الموصلية الفائقة في صناعة الطاقة الكهربائية. الجزء 2. مستقبل الموصلات الفائقة

للوهلة الأولى ، يبدو أن المواد الجديدة ، الموصلات الفائقة ، مفيدة في كل مكان تقريبًا حيث تستخدم الحقول المغناطيسية والتيارات الكهربائية. لكن هل هذا صحيح؟

من أجل التنقل بين العديد من الأعمال الفنية مع الموصلات الفائقة ، ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أنه لا توجد موصلات فائقة ، على هذا النحو ، على الإطلاق. هذه هي المعادن المعتادة المعروفة للجميع ، في ظل ظروف خاصة تظهر خصائص غير عادية.

الألومنيوم ، على سبيل المثال ، يوصل التيار الكهربائي بشكل جيد في درجة حرارة الغرفة ، وبالتالي فهو يعتبر أحد أفضل الموصلات. تم تعزيز المجال المغنطيسي فيه قليلاً: تسمى هذه المواد paramagnets. ينقل الألمنيوم الحرارة تمامًا ، مما يعني أنه يمكن اعتباره موصل حراري.

عند التبريد إلى درجات حرارة منخفضة للغاية ، تتغير خصائص بعض المعادن بشكل كبير. بالنسبة للألمنيوم نفسه ، على سبيل المثال ، في درجات حرارة تقل عن 272 درجة مئوية ، تختفي المقاومة الكهربائية ، وتزيد الموصلية إلى ما لا نهاية (الموصل الفائق). لكن الموصلية الحرارية للمادة تتدهور بشدة (عازل حراري). يتم نقل الحقل المغناطيسي بالكامل من العينة (المغناطيس المثالي). لكن هذا لا يكفي: من الممكن تسجيل الخواص الكمومية للمادة ، والتي تظهر في درجات الحرارة العادية بشكل غير مباشر.

تسمى المعادن التي توضح مثل هذا الجمع غير المتوقع من الصفات الموصلات الفائقة ، ولكن لا ينبغي لأحد أن ينسى القيود المفروضة على هذا الاسم. نادراً ما يتم استخدام الموصلية الحرارية المنخفضة للمواد الجديدة. يتم تطبيق Diamagnetism من الموصلات الفائقة بالفعل عمدا. شكلت الخواص الكمومية أساس عمل العديد من أدوات القياس فائقة الدقة.

ومع ذلك ، في المرحلة الأولى من تطور ظاهرة جديدة ، تركز اهتمامات معظم الباحثين على استخدام الموصلية الكبيرة غير المحدودة للموصلات الفائقة.

تم إنشاؤها واستخدامها بنجاح خاصة الأنظمة المغناطيسية فائقة التوصيل لأغراض مختلفة. في الواقع ، من خلال الموصلات العادية ، بسبب التوليد المفرط للحرارة ، لا يمكن المرور بتيارات عالية للغاية. بمجرد اختفاء المقاومة الكهربائية ، يمكن زيادة الكثافة الحالية بشكل كبير. استفاد الفيزيائيون من هذا: بعد كل شيء ، كلما زاد التيار ، زاد المجال المغناطيسي. يمكن أن تخلق الموصلات الفائقة مغناطيس كهربائي قوي للغاية. هذا هو السبب في أن الاتجاه المغناطيسي للموصلية الفائقة أصبح حاسما لسنوات عديدة!

ليس هناك شك في أن المعدات ستحصل في العقود القادمة على وحدات جديدة ذات خصائص محسنة. يتم إنشاء معجلات جديدة ، قطارات ذات تعليق مغناطيسي مع جر كهرومغناطيسي ، مولدات كبيرة ذات دوار فائق التوصيل. يتم بناء المزيد والمزيد من نماذج توكاماك القوية ، ومن غير المعقول أن تظهر المفاعلات النووية الحرارية الصناعية خلال حياة جيلنا ، والذي لا يمكن إنشاؤه دون الموصلات الفائقة. في غضون سنوات قليلة ، في المباني التي يوجد فيها مستهلكون للكهرباء ، سيكون من الممكن تركيب ملفات حلقية ضخمة مبسطة بواسطة التيارات ، المصممة لتوفير الكهرباء بشكل مستقل للمنشآت المحلية.

من المفيد تحسين هياكل الهندسة الكهربائية وتوسيع قدراتها التقنية. ولكن ، ربما الأهم من ذلك ، تتمثل مهمة أخرى في إزالة الخسائر الناجمة عن تسخين الموصلات التي يتم تبسيطها بواسطة التيارات الكهربائية. بالطبع ، نحن لا نتحدث عن الأسلاك الكهربائية المنزلية ، يكفي استخدام الموصلات الفائقة للموصلات الحاملة للتركيبات الكهربائية الكبيرة.

يفضل عدم وجود خسائر في الأسلاك إنشاء أنظمة مغناطيسية فائقة التوصيل وأجهزة إلكترونية كهربائية.ولكن لا يزال ، يتم تصميم مغناطيس كهربائي جديد ليس لتقليل الخسائر ، ولكن لإنشاء حقول مغناطيسية لم يكن من الممكن الوصول إليها في السابق. وتسمح الأجهزة المعتمدة على الموصلات الفائقة بالحصول على دقة قياس عالية للغاية ، على الرغم من أن الزيادة في الكفاءة تعمل على تحسين الأداء الفني لأجهزة القياس الفائقة بشكل ملحوظ.

من المفيد للغاية استخدام الموصلات الفائقة خصيصًا لتقليل الخسائر الكهربائية. هذا الخط من العمل يستحق الدعم في جميع أنحاء العالم. على سبيل المثال ، ليست هناك حاجة للكابلات فائقة التوصيل لأن قدرات تصميم المواد المعروفة قد استنفدت بالفعل. هذه الأجهزة الخطية جذابة بشكل رئيسي لأنه يمكن استخدامها للقضاء على الخسائر في الشبكات الكهربائية. إذا تم نشر خطوط الكهرباء فائقة التوصيل على نطاق واسع ، يمكن تحقيق وفورات هائلة في موارد الوقود.

من المعروف أن الوقود العضوي (النفط والغاز والفحم) ينفد ، وأصبح إنتاجه أكثر صعوبة. اليوم ، تركز الطاقة على الإنشاء السريع لمحطات الطاقة النووية ومحطات التدفئة النووية ، وعلى تطوير الانصهار النووي الحراري ، وعلى استخدام طاقة الإشعاع الشمسي ، وحرارة البحار والمحيطات. محطات مصممة تعمل على طاقة المد والجزر والأمواج.

الموصلات الفائقة ، بطبيعتها ، ستكون مثالية لهذا الغرض. بعد كل شيء ، لن يتم تسخين الأوردة من الكابلات الجديدة والمولدات والمحولات التيارات الكهربائية. لأول مرة ، سيكون الناس قادرين على استبعاد وعي خسائر جول من ميزان التكاليف الكهربائية. تشير التقديرات إلى أن الأداء الفائق التوصيل لمحطات الطاقة الكبيرة سيجلب البلاد مليارات الدولارات.

إن تحسين الخصائص التقنية للمعدات الكهربائية ، وتقليل استهلاك الوقود ، والذهاب جزئيًا اليوم للتعويض عن الخسائر في الموصلات ، ليس كل شيء. سوف الموصلات الفائقة تحسين الوضع البيئي في العالم! بعد كل شيء ، يتم تحويل الطاقة لجميع الأجهزة التقنية في نهاية المطاف إلى حرارة. معدل تسخين الكوكب مرتفع ، فهو يتوافق مع وتيرة التنمية الصناعية. إن الإدخال الواسع النطاق للمعدات الكهربائية فائقة التوصيل من شأنه أن يقلل من تدفق الحرارة إلى الغلاف الجوي ، مما يسمح ، إن لم يكن القضاء ، بإضعاف التلوث الحراري للكوكب على الأقل.

إن مشكلة تبني الموصلات الفائقة على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية معقدة ومتنوعة ، لكن نتائج استخدام الموصلات الفائقة في المنشآت الفيزيائية والصناعية يمكن أن تكون ضخمة.

الموصلية الفائقة ظاهرة رائعة. عند دراسة الخصائص غير العادية والمثيرة للإعجاب للموصلات الفائقة ، يخترق الفيزيائيون أعمق وأعمق أسرار بنية المادة. يسعى المهندسون لجعل الموصلات الفائقة الخاصة بهم أداة ، لجعلها تعمل. المهمة الفائقة للموصلات الفائقة هي نقل خصائصها المفيدة إلى كائنات التكنولوجيا الجديدة.

ميخائيل تشيرنوف