Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

НОВЫЕ ОБЗОРЫ. ВТСП – к практическому использованию, минуя механизм…

2007, Tом 4, выпуск 1
Тематика: Фундаментальные исследования

Уже через несколько месяцев после открытия Беднорцем и Мюллером высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и последовавшего вслед за ним увеличения критической температуры Tc до 93 К в научном мире, наряду с бурными дискуссиями о механизме сверхпроводимости ВТСП, стали всерьез обсуждаться вопросы практического использования новых сверхпроводников в датчиках магнитного поля, сверхбыстрых компьютерах, левити-рующих поездах и, конечно же, линиях электропередачи. Прошло 20 лет. Механизм высокотемпературной сверхпроводимости так и не установлен. А как обстоят дела с применением ВТСП? Число удачных коммерческих проектов, приносящих прибыль (например, фильтры на базисных станциях сотовой связи и токовводы), можно пересчитать по пальцам. “Очень трудно делать деньги на ВТСП, – говорит J.Rowell (Arizona State University), – они почти не приносят прибыли”. Ему вторит A.Zeller, эксперт по сверхпроводящим магнитам из Michigan State Univ.: “Процесс внедрения ВТСП-изделий идет очень медленно. Но он все-таки идет…”. “Со-стояние прикладных исследований ВТСП долгое время было просто ужасающим, – замечает B.Strauss из Министерства энергетики США, – и только сейчас дело сдвинулось с мертвой точки”.

Главный недостаток ВТСП, препятствующий их широкомасштабному практическому использова-нию, заключается в том, что они представляют собой хрупкую керамику. Из “низкотемпературных” сверхпроводников, таких как NbTi и Nb3Sn, можно сравнительно легко изготовить длинные гибкие провода для силовых кабелей, магнитов, моторов и генераторов. А ВТСП в этом отношении, что называется, “нетехнологичны”. Пленочка сантиметровой площади – одно, а многокилометровый провод – совсем другое. Ситуация усугубляется сильной анизотропией электрических свойств ВТСП (являющейся следствием анизотропии их структуры): электроны предпочитают двигаться только в определенных направлениях, и если разориентация кристаллографических осей в соседних зернах превы-шает всего лишь несколько градусов, то критический ток резко падает.

Легче всего добиться нужной взаимной ориентации зерен оказалось в Bi-Sr-Ca-Cu-O, где зерна близки по форме к плоским прямоугольным пластинкам. Серебряную трубку, заполненную порошком Bi-Sr-Ca-Cu-O, вытягивают в тонкую ленту длиной до нескольких километров. Такие ленты получили название ВТСП-проводов первого поколения (1G). Их можно использовать, прежде всего, в силовых сверхпроводящих кабелях при температурах жид-кого азота, и, например, в обмотках соленоидов, ограничителях тока, накопителях энергии при пониженных температурах. Два главных недостатка 1G проводов – их высокая себестоимость (из-за дороговизны серебра) и резкое уменьшение токонесущей способности в сильных магнитных полях (поэтому приходится понижать температуру, используя криокулеры или жидкий гелий, а тогда ка-кой смысл в высокой Tc?). Один из путей решения “проблемы магнитного поля” предложен в Sumitomo Electric. Он основан на использовании железного сердечника, который “помогает” 1G про-воду противостоять сильным полям, улучшая конфигурацию поля – снижая его перпендикулярную составляющую на ВТСП ленте. Это позволило из-готовить прототип корабельного мотора, объем которого в 10 раз, а вес – в 5 раз меньше, чем у “несверхпроводящих аналогов”. Еще один мотор такого же типа мощностью 36,5 МВт изготовлен в American Superconductor Corporation. Он успешно прошел испытания. Его поставка в ВМФ США ожидается уже в обозримые сроки.

Альтернативой 1G проводам из Bi-Sr-Ca-Cu-O являются провода второго поколения (2G) из Y-Ba-Cu-O, преимущество которых заключается в доступности и относительной дешевизне исходных материалов, а также высоком критическом токе даже в сильных полях. Первый 2G провод был изготовлен в 1995 году специалистами из Los Alamos Natl. Lab. и Oak Ridge Natl. Lab. Он был очень коротким – всего лишь 2,5 см. Долгое время не удавалось найти способ надлежащей ориентации зерен Y-Ba-Cu-O на всей длине провода. Теперь эта задача решена: никелевую подложку покрывают специальным буферным слоем, который ориентирует зерна в напыляемой на него пленке Y-Ba-Cu-O. В компании Super Power уже налажено серийное производство 700- и 800-метровых 2G проводов. Их используют в соленоидальных катушках сверхпроводящих магнитов. American Superconductor Corp. сообщила об изготовлении магнита с H = 1,5 Тл. На фирме Fujikura (Япония) сконструирован магнит с H = 1 Тл и т.д.

Повышенный интерес американских компаний к ВТСП проводам обусловлен старением электрической сети США и связанной с этим необходимо-стью ее замены или принципиальной модернизации уже в ближайшем будущем. Спрос на электроэнергию в США увеличивается на 2,6 % каждый год. Иногда его удается удовлетворить за счет строительства новых линий электропередачи. Но во многих густонаселенных центрах это сделать уже невозможно. Между тем, у сверхпроводящих кабелей “пропускная способность” в 5 раз выше, чем у мед-ных. Первый такой кабель длиной 30 м был проложен аж в 2000 году в штате Огайо и с тех пор успешно работает без всяких проблем. Второй – в Дании в 2001 году и также успешно продолжает работать. Один из последних силовых ВТСП кабелей был запущен 20 июля 2006 года в г. Олбани, штат Нью-Йорк. Он позволил обеспечить электроэнергией жителей более чем 70 тысяч домов. По оценке Министерства энергетики США, около 3,5 тысяч километров подземных силовых кабелей может быть заменено на кабели из ВТСП.

Несмотря на первые успехи, пока отношение бизнеса к сверхпроводникам вообще и к ВТСП в частности остается, по меньшей мере, прохладным. Это связано как с дороговизной сверхпроводниковой технологии, так и с высокой степенью риска при ее внедрении. “Если вам нужно нечто, что проработает без поломки 30 лет, то вы не станете вкладываться в двухгодичный демонстрационный проект, – говорит A.Lauder, исполнительный директор Coalition for the Commercial Application of Superconductivity (США), – потребителя не интересует наука, ему нужен деше-вый и качественный товар”. Сейчас провода из ВТСП в 3ё5 раз дороже медных. Налаживание массового производства 2G проводов позволит устра-нить этот ценовой разрыв к концу текущего десятилетия. Если последние 20 лет чему-то и научили предпринимателей, так это более трезвому взгляду на то, что новая наука может дать рынку.

По материалам журнала “Science”, 314, 17 ноября, 2006.

Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.