Superconduttività nel settore dell'energia elettrica. Parte 2. Il futuro dei superconduttori

A prima vista, nuovi materiali, superconduttori, sembrano essere vantaggiosi da usare quasi ovunque in cui vengono utilizzati campi magnetici e correnti elettriche. Ma è così?

Per navigare in molti lavori tecnici con i superconduttori, è necessario tenere presente che non esistono affatto superconduttori. Questi sono i soliti metalli noti a tutti, in condizioni speciali che presentano proprietà insolite.

L'alluminio, ad esempio, conduce bene la corrente elettrica a temperatura ambiente, quindi è considerato uno dei migliori conduttori. Il campo magnetico al suo interno è leggermente migliorato: tali materiali sono chiamati paramagneti. L'alluminio trasmette perfettamente il calore, il che significa che può essere considerato un conduttore di calore.

Se raffreddato a temperature estremamente basse, le proprietà di alcuni metalli cambiano significativamente. Per lo stesso alluminio, ad esempio, a temperature inferiori a 272 ° C, la resistenza elettrica scompare e la conduttività aumenta all'infinito (superconduttore). Ma la conduttività termica del materiale si sta deteriorando quasi altrettanto (isolante termico). Il campo magnetico è completamente spostato dal campione (diamagnet ideale). Ma questo non è abbastanza: è possibile registrare le proprietà quantistiche di un materiale, che a temperature ordinarie si manifestano indirettamente.

I metalli che dimostrano una combinazione così inaspettata di qualità sono comunemente chiamati superconduttori, ma non bisogna dimenticare i limiti di questo nome. La conduttività termica ridotta di nuovi materiali è ancora raramente utilizzata. Il diamagnetismo dei superconduttori è già applicato intenzionalmente. Le proprietà quantistiche hanno costituito la base dell'azione di molti strumenti di misura ultraprecisi.

Tuttavia, nella fase iniziale dello sviluppo di un nuovo fenomeno, gli interessi della maggior parte dei ricercatori si concentrano sull'uso dell'infinitamente grande conduttività dei superconduttori.

I sistemi magnetici superconduttori appositamente creati e utilizzati con successo per vari scopi. Infatti, attraverso conduttori ordinari, a causa dell'eccessiva generazione di calore, non è possibile far passare correnti troppo elevate. Una volta che la resistenza elettrica è scomparsa, le densità di corrente possono essere notevolmente aumentate. I fisici ne hanno approfittato: dopo tutto, maggiore è la corrente, più forte è il campo magnetico. I superconduttori possono creare elettromagneti estremamente potenti. Ecco perché la direzione magnetica della superconduttività tecnica è diventata decisiva per molti anni!

Non c'è dubbio che nei prossimi decenni, l'apparecchiatura riceverà nuove unità con caratteristiche migliorate. Vengono creati nuovi acceleratori, treni con sospensione magnetica con trazione elettromagnetica, generatori di grandi dimensioni con un rotore superconduttore. Si stanno costruendo modelli tokamak sempre più potenti, è incredibile che appariranno dei reattori termonucleari industriali durante la vita della nostra generazione, che non possono essere creati senza superconduttori. In pochi anni, negli edifici in cui si trovano grandi consumatori di elettricità, sarà possibile montare enormi bobine toroidali ottimizzate dalle correnti, progettate per fornire autonomamente elettricità alle installazioni locali.

È utile migliorare le strutture di ingegneria elettrica ed espandere le loro capacità tecniche. Ma, forse ancora più importante, un altro compito è quello di rimuovere le perdite dovute al riscaldamento dei conduttori ottimizzato dalle correnti elettriche. Naturalmente, non stiamo parlando di cablaggi elettrici domestici, è sufficiente usare superconduttori per conduttori che trasportano corrente di grandi impianti elettrici.

L'assenza di perdite nei fili favorisce la creazione di sistemi magnetici superconduttori e apparecchiature crioelettroniche.Tuttavia, i nuovi elettromagneti non sono costruiti per ridurre le perdite, ma per creare campi magnetici precedentemente irraggiungibili. E i dispositivi basati su superconduttori consentono di ottenere un'accuratezza di misura estremamente elevata, sebbene un aumento dell'efficienza migliori significativamente le prestazioni tecniche dei supermetri.

È estremamente utile utilizzare i superconduttori specificamente per ridurre le perdite elettriche. Questa linea di lavoro è degna del supporto mondiale. Ad esempio, i cavi superconduttori non sono necessari perché le capacità di progettazione di materiali noti sono già state esaurite. Tali dispositivi lineari sono attraenti principalmente perché possono essere utilizzati per eliminare le perdite nelle reti elettriche. Se le linee elettriche superconduttive sono ampiamente utilizzate, si possono ottenere enormi risparmi nelle risorse di carburante.

È noto che i carburanti organici (petrolio, gas, carbone) si stanno esaurendo, la loro produzione sta diventando sempre più difficile. Oggi l'energia si concentra sulla creazione accelerata di centrali nucleari e di impianti di riscaldamento nucleare, sullo sviluppo della fusione termonucleare, sull'uso dell'energia da radiazione solare, sul calore dei mari e degli oceani. Stazioni progettate che operano sull'energia di maree e onde.

I superconduttori, per loro natura, sarebbero ideali per questo scopo. Dopotutto, le vene di nuovi cavi, generatori, trasformatori non saranno riscaldate dalle correnti elettriche. Per la prima volta, le persone sarebbero in grado di escludere consapevolmente le perdite di Joule dal bilancio dei costi elettrici. Si stima che le prestazioni superconduttive delle grandi centrali elettriche porterebbero miliardi di dollari nel paese.

Migliorare le caratteristiche tecniche delle apparecchiature elettriche, ridurre il consumo di carburante, in parte oggi per compensare le perdite nei conduttori, non è tutto. I superconduttori miglioreranno la situazione ambientale nel mondo! Dopotutto, l'energia di tutti i dispositivi tecnici viene infine convertita in calore. Il tasso di riscaldamento del pianeta è alto, corrispondono al ritmo dello sviluppo industriale. La diffusa introduzione di apparecchiature elettriche superconduttori ridurrebbe l'afflusso di calore nell'atmosfera, permettendo, se non eliminando, di indebolire almeno l'inquinamento termico del pianeta.

Il problema dell'adozione diffusa dei superconduttori nell'ingegneria elettrica è complesso e diversificato, ma i risultati dell'utilizzo dei superconduttori nelle installazioni fisiche e industriali possono essere enormi.

La superconduttività è un fenomeno meraviglioso. Studiando le proprietà insolite e impressionanti dei superconduttori, i fisici penetrano sempre più in profondità nei segreti della struttura della materia. Gli ingegneri si sforzano di rendere i superconduttori il loro strumento, per farli funzionare. Il supertask per superconduttori è il trasferimento delle loro proprietà utili a oggetti di nuova tecnologia.

Mikhail Chernov