Практичне застосування явища надпровідності

Ідея високотемпературної надпровідності (ВТСП) в органічних з'єднаннях було висунуто в 1950г. Ф.Лондоном і тільки 14 років з'явився відгук цю ідею на роботах американського фізика В.Литтла, що викликав критичні відгуки, які заперечують можливість ВТСП в неметалічних системах. Отже, хоча ідея ВТСП народилася и роботі Ф. Лондона в 1950г., роком народження проблеми можна вважати час появи франкової перших, поки, щоправда, нечисленних потоків інформації з ВТСП - 1964 р.. Якщо проаналізувати еволюцію температури сверхпроводящего переходу,, зрозуміло, зростання температури сверхпроводящего переходу приводив до можливості використання хладагентов з усе вищої температурою кипіння (рідкий гелій, водень, неон, азот). Хоча до азотних температур переходу, відкритих нещодавно у металлокерамиках, практично використовувався для охолодження рідкий гелій, проте стрибки у кар'єрному зростанні температури переходу дають підстави покласти в основу періодизації ВТСП про гелиевом, водневому, неоновом і, нарешті, азотном періодах ВТСП. Так Nb3Sn змінився Nb - Al - Ge, потім найбільша температура було виявлено d 1973-81гг. у Nb3Ge (23,9 K), яка рекордної до надпровідності металлокерамиками. La - Sr - Cu - O при 30 До в 86г., виростаючи до 100 До на матеріалі I - Ba - Cu - O.

Ключовим для проблеми ВТСП є питання критичної температури від характеристики речовини. З відкриттям в 86 нового класу надпровідних матеріалів з вищими, що раніше критичними температурами, в усьому світі розгорнулися роботи з вивчення з вивчення властивостей ВТСП з метою визначення можливості їх застосування у різноманітних галузях науку й техніки. Зацікавлення ВТСП пояснюється першу чергу тим, що коли підвищення робочої температури до азотної дозволить істотно спростити і здешевити системи кріогенного забезпечення, підвищити їх надійність. Для успішного застосування ВТСП в сильноточных пристроях (соляноидах, нагромаджувачах енергії, електромагнітних, транспорті з магнітним підвісом) вирішити низка запитань. Однією з найважливіших проблем під час створення сильноточных пристроїв з допомогою ВТСП є проблему забезпечення сталої роботи обмоток із течією. Проблема стабілізації ВТСП включає у собі кілька аспектів. Внутрішнім властивістю надпровідності є стрибкоподібний характер проникнення них магнітного поля. Цей процес відбувається супроводжується виділенням частини запасеної енергії магнітного поля за його розподілі. Тому, найважливішу напрям стабілізації надпровідників - їх стабілізація проти сигналів потоку. Крое того, провідники, внутрішньо стабілізовані проти сигналів потоку, під час роботи піддаються дії різноманітних обурень як механічного, і електромагнітного характеру, теж що супроводжуються виділенням енергії.

Традиційні надпровідники другого роду (сплави Nb - Ti, з'єднання Nb3Sn) застосовують у надпровідних магнітних системах як композитів з матрицею з нормального метала з високими тепло- і електропровідністю. Наявність пластичній матриці (найчастіше мідної) значно полегшує виготовлення тонких довгомірних провідників волочінням чи прокаткою, тобто сверхпроводящие матеріали відрізняються крихкістю. Стабільність надпровідності - стан щодо стрибків магнітного потоку - досягається шляхом виготовлення провідників з невеликим діаметром окремих надпровідних або ж стрічок з малої завтовшки сверхпроводящего шару. З цих самих причин ВТСП-проводники здебільшого виготовляються у вигляді композитів, мають малу товщину чи діаметр. Додаткова причина застосування нормального металу пов'язана з необхідністю захисту ВТСП-материала від вологості й інших чинників оточуючої Среды, викликають деградацію оксидного надпровідника. Найкращі результати отримано під час використання срібної матриці чи обмотки надпровідника: ще, що срібло лише мінімальний ступінь реагує з ВТСП або його вихідної продукції навіть за високої температурі синтезу, срібло вирізняється високою дифузійної проникливістю для кисню, що необхідно при синтезі і випалюванні ВТСП.

Нині всіх зусиль у сфері ВТСП поруч із удосконаленням їх властивостей та способів отримання спрямовані створення виробів з урахуванням ВТСП, придатних до застосування в радіоелектронних системах для детектування, аналогової та цифрового обробки сигналів.

Основними достоїнствами ВТСП є відсутність втрат постійному та порівняно невеликі втрати на перемінному токах, можливість екранізування магнітних і електромагнітних полів, можливість передачі сигналів з дуже малими спотвореннями.

Параметром, безпосередньо визначальним високочастотні властивості ВТСП матеріалів був частиною їхнього поверхове опір. У звичайних металах поверхове опір збільшується пропорційно квадратному корені з частоти тоді, як і ВТСП - пропорційно її квадрату. Проте, тому, що початкова значення поверхового опору (постійному струмі) у ВТСП кілька порядків нижче, ніж в металів, високоякісні ВТСП зберігають переваги проти металами за частоти за кілька сотень гигагерц.

Інтерес Вільгельма до питання практичного використання надпровідників виник 50-х рр, коли було відкрито надпровідники другого роду з високими критичними параметрами як у значенням щільності струму, і за величиною магнітної індукції. Нині використання явища надпровідності набуває дедалі більше практичного значення.

Застосування надпровідників зажадало рішення низки нових завдань, зокрема, інтенсивному розвиткові матеріалознавства у сфері низьких температур. При це досліджувалися як надпровідники власне, а й конструкції і ізоляційні матеріали.

Найбільшого поширення набула з надпровідних матеріалів електротехніці отримали сплав ниобий-титан і интерметаллид ниобий-олово. Технологічні процеси виготовлення виключно тонких ниобий-титановых ниток та його стабілізації досягли дуже високого рівня розвитку. Під час створення багатожильних провідників з урахуванням ниобий-олова широке застосування знаходить так звана бронзова технологія.

Розвиток надпровідникової техніки також пов'язані з створенням ожижителей і рефрижераторів дедалі більшої хладопроизводительности лише на рівні температур рідкого гелію.

Найбільшого реальне застосування надпровідність знаходить під час створення великих електромагнітних систем. У 1980-х рр у СРСР було здійснено запуск першою у світі установки термоядерного синтезу Т-7 зі сверхпроводящими котушками тороидального магнітного поля.

Сверхпроводящие котушки використовуються також і пузырьковых водневих камер, значних прискорювачів елементарних частинок. Виготовлення таких котушок для прискорювачів дуже складно, оскільки вимога винятково високою однорідності магнітного поля зумовлює необхідність точного дотримання заданих розмірів.

Останніми роками має місце дедалі ширше використання явища надпровідності для турбогенераторів, електродвигунів, униполярных машин, топологічних генераторів, жорстких і гнучких кабелів, комутаційних і токоограничивающих пристроїв, магнітних сепараторів, транспортних систем та інших.. Слід зазначити важливий напрям на роботах по надпровідності - створення вимірювальних пристроїв для виміру температур, витрат, рівнів, тисків тощо.

На сьогодні є головні напрями у сфері застосування надпровідності. Це насамперед магнітні системи різного призначення і далі - електричні машини (передусім турбогенератори).

Застосування надпровідності в турбогенераторах великої потужності перспективне що саме тут вдається досягти того, чого за інших технічних рішеннях вдіяти не можна, саме, зменшити масу чуток і габарити машини за збереження потужності. У звичайних машинах це зменшення завжди пов'язані з збільшенням втрат перезимувало і труднощами забезпечення високої ККД. Тут це запитання вирішується радикально: масу турбогенераторів можна збільшити 2-2,5 разу, в водночас у зв'язку з відсутністю втрат надходжень у роторе вдається підвищити ККД приблизно за 0,5% і наблизитися значних турбогенераторів до ККД порядку 99,3%. Підвищення ККД турбогенераторів на 0.1% компенсує витрати, пов'язані зі створенням генераторів на 30%. У умовах величина заощаджень, отримувана з допомогою зниження втрат, нас дуже швидко виправдовує ті витрати, які у створення нових сверхпроводниковых машин. Економічно це, звісно, виправдано, але не всі річ у тому, що з здобуття права вийшла у енергетику з більшими на машинами, потрібно подолати дуже важкий шлях створення машин дедалі більших потужностей. Заодно слід розв'язувати проблему і важче проблему - забезпечення високої надійності. Дуже важливим моментом у зв'язку, є відпрацювання токовводов під час створення машин високої потужності. Перепад температур на токовводах становить близько 300К, вони теж мають внутрішні джерела тепловыделения, і тому є одне з найбільш напружених в експлуатаційному відношенні вузлів сверхпроводникового електротехнічного устрою, будучи потенційно небезпечним джерелом аварій у кріогенної зоні. Тому, розробки токовводов, насамперед необхідно брати до уваги надійність його роботи, забезпечуючи її ще на шкоду тепло- і электрохарактеристикам токовводов.