|
Главная | Контакты: Факс: 8 (495) 911-69-65 | | ||
Сверхпроводящих материаловМАГНИТ СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ — соленоид или электромагнит с обмоткой из материала, находящегося в состоянии сверхпроводимости. Электрич. ток, наведённый в этой замкнутой накоротко обмотке, сохраняется практически сколь угодно долго и создаёт стабильное магнитное поле. Совр. сверхпроводящие материалы позволяют получать в М. с. поля с магнитной индукцией до 20Т{200 кГс). По мере истощения запасов нефти и газа и все большего использования их в качестве сырья для химической промышленности энергетика должна переводиться на дешевый уголь и ядерное топливо. Себестоимость угля, добываемого карьерным способом (например, в Экибастузеком и Канско-Ачинском месторождениях СССР), сопоставима с себестоимостью нефти и газа, но его транспортирование обходится гораздо дороже и сопровождается потерями. Поэтому ставится задача сооружения ТЭС в местах добычи угля с передачей электроэнергии в другие районы через Единую энергетическую систему (ЕЭС), но это удорожает строительство и приводит к потерям электроэнергии в сетях. По подсчетам академика В. И. Попкова и его сотрудников, за год только на коронный разряд теряется около 100 МВт-ч электроэнергии на 1 км линии переменного тока. Огромная протяженность линий электропередач в нашей стране приводит к большим потерям. В будущем предполагается заключение проводов в специальные газовые оболочки, предотвращающие разряд, и переход на сверхпроводящие материалы (пока несуществующие), сохраняющие свои свойства при нормальных температурах. Широко развернувшиеся вслед за этим поиски новых сверхпроводников привели к волнующим открытиям. Во многих странах были обнаружены новые сверхпроводящие материалы, только уже не металлы, а сплавы и особые соединения, которые не теряли сверхпроводящих свойств даже при очень больших токах и в сильных магнитных полях. Этими материалами оказались в основном сплавы и соединения ниобия. Теперь можно было приступать к созданию проволоки, кабелей и шин из сверхпроводящих материалов, к техническому использованию сверхпроводимости. статора и электрическая плотность в обмотках статора достигают значений, гораздо больших, чем это практически возможно. Если в будущем потребуются генераторы большей мощности, будут разработаны другие конструкции. Наиболее многообещающими являются разработки, связанные с использованием сверхпроводимости, так как высокие магнитные поля и токи, которые связаны с этим, делают возможным уменьшить необходимость, интенсификации магнитных полей, получающихся при использовании железа. Это позволит увеличить мощность, сохраняя размеры и массу существующих установок. Но здесь возникает проблема материалов. Сверхпроводящие материалы для постоянного тока с подходящими электрическими свойствами уже имеются в нашем распоряжении, а сверхпроводящие материалы для переменного тока, вероятно, еще нет. Например, проектирование и сооружение полупроводникового свободного от железа ротора, обмотки которого будут противостоять очень большим силам, действующим на них, дело очень серьезное. Здесь требуется большая изобретательность в конструировании и полное понимание свойств алюминия и укрепляющего действия угольных волокон. Разработка таких: больших генераторов станет большой проблемой для материаловедов. Титан немагнитен и, следовательно, может применяться в крноэнергетике для изготовления электрических машин, использующих сверхпроводящие материалы. 19. Многожильные сверхпроводящие материалы для технического использования/А. Д. Никулин, В. П. Потанин, Н. А. Чернопленков и др. Сверхпроводимость. Труды конференции по техническому использованию сверхпроводимости. Т. IV. Сверхпроводящие материалы. М.: Атомиздат, 1977. С. 5—14. 26. Сверхпроводящие материалы/ Е. М. Савицкий, Ю. В. Ефимов, Н. Д. Козлова и др. М.: Металлургия, 1976. 296 с. Сверхпроводящие материалы часто применяются в агрегатах ядерного синтеза. В ходе эксплуатации они подвергаются довольно сильному облучению. Следовательно, важной характеристикой таких материалов является их устойчивость по отношению к облучению. Однако в кристаллических сверхпроводниках, и в'особенности в сверхпроводящих химических соединениях, при. облучении резко снижаются как характеристики сверхпроводимости, так и механические свойства. Так, критическая температура Тс соединений Nb3Sn, Nb3Al, Nb3Ge после дозы облучения 5-Ю9 нейтронов на 1 см2 снижается от 18—20 К до 3—4 К [53]. Сверхпроводящие же аморфные сплавы, вероятно, более устойчивы к облучению. Об этом можно судить хотя бы на том основании, что их электросопротивление после облучения практически не меняется [54]! — сверхпроводящие материалы. — сверхпроводящие материалы. Таким образом, в конце 1980-х годов был создан фундамент нормативной базы экспериментального определения характеристик тре-щиностойкости конструкционных материалов. В то же время имеется ряд нерешенных методических вопросов при экспериментальном определении характеристик трещиностойкости в условиях упруго-пластического деформирования (испытания тонколистовых материалов, сталей низкой и средней прочности, наличие концентрации напряжений), при реализации смешанных моделей деформирования, а также в условиях продольного и поперечного сдвигов. Кроме того, к числу нерешенных в плане разработки нормативных документов следует отнести вопросы определения характеристик трещи-ностойкости структурно-неоднородных конструкционных материалов (волокнистые композиционные материалы, конструкционная керамика, слоистые металлкомпозиционные материалы, сверхпроводящие материалы и т.