A magas hőmérsékletű szupravezetők áttekintése. A magas hőmérsékletű szupravezetők alkalmazásai az energetikában

Egészen a közelmúltig gyakorlati alkalmazása alacsony üzemi hőmérsékletük miatt – 20K alatti – nagyon korlátozott volt. A kritikus hőmérsékletű magas hőmérsékletű szupravezetők felfedezése 1986-ban

megváltozott

helyzet,

leegyszerűsítve a hűtési kérdések teljes körét (a tekercsek üzemi hőmérséklete „megnőtt, kevésbé érzékenyek a hőzavarokra). Most vannak lehetőségek

Teremtés

generációk

elektromos berendezések,

használat

alacsony hőmérséklet

szupravezetők

kiderült

rendkívüli lenne

drága,

nem jövedelmező.

A múlt század 90-es évek második fele egy széles kezdete

támadó

magas hőmérséklet

szupravezetés a villamosenergia-ipar számára. Magas hőmérséklet

szupravezetők

használat

gyártás

transzformátorok,

elektromos

induktív

meghajtók

korlátlan

tároló), áramkorlátozók stb. A telepítetthez képest

jellemzik

csökkent

veszteség

méretek és méretek, valamint nagyobb hatékonyságot biztosítanak a villamosenergia-termelésben, -átvitelben és -elosztásban. Így a szupravezető transzformátoroknak lesz

veszteség,

mint az azonos teljesítményű hagyományos tekercsekkel rendelkező transzformátorok. Ezen kívül szupravezető transzformátorok

képes

határ

túlterhelés,

nem igényelnek ásványi olajat, ami azt jelenti, hogy környezetbarátak és nem tűzveszélyesek. Szupravezető korlátozók

ideiglenes

jellemzők, azaz kevésbé tehetetlenek; A szupravezető generátorok és energiatároló eszközök beépítése az elektromos hálózatba javítja annak stabilitását. Jelenlegi teherbíró képesség

földalatti

szupravezető

2-5-ször magasabb lehet, mint a közönségesek. A szupravezető kábelek sokkal kompaktabbak, ami azt jelenti, hogy a sűrű városi/elővárosi infrastruktúrába történő telepítésük lényegesen egyszerűbb.

Tájékoztató jellegű

műszaki és gazdasági

Dél-koreai számítások

energetikai dolgozók,

végrehajtani

hosszú távú

tervezés

elektromos

a szöuli régió hálózatai. Eredményeik azt mutatják, hogy 154 kV-on fekve 1 GW szupravezető

kábelek

kerülni fog

mint általában.

bekapcsol

kábelek és vezetékek tervezése és szerelése (figyelembe véve a szükséges menetek számának csökkenését és ennek megfelelően a csökkenést teljes szám kábelek km-ben kifejezve és csökkentve a vezetékek belső átmérőjét). Az európai szakemberek hasonló kérdések tanulmányozásakor figyelmet fordítanak arra a tényre, hogy a szupravezetés tekintetében

jelentősen

feszültség.

Következésképpen a környezet elektromágneses szennyezése csökkenni fog

sűrűn lakott

elhagyni az ultra-nagyfeszültségű vezetékeket, amelyek fektetését

találkozik

súlyos

a lakosság, különösen a zöldek ellenállása. Az USA-ban végzett értékelés is biztató: végrehajtás

szupravezető

felszerelés

generátorokon, transzformátorokon és motorokon) és a nemzeti energiaszektorba irányuló kábelek az összes villamos energia akár 3%-át is megtakaríthatják. Ugyanakkor széles körben elterjedt

legújabb

Hangsúlyozták, hogy a fejlesztők fő erőfeszítéseit a következőkre kell összpontosítani: 1) a kriorendszerek hatékonyságának növelése; 2) az áramhordozó kapacitás növelése

szupravezető

vezetékek

dinamikus veszteségek és a szupravezető részarányának növelése a huzal-keresztmetszetben); 3) a szupravezető huzalok költségeinek csökkentése (különösen a termelékenység növekedése miatt);

4) a kriogén berendezések költségeinek csökkentése. Vegye figyelembe, hogy egy kétszáz méteres Bi-2223 alapú szalag eddig elért legmagasabb „mérnöki” kritikus áramsűrűsége (a kritikus áram osztva a teljes keresztmetszeti területtel) 14-16 kA/cm 2 hőmérséklet 77 K. IN fejlett országokban a tervezett kereskedelmi forgalomba hozatal folyamatban van

technológiákat

magas hőmérsékletű szupravezetők. Az amerikai „Superconductivity for the Electric Power Industry 1996-2000” program jelzésértékű ebből a szempontból. E program szerint

befogadás

szupravezető

összetevő

elektromos berendezések globális stratégiai

előny

ipar

század XXI Ugyanakkor nem szabad megfeledkezni arról, hogy a Világbank becslései szerint az elkövetkező 20 éves időszakban (vagyis 2020-ig) a szupravezető anyagok eladásának 100-szoros növekedése várható.

felszerelés

elektromos teljesítmény

eszközöket

nőni fog

32 milliárd dollár (összesen

szupravezetők,

beleértve

az olyan alkalmazások, mint a közlekedés, az orvostudomány, az elektronika és a tudomány, elérik a 122 milliárd dollárt).

Vegye figyelembe, hogy Oroszország, az USA-val és Japánnal együtt megtartotta vezető szerepét

fejlesztés

szupravezető

technológiák a huszadik század 90-es évek elejéig. Másrészt érdekek

ipari és műszaki

Oroszország biztonsága kétségtelenül megköveteli ezek erőteljes alkalmazását mind a villamosenergia-iparban, mind más iparágakban. A szupravezető technológia fejlődése és „előmozdítása” a globális villamosenergia-piacon erőteljes

eredményeket

tüntetések

teljes méretű prototípusok sikeres munkája minden terméktípushoz. Mik azok

eredményeket

világ

közösségek

ebbe az irányba? Japánban a Gazdasági, Kereskedelmi és Ipari Minisztérium védnöksége alatt, hosszú távú

program

fejlesztési területek

HTSC berendezés,

Először is a tápkábelek.

A projekt két szakaszra oszlik: 1. szakasz (2001-2004) és 2. szakasz (2005-2009).

Koordinátorok

vannak

Szervezet

Új technológiák fejlesztése az energetikában és az iparban (NEDO) és a Szupravezető Berendezések és Anyagok Kutatószövetsége (Super-GM). IN

érintett

KEPCO, Furukawa, Sumitomo, Fujikura, Hitachi stb. (HTS kábelek); KEPCO, Sumitomo, Toshiba stb. (HTSC áramkorlátozók); TEPCO, KEPCO, Fuji Electric stb. (HTSC mágnesek). A kábelek területén a fejlesztésre összpontosul a munka

HTSC vezető

dinamikus veszteségek

hűtés

képes

hosszú távú

támogatás

hőmérséklet

kábel (kb. 77K) 500 m hosszú A program szerint az 1. fázis egy 66-77 kV (3 kA) feszültségű, legfeljebb 1 W/m dinamikus kábel és fázis gyártásával zárul. 2 egy ötszáz méteres kábel gyártásával végződik 66-77 kV-on (5 kA), azonos veszteséggel. Művek

a design kidolgozott

gyártott

tesztelve

Az első szakaszokban hűtőrendszert hoztak létre és teszteltek.

Párhuzamos,

Furukawa, Sumitomo egy másik projektet folytat az elektromos hálózat fejlesztésére

Tokió

szupravezető. Ez a projekt egy 66 kV-os (háromfázisú) 130 mm átmérőjű HTS kábel (amely a meglévő 150 mm átmérőjű vezetékekbe szerelhető) földalatti telepítésének megvalósíthatóságát elemezte a hagyományos 275 kV-os egyfázisú kábel helyett. Kiderült, hogy még új építés esetén is

vezetékek,

a szupravezető vezeték 20%-kal alacsonyabb lesz (egy szupravezető huzal 40 dolláros ára alapján 1 kA m). A projekt szakaszait egymás után hajtják végre: 1997-re egy harminc méter

(egyfázisú)

prototípus

zárt hűtési ciklussal. 40 kV/1 kA terhelés mellett 100 órán keresztül tesztelték. 2000 tavaszára 100 méter 66 kV (1 kA)/114 MVA kábel készült - egy teljes méretű, 130 mm átmérőjű prototípus ("hideg" dielektrikumú kivitel). Az Egyesült Államok nagy léptékű megközelítést mutat be a problémára. 1989-ben az EPRI kezdeményezésére megkezdődött a magas hőmérsékletű szupravezetők alkalmazásának részletes vizsgálata, és már a következő évben a Pirelli

Superconductor Corp. kifejlesztett egy technológiát szupravezető előállítására

"por

cső").

Ezt követően az American Superconductor folyamatosan növekedett

termelés

hatalom,

elérve az évi 100 km-es szalagot, és a közeljövőben, egy új üzem üzembe helyezésével Divensben (Minnesota), ez a szám eléri a 10 000 km-t évente. A szalag tervezett ára 1 kA m-enként 50 dollár lesz (a cég jelenleg 200 dollár 1 kA m-ért kínálja a szalagot). Következő

a legfontosabb

megjelenés

az úgynevezett Szupravezetési Partnerségi Kezdeményezés (SPI)

felgyorsult

fejlesztés

végrehajtás

energiatakarékos elektromos rendszerek. Függőlegesen integrált

SPI parancsok

beleértve

partnerei a

ipar,

nemzeti

laboratóriumok

és működőképes

cégek,

végrehajtani

két komoly projekt. Az egyik egy teljes méretű prototípus - egy szupravezető háromfázisú vezeték (Pirelli Cavi e Sistemi,

kötve

alacsony feszültség

124 kV/24 kV transzformátor (teljesítmény 100 MVA) két 120 m távolságra elhelyezkedő elosztó alállomás 24 kV-os gyűjtősíneivel (Detroit Edison Frizbi állomása, Detroit).

A vonal sikeresen tesztelve

Az elektromosság Bi-Sr-Ca-Cu-O alapú szupravezető kábeleken „áthaladva” jutott el a fogyasztókhoz. Ebből három

(tervezés

"meleg"

dielektromos, és mindegyik vezető azonos hosszúságú volt

lecserélték

ugyanazzal

áramvezető

képességeit

a kábelt 2400 A-re tervezték (fázisonként 1 W/m veszteség), és a meglévő száz milliméteres földalatti csatornákban fektetik le. Ugyanakkor a fektetési pálya 90°-os fordulatokkal rendelkezik: a kábel 0,94 m sugarú hajlítást tesz lehetővé. Hangsúlyozzuk, hogy ez az első tapasztalat a szupravezető fektetésben

jelenlegi

elosztó hálózat, az energiaszektorban nagy város. Második

harminc méter

szupravezető

12,4 kV/1,25 kA (60 Hz) feszültségen, amelyet 2000. január 5-én helyeztek üzembe (üzemi hőmérséklet 70-80 K, hűtés

nyomás).

Három háromfázisú szupravezetést ábrázoló vonal

biztosítja

villany három

ipari

installációk

A Southwire Company központja Caroltonban, Georgia államban. Az átviteli veszteségek körülbelül 0,5%, szemben az 5-8%-kal, és az átviteli teljesítmény 3-5-ször nagyobb, mint az azonos átmérőjű hagyományos kábelek használatakor.

ünnepies

hangulatú, a vonal 5000 órás 100%-os terheléssel sikeres működésének évfordulóját ünnepelték. 2003-ban további három projekt indult, ezeken a munka folyik

elsődleges

érdekes

tartalmazza

mintegy 1 km hosszúságú 600 MW/138 kV-os földalatti szupravezető vezeték telepítése, amely a meglévő

terhelést és a meglévő vezetékek mentén halad majd East Garden Cityben

Long Island.

Szükséges

a kábel fog

gyártott

a Nexans (Németország) szakemberei, amelyek a már említett divense-i üzemben gyártott szupravezetőn és kriogén berendezéseken alapulnak

szállítani fog

Ebben az esetben az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma ezt a munkát fele-fele arányban finanszírozza, mintegy 30 millió dollár befektetéssel; a többit a partnerek biztosítják. Ezt a sort a tervek szerint 2005 végére üzemel.

kit

gyártott

háromfázisú szupravezető kábel, névleges 36 kV/2 kA (tervezés

"meleg"

dielektromos,

hűtés folyékony nitrogénnel nyomás alatt; a kritikus eléri a 2,7 kA-t fázisonként (T=79K)). Ugyanakkor különös figyelmet

adatott

fejlesztés

karmester

km szalag Bi-2223), végberendezései, valamint annak

kapcsolat.

lefektették,

alállomás Amager szigetén (Koppenhága déli része), amely 50 ezer fogyasztót lát el árammal, köztük

világítás

hálózat (kimeneti transzformátor teljesítménye 100 MVA). A harminc méteres szupravezető vezeték 2001. május 28-án kezdte meg működését: először a szupravezető kábelt a megszokottal párhuzamosan kapcsolták be, majd később „egyedül” működött, 2 kA névleges értékkel, kisebb veszteségekkel. 1 W/m (az üzemi hőmérséklet 74-84K között volt). A kábel az alállomás teljes energiájának 50%-át továbbítja, és a 2000 mm 2 teljes magkeresztmetszetű rézkábeleket helyettesíti. 2002 májusáig a kábel 1 évig működött, miközben fagyott állapotban volt; Ez idő alatt 101 MWh villamos energiát „ellátott” 25 ezer dánnak - magánházak tulajdonosainak. A kábel jellemzőiben nem észleltek változást, minden kriogén rendszer stabilan működik. A dán mellett az összeurópai projekt is érdekes

rendszerközi kapcsolat létrehozására - egy speciális háromfázisú szupravezető vezeték 200 m hosszúságban, amelyet 20 kV/28 kA-ra terveztek.

Megvalósítására, szervezetten

konzorcium,

Nexans (Németország),

(Franciaország),

(Belgium),

szakemberek

Göttingen

Tampere (Tamperei Műszaki Egyetem). A szupravezető kábelek európai gyártói közül a Pirelli Cavi e Sistemi kiemelkedik. A gyártása

hatalom

engedje meg

engedje el

km szupravezető évente. Jelentős esemény - produkció

húsz méter

koaxiális szupravezető

(tervezés

„hideg” dielektrikum), 225 kV-ra tervezték. A Pirelli amerikai szakemberekkel (Edison és CESI) együtt vesz részt

Teremtés

harminc méteres prototípus kábel 132 kV/3 kA (1999-2003). A kábelekről a nagy elektromos berendezésekre - transzformátorokra haladva megjegyezzük, hogy az átvitel során elveszett összes energia 50-65% -át teszik ki. Várhatóan a szupravezető transzformátorok bevezetésével

csökkenni fog

elérheti

A szupravezető transzformátorok csak akkor lesznek sikeresek a hagyományos transzformátorokkal, ha a (P s /k) összefüggés teljesül.< P c , где Р с - потери в обычном трансформаторе, P s - потери

szupravezető

transzformátor

üzemi hőmérsékletek), k a hűtőszekrény hűtési tényezője. A modern technológia, különösen a kriogenika lehetővé teszi ennek a követelménynek a kielégítését. Európában egy kötés részeként gyártották le a háromfázisú transzformátor (630 kVA; 18,7 kV/420 V) első prototípusát, amely magas hőmérsékletű szupravezetőket használ.

Franciaország), amerikai

de Geneve) és 1997 márciusában üzembe helyezték - bekerült a genfi elektromos hálózatba, ahol több mint egy évig működött,

gondoskodás

energia

Transzformátor tekercsek

elkészült

huzal

Bi-2223 alapján,

hűtve

A transzformátor magja szobahőmérsékletű. A veszteségeket meglehetősen magasnak találták (3 W/1 kA m), mivel a vezeték kialakítását nem optimalizálták váltakozó áramú használatra.

Ugyanezen résztvevők – ABB, EdF és ASC – második projektje egy 10 MVA-s transzformátor (63 kV/21 kV), amely 2001-ben átesett egy teljes laboratóriumi tesztcikluson, és 2002-ben került be a francia energiarendszerbe. Az ABB szakemberei ismét hangsúlyozták, hogy most a fő

probléma

fejlesztés

gazdaságos

A szupravezető berendezések, különösen a transzformátorok alacsony veszteségű és magas vezetékek jelenléte

kritikai

sűrűség

mágneses

a tekercsek által generált mező. A vezetéknek áramkorlátozó funkciót is biztosítania kell. Japánban (Fuji Electric, KEPCO stb.) megépítették egy 1 MVA (22 kV (45,5 A) / 6,9 kV (145 A)) szupravezető transzformátor prototípusát, amely 2000 júniusában került be a villamosenergia-társaság hálózatába Kyushu. IN

végső

található

fejlesztés

(Kyushu Egyetem

(Tokió)) transzformátor

amelynek célja

installációk

elektromobil

összetétel. Az előzetes számítások szerint tömegének 20%-kal kisebbnek kell lennie, mint egy azonos teljesítményű hagyományos transzformátoré.

Sikeresen bemutattak egy 1 MVA szupravezető transzformátort az USA-ban, és a munka megkezdődött

berendezés

hatalom

Waukesha Electric

és elektromos, valamint ORNL). Német szakemberek (Siemens) létrehoztak egy transzformátor prototípust

perspektíva

5-10 MVA készülékek fejlesztése) Bi-2223 alapú tekercseléssel, amely elektromos mozdonyokra szerelhető

tervezett

közönségesnek

transzformátor.

A szupravezető transzformátor 35%-kal kisebb, mint a hagyományos, hatásfoka pedig eléri a 99%-ot. A számítások azt mutatják, hogy alkalmazása vonatonként akár 4 kW-os megtakarítást és vonatonként 2200 tonnával csökkenti a CO 2 -kibocsátást. Bonyolultabb a helyzet a magas hőmérsékletű szupravezetőket használó szinkron elektromos gépekkel.

Ismeretes, hogy a közönséges teljesítmény arányos a térfogatával V; nem nehéz kimutatni, hogy a szupravezető gép teljesítménye arányos V 5/3-mal, így a méretcsökkentési nyereség csak nagy teljesítményű gépeknél jelentkezik,

Például,

generátorok

hajó

motorok.

szupravezető technológiák bevezetésére számítanak (1. ábra).

tanúskodni

hogy egy 100 MW-os generátorhoz 4,5 10 4 A/cm 2 kritikus áramsűrűségű magas hőmérsékletű szupravezető szükséges 5 Tesla mágneses térben. Ugyanakkor mechanikai tulajdonságainak, valamint árának az Nb 3 Sn-hez kell hasonlítania. Sajnos még nem

létezik

magas hőmérséklet

szupravezetők, amelyek teljes mértékben kielégítik ezeket a feltételeket. VEL

alacsony

amerikai tevékenység

európai

japán

ezt a területet. Köztük van egy sikeres bemutató

együtt

a Rockwell Automation/Reliance Electric céggel (partnerek a már említett

szinkron

motor

746 kW-nál, a gép továbbfejlesztése pedig 3730 kW-nál.

szakemberek

tervezés

motor

generátor.

Németországban a Siemens 380 kW-os szinkronmotort kínál magas hőmérsékletű szupravezetőkkel.

Finnország

tesztelve

négypólusú, 1,5 kW-os szinkrongép Bi-2223 alapú huzalból készült síntekercsekkel; üzemi hőmérséklete 20K. Ezenkívül a magas hőmérsékletű szupravezetőknek számos más alkalmazása is létezik az elektrotechnikában.

kerámia

A magas hőmérsékletű szupravezetők segítségével passzív mágneses csapágyak készíthetők kis, nagy sebességű motorokhoz, például cseppfolyósított gázok szivattyúihoz.

Az egyik ilyen motor működését 12 000-es fordulatszámon nemrégiben Németországban is bemutatták. A közös orosz-német program keretében hiszterézissorozat

motorok

(hatalom

"tevékenységek"

magas hőmérsékletű szupravezetők - olyan eszközök, amelyek a rövidzárlatot a névleges értékre korlátozzák. A kerámiát tartják a legalkalmasabb anyagnak a szupravezető korlátozó anyagokhoz.

és fejlesztések

eszközöket

alapvető

elektrotechnika

Egyesült Királyság,

Németország, Franciaország, Svájc, USA, Japán és más országok. Az egyik első modell (ABB) egy induktív típusú korlátozó volt 10,5 kV/1,2 MVA-ra, amely egy Bi-2212 elemet tartalmazott egy kriosztátban. Ugyanez a cég kiadott egy kompakt prototípust - egy 1,6 MVA rezisztív típusú limitert, amely lényegesen kisebb, mint az első. A tesztelés során a 13,2 kA az első csúcsban 4,3 kA-ra korlátozódott. A fűtés miatt 20 ms-nál 1,4 kA, 50 ms-nál 1 kA korlátozott.

Tervezés

korlátozó

képviseli

mm (súly 50 kg). Csatornákat vágnak bele, ami lehetővé teszi, hogy legyen

egyenértékű

szupravezető

m. Következő

prototípus

6,4 MVA-nál. Már van lehetőség 10 MVA-s limiter létrehozására, és a közeljövőben várható az ilyen típusú kereskedelmi limiterek megjelenése. Az ABB következő célja egy 100 MVA limiter. A Siemens szakemberei induktív hatást teszteltek

korlátozók:

transzformátor

az acélmag árnyékolása szupravezető tekercseléssel és a második lehetőség - a szupravezető henger formájában készül, rajta egy réztekerccsel. A határnál

ellenállás

ohmos

induktív komponensek. A rövidzárlattal járó területek esetleges túlmelegedése miatt a lehető leggyorsabban ki kell kapcsolni egy hagyományos kapcsoló segítségével.

Visszatérés

szupravezető

állami

számos

tíz másodpercig, ami után a határoló készen áll a működésre. IN

további

rezisztív

korlátozó,

a szupravezető közvetlenül csatlakozik a hálózathoz, és rövidzárlat esetén gyorsan elveszíti szupravezető képességét

meg fogja haladni

kritikai

jelentése.

a szupravezető melegítésekor a mechanikus kapcsolónak el kell törnie

számos

félciklusok; hűtés

szupravezető

vezet

szupravezető állapotba. A limiter visszatérési ideje 1-2 s.

Egy ilyen, 100 kVA teljesítményű korlátozó egyfázisú modelljét 6 kV üzemi feszültségen, 100 A névleges áramerősség mellett tesztelték.

rövid

rövidzárlatok,

kA, 1 ms-nál rövidebb idő alatt 300 A-re korlátozódott. A Siemens berlini standján egy 1 MVA-s limitert is bemutatott, 12 MVA-s prototípust terveztek. Az USA-ban az első limiter - induktív-elektronikus volt

fejlett

cégek General Atomic, Intermagnetics General Corp. és mások Tíz évvel ezelőtt egy áramkorlátozót szereltek fel demonstrációs mintaként a dél-kaliforniai Edison norwalki tesztüzemében. 100 A névleges áramerősségnél a maximálisan lehetséges 3 kA rövidzárlat 1,79 kA-ra korlátozódik. 1999-ben egy 15 kV-os, 1,2 kA üzemi áramú készüléket terveztek, amely a 20 kA-es zárlati áramot 4 kA értékre korlátozza. Franciaországban a GEC Alsthom, az Electricite de France és mások szakemberei egy 40 kV-os határolót teszteltek: a rövidzárlatot 14 kA-ról (a zárlat előtti kezdeti érték 315 A volt) néhány mikroszekundum alatt 1 kA-ra csökkentette. A maradék rövidzárlatot 20 ms-on belül egy hagyományos kapcsolóval kikapcsolták. A limiter opciókat 50 és 60 Hz-re tervezték. Az Egyesült Királyságban a VA TECH ELIN Reyrolle hibrid (ellenállás-induktív) típusú határolót fejlesztett ki, amely a próbapadi tesztek során (11 kV, 400 A) a rövidzárlatokat 13 kA-ról 4,5 kA-re csökkentette. Ugyanakkor a limiter válaszideje kevesebb, mint 5 ms, már az első csúcs is korlátozott; korlátozó működési ideje 100 ms. A limiter (háromfázisú) 144 db Bi-2212-ből készült rudat tartalmaz, méretei 1 x 1,5 x 2 m.

Japánban a Toshiba és a TEPCO közösen gyártott egy szupravezető áramkorlátozót - induktív típusú, 2,4 MVA; Bi-2212 tömör kerámia elemet tartalmaz. A felsorolt projektek mindegyike a „kezdeti időszak” prototípusa, amelyek bemutatására szolgálnak

lehetőségeket

szupravezető

technológia, annak fontossága a villamosenergia-iparban, de mégis azok

így

reprezentatív,

hogy tudd

azonnali

ipari megvalósítás és sikeres marketing. Ennek az óvatosságnak az első oka, hogy a Bi-Sr-Ca-Cu-O vezetők még fejlesztés alatt állnak, és jelenleg gyártás alatt állnak.

kritikai

sűrűség

szintje 30 kA/cm 2, hossza csak körülbelül egy kilométer. Ezeknek a vezetékeknek a további fejlesztése (növekvő rögzítés, magsűrűség növelése, sorompó bevezetése körülöttük stb.) a J c értékének 100 kA/cm 2 -re vagy többre való növekedését eredményezheti.

alapvető

előrehaladást a szupravezető technológia terén, és ösztönzi az új fejlesztéseket

tervez

felszerelés

Bizonyos remények a szupravezető bevonattal ellátott vezetők (ez a szupravezető huzalok következő generációja) beszerzésének sikereihez is kapcsolódnak, amelyek Jc-értéke észrevehetően magasabb, akár több Tesla mágneses térben is. Itt ésszerű előállítási költségek mellett lehet 1 kA áramot elviselni képes szupravezető szalagokat előállítani. Az USA-ban ezek a szalagok

fejlesztés alatt állnak

MicroCoating Technologies,

Szupravezetés

Oxford szupravezető technológia.

A második ok abban rejlik, hogy a Bi-Sr-Ca-Cu-O vezetők szabványosításának kérdései és a használatukhoz szükséges szabályozási keretek a villamosenergia-átvitel és -elosztás területén nem kellően kidolgozottak. A szabványok általában útmutatást adnak a mechanikai, termikus és elektromos vezetéshez

tesztek

anyagokat

felszerelés.

Mivel a szupravezető eszközök kriogén rendszereket igényelnek, ezeket is meg kell határozni. A szupravezetés villamosenergia-ipari bevezetése előtt tehát egy teljes szabványrendszert kell létrehozni: ezeknek garantálniuk kell az összes szupravezető termék nagy megbízhatóságát (2. ábra).

folyamatban van

eseményeket

ebben az irányban. Hét szakembercsoport a négyből európai országok a Q-SECRETS (EU által támogatott) minőségellenőrzési közös projektben egyesült

szupravezetők

hatékony,

kompakt

rendkívül megbízható

erőátvitel

A projekt egyik fő célja az alkotás segítése

terjeszkedés

"szupravezető"

a villamosenergia-átviteli és -elosztási piacon. IN

következtetés

jegyzet,

ellenére

nagyoknak

potenciális

lehetőségeket

magas hőmérséklet alkalmazása

szupravezetők

Az energiaiparban jelentős kutatási és fejlesztési erőfeszítésekre lesz szükség ahhoz, hogy a szupravezető termékeket ma életképessé tegyék piacgazdaság. A közeljövőre vonatkozó becslések ugyanakkor bizakodásra adnak okot.

És az alatta lévő vita. Tekintettel arra, hogy ma szupravezető kábelek gyártásával foglalkoztam, szerettem volna beszúrni pár megjegyzést, de csak olvasható... Végül úgy döntöttem, írok egy rövid cikket a magas hőmérsékletű szupravezetőkről.

Először is, minden esetre szeretném megjegyezni, hogy maga a „magas hőmérsékletű szupravezető” kifejezés olyan szupravezetőket jelent, amelyek kritikus hőmérséklete meghaladja a 77 K (-196 °C) - az olcsó folyékony nitrogén forráspontját. Gyakran tartalmaznak körülbelül 35 K kritikus hőmérsékletű szupravezetőket, mert Ez volt az első szupravezető La 2-x Ba x CuO 4 kuprát (változó összetételű anyag, tehát x) hőmérséklete. Azok. A „magas” hőmérséklet itt még mindig nagyon alacsony.

Két magas hőmérsékletű szupravezetőt széles körben alkalmaznak - YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO, Y123) és Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (BSCCO, Bi-2223). Az YBCO-hoz hasonló anyagokat is használnak, amelyekben az ittriumot egy másik ritkaföldfém elem, például gadolínium helyettesíti, általános elnevezésük ReBCO.
Az előállított YBCO és más ReBCO kritikus hőmérséklete 90-95 K. Az előállított BSCCO eléri a 108 K kritikus hőmérsékletet.

A magas kritikus hőmérséklet mellett a ReBCO és a BSCCO különbözik nagy értékek kritikus mágneses mező (folyékony héliumban - több mint 100 Tesla) és kritikus áram. Utóbbinál azonban nem minden olyan egyszerű...

A szupravezetőben az elektronok nem önállóan mozognak, hanem párban (Cooper-párok). Ha azt akarjuk, hogy az áram áthaladjon az egyik szupravezetőből a másikba, akkor a köztük lévő résnek kisebbnek kell lennie, mint ennek a párnak a jellemző mérete. Fémek és ötvözetek esetében ez a méret több tíz vagy akár több száz nanométer. De az YBCO-ban és a BSCCO-ban ez csak néhány nanométer és egy nanométer töredéke, a mozgás irányától függően. Még a polikristály egyes szemcséi közötti hézagok is eléggé észrevehető akadálynak bizonyulnak, nem beszélve a szupravezető két különálló darabja közötti résekről. Ennek eredményeként a szupravezető kerámiák, hacsak nem alkalmaznak speciális trükköket, csak viszonylag kis áramot képesek átvezetni magukon.

A probléma legegyszerűbb megoldása a BSCCO-ban volt: szemcséi természetesen sima szélűek, és a legegyszerűbb mechanikai tömörítés lehetővé teszi, hogy ezeket a szemcséket rendelni lehessen. magas értékű kritikus áram. Ez lehetővé tette a magas hőmérsékletű szupravezető kábelek, vagy inkább a magas hőmérsékletű szupravezető szalagok első generációjának gyors és egyszerű létrehozását. Ezek egy ezüst mátrix, sok vékony, BSCCO-val töltött csövet tartalmaznak. Ez a mátrix lelapul, és a szupravezető szemcsék felhalmozódnak kívánt sorrendet. Vékony rugalmas szalagot kapunk, amely sok egyedi lapos szupravezető magot tartalmaz.

Sajnos a BSCCO anyaga korántsem ideális: kritikus árama nagyon gyorsan csökken a külső mágneses tér növekedésével. Kritikus mágneses tere meglehetősen nagy, de jóval e határérték elérése előtt elveszíti azt a képességét, hogy bármilyen nagy áramot átengedjen. Ez nagymértékben korlátozta a magas hőmérsékletű szupravezető szalagok használatát, nem tudták helyettesíteni a folyékony héliumban működő jó öreg nióbium-titán és nióbium-ón ötvözeteket.

A ReBCO teljesen más kérdés. De a megfelelő szemcseorientáció létrehozása nagyon nehéz. Csak viszonylag nemrég tanultak meg szupravezető szalagokat készíteni ezen az anyagon. Az ilyen, második generációs szalagokat úgy állítják elő, hogy szupravezető anyagot porlasztanak egy olyan hordozóra, amelynek speciális textúrája van, amely meghatározza a kristálynövekedés irányát. A textúra, ahogy sejthető, nanométeres, tehát ez igazi nanotechnológia. A moszkvai „SuperOx” cégnél, amely nem kapcsolódik Szkolkovóhoz, ahol valójában voltam, egy ilyen szerkezet létrehozása érdekében öt közbenső réteget permeteznek egy fém hordozóra, amelyek közül az egyiket egyidejűleg permetezzük be egy gyors ionárammal, amely alá kerül. egy bizonyos szög. Ennek eredményeként ennek a rétegnek a kristályai csak egy irányban nőnek, amelybe az ionok a legnehezebbek kiporlasztani őket. Más gyártók, amelyekből négy van a világon, más technológiát alkalmazhatnak. A hazai szalagok egyébként ittrium helyett gadolíniumot használnak, technológiailag fejlettebbnek bizonyul.

Második generációs szupravezető szalagok 12 mm szélességgel és 0,1 mm vastagságú folyékony nitrogénben külső mágneses tér hiányában akár 500 A áramot engednek át. 1 T erősségű külső mágneses térben a kritikus áram továbbra is eléri a 100 A-t, és 5 T-nál - 5 A-ig Ha lehűti a szalagot folyékony hidrogén hőmérsékletére (a nióbiumötvözetek ezen a hőmérsékleten még csak nem is mennek szupravezető állapotba), akkor ugyanaz a szalag képes lesz átmenni 500 A 8 T-os mezőben, és „valami” 200-300 A 8 T-os mezőben pár tíz Tesla (repül a béka). A folyékony héliumról nem kell beszélni: ezeken a szalagokon mágnesek vannak, amelyek mezője 100 Tesla! Igaz, itt teljes erővel jelentkezik a mechanikai szilárdság problémája: a mágneses tér mindig hajlamos megtörni az elektromágnest, de amikor ez a tér eléri a több tíz teslát, akkor a törekvései könnyen megvalósulnak...

Mindezek a kiváló technológiák azonban nem oldják meg a szupravezető két darabjának összekapcsolásának problémáját: bár a kristályok egy irányba vannak orientálva, szó sincs a külső felület szubnanométer méretű érdességre való polírozásáról. Az amerikaiaknak van egy technológiájuk az egyes csíkok egymással való szinterelésére, de ez finoman szólva még mindig messze van a tökéletestől. A szalagokat jellemzően hagyományos forrasztással kötik össze, hagyományos ón-ólom forrasztással vagy más klasszikus módszerrel. Természetesen ilyenkor véges ellenállás jelenik meg az érintkezőn, így ilyen szalagokból nem lehet olyan szupravezető mágnest létrehozni, ami nem igényel hosszú évekig tartó áramot, és egyszerűen egy pontosan nulla veszteségű vezetéket. De az érintkezési ellenállás a mikroohm kis töredéke, így 500 A áram mellett is csak a milliwatt töredékei szabadulnak fel ott.

Természetesen egy népszerű tudományos cikkben több szórakozásra vágyik az olvasó... Íme néhány videó a második generációs, magas hőmérsékletű szupravezető szalaggal végzett kísérleteimről:

Az utolsó videót a YouTube-on egy megjegyzés hatására rögzítették, amelyben a szerző azzal érvelt, hogy a szupravezetés nem létezik, és a mágnes lebegése teljesen független hatás, mindenkit arra kért, hogy az ellenállás közvetlen mérésével ellenőrizze, igaza van-e. Amint látjuk, a szupravezetés még mindig létezik.

Magas hőmérsékletű szupravezetés

Magas hőmérsékletű szupravezetők(High T c) - anyagcsalád (szupravezető kerámia) közös szerkezeti jellemzővel, viszonylag jól elkülönülő réz-oxigén síkokkal. Ezeket kuprát szupravezetőknek is nevezik. A család egyes vegyületeiben elérhető szupravezető átmeneti hőmérséklet az ismert szupravezetők közül a legmagasabb. Jelenleg a rekord kritikus hőmérsékletet T c =135 K (nyomás alatt T c =165 K, -109 °C) az 1993-ban S. N. Putilin és E. V. Antipov által felfedezett HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+x anyag tartja. a Moszkvai Állami Egyetemről. A normál (és szupravezető) állapotok sokat mutatnak közös vonásai különböző kuprát-összetételek között; ezen tulajdonságok közül sok nem magyarázható a BCS elmélet keretein belül. Szekvenciális elmélet szupravezetés jelenleg nem létezik kuprátokban; a probléma azonban számos kísérleti és elméleti eredményhez vezetett, és ezen a területen nem csak a szupravezetés szobahőmérsékleten való elérése az érdeklődés. A magas hőmérsékletű szupravezető kuprátok osztályának első vegyületét, a La 2-x Ba x CuO 4-et Karl Müller és Georg Bednorz fedezte fel 1986-ban. A felfedezésért 1987-ben azonnal Nobel-díjat kaptak.

Intermetallik

2001-ben felfedezték a 2-es ötvözetet (magnézium-diborid), amely rekord hőmérsékletű intermetallikus vegyületek esetén a szupravezető állapotba való átmenethez, T c = 40 K. Ennek az anyagnak a kristályszerkezete váltakozó bór- és magnéziumrétegekből áll. A rétegződés anizotrópiához vezet fizikai tulajdonságok, azaz elektromos vezetőképesség, optikai abszorpciós spektrum, szilárdság stb. különböznek a rétegek síkjában és a rétegekre merőleges irányban. Ez a kétsávos vegyület lett a tudomány által ismert első olyan szupravezető, amelynél egyszerre két szupravezető rés van (duplarés szupravezetés), amit elméletileg megjósoltak és kísérletileg is megerősítettek. A lyuk kvázi-kétdimenziós bórzónáiban (σ-zónák) a szupravezető állapotba való átmenet során körülbelül (10-11) meV értékű Δ σ rés (egy elektronok és lyukak tiltott energiáinak sávja) keletkezik. maximum T s képződik a kvázirészecskék spektrumában. A magnézium háromdimenziós zónáiban (π-zónák) megközelítőleg (1,5 - 3) meV amplitúdójú Δ π szupravezető rés is kialakul. Így a szupravezető 2-ben két szupravezető kondenzátum létezik egymás mellett: egy izotróp háromdimenziós (a magnézium π-sávjaiból) és egy kétdimenziós lyukas (bórrétegekben lokalizálva).

Más atomok szennyeződéseinek bevitele a 2-be, azaz. az adalékolás a Tc kritikus átmeneti hőmérséklet csökkenéséhez vezet. Úgy tűnik, ennek a vegyületnek természeténél fogva a szupravezetésre optimalizált jellemzői vannak, és nem lehet mesterségesen „javítani”. Amikor Tc 40 K-ról 10 K-ra csökken, a kis Δπ rés értéke kissé megváltozik, és a nagy rés Δσ értéke a kritikus hőmérséklettel együtt csökken, a kísérletezők lineáris kapcsolatot észlelnek Tc és Δσ között. A BCS elmélet jellemző aránya 2Δ σ /k B T s vezető orosz kísérletezők becslései szerint 5-7 tartományba esik, ami erős elektron-fonon kölcsönhatást jelez a bórrétegekben, és 2-vel közelebb visz a kuprát HTSC-ekhez.

Szupravezető pniktidok és szelenidek

2008-ban figyelemreméltó felfedezés történt a szupravezető vegyületek egy új osztályára, amelyekben magas a kritikus hőmérséklet Tc - a vas és az V. csoportba tartozó elemek (pniktidok) vagy az ún. ferropniktidok vagy vas-szelenidek. A szupravezető állapotot először a mágneses atomokat tartalmazó vegyületekben állapították meg (). Az összes vastartalmú szupravezető (6 család ismert már) kristályszerkezete váltakozó rétegekből áll, amelyekben a vasatomokat atomtetraéder veszi körül, vagy amely elnyomja. mágneses tulajdonságok atomok On pillanatnyilag A Tc-érték rekordere az oxigént helyettesítő fluorral adalékolt GdOFeAs (Gd-1111) vegyület. T c értéke eléri az 55 K-t.

Minden vastartalmú szupravezető többsávos szerkezettel rendelkezik, és kvázi kétdimenziós (a síkok közötti irányú tulajdonságok anizotrópiáját mutatják). A szupravezető állapotba való átmenet során minden zóna saját rést nyit a kvázirészecske spektrumban, ami legalább két szupravezető kondenzátum megjelenéséhez és többrés szupravezetéshez vezet, hasonlóan a 2. esethez (magnézium-diborid). A BCS elmélet 2Δ nagy /k B T s karakterisztikus aránya az orosz kísérletezők becslései szerint 4,6-6 tartományba esik.

Szerves szupravezetők

A 60-as évek végén - a 70-es évek elején voltak nagy reményeket szerves töltéstranszfer komplexek (CTC) szintéziséhez - például en:TCNQ -TTF (tetracianokinodimetán-tetratiafulvalén) komplexek. Számos ígéretes vegyület szintézise ellenére azonban kiderült, hogy ezekben a komplexekben a szupravezetés alacsony áramsűrűség mellett is instabil.

Megjegyzések

Linkek

Ebből a cikkből hiányoznak az információforrásokra mutató hivatkozások.

Az információnak ellenőrizhetőnek kell lennie, ellenkező esetben megkérdőjelezhető és törölhető.
Szerkesztheti ezt a cikket, hogy hiteles forrásokra mutató hivatkozásokat adjon hozzá.
Ez a jel be van állítva 2011. május 13.

Wikimédia Alapítvány.

2010.
Wah (közbeszólás)

Péter és Pál híd

Nézze meg, mi a „magas hőmérsékletű szupravezetés” más szótárakban: magas hőmérsékletű szupravezetés - szupravezetés magas hőmérsékleten - [A.S. Goldberg. angol orosz energiaszótár . 2006] Energia általános szinonimák szupravezetés magas hőmérsékleten EN magas hőmérsékletű szupravezetés ...

Műszaki fordítói útmutató- A magas hőmérsékletű, folyékony nitrogénnel hűtött szupravezető felett lebegő mágnes A szupravezetés néhány társ tulajdonsága... Wikipédia

MAGAS HŐMÉRSÉKLETŰ SZUPERVEZETÉS KERÁMIA- (HTSC kerámia), kerámiák (lásd KERÁMIA), oxid magas hőmérsékletű szupravezetők alapján készült (lásd OXID FÉLVEZETŐK). A szupravezető kerámiát először 1986-ban szerezte be J. Bednorz (lásd BEDNORZ Johannes Georg) és K... ... Enciklopédiai szótár

HTSC- magas hőmérsékletű szupravezetés... Orosz rövidítések szótára

Az új, ígéretes technológiák listája- tartalmazza a legkiemelkedőbb aktuális eseményeket, eredményeket és innovációkat a modern technológia különböző területein. Az új technológiák azok a technikai újítások, amelyek progresszív változásokat jelentenek a területen belül... ... Wikipédia

Tellúr- 52 Antimon ← Tellúr → Jód ... Wikipédia

Tellúr / Tellúr (Te) Atomszám 52 Megjelenés egyszerű anyag Az atom tulajdonságai Atomtömeg(móltömeg) 127,6 a. e.m. (g/mol) ... Wikipédia

MAGAS HŐMÉRSÉKLETŰ OXID SZUPERVEZETŐK- nagy kritikusságú oxidvegyületek. a T átmenet sebessége a szupravezető állapotba való átmenetből. A szupravezetés felfedezése ezekben a vegyületekben (1986 88) jelentősen növelte a szintet ismert értékek T s 24K-ról Nb3Ge-ben 120Kv-ra T12 Ba 2 Ca 2 Cu3 O... ... Fizikai enciklopédia

Jelenség magas hőmérsékletű szupravezetés(HTSC) nem is olyan régen csak a tudósokat érdekelte. Napjainkban azonban a HTSC-n alapuló, kereskedelmileg nyereséges termékek, köztük az Oroszországban gyártottak is belépnek az elektromos berendezések piacára. A HTSC áttörést hozhat az erőátviteli technológiák terén.

A HTSC egyáltalán nem meleg

A huszadik század elején felfedezték, hogy számos fémre és ötvözetre jellemző a szupravezetés, vagyis az a képesség, hogy az abszolút nullához közeli hőmérsékleten (körülbelül -270 °C) nulla ellenállással rendelkezzen. A szupravezetőket sokáig csak a folyékony hélium hőmérsékletén lehetett használni, ami lehetővé tette gyorsítóberendezések létrehozását és a mágneses rezonancia tomográfok.

