Применение ВТСП 1-го поколения

Практическое использование сверхпроводников долгое время сдерживалось одним из трёх основных факторов: низкими температурами сверхпроводящего перехода, существованием критического магнитного поля и величиной критического тока.

Если в криоэлектронике ВТСП успешно применялись уже в 1987 г (магнитные экраны, различные тонкоплёночные приёмники СВЧ-излучения, работающие при 77 К), то использование ВТСП в энергетике — дело ближайшего дня. В 1999 г. на 3-ей Международной конференции по физико-техническим проблемам электротехнических материалов и компонентов (Москва, Клязьма, Россия, авторы: А.Д.Никулин, А.К.Шиков, А.Е. Воробьева) сообщалось, что в результате комплекса проведённых исследований и разработок во ВНИИНМ созданы основы процесса получения одножильных и многожильных проводников на основе висмутовой системы (Bi-2212 и Bi-2223), а также массивных изделий на основе ВТСП керамики Y-Ba-Cu-O. Выпускаются композиционные ВТСП с длиной единичного куска до 250 м, с критическим током до 45 А (77 К, О Тл). Достигнутый уровень конструктивной плотности тока на таких проводниках - до 6 кА/см² (77 К, 0 Тл) позволил приступить к изготовлению изделий криогенной электротехники.

В сотрудничестве с МАИ, РНС «Курчатовский Институт», ИФВЭ, НИИ Электромашин изготовлены и успешно испытаны первые образцы криодвигателей, токовводов, магнитных катушек на основе ВТСП проводников.

Для применения в электронной технике многими научными группами ведутся работы по использованию ВТСП тонких плёнок, получаемых различными методами. Например, изучаются подходы к расчёту и изготовлению фильтров с квазисосредоточенными и сосредоточенными параметрами и малыми габаритами на частотах 500–2000 МГц, ВТСП материалы с температурным коэффициентом сопротивления близким к нулю для изготовления прецизионных низкотемпературных резисторов и др.

Перспективы применения сверхпроводников достаточно чётко были отражены в статье "Новые сверхпроводники: перспективы применения" Алана М. Вольски и др. в журнале Scientific American, апрель 4, 1989 наиболее интересные из которых и приведём ниже (рисунок 12).

Рисунок 12 - Области применения сверхпроводников

Сверхпроводящие магниты. С помощью обычного электромагнита, представляющего собой катушку из медного провода, размещённой на железном сердечнике, можно создавать поля до 2 Тл, причём медные провода выдерживают плотность тока до 400 А/см².

Сверхпроводники позволяют отказаться от железного сердечника за счёт увеличения плотности тока до 100000 А/см². Такие плотности тока позволяют получать сплавы из ниобия-3 и олова и ниобия с титаном при температуре жидкого гелия (4 К).

Объёмные образцы иттрий - барий - оксид меди выдерживают плотность тока до 4000А/см2 при температуре жидкого азота (77 К) в поле 1 Тл. В отсутствие магнитного поля плотность тока может достигать 17000 А/см².

Генераторы и линии электропередач. Сверхпроводящие магниты могут повысить КПД генераторов большой мощности до 99.5%, хотя у обычных генераторов он уже достигает 98.6%. Ежегодная экономия топлива составит 1%. Экономически рентабельными сверхпроводниковые линии электропередач могут стать только при передаче по ним большого количества энергии.

Аккумулирование электроэнергии. Сверхпроводящие накопители энергии с охлаждением жидким азотом обошлись бы на 3% дешевле, чем обычные, а общие капитальные затраты уменьшаются еще на 5%.

Поезда на магнитной подушке — наиболее перспективное применение сверхпроводников для скоростных поездов. Стоимость сооружения пути длиной 500км обойдётся в 1.5 – 4.5 млрд долл. Стоимость самих поездов составит не более 10% от общей суммы затрат, а система охлаждения всего 1%.

Сверхнизкие температуры до 10^-6К достигнуты в магнитных холодильниках при использовании магнитоэлектрического эффекта. Такие системы важны для космических и оборонных программ.

Компьютеры и сверхпроводники. В будущем может быть создан суперкомпьютер на ВТСП с быстродействием в 1000 раз больше, чем у компьютеров, проектируемых в настоящее время. Время переключения на переходах Джозефсона (два сверхпроводника, разделённых тонким слоем диэлектрика) составит не более 10^-13с для Т_с=10К и 10^-14с для материала с Т_с=100К.

Поиск по сайту: