Войти

Ученые испытали надежный сверхпроводящий кабель

1685
0
0
Сверхпроводящий кабель
Сверхпроводящий кабель.
Источник изображения: T. Henderson / Wikimedia commons

Исследователи из Новой Зеландии, США и Швейцарии создали и протестировали высокотемпературный сверхпроводящий кабель, отличающийся надежностью, простотой конструкции, термостойкостью и высокой механической стабильностью. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Superconductor Science and Technology.

Сверхпроводимость — состояние материала, подразумевающее отсутствие электрического сопротивления. Оно наблюдается более чем у сотни элементов и соединений, и их число постоянно пополняется. Состояние достигается при охлаждении вещества или соединения до определенной (критической) температуры и при нормальном давлении эта температура ниже 100 кельвин для большинства материалов.

С помощью сверхпроводников можно получать сильные магнитные поля, которые можно применять, например, в токамаках и стеллараторах — реакторах для управляемого термоядерного синтеза, а также в коллайдерах, маглевах и в других интересных проектах. Обмотка реакционной камеры из сверхпроводящего кабеля в токамаке организует тороидальные магнитные поля, которые удерживают плазму на расстоянии от стенок камеры, которые не способны выдержать температуру плазмы, равную 108 и более кельвин.

Проблема в том, что сверхпроводящие кабели имеют ненадежную многослойную конструкцию, а сильное магнитное поле способно выдавить жилы сверхпроводника из-под обмотки кабеля наружу. Обслуживать и производить кабели дорого, они нуждаются в регулярной подаче криогенного охладителя для поддержания состояния сверхпроводимости. Кроме того, монтировать такие кабели сложно — места контакта уязвимы и недолговечны. Любое нарушение структуры приводит к возникновению электрического сопротивления и нагреву, что разрывает цепочку сверхпроводимости. Эти недостатки тормозят изучение управляемого термоядерного синтеза, увеличивая себестоимость энергии, полученной таким путем.

Захари Хартвиг (Zachary S Hartwig) из Массачусетского технологического института вместе с коллегами представил сверхпроводящий кабель, совмещающий в себе относительно небольшую стоимость изготовления и высокую надежность. Разработка получила название VIPER (Vacuum pressure impregnated, Insulated, Partially transposed, Extruded and Roll-formed) — акроним технологических процессов его изготовления и структуры. Основа кабеля состоит из впаяных в медный сердечник методом вакуумной пропитки скрученных лент сверхпроводниковых материалов GdBa2Cu3O7−δ и YBa2Cu3O7−x — оксидов гадолиния-бария-меди и иттрия-бария-меди. В центре кабеля расположен канал для хладагента. Сверху кабель покрыт дополнительной медной оболочкой и опционально может быть обернут нержавеющей сталью. Именно за счет паяной цельной конструкции и оптимального соотношения толщины медного основания и сверхпроводящих лент достигается высокая стабильность кабеля.

Создатели отмечают простоту соединения нескольких кабелей такого типа между собой: конец кабеля покрывают серебром, а контакт происходит с помощью двояковогнутого соединительного элемента из меди с проволокой из индия, в пазы которого вкладываются кабели. Конструкцию легко можно дублировать на большие длины и ее стоимость обещает быть невысокой при ожидаемом спросе 1000 километров в год на сверхпроводящие кабели.


Структура сверхпроводящего кабеля VIPER

Источник изображения: Zachary S Hartwig et al./ Superconductor Science and Technology, 2020


Разработку испытали в Институте Пауля Шеррера, в Швейцарии на установке для тестирования магнитов и кабелей SULTAN, способной генерировать магнитное поле до 11 Тесла и ток до 100 килоампер. Несколько кабелей подвергали воздействию сил равных от 136 до 382 килоньютон на метр, при прохождении максимального тока до 35 килоампер и магнитного поля 10,9 Тесла на метр, в течение от 150 до 2000 циклов работы. При максимальной нагрузке 382 килоньютон на метр, что почти в четыре раза больше предыдущего рекорда в 102 килоньютон на метр, деградация проводящих свойств оказалось незначительной, и составила не более 4,1 процента. Конструкция кабеля также показала высокую криостабильность и выдержала три последовательных тепловых импульса от нагревателя мощностью 45 ватт, быстро возвращаясь к рабочему значению температуры и сохраняя сверхпроводящие свойства.

Конструкторы утверждают, что их кабель планируется использовать в проекте нового токамака SPARC, строительство которого запланировано на 2021 год. В отличие от купратов-керамиковв роли сверхпроводников в кабеле VIPER, сверхпроводимость в твердом материале на основе сероводорода и метана недавно достигли при температуре выше нуля градусов Цельсия. Правда, давление, необходимое для сохранения сверхпроводимости в этом материале, должно превышать 1,4 миллиона атмосфер.

Роман Колесов

Права на данный материал принадлежат
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 28.11 11:34
  • 5
Силуанов: время углеводородного сырья уходит, экономике нужны другие «двигатели»
  • 28.11 11:11
  • 11664
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 28.11 05:13
  • 12
Италия заказала первые боевые машины пехоты KF41 Lynx
  • 28.11 01:32
  • 1
Пуститься по миру: как Киев намерен содержать армию в 800 тыс. человек
  • 28.11 00:13
  • 4
re:Кино на русском языке , может подойдёт/ Василий КУПЦОВ, генерал-майор милиции, начальник МУР (1994 -1996 гг.):— Современные сериалы не смотрю, потому что когда пытался, то периодически наталкивался в них на моменты, дискредитирующие образ сыщика,
  • 27.11 21:00
  • 1
Safran согласилась передать Индии технологии двигателя истребителей пятого поколения
  • 27.11 20:50
  • 1
Забрезжило соглашение по Украине, и Франция с Великобританией определяются с военным присутствием там (Politico, США)
  • 27.11 20:15
  • 4
В США две атомные подлодки ВМФ России признали бесполезными
  • 27.11 09:34
  • 0
И снова о Литве и воздушных шариках
  • 27.11 03:56
  • 1
Трамп назвал "произведением искусства" бомбардировщики, наносившие удары по Ирану
  • 27.11 03:52
  • 0
В связи с дискуссией - об отличиях советских/российских ПЛА 3-го и 4-го поколений.
  • 27.11 03:19
  • 3
Комментарий к "«Мы уже обогнали Су-57»: в индийской прессе надеются на собственный истребитель"
  • 27.11 00:44
  • 7
re:системы связи inwave.ru 2025 TRX-8D 10 Мбит/с на расстоянии 500 км,работоспособна с АФАР,прямое расширение помехоустойчивым кодом (DSSS) + ППРЧ (FHSS) сигнал с полосой 80 МГц ,габаритные размеры мм 126х60х35 ,масса г 300
  • 27.11 00:33
  • 3
Баллистика - траектории -минимально затратная ,настильная,планирующие боевые блоки
  • 26.11 23:00
  • 3
В России прокомментировали мощь и точность «Торнадо-С»