשך שנים רבות. מהעיתונות ידועים יישומים יחידים של מנועים חשמליים מוליכים-על, גירוסקופים, סולנואידים באוניות, כלי טיס. ברפואה הופיעו מוליכי-על של שדות מגנטיים שנוצרו על ידי אורגניזמים חיים.

השימוש במוליכי-על בתחום האנרגיה ובתחבורה הוא רלוונטי ביותר. כאן נמשכות עבודות הכנה במשך שנים רבות, אך מכונות וכבלים חדשים עדיין אינם פועלים. למה?

ישנן סיבות רבות לדחות את מועד השימוש המאסיבי במוליכי-על בכלכלה הלאומית. לדוגמא, לא היה קל לפתח תיאוריה של מוליכות-על, אך מהנדסים קשה לא פחות לשלוט בתיאוריה זו. משימה קשה באופן בלתי צפוי הייתה בניית חוטים מוליכים-על, אין מילה אחרת לתהליך יצירת קומפוזיציה רב-אלמנטית ממתכות שונות. ייצור קלטות מוליכות-על, צמיגים וחוטים דרש פיתוח טכנולוגיה מיוחדת, יצירת מכונות מיוחדות ואפילו תעשיות חדשות.

קשיים גדולים קשורים לאספקה ​​קריוגנית של חפצים מוליכי-על, מכיוון שמוליכות-על מתעוררת רק בטמפרטורות נמוכות מאוד. נדרשו משאיות קירור בעלות עוצמה גבוהה.

לא ניתן להעלות על הדעת פיתוח טכנולוגיה קריוגנית ללא שימוש בוואקום עמוק, לכן עליכם ללמוד כיצד לקבלו ולתחזק אותו. וכמובן, מדידות: אנו זקוקים לחיישנים ומכשירים מיוחדים, חוטי בקרה העוברים בחללים עם טמפרטורות שונות.

אך כאשר ניתן להתגבר על כל הקשיים הללו, לא יהיה קל לפתור את הבעיה החשמלית. עד עכשיו, בדרך כלל, בהנדסת חשמל בעלת עוצמה גבוהה, משתמשים בדרך כלל בזרמים של עשרות עד מאות אמפר, וזה אפשרי מבחינה טכנית וכלכלית להעביר זרמים גבוהים פי אלפים באמצעות מוליכי-על. אבל האם התקנות מרובות מגברים כאלה נחוצות?

מתקנים כאלה קיימים, אך הם מעטים. לא קל ליצור אותם, מכיוון שיכולת הנשיאה הנוכחית של מוליכים מסורתיים, נחושת ואלומיניום, מוגבלת. כעת, בעזרתם של מוליכי-על אפשר להגדיל שוב ושוב את הצפיפות הנוכחית ואת הזרמים עצמם, יהיה מציאותי לדבר על המודרניזציה של כל מתקני הכוח החשמל מתחנות כוח לצרכנים. אך האם יש צורך בהתאמה כזו? אם לא, מדוע ליצור רכיבי חשמל מוליכים-על?

יחידות כאלה צריכות להיות מרובות-אמפר, זה לא ניתן להכחיש. אחרי הכל, מוליכי-על הם חומר מוליך נפלא. אבל המעגלים החשמליים מיועדים לזרמים קטנים ומתחים גבוהים מאוד. ובכן, הטמע חפצים מרובי-אמפר במעגלים עם נמוכה-אמפר? לא מציאותי. וארגון מחדש המלא של כל ציוד האנרגיה החשמלית הוא משימה אדירה. האם מוליכי-על באמת ימצאו את מקומם רק במיצבים פיזיים ייחודיים?

עם זאת, נפתרים בהדרגה קשיי הבעיה הקשורה בהנהגת מוליכי-על. כאשר החלה עבודה מיושמת עם מוליכי-על, היעדר כוח אדם מיומן, חומרים, ציוד ומכשירים חדשים היה חריף במיוחד. אך בכל זאת, בזה אחר זה קמו דוגמניות קטנות. יש ביקוש קבוע לחוטים חדשים, נוזלים, מכשירים וחיישנים. פיסיקאים ומתמטיקאים מעורבים בפתרון בעיות מעשיות גרידא: קביעת שדות וזרמים קריטיים, הערכת הפסדי AC, חישוב ההתנהגות התרמוסטטית של מוליכי-על בהליום נוזלי.

כיום מאות צוותי מחקר עוסקים בבעיות של מוליכות על טכנית. זוהו תוכניות מחקר ארוכות טווח, גובשו רשתות עבודה, רשימות המתקנים ליישום מוכנות.

בסך הכל ניתן לשקול כי עבודת החיפוש הנחוצה ליצירת הדגימות המובילות של מוליכי העל של הציוד בוצעה בכ- 30-50%. בין הדגמים שנוצרו ניתן למנות אלקטרומגנטים למחקר גופני ולטורבוגנרטורים, מנועים, שנאים מוליכים-על וקטעי כבלים, מסבים ומכשירים.

"השנים הבאות יהיו מכריעות למעבר של מוליכי-על ממעבדות לתעשייה ליישומים גדולים", אומר ג'יי ברדין, זוכה פרס נובל, פעמיים.

קרא על העתיד של מוליכות העל במאמר הבא.

מיכאיל צ'רנוב electro-iw.tomathouse.com

המשך:

העתיד הוא מוליכי-על