Проведены испытания первой в мире гибридной сверхпроводящей электромагистрали

Сверхпроводимость есть! Энергии хватит всем

Российские ученые успешно провели испытания первой в мире гибридной сверхпроводящей электромагистрали. Этот небольшой кабель состоит из диборида магния, являющегося сверхпроводником, и полости для транспортировки жидкого водорода. Последний, охлаждая диборид до температуры в сорок кельвинов, и вызывает в нем тот самый эффект сверхпроводимости.

Фото:

Проблема сверхпроводимости, то есть способность материала проводить электричество без сопротивления, еще с начала прошлого столетия является предметом пристального внимания со стороны ученых и инженеров. Действительно, если бы удалось наладить производство подобного материала в промышленных масштабах, то об угрозе энергетического кризиса можно было бы забыть. Кроме того, внедрение сверхпроводников стимулировало бы развитие альтернативной энергетики, например, солнечной.

Интересный проект, посвященный данной проблеме, представил на симпозиуме в Институте изучения устойчивости окружающей среды (Потсдам, ФРГ), что проходил в мае прошлого года известный физик Алекс Мюллер. Согласно его расчетам, если в пустыне Сахара, где, как мы помним, имеется 360 солнечных дней в году, установить солнечные батареи на площади 300 квадратных километров, то они произведут столько электричества, сколько сейчас дают все электростанции мира. А для обеспечения потребности в электроэнергии всей Европы достаточно всего батареи площадью 50 квадратных километров.

Что и говорить — звучит заманчиво. Если бы не одно "но". Для того чтобы этот проект был реализован, необходимы сверхпроводники. Иначе электричество из Сахары даже до юга Европы просто не дойдет — оно все будет потрачено на преодоление сопротивление материала. На том же симпозиуме в результате дискуссии между учеными было выяснено, что для передачи электроэнергии на большие расстояния, например, на три-пять тысяч километров подходят только линии постоянного тока. Ведь популярные ныне воздушные линии передач переменного тока имеют ограничения по длине в несколько сотен километров. А мощность должна составлять около десяти гигаватт.

В принципе, если кабель будет сделан из сверхпроводящего материала, никаких проблем быть не должно. Но вот ведь беда — все известные ученым сверхпроводники напрочь отказываются проявлять свои чудесные свойства при нормальных для нас температурах. Эффект сверхпроводимости чаще всего возникает при температурах, близких к абсолютному нулю. Получается, что если делать кабель из сверхпроводника, то его нужно будет постоянно охлаждать по всей длине. Сами понимаете, что на это уйдет в несколько раз больше энергии, чем будет передано по сверхпроводящей линии электропередач.

Однако недавно выяснилось, что все можно сделать куда проще. Еще в начале этого века физики описали эффект сверхпроводимости, возникающий в кристаллах диборида магния (MgB₂). Это вещество становилось сверхпроводником при 40 К (-233, 15 градусов Цельсия). А ведь это температура, которую легко можно получить при охлаждении вещества жидким водородом. Кроме того, диборид магния достаточно легко получать в промышленных масштабах.

И вот на симпозиуме в Потсдаме прозвучала интересная мысль: а что, если создать так называемый гибридный кабель? В нем разместятся сверхпроводящие нити из MgB₂, а самую середину будут занимать резервуар, по которому будет транспортироваться жидкий водород.

Таким образом,можнобудетубить двух зайцев одним выстрелом. Во-первых,жидкий водород сможет охладить диборид магния до нужной температуры, и он станет сверхпроводником. А во-вторых, водород, как мы помним, сам является перспективным топливом. Сейчас основной проблемой при его использовании является дороговизна получения, поскольку оно потребляет куда больше энергии, чем может эффект от использования подобного газа.

Но ведь можно же построить заводы по его производству в той же самой Сахаре, где они будут работать от энергии Солнца (которой для данного цикла хватит с лихвой). Таким образом, величайшая пустыня Земли сразу же станет поставщиком и альтернативного топлива, и сверхдешевой электроэнергии. Главное — чтобы было ее по чему передавать.

И вот российские специалисты из Института нанотехнологий микроэлектроники, Всероссийского научно-исследовательского проектно-конструкторского и технологического института кабельной промышленности и Московского авиационного института решили воплотить эту замечательную идею в жизнь. Они создали кабель диаметром 26 миллиметров, в центре которого есть полость для транспортировки жидкого водорода (ее диаметр 12 миллиметров).

Снаружи от нее располагается токонесущий слой, состоящий из пяти лент диборида магния (их изготовили специалисты из итальянской компании Columbus Superconductor), спирально уложенных на сердечник из пучка медных проволок. Кроме того, жидкий водород циркулировал в полости между внешней оболочкой кабеля и внутренней стенкой криостата. Длина этого экспериментального кабеля составила десять метров. Для первых испытаний, в принципе, больше и не надо.

На днях эта новинка была опробована на специализированном стенде Конструкторского бюро химавтоматики в городе Воронеже. По результатам испытаний стало ясно, что все получилось — охлажденный диборид магния проявил свойства сверхпроводника. Как рассказал сотрудник Всероссийского научно-исследовательского проектно-конструкторского и технологического института кабельной промышленности Виталий Высоцкий, в эксперименте выяснилось, что в этой модельной магистрали поток жидкого водорода в 200-220 г/с способен переносить около 25 мегаватт мощности. Да и еще параллельно по сверхпроводящему кабелю было передано около 50 мегаватт электричества.

Однако, по мнению ученых, это еще не предел. Тот же Высоцкий заявил о том, что "последний показатель легко увеличить втрое, добавив число сверхпроводящих лент, причем даже в нашей магистрали. В промышленном же решении за счет увеличения тока, напряжения и объема потока водорода (для чего нужно просто увеличить диаметр трубы) можно пропускать куда более мощные энергопотоки". То есть предполагаемая мощность в десять гигаватт для подобного кабеля не является чем-то принципиально недостижимым.

Российские ученые назвали данный эксперимент весьма многообещающим. После него стало ясно, что создание сверхпроводящих линий электропередач из недорогих материалов в принципе возможно, причем в промышленных масштабах. Для России это особенно необходимо — ведь в нашей стране с ее огромными расстояниями электростанций сколько ни строй, их постоянно не будет хватать. А со сверхпроводящими кабелями вопрос решается просто и быстро — всего одна-две электростанции смогут снабжать энергией всех жителей России, от Калининграда до Владивостока…

Читайте также в рубрике "Наука и техника"