1986-ban fedezték fel a szupravezetést körülbelül 30 K hőmérsékleten, amely Nobel-díjat kapott, majd az 1990-es évek elején. Már 138K-on is el lehetett érni a szupravezetést, és nem fémeket, hanem oxidvegyületeket használtak szupravezetőként.
Azokat a kerámia anyagokat, amelyek ellenállása nulla a folyékony nitrogén (77 K) hőmérséklete felett, magas hőmérsékletű szupravezetőknek (HTSC) nevezik. Ha azonban átváltjuk a Kelvint a számunkra jobban ismert Celsius-fokra, akkor megértjük, hogy nem túl magas hőmérsékletről beszélünk, mondjuk körülbelül mínusz 169–200 ° C-ról. Ilyen feltételeket még a kemény orosz tél sem képes biztosítani.

A kutatók elméjét izgatja az az ötlet, hogy olyan anyagokat találjanak, amelyek átvihetők szupravezetéshezállapot szobahőmérsékleten (293K). Elméletileg létezik ilyen lehetőség. Egyes adatok szerint szupravezető tulajdonságokat állítólag még az egyes grafitszemcsékben is kimutattak azután speciális feldolgozás. Manapság a „szobahőmérsékletű szupravezetők” (RTSC) keresését tartják az egyik kulcsfontosságúnak kutatási problémák a nanotechnológia területén. Azonban nem csak a gyakorlati alkalmazása, hanem a CTSC megbízható kísérleti megerősítése is holnap kérdése marad. A mai villamosenergia-ipar elsajátítja a magas hőmérsékletű szupravezetők használatát.

A magas hőmérsékletű szupravezetésen alapuló berendezések folyékony nitrogénnel történő hűtést igényelnek. Az iparági szakértők szerint ez egy viszonylag olcsó és kényelmes hűtőközeg, amely 77 K hőmérsékletet biztosít, és lehetővé teszi gyakorlati projektek megvalósítását.

A szupravezetés előnyei

A szupravezetés számos területen alkalmazható (és jelenleg is használatos). Először nagy térerejű mágnesek létrehozására használták. A szupravezetők segítségével mágneses levitáció érhető el, amely lehetővé teszi a nagysebességű vonatok zökkenőmentes, zaj és súrlódás nélküli mozgását. HTSC elektromos motorokat készítenek hajókhozés az ipar,

amelyek lényegesen kisebb tömeg- és méretparaméterekkel rendelkeznek azonos teljesítmény mellett. A szupravezetés a mikroelektronika és a számítástechnika szempontjából érdekes. Az alacsony hőmérsékletű szupravezetőket orvosi diagnosztikai eszközökben (tomográfokban) használják, sőt olyan egzotikus „megatudományi” projektekben is, mint a Nagy Hadronütköztető és a Nemzetközi Termonukleáris Reaktor. A magas hőmérsékletű szupravezetés a globális energia-dilemma leküzdésének reményeivel függ össze, amelyek egyrészt az energiafelhasználás jelen és jövőbeli folyamatos növekedésével járnak, másrészt szükségszerűséggel radikálisan csökkenti a kibocsátást a klímaváltozás megelőzésére. Végül is a HTSC lényegében az elektromos áram előállítására és továbbítására szolgáló szokásos berendezéseket hozza ki elvbőlúj szint a hatékonyság terén.

A szupravezetők egyik legkézenfekvőbb alkalmazása az elektromosság átvitelében. A HTS kábelek minimális keresztmetszet mellett jelentős teljesítményt tudnak továbbítani, vagyis a hagyományos kábelektől eltérő sorrendű áteresztőképességűek. Amikor az áram áthalad egy szupravezetőn, nem keletkezik hő, és gyakorlatilag nincs veszteség, vagyis megoldódik fő probléma elosztó hálózatok.

Generátorok a tekercselésnek köszönhetően szupravezetőből készült a hatalmas mágneses teret biztosító anyagok sokkal erősebbek lesznek. A Siemens konszern például három HTSC generátort épített, amelyek teljesítménye eléri a 4 MW-ot.

A gép kétszer könnyebb és kisebb, mint egy azonos teljesítményű hagyományos generátor. Ezenkívül a HTSC generátor nagyobb feszültségstabilitást mutatott, amikor a terhelés megváltozik, és jobb teljesítményt mutatott a meddő energiafogyasztás tekintetében. Ma a világ aktívan fejleszti a magas hőmérsékletű szupravezetésen alapuló szélgenerátorokat. Használatakor

A HTSC tekercsek 10 MW teljesítményű HTSC generátorok létrehozását teszik lehetővé, amelyek 2-4-szer könnyebbek, mint a hagyományosak. Ígéretes terület számára széles körű alkalmazás

a szupravezetők olyan energiatároló eszközök, amelyek szerepe a megújuló energiaforrásokat felhasználó modern energiarendszerek fejlesztése szempontjából is nagy. Még az ismert elektromos berendezések is, mint például a transzformátorok, minőségileg új tulajdonságokat szereznek a HTSC-nek köszönhetően. A szupravezetés lehetővé teszi olyan szokatlan eszközök létrehozását, mint a rövidzárlati áramkorlátozók, amelyek teljesen automatikusan korlátozzák az áramot rövidzárlat alattés automatikusan

a rövidzár megszűnésekor bekapcsol.

Második generációs szalag Ezek közül az ígéretes ötletek közül melyek váltak már gyakorlatba, és kinek az erőfeszítései? Először is meg kell jegyezni, hogy ma a piac az első és a második generációs magas hőmérsékletű szupravezetőket kínálja (HTSC-1 és HTSC-2). Az eddig gyártott termékek mennyiségét tekintve a VTSP-1 még mindig nyerő, de a szakértők számára nyilvánvaló, hogy a jövő

Az egyik kulcsfontosságú orosz vállalat, amely a második generációs szupravezetők témájával foglalkozik, a SuperOx CJSC.

A Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem falain belül keletkezett, ahol a Kémiai Kar tudományos csoportja a szupravezetők vékonyrétegeinek lerakódásának technológiáján dolgozott. 2006-ban a felhalmozott ismeretek alapján kereskedelmi projekt indult a 2. generációs HTSC vezetékek hazai gyártásának megteremtésére. 2011-ben a SuperOx érdekköre az újonnan létrehozott SuperOx Japan LLC-vel való szoros együttműködés révén bővült. Létrehoztak egy kísérleti gyártósort, amely akár 500 A/cm szélességű kritikus áramú HTSC vezeték gyártását teszi lehetővé. 2011 óta a SuperOx-Innovations cég szintén skolkovói rezidens, ahol folytat alkalmazott kutatás

, amelynek célja a második generációs HTSC szalagok műszaki jellemzőinek optimalizálása, különféle technológiákat fejleszt ezen anyagok előállítására. 2013-ban megkezdődött a VTSP-2 szalag gyártása a moszkvai Slava technológiai parkban. „Termékünk, a második generációs szupravezető szalag egy speciális rozsdamentes acélból készült, magas hőmérsékletnek ellenálló hordozó, amely utólag nem veszíti el mechanikai tulajdonságait vékony rétegek felhordásakor” – mondja Vadim Amelichev, a SuperOx JSC vezető specialistája.- Erre az aljzatra speciális módszerekkel puffer-oxid rétegeket, funkcionális rétegként gadolínium-bárium-kuprát filmet viszünk fel. Ezt a szerkezetet vékony ezüst- vagy rézréteggel vonják be, és úgy használják fel.

szupravezetésben

eszközöket. Ennek az anyagnak, amelynek filmvastagsága mindössze egy-két mikron, áramvezető képessége 1 mm² keresztmetszetenként körülbelül 500 A, vagyis több százszorosa a hagyományos rézkábelének. Ennek megfelelően ez a szalag ideális olyan alkalmazásokhoz, ahol nagy áramra van szükség. A fő alkalmazási területek a nagyáramú kábelek, a nagy mezőkhöz mágnesek.” A SuperOx teljes gyártási ciklussal rendelkezik a VTSP-2 szalaghoz. Ennek az innovatív terméknek az értékesítése 2012-ben kezdődött, és most már nemcsak Oroszországba, hanem Oroszországba szállítják az anyagot
„Nem sok VTSP-2 szalaggyártó létezik a világon” – magyarázza Vadim Amelichev. - Két amerikai cég van, Dél-Koreában és Japánban. Európában rajtunk kívül senki nem gyárt ilyen szalagot ipari méretekben.

Szalagunkat számos kutatóközpontban tesztelték, és megerősítették versenyképességét

jellemzői." Új iparág fejlesztése„Annak ellenére, hogy a magas hőmérsékletű szupravezetés meglehetősen nemrégiben jelent meg, a technológiai alkalmazásának kérdéseit intenzíven vizsgálják technológiailag a világ fejlett országaiban – mondja Viktor Pancsirnij, a műszaki tudományok doktora, az Orosz Föderáció AES rendes tagja, a Russian Superconductor JSC fejlesztési igazgatója. Modernizációs szövetség

és technológiai Az orosz gazdaság fejlesztése érdekében a „Szupravezetőipar” projekt az „Innovatív Energia” projekt részeként indult az „Energiahatékonyság” kiemelt területen. Ezt a projektet a szupravezetőipar területén a Rosatom Állami Corporation által létrehozott orosz Szupravezető vállalat koordinálja. A 2011-től 2015-ig tartó ötéves időszakban versenyképes technológiák létrehozását tervezik magas hőmérsékletű, második generációs szupravezetők gyártásához, hosszú (1000 m-ig) HTSP-2 szalaghuzalok kísérleti gyártásához, valamint prototípusok fejlesztését. HTSP-2 vezetékeken alapuló berendezések az elektromos energiaipar számára. Ezek generátorok nagy teljesítményű és áramkorlátozók (COT) és kinetikus energiatároló eszközök (KNE), valamint erős áramvezetékek

mágneses rendszerek , induktív energiatároló eszközök (SPIN), transzformátorok, nagy teljesítményű villanymotorok. 2016-tól a tervek szerint HTSC-2 vezetékek és számos, ezekre épülő eszköz sorozatgyártása indul.

„Strukturálisan a projekt kilenc, párhuzamosan végrehajtott feladatból áll” – magyarázza Viktor Pantsyrny. - 2011-től 2013-ig

sikerült elkészíteni a szupravezető gépek első hazai üzemű prototípusait - 50 kW-os motort és generátort, 0,5 MJ-os kinetikus energiatárolót, 3,5 MW-os szupravezető rövidzárlati áramkorlátozót 3,5 kV-os áramhálózatokhoz, 10 kVA-os szupravezető transzformátort, áramvezetékeket mágneses rendszerek esetén 1500A áramot enged át.

A VTSP-2 szalaghuzalok teljesen hazai gyártásának technológiájának alapjait is megteremtették, kezdve a nyersanyagoktól a késztermékek monitorozási módszereiig. Olyan alapvető technológiai megoldásokat találtak, amelyek lehetővé tették az energetikai eszközök teljes körű prototípusainak létrehozását. Így a 200 kW-os motor létrehozásának munkálatai jelenleg is zajlanak.” A HTSP-2 tekercsek használatának köszönhetően ilyen motor telepítve van elektromos autóhoz (elektromos busz) 15-20%-kal növeli a futásteljesítményt az akkumulátortöltések között. 7 MVA-nál nagyobb teljesítményű szupravezető rövidzárlati áramkorlátozó készült és készül a vasúti közlekedési hálózatban történő tesztelésre..
Befejeződik a szélturbinákban való felhasználásra ígéretes 1 MVA generátor gyártása. erőművek A bázison egyedi technológiák A Rosatom kinetikus energiatároló eszközt hoz létre

szupravezetéssel lendkerekek felfüggesztése, amelynek energiaintenzitása meghaladja a 7 MJ-t.Érdemes megemlíteni egy olyan induktív energiatároló fejlesztését, amely rendkívül rövid idő alatt akár több MJ felhalmozott energiát is képes leadni. Az 1000 kVA kapacitású szupravezető transzformátor létrehozásának munkálatai szintén a végső szakaszban vannak. "Kívül, a legfontosabb eredményeket projekt eredményes kísérletet hoz létre szupravezető technológiák".

AC kábelek

Lehetetlen nem beszélni egy 200 m hosszú szupravezető kábel létrehozásáról szóló orosz projektről. A kábel létrehozásán dolgoztak OJSC „Energia intézet őket. G.M. Krzhizhanovsky"(ENIN), OJSC "Összoroszország A Kábelipari Tudományos Kutatóintézet (VNIIKP), a Moszkvai Repülési Intézet és az OJSC Villamosenergia-ipari Tudományos és Műszaki Központja. A fejlesztés 2005-ben kezdődött, 2009-ben elkészült a prototípus, amelyet sikeresen teszteltek egy speciálisan kialakított egyedi teszthelyen.

A HTSC kábel fő előnyei a nagy áramterhelés, az alacsony veszteségek, ökológiai tisztaságés tűzbiztonság. Ezen túlmenően, ha ilyen kábelen keresztül nagy teljesítményt továbbítanak 10–20 kV feszültségen, nincs szükség közbenső alállomásokra.

A HTSC kábel összetett többrétegű szerkezet. A központi tartóelem rozsdamentes acél spirál formájában készül, amelyet rézszalaggal áttekeredett réz- és rozsdamentes acélhuzalok vesznek körül. A központi elem tetejére két réteg szupravezető szalagot, a tetejére pedig nagyfeszültségű szigetelést helyeznek. Ezt követi a szupravezető ernyő, a rozsdamentes acél szalaggal tekert rugalmas rézszalag réteg felvitele. Minden kábelmag a saját, 200 m hosszú, rugalmas kriosztátjába van behúzva.

Ennek a többkomponensű szerkezetnek a létrehozását bonyolítja, hogy a HTSC szalag rendkívül érzékeny A technológiai műveletek nagy részét a JSC VNIIKP alapján végezték.

A nagyfeszültségű szigetelés gyártásához azonban a kábelt Permbe szállították a Kamsky Kabel üzembe.

„A HTSC kábelnél a papírszigetelés felhordását végeztük el” – mondja Alexander Azanov, a Kamsky Cable LLC technológus-helyettese. - Egyedülálló berendezéseket használtak, amelyeket korábban olajjal töltött nagyfeszültségű kábelek gyártására használtak. Éppen ezért nem kímélték az erőforrásokat a félkész termék Moszkvából Permbe és vissza szállításában. És azt gondolom, hogy egyelőre az ilyen speciális kábelek gyártásához célszerű egyedi, különböző gyárakba telepített berendezéseket használni, mint egy helyre szervezni a gyártást. Rendkívül ritkán és nagyon rövid hosszban (legfeljebb 1 km) gyártják.

Ennek fő oka a HTSC kábelek és azok karbantartásának költsége (folyékony nitrogént folyamatosan át kell pumpálni a kábelen).

DC kábelek Napjainkban folytatódnak a fejlesztések a HTSC kábelek létrehozása terén. A JSC FGC UES és a JSC Tudományos és Műszaki Központ FGC UES közös kutatás-fejlesztést végez „Magas hőmérsékletű szupravezető kábelvonal létrehozása” DC 20 kV feszültségre, 2500 A áramerősséggel és legfeljebb 2500 m hosszúsággal." A jövőbeli innovatív energiaátviteli rendszer első prototípusa - két darab 30 m-es bipoláris HTSC kábel, amelyet az FGC UES Tudományos és Műszaki Központjában fejlesztettek ki és az Irkutskkabel üzemben gyártottak - sikeresen átment a jelenlegi teszteken.

és nagyfeszültségű tesztek 2013-ban 2014 novemberében egy 50 MW teljesítményű innovatív erőátviteli átalakító berendezés tesztelésére került sor. segítségével több száz méter hosszú szupravezető kábel. HTSC kábel alkalmazása tápellátáshoz nagyobb városok lehetővé teszi a földkiosztási területek csökkentését, megtagadja

az építkezéstől légvezetékeket és csökkenti a villamosenergia-veszteséget. Az FGC UES Tudományos és Műszaki Központja megjegyzi, hogy a HTSC alapú egyenáramú kábelvonalnak számos előnye van a vonalhoz képest.

AC . Nemcsak a teljesítmény minimális veszteséggel történő átvitelét teszi lehetővé, hanem korlátozza a rövidzárlati áramokat, szabályozza a meddőteljesítményt, szabályozza a teljesítményáramlást és biztosítja annak fordítottját.„Jó tudni, hogy a HTSC-kábelek orosz fejlesztői az élen járnak” – mondja Vitalij Viszockij, a műszaki tudományok doktora, az Orosz Tudományos Akadémia akadémikusa, igazgatója.

tudományos irányt

- menedzser a JSC "VNIIKP" szupravezető huzalok és kábelek osztálya. - Például Európában 2009–2013-ban a 200 m-es kábel volt a legnagyobb, Németországban pedig csak 2014-ben szereltek fel 1 km-es kábelt. De ez a rekord is megdől egy 2,5 km-es szentpétervári kábel tesztelésével.”

„A villamosenergia-ipar szupravezetési piacának fejlődnie kell, mivel az energiafogyasztás sűrűsége folyamatosan növekszik, és szupravezetés nélkül lehetetlen a növekvő igények kielégítése” – mondja Vitalij Viszockij. - Az energetikai dolgozók azonban nagyon konzervatívak minden újjal kapcsolatban, sőt és drága. Ezért a fő feladat egyelőre az új projektek támogatása kormányzati szervezetek. Ez a szupravezető eszközök megbízhatóságának és hatékonyságának bizonyítéka lesz. Az új projektek megjelenése keresletet teremt a HTSC szalagok gyártására, növeli a kibocsátást és csökkenti az árakat, ami ismét segíti a piac fejlődését.”

"Ebben a szakaszban átfogó megoldás az állam teljes segítsége nélkül az összes rábízott feladat nem megoldható, de évről évre nő a HTSC technológia befektetési vonzereje, ami lehetővé teszi, hogy nagy bizalommal számítsunk a magánbefektetések beáramlására a további kereskedelmi fejlesztések során” – ért egyet kollégája Viktor Pantsyrny.
A szakértők örülnek annak, hogy általában véve állami szinten megértik a szupravezető technológiák fontosságát.
„A szupravezetőipar fejlesztése országos jelentőségű és fontos szerves részeátmenet az innovatívnak az ország gazdaságának fejlődési útja. Ezt a közelmúltban az Orosz Föderáció Szövetségi Nemzetgyűlése Állami Duma Energiaügyi Bizottságának elnöke mellett működő tanácsadó testület kibővített ülésén állapították meg, ahol különösen megjegyezték, hogy az Orosz Föderáció gazdasági és politikai függetlenségének biztosítása érdekében Oroszország, stratégiailag szükséges, hogy a hazai termelés alacsony legyen és magas hőmérséklet szupravezető anyagok, szupravezető eszközök és ezeken alapuló termékek” – számol be Viktor Pantsyrny.

Jövőbeli tervek

Szakértőket kértünk fel annak felmérésére, hogy szerintük a szupravezetés mely alkalmazásai a legígéretesebbek, és hol számíthatunk a technológia kereskedelmi felhasználására a következő években.

„Mint az egész világon, ma Oroszországban a szupravezető kábelprojektek a legfejlettebbek. Fejlődniük kell, és reméljük, hogy fognak is fejlődni” – mondja Vitalij Viszockij. - A HTSC alapú szupravezető kábelek már tisztán kereskedelmi terméknek számítanak, bár még mindig meglehetősen drágák. Olcsóbb lesz, ha elkezdődik széles körű bevezetése, és jelentős mennyiségű HTSC szalagra lesz szükség, ami csökkenti a költségeket termelésüket.

Azonban véleményem szerint a legszükségesebb és igény szerint a villamosenergia-ipar számára szupravezető rövidzárlati áramkorlátozók 100 kV-os és magasabb feszültségszintekhez.

Az ilyen feszültségosztályú hagyományos eszközök egyszerűen nem léteznek, és egyszerűen nem nélkülözhetjük a szupravezetést. Hazánkban már tárgyalnak ilyen projektekről. Emellett véleményem szerint a szélgenerátorok HTSC gépeinek jó kilátásai vannak. Egyetlen generátor tömegének jelentős (többszörös) csökkentését és az egységnyi teljesítmény növekedését ígérik.”„Ma a szupravezető termékek piacának fejlődésének motorja az elektromos energiaipar (tápkábelek és áramkorlátozók) – mondja Andrej Vavilov. - De számos más iparágban van jelentős potenciál. Például manapság olyan lehetőségeket fejlesztenek ki, amelyek segítségével a HTSC-huzal hatékonyan helyettesítheti az alacsony hőmérsékletű szupravezetőket a tudományban, az izotópgyártásban és az orvostudományban használt gyorsítótechnológiában.

Oroszországban vannak nagy terveket ezen a területen, különösen a dubnai modern NICA ütköző építésénél.

A hatékony forgógépek egyedi vontatási jellemzőivel, kis tömegével és tömegével nagy lehetőségeket rejt magában.

Az ilyen motorokra elsősorban a nagy hajók mozgásának biztosítására van szükség, és generátorokat is lehet használni megújulóban energia. A mágneses levitáció jelensége ma teljesen új távlatokat nyit meg. Ezek nem csak szállítórendszerek, hanem érintésmentes manipulátorok, valamint tartós csapágyak is sokféle alkalmazási lehetőséggel.”„A magas hőmérsékletű szupravezető képesség további fejlesztése nemcsak multiplikatív hatással lesz

a villamosenergia-iparban,

hanem más iparágakban is, mint például az űripar, a repülés, a tengerészet, az autóipar

Először is, minden esetre szeretném megjegyezni, hogy maga a „magas hőmérsékletű szupravezető” kifejezés olyan szupravezetőket jelent, amelyek kritikus hőmérséklete meghaladja a 77 K (-196 °C) - az olcsó folyékony nitrogén forráspontját. Gyakran tartalmaznak körülbelül 35 K kritikus hőmérsékletű szupravezetőket, mert Ez volt az első szupravezető La 2-x Ba x CuO 4 kuprát (változó összetételű anyag, tehát x) hőmérséklete. Azok. A „magas” hőmérséklet itt még mindig nagyon alacsony.

A magas kritikus hőmérséklet mellett a ReBCO és a BSCCO a kritikus mágneses mező (folyékony héliumban - több mint 100 T) és a kritikus áram magas értékeivel is megkülönböztethető. Utóbbinál azonban nem minden olyan egyszerű...

A szupravezetőben az elektronok nem önállóan mozognak, hanem párban (Cooper-párok). Ha azt akarjuk, hogy az áram áthaladjon az egyik szupravezetőből a másikba, akkor a köztük lévő résnek kisebbnek kell lennie, mint ennek a párnak a jellemző mérete. Fémek és ötvözetek esetében ez a méret több tíz vagy akár több száz nanométer. De az YBCO-ban és a BSCCO-ban ez csak néhány nanométer és egy nanométer töredéke, a mozgás irányától függően. Még a polikristály egyes szemcséi közötti hézagok is eléggé észrevehető akadálynak bizonyulnak, nem beszélve a szupravezető egyes részei közötti résekről. Ennek eredményeként a szupravezető kerámiák, hacsak nem alkalmaznak speciális trükköket, csak viszonylag kis áramot képesek átvezetni magukon.

A problémát legegyszerűbben a BSCCO-ban oldották meg: szemcséi természetesen sima élekkel rendelkeznek, és a legegyszerűbb mechanikai tömörítés lehetővé teszi, hogy ezeket a szemcséket nagy kritikus áramérték elérése érdekében rendezzék. Ez lehetővé tette a magas hőmérsékletű szupravezető kábelek, vagy inkább a magas hőmérsékletű szupravezető szalagok első generációjának gyors és egyszerű létrehozását. Ezek egy ezüst mátrix, sok vékony, BSCCO-val töltött csövet tartalmaznak. Ez a mátrix lelapul, és a szupravezető szemcséi elérik a kívánt sorrendet. Vékony rugalmas szalagot kapunk, amely sok egyedi lapos szupravezető magot tartalmaz.

A ReBCO teljesen más kérdés. De a megfelelő szemcseorientáció létrehozása nagyon nehéz. Csak viszonylag nemrég tanultak meg szupravezető szalagokat készíteni ezen az anyagon. Az ilyen, második generációs szalagokat úgy állítják elő, hogy szupravezető anyagot porlasztanak egy olyan hordozóra, amelynek speciális textúrája van, amely meghatározza a kristálynövekedés irányát. A textúra, ahogy sejthető, nanométeres, tehát ez igazi nanotechnológia. A moszkvai SuperOx cégnél, ahol valójában voltam, egy ilyen szerkezet létrehozásához öt közbenső réteget permeteznek egy fém hordozóra, amelyek közül az egyiket egyidejűleg egy bizonyos szögben beeső gyors ionárammal permetezzük. Ennek eredményeként ennek a rétegnek a kristályai csak egy irányban nőnek, amelybe az ionok a legnehezebbek kiporlasztani őket. Más gyártók, amelyekből négy van a világon, más technológiát alkalmazhatnak. A hazai szalagok egyébként ittrium helyett gadolíniumot használnak, technológiailag fejlettebbnek bizonyul.

Mindezek a kiváló technológiák azonban nem oldják meg a szupravezető két darabjának összekapcsolásának problémáját: bár a kristályok egy irányba vannak orientálva, szó sincs a külső felület szubnanométer méretű érdességre való polírozásáról. A koreaiaknak van egy technológiájuk az egyes csíkok egymással való szinterelésére, de ez még mindig enyhén szólva messze nem tökéletes. A szalagokat jellemzően hagyományos forrasztással kötik össze, hagyományos ón-ólom forrasztással vagy más klasszikus módszerrel. Természetesen ilyenkor véges ellenállás jelenik meg az érintkezőn, így ilyen szalagokból nem lehet olyan szupravezető mágnest létrehozni, ami nem igényel hosszú évekig tartó áramot, és egyszerűen egy pontosan nulla veszteségű vezetéket. De az érintkezési ellenállás a mikroohm kis töredéke, így 500 A áram mellett is csak a milliwatt töredékei szabadulnak fel ott.

Az utolsó videót egy YouTube-on megjelent komment hatására rögzítették, amelyben a szerző azzal érvelt, hogy szupravezetés nem létezik, és a mágnes lebegése teljesen független hatás, amely mindenkit arra kér, hogy az ellenállás közvetlen mérésével ellenőrizze helyességét. Amint látjuk, a szupravezetés még mindig létezik.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete