Высокотемпературные проводники и их применение

видны разные по плотности  т к а н и,  практически  неразличимые на  р е н т г е н о в с к их с н и м к а х . Применение сверхпроводящих электромагнитов делает ЯМР-томограф до­статочно к о м п а к т н ы м, удобным для меди­цинских обследований. На  рисунке для

сравнения показаны обычный  электромаг­нит, создающий сильное магнитное поле

(1 тесла), и значительно  более сильный (7,5 тесла) сверхпроводниковый электро­

м а г н ит (голубой цилиндр на подставке).

 

Сверхпроводящий кабель может  резко 

у п р о с т и ть переброску энергии на большие

расстояния, заменив загромождающие ланд­

шафт воздушные линии электропередачи.

Поиск новых высокотемпературных

сверхпроводников, их совершенствование 

и  п р а к т и ч е с к ое использование в значи­

тельной мере определятся  успехами теоре­

т и ч е с к ой  ф и з и к и, создавшей  у же солидный

фундамент исследования сверхпроводимо­

с т и.

 

 

Применение                                          Примечания

 

 

крупномасштабное

а) экранирование                                                              Сверхпроводник не пропускает магнитный  поток,

                                                                                                  следовательно, он экранирует  электромагнитное

                                                                                                  излучение. Используется в микроволновых 

                                                                                                  устройствах, защита от излучения  при ядерном   

                                                                                                  взрыве.

 

сильноточные устройства

 

                                                                                                  НТСП магниты используются в  ускорителях частиц и 

                                                                                                  установках термоядерного синтеза.

 

                                                                                                Интенсивно проводятся работы  по созданию 

                                                                                               поездов на магнитной подушке.  Прототип в Японии

                                                                                               использует НТСП.

а) магниты

- научно-исследовательское  оборудование

- магнитная левитация

 

другие статические применения

                                                                                              Прототипные линии НТСП продемонстрировали свою  

                                                                                              перспективность.Возможность аккумулировать 

                                                                                              электроэнергию в виде циркулирующего

                                                                                             тока.Комбинация полупроводниковых и

                                                                                             сверхпроводящих приборов открывает  новые

                                                                                             возможности в конструкциировании аппаратуры.

а) передача энергии

б) аккумулирование

в) вращающиеся электрические  машины

г) вычислительные устройства

 

 

Однако история развития сверхпроводниковых технологий в конце XX в. показала, что высокие значения критической температуры еще  не обеспечивают возможности практического  использования сверхпроводника. Важным компонентом успеха является и совершенствование  материаловедческих аспектов сверхпроводящих  материалов, т. е. технологии их производства и реализации в конкретных изделиях.

Вряд ли процесс широкой  интеграции в промышленность нового оборудования, основанного на применении сверхпроводимости, будет взрывным, скорее, он будет эволюционным, но с  заметной скоростью нарастания. Широкое  применение сверхпроводникового электротехнического  оборудования, как при генерации  электроэнергии, так и при ее транспортировке  и потреблении позволит увеличить  эффективность использования электроэнергии на 5...7 %, а, следовательно, практически  на эту же величину сократить потребление  первичных энергоносителей, которыми преимущественно являются органические топлива. В результате уменьшится выброс парниковых газов в атмосферу, снизится общая нагрузка на окружающую среду. Совершенно очевидно, что преобразующее значение новой технологии не ограничивается экономией первичных энергоносителей. Представляется, что такое преобразование непосредственно коснется всех областей деятельности, где в больших масштабах находит применение электротехническое оборудование, - электроэнергетики, машиностроения, металлургии, горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, наземного, морского и воздушного транспорта, атомной промышленности.

Безусловно, что наиболее ощутимый эффект принесет комплексное  использование сверхпроводникового  оборудования, например, полностью  состоящая из сверхпроводникового  оборудования электростанция или распределительная  подстанция. Тогда будет более  дешевой электроэнергия, более надежной работа оборудования и более благоприятной  экологическая ситуация. Но и отдельные  виды сверхпроводникового оборудования - трансформаторы, токоограничители и  индуктивные накопители - могут значительно  улучшить ситуацию в существующих энергосистемах и сетях, увеличив их устойчивость, надежность и пропускную способность.

В индустриально развитых странах существуют специальные, финансируемые  правительствами программы по развитию и применению сверхпроводниковых технологий в различных областях деятельности. Такие программы есть в США, Японии и в более скромных масштабах  в Европейском сообществе. Как  правило, еще на ранней стадии к их реализации привлекается частный капитал  будущих производителей и пользователей  оборудования. Им передаются научно-технические  разработки государственных научных  организаций, а сами исследования курируются национальными лабораториями. Таким  образом, осуществляется плановая коммерциализация одной из важнейших критических  технологий XXI столетия в развитых странах.

По оценкам Всемирного Банка, объем продаж сверхпроводникового  оборудования возрастет в мире с 2 в 2000 г. до 244 млрд долл. в 2020 г. Иными словами, за 20-летний период ожидается почти 100-кратный рост объема продаж сверхпроводящих материалов, технологий и устройств на их основе.

Приведем пока немногочисленные примеры практического использования  устройств на основе сверхпроводимости.

 

Таким образом, вполне очевидно, что достижения в области сверхпроводимости  являются ключевыми для энергетики, электроники, физики высоких энергий, воздушного, наземного и морского транспорта, космонавтики, медицины и  многих других областей. Успешное использование  прикладной сверхпроводимости может  стать одним из главных ответов  на возникающие потребности общества. Оно приобретает даже более важное значение, чем развитие возобновляемых источников энергии: солнечной, геотермальной, атомной, а также энергии воды и ветра. Что уж тут говорить о не возобновляемых источниках энергии, которые рано или поздно иссякнут. Более того, сверхпроводимость опосредованно найдет свое применение и во многих гуманитарных областях.

В заключение отметим, что  еще в 2001 г. один из руководителей  Intermagnetics General Corporation (США) К.Х. Рознер сделал сравнительный прогноз по поводу применения низкотемпературных и высокотемпературных сверхпроводников в ближайшие десятилетия. Из него следовало постепенное сравнительное увеличение использования высокотемпературной сверхпроводимости над низкотемпературной, вызванное преимуществами работы ВТСП устройств при более высоких температурах эксплуатации, что обеспечивает соответствующее понижение финансовых и технологических затрат. При этом, однако, предполагалось сохранение преимуществ низкотемпературных сверхпроводящих металлов и сплавов, обусловленных их гораздо меньшей дефектностью по сравнению с хрупкой оксидной структурой ВТСП. Прошедшее десятилетие показало, что пока еще ВТСП изделия остаются слишком дорогими для практики, и лишь немногие образцы (например, токовводы и томографы) являются конкурентоспособными.