الموصلية الفائقة في صناعة الطاقة الكهربائية: الحاضر والمستقبل

النمط العام في عصرنا هو تضييق الفجوة بين اكتشاف معين وتنفيذه. بمجرد وصول هذا الفاصل إلى مئات السنين ، انخفض الآن إلى الحد الأدنى. على سبيل المثال ، تقدم التصوير الفوتوغرافي بعد 112 سنة من افتتاحه. بدأ استخدام الأسمدة المعدنية بعد مرور 70 عامًا على إنشائها ، والاتصالات الهاتفية - بعد 50 عامًا ، والبث - بعد 35 عامًا ، وتحديد الموقع الجغرافي بعد 15 عامًا ، والتلفزيون - بعد 12 ، والقنبلة الذرية - بعد 6 سنوات ، والترانزستور - بعد 3 سنوات ، والليزر - بعد عامين فقط العام.

يعود تاريخ الاستخدام التقني للموصلات الفائقة إلى عام 1955 ، عندما تم إنشاء أول مغناطيس كهربائي بمساعدتهم. مرت 56 عامًا منذ اكتشاف الموصلية الفائقة لإدخالها. ما هو الموضوع؟

وفقًا لبعض علماء الفيزياء البريطانيين ، فإن هذا التأخير يرجع إلى سببين: التطور غير الكافي للتكنولوجيا المبردة واكتشاف الموصلات الفائقة النقية فقط. أصبحت المواد الصلبة ذات المعلمات المقبولة تقنيًا معروفة فقط في عام 1930 ، وبعد ربع قرن فقط من ذلك ، تم إنشاء موصلات من هذه المواد بالفعل. وعلى الفور تم إنشاء ملف لولبي مع لف فائق التوصيل واختباره بنجاح. ولدت الموصلية الفائقة التقنية.

وهكذا ، تزامن اختراع وبداية استخدام المواد فائقة التوصيل المناسبة تقنيًا في الوقت المناسب (1955). لكن الاختراع الفعلي للموصلات الفائقة حدث ، ربما ، في وقت لاحق. بعد كل شيء ، كان فقط في عام 1963 أنه كان من الممكن إنشاء أسلاك قابلة للتطبيق حقا ، والتي كان لابد من إبطائها لتحقيق الاستقرار الحراري. من المفارقات ، إنها حقيقة: بدأ إدخال الموصلات الفائقة قبل ثماني سنوات من اكتشافها الفعلي.

اليوم ، يتم استخدام الموصلات الفائقة عملياً في الفيزياء ، حيث تم استخدام مرافق البحث الكبيرة والأجهزة الجديدة لسنوات عديدة. من الصحافة ، يُعرف التطبيقات الفردية للمحركات الكهربائية فائقة التوصيل ، الجيروسكوبات ، الملفات اللولبية على متن السفن ، الطائرات. في مجال الطب ، ظهرت عدادات فائقة التوصيل للحقول المغناطيسية التي أنشأتها الكائنات الحية.

إن استخدام الموصلات الفائقة في قطاع الطاقة والنقل أمر ذو أهمية كبيرة. هنا ، استمرت الأعمال التحضيرية لسنوات عديدة ، لكن الآلات والكابلات الجديدة لم تعمل بعد. لماذا؟

هناك العديد من الأسباب التي تؤجل تاريخ الاستخدام المكثف للموصلات الفائقة في الاقتصاد الوطني. على سبيل المثال ، لم يكن من السهل تطوير نظرية الموصلية الفائقة ، ولكن ليس من الصعب على المهندسين إتقان هذه النظرية. كانت مهمة صعبة بشكل غير متوقع بناء الأسلاك فائقة التوصيل ، لا توجد كلمة أخرى لعملية إنشاء تركيبة متعددة العناصر من معادن مختلفة. يتطلب إنتاج الأشرطة فائقة التوصيل والإطارات والأسلاك تطوير تكنولوجيا خاصة وإنشاء آلات خاصة وحتى صناعات جديدة.

ترتبط الصعوبات الكبيرة بالإمداد المبرّد للكائنات فائقة التوصيل ، لأن الموصلية الفائقة لا تنشأ إلا في درجات حرارة منخفضة للغاية. كانت الشاحنات المبردة ذات الطاقة العالية مطلوبة.

لا يمكن التفكير في تطوير التكنولوجيا المبردة دون استخدام فراغ عميق ، لذلك تحتاج إلى معرفة كيفية الحصول عليها وصيانتها. وبطبيعة الحال ، القياسات: نحن بحاجة إلى أجهزة استشعار خاصة ، وأسلاك التحكم التي تمر عبر تجاويف مع درجات حرارة مختلفة.

ولكن عندما يكون من الممكن التغلب على كل هذه الصعوبات ، فلن يكون من السهل حل المشكلة الكهربائية. حتى الآن ، في الهندسة الكهربائية عالية الطاقة ، عادةً ما يتم استخدام التيارات التي يتراوح عددها بين عشرات ومئات الأمبيرات ، ومن الممكن تقنيًا واقتصاديًا نقل التيارات أعلى بآلاف المرات من خلال الموصلات الفائقة. ولكن هل هذه المنشآت متعددة الأمبير ضرورية؟

هذه المنشآت موجودة ، لكنها قليلة. ليس من السهل إنشائها ، لأن القدرة الاستيعابية الحالية للموصلات التقليدية ، النحاس والألومنيوم ، محدودة. الآن وبعد مساعدة الموصلات الفائقة ، أصبح من الممكن زيادة كثافتها الحالية وتياراتها بأنفسها ، وسيكون من الواقعي الحديث عن تحديث جميع منشآت الطاقة الكهربائية من محطات توليد الطاقة إلى المستهلكين. ولكن هل هذا التعديل ضروري؟ إذا لم يكن كذلك ، فلماذا تصنع المكونات الكهربائية فائقة التوصيل؟

يجب أن تكون هذه الوحدات متعددة الأمبير ، وهذا لا يمكن إنكاره. بعد كل شيء ، الموصلات الفائقة هي مادة موصل رائع. لكن الدوائر الكهربائية مصممة للتيارات الصغيرة والفولتية العالية جدًا. حسنًا ، قم بتضمين كائنات متعددة الأمبير في دوائر منخفضة الأمبير؟ غير واقعي. وإعادة الهيكلة الكاملة لجميع معدات الطاقة الكهربائية هي مهمة ضخمة. هل ستجد الموصلات الفائقة حقًا مكانها فقط في المنشآت المادية الفريدة؟

ومع ذلك ، فإن صعوبات المشكلة المرتبطة بإدخال الموصلات الفائقة يتم حلها تدريجياً. عندما بدأ العمل التطبيقي مع الموصلات الفائقة ، كان نقص الموظفين المدربين والمواد والمعدات والأجهزة الجديدة حادًا بشكل خاص. ولكن لا يزال ، واحد تلو الآخر ، نشأت نماذج صغيرة. كان هناك طلب ثابت على الأسلاك الجديدة ، والسوائل والأدوات وأجهزة الاستشعار. يشارك الفيزيائيون وعلماء الرياضيات في حل المشكلات العملية البحتة: تحديد المجالات والتيارات الحرجة ، وتقييم فقد التيار المتردد ، وحساب السلوك الحراري للموصلات الفائقة في الهيليوم السائل.

اليوم ، تشارك مئات الفرق البحثية في مشاكل الموصلية الفائقة التقنية. تم تحديد خطط بحثية طويلة الأجل ، وتمت صياغة سلاسل العمل ، وقوائم المنشآت التي سيتم تنفيذها جاهزة.

على العموم ، يمكن اعتبار أن أعمال البحث اللازمة لإنشاء العينات الرائدة من الموصلات الفائقة للمعدات قد تم تنفيذها بحوالي 30-50٪. من بين النماذج التي تم إنشاؤها هي مغناطيسات للأبحاث الفيزيائية وللمولدات التوربينية والمحركات ، المحولات الفائقة وأقسام الكابلات، المحامل والأجهزة.

وقال جيه. باردين ، الحائز على جائزة نوبل ، مرتين: "ستكون السنوات القليلة المقبلة حاسمة لنقل الموصلات الفائقة من المختبرات إلى الصناعة للتطبيقات واسعة النطاق".

اقرأ عن مستقبل الموصلية الفائقة في المقالة التالية.

ميخائيل تشيرنوف electro-ar.tomathouse.com

تابع:

المستقبل هو الموصلات الفائقة