д.) Электромагнитно-акустический (ЭМА) способ также нуждается в повышении коэффициента двойного преобразования К, чтобы обеспечить обнаружение таких же малых дефектов, как при использовании ПЭП. Наиболее перспективный путь для этого — повышение индукции В магнитного доля подмагничивания, поскольку К зависит от В2. При обычных способах подмагничийания В= (1... 1,5)Т. Повышения В добиваются применением импульсного подмагничивания и концентраторов магнитного поля, этот путь еще не исчерпан. Повышение В в 10 (а К—в 100) раз и более возможно при использовании электромагнитов из сверхпроводящих материалов при сохранении небольших габаритов и массы. Этот путь связан с разработкой высокотемпературных сверхпроводящих материалов. ЭЛЕКТРОМАГНИТ - электротехн. устройство, состоящее обычно из токо-проводящей обмотки и ферромагнитного сердечника, к-рый намагничивается (приобретает свойства магнита) при прохождении по обмотке электрич. тока. Э. используют в осн. для создания магнитного потока (в электрич. машинах) и усилия (в приводных механизмах и грузоподъёмных устройствах (подъёмный электромагнит), а также для создания магн. полей при разл. рода исследованиях. Э., используемые как приводные устройства, обычно состоят из катушки с токопроводящей обмоткой, намагничивающегося сердечника (неподвижной части магнитопровода) и якоря (подвижной части магнитопровода), передающего усилие приводимому в действие механизму. Обмотки Э. выполняются из изолир. алюминиевого или медного провода (существуют также Э. с обмоткой из сверхпроводящих материалов; см. Сверхпроводящий магнит). Магнитопроводы Э. изготовляют из магнитомягких материалов - обычно из электротехнической или качественной конструкц. стали, литой стали и чугуна, железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов. Теоретические и экспериментальные работы по сверхпроводимости, которые в настоящее время ведутся широким фронтом во всем мире, преследуют цель, во-первых, разработки новых сверхпроводящих материалов с более высокой Твр на основе рассмотренного механизма объединения электронов в пары через решетку; во-вторых, изыскания новых более эффективных видов взаимодействия электронов, способных привести к их объединению в пары с более высокой энергией связи и более высоким параметром g. Возможно, что на этом пути удастся в конце концов получить высокотемпературную сверхпроводимость, практическую значимость которой трудно переоценить. Широко развернувшиеся вслед за этим поиски новых сверхпроводников привели к волнующим открытиям. Во многих странах были обнаружены новые сверхпроводящие материалы, только уже не металлы, а сплавы и особые соединения, которые не теряли сверхпроводящих свойств даже при очень больших токах и в сильных магнитных полях. Этими материалами оказались в основном сплавы и соединения ниобия. Теперь можно было приступать к созданию проволоки, кабелей и шин из сверхпроводящих материалов, к техническому использованию сверхпроводимости. Промышленность, и в особенности электроэнергетическая, тоже, естественно, не могла упустить широких возможностей использования сверхпроводящих материалов. Как на пример можно указать на уже построенные в различных странах униполярные двигатели со сверхпроводящей обмоткой возбуждения, мощностью до 10000 киловатт. По всем показателям — весу, габаритам, стоимости, эксплуатационным расходам и надежности работы — эти электродвигатели превосходят аналогичные машины с медной обмоткой возбуждения. Такое же положение и с энергетическими термоядерными установками, которые, возможно, удастся создать в не слишком отдаленном будущем. Существенным элементом этих генераторов, топливом для которых будет служить обыкновенная вода, также является мощная магнитная система с такими высокими значениями магнитного поля, которые не удастся обеспечить при помощи обычных магнитных систем. Эта задача, по-видимому, неразрешима без применения сверхпроводящих материалов. Таким образом, оказывается, что будущее нашей энергетики в большой степени зависит от создания мощных сверхпроводящих магнитных систем. К счастью, перспективы тут весьма благоприятны. Непрерывно понижается стоимость пока еще весьма дорогих сверхпроводящих материалов, накапливается опыт работы с низкотемпературным оборудованием и непосредственно с крупными сверхпроводящими магнитными системами. Можно с уверенностью утверждать, что уже в ближайшие годы вполне реальна постройка сверхпроводящих магнитных систем с полем в несколько Тесла, создаваемым в рабочем объеме порядка кубических метров. ...Вот уже более полувека в патентные бюро разных стран непрерывным потоком текут заявки на изобретения, авторы которых предлагают передавать электроэнергию по кