מוליכות על בתעשיית הכוח החשמלי. חלק 2. העתיד של מוליכי העל

במבט ראשון נראה כי חומרים חדשים, מוליכי-על, מועילים לשימוש כמעט בכל מקום בו משתמשים בשדות מגנטיים וזרמים חשמליים. אבל האם זה כך?

על מנת לנווט יצירות טכניות רבות עם מוליכי-על, יש לזכור כי אין מוליכי-על, ככאלה, כלל. אלה המתכות הרגילות המוכרות לכולם, בתנאים מיוחדים המציגות תכונות לא שגרתיות.

אלומיניום, למשל, מוליך זרם חשמלי היטב בטמפרטורת החדר, ולכן הוא נחשב לאחד המוליכים הטובים ביותר. השדה המגנטי בו משופר מעט: חומרים כאלה נקראים פרמגנטים. אלומיניום מעביר חום בצורה מושלמת, מה שאומר שהוא יכול להיחשב כמוליך חום.

כאשר מקוררים לטמפרטורות נמוכות במיוחד, תכונותיהם של מתכות מסוימות משתנות באופן משמעותי. עבור אותו אלומיניום, למשל, בטמפרטורות הנמוכות מ- 272 מעלות צלזיוס, ההתנגדות החשמלית נעלמת, והמוליכות עולה לאינסוף (מוליך-על). אבל המוליכות התרמית של החומר מתדרדרת כמעט באותה מידה (מבודד חום). השדה המגנטי נעקר לחלוטין מהדגימה (diamagnet אידיאלי). אבל זה לא מספיק: אפשר לרשום את התכונות הקוונטיות של חומר, שבטמפרטורות רגילות מתבטאות בעקיפין.

מתכות המדגימות שילוב כה בלתי צפוי של איכויות נקראות בדרך כלל מוליכי-על, אך אסור לשכוח את המגבלות של שם זה. מוליכות תרמית מופחתת של חומרים חדשים עדיין משמשת לעיתים נדירות. דיאמגנטיות של מוליכי-על מיושמת כבר באופן מכוון. תכונות קוונטיות היוו את בסיס הפעולה של מכשירי מדידה רבים מדויקים במיוחד.

אף על פי כן, בשלב הראשוני של התפתחות תופעה חדשה, האינטרסים של מרבית החוקרים מתמקדים בשימוש במוליכות הגדולה האינסופית של מוליכי-על.

במיוחד נוצרו ומשתמשים בהצלחה במערכות מגנטיות מוליכות-על למטרות שונות. אכן, באמצעות מוליכים רגילים, עקב ייצור חום מופרז, לא ניתן לעבור זרמים גבוהים מדי. ברגע שההתנגדות החשמלית נעלמה, ניתן להגדיל מאוד את צפיפות הזרם. הפיזיקאים ניצלו זאת: אחרי הכל, ככל שהזרם גבוה יותר, השדה המגנטי חזק יותר. מוליכי-על יכולים ליצור אלקטרומגנטים חזקים במיוחד. זו הסיבה שהכיוון המגנטי של מוליכות על טכנית הפך מכריע במשך שנים רבות!

אין ספק שבעשורים הקרובים הציוד יקבל יחידות חדשות עם מאפיינים משופרים. נוצרים מאיצים חדשים, רכבות עם מתלה מגנטי עם גרירה אלקטרומגנטית, גנרטורים גדולים עם רוטור מוליך-על. נבנים יותר ויותר דגמי טוקמק חזקים יותר, לא ייאמן כי כורים תרמו-גרעיניים תעשייתיים יופיעו במהלך חיי דורנו, שלא ניתן ליצור אותם ללא מוליכי-על. בעוד מספר שנים, בבניינים בהם נמצאים צרכני חשמל גדולים, ניתן יהיה להרכיב סלילי טורואיד ענקיים המוזרמים בזרמים, המיועדים לספק באופן אוטונומי חשמל למתקנים מקומיים.

כדאי לשפר מבני הנדסת חשמל ולהרחיב את יכולותיהם הטכניות. אבל, אולי יותר חשוב, משימה נוספת היא להסיר את ההפסדים כתוצאה מחימום של מוליכים המוזרמים בזרמים חשמליים. כמובן שאיננו מדברים על חיווט חשמל ביתי, די להשתמש במוליכי-על למוליכים נושאי זרם של מתקנים חשמליים גדולים.

העדר הפסדים בחוטים מעדיף יצירת מערכות מגנטיות מוליכות-על וציוד קריאו-אלקטרוני.עם זאת, אלקטרומגנטים חדשים בנויים לא כדי להפחית הפסדים, אלא כדי ליצור שדות מגנטיים שלא ניתן היה להשיג בעבר. והתקנים המבוססים על מוליכי-על מאפשרים להשיג דיוק מדידה גבוה במיוחד, אם כי עלייה ביעילות משפרת משמעותית את הביצועים הטכניים של סופר-מטרים.

כדאי מאוד להשתמש במוליכי-על במיוחד כדי להפחית הפסדים חשמליים. קו עבודה זה ראוי לתמיכה עולמית. לדוגמא, אין צורך בכבלים מוליכים-על מכיוון שכבר מיצו יכולות העיצוב של חומרים ידועים. מכשירים ליניאריים כאלה הם אטרקטיביים בעיקר מכיוון שניתן להשתמש בהם כדי למנוע הפסדים ברשתות החשמל. אם קווי חשמל מוליכים-על פרוסים באופן נרחב, ניתן להשיג חיסכון עצום במשאבי הדלק.

ידוע כי דלקים אורגניים (נפט, גז, פחם) אוזל, ייצורם נעשה קשה יותר ויותר. כיום האנרגיה מתמקדת ביצירתם המואצת של תחנות כוח גרעיניות ומתקני חימום גרעיניים, בפיתוח היתוך תרמו-גרעיני, בשימוש באנרגיית קרינת השמש, בחום הימים והאוקיאנוסים. תחנות מעוצבות הפועלות על אנרגיה של גאות ושפל.

מוליכי-על, מטבעם, יהיו אידיאליים למטרה זו. אחרי הכל, הוורידים של כבלים, גנרטורים, שנאים חדשים לא יחוממו באמצעות זרמים חשמליים. בפעם הראשונה אנשים יוכלו להחריג במודע הפסדים של ג'ול מיתרת עלויות החשמל. ההערכה היא כי הביצועים המוליכים-על של תחנות כוח גדולות יביאו למדינה מיליארדי דולרים.

שיפור המאפיינים הטכניים של ציוד חשמלי, הפחתת צריכת דלק, הובלה חלקית היום לפיצוי על הפסדים במוליכים, זה לא הכל. מוליכי-על ישפרו את המצב הסביבתי בעולם! אחרי הכל, האנרגיה של כל המכשירים הטכניים מומרת בסופו של דבר לחום. קצב החימום של כדור הארץ הוא גבוה, הם תואמים את קצב ההתפתחות התעשייתית. ההצגה הרווחת של ציוד חשמלי מוליך-על תפחית את זרימת החום לאטמוספירה, ומאפשרת, אם לא תחסל, אז לפחות תחליש את הזיהום התרמי של כדור הארץ.

הבעיה באימוץ נרחב של מוליכי-על בהנדסת חשמל היא מורכבת ומגוונת, אך תוצאות השימוש במוליכי-על במתקנים פיזיים ותעשייתיים יכולות להיות עצומות.

מוליכות על היא תופעה נפלאה. חקר התכונות הלא שגרתיות והמרשימות של מוליכי-על, פיזיקאים חודרים עמוק יותר ויותר אל סודות מבנה החומר. מהנדסים שואפים להפוך את מוליכי העל לכלי שלהם, לגרום להם לעבוד. משימת העל למוליכי-על היא העברת התכונות השימושיות שלהם לאובייקטים של טכנולוגיה חדשה.

מיכאיל צ'רנוב