Войти

Ученые испытали надежный сверхпроводящий кабель

1630
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
  • 06.07 21:02
  • 9583
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 06.07 19:52
  • 56
Гендиректор ОАК Слюсарь: испытания SSJ New с российскими двигателями начнутся осенью - Интервью ТАСС
  • 06.07 19:03
  • 3
Путин и отношения с Азербайджаном: фокус на Южном Кавказе (Al Mayadeen, Ливан)
  • 06.07 11:23
  • 17
Российские разведывательно-ударные мультикоптеры предложат на экспорт
  • 06.07 11:18
  • 461
Израиль усиливает меры безопасности в связи с опасениями ударов со стороны Ирана
  • 06.07 10:46
  • 6
Новая турецкая малогабаритная крылатая ракета Bayraktar Kemankeş
  • 06.07 10:39
  • 176
В России запустили производство 20 самолетов Ту-214
  • 06.07 07:42
  • 5
Российскую лазерную систему ПВО применят против украинского «Лютого»
  • 06.07 02:19
  • 4
В добавление к "Интеллектуальные способности высших военных командиров"
  • 05.07 18:04
  • 4
Эксперт Кузякин: Украина использует маркетинг для вербовки граждан России
  • 05.07 14:23
  • 11
В США порассуждали о новой роли стареющих штурмовиков A-10
  • 04.07 12:28
  • 1
«Испытано на российских беспилотниках»: Швеция признала начало поставок комплекса ПВО Tridon Mk2 на Украину
  • 04.07 11:48
  • 1
Путин: российские штурмовики "без всяких роботов" действуют эффективно
  • 04.07 11:22
  • 2
Тревожное решение США о приостановке поставок оружия Украине (The Economist, Великобритания)
  • 04.07 03:47
  • 1
Готова ли Европа к войне? (Financial Times, Великобритания)