Войти

Ученые испытали надежный сверхпроводящий кабель

1608
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
  • 23.04 09:42
  • 8570
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 23.04 08:47
  • 37
Гендиректор ОАК Слюсарь: испытания SSJ New с российскими двигателями начнутся осенью - Интервью ТАСС
  • 23.04 01:06
  • 1
Ответ на "В США оценили способность России сбить B-21"
  • 22.04 18:02
  • 0
Ответ на "Кто слишком долго ищет врагов, в конце концов, их находит"
  • 22.04 17:14
  • 0
Кто слишком долго ищет врагов, в конце концов, их находит
  • 22.04 16:53
  • 0
Балканский форпост
  • 22.04 10:55
  • 1
Украинский ТГ-канал пишет, что в Кремле якобы уже подготовили списки возможных объектов Украины для нанесения удара «Орешником»
  • 22.04 01:50
  • 0
По поводу "Стало известно о планах доверить SpaceX создание «Золотого купола» для США"
  • 21.04 21:27
  • 0
Да при чем тут танки, господи! Ответ на "Все украинские танки почти уничтожены: сможет ли западная помощь спасти положение? (19FortyFive, США)"
  • 21.04 21:02
  • 0
Ответ на "Чиновник США: Украина “на 90%” готова согласиться на мирное предложение США — теперь дело за Россией (New York Post, США)"
  • 21.04 18:33
  • 0
Ответ на ""Украине не нужны русскоязычные регионы": США готовы признать новые границы (The Wall Street Journal, США)"
  • 21.04 14:23
  • 1
Почему Россия отнюдь не обречена (The National Interest, США)
  • 21.04 14:20
  • 24
Военкор: без десантных операций мощного прорыва обороны ВСУ российской армией можно не ждать
  • 21.04 08:17
  • 1
Стало известно о планах доверить SpaceX создание «Золотого купола» для США
  • 21.04 07:30
  • 3
19FortyFive: США могут забыть о F-47, поскольку Китай строит один истребитель-«невидимку» за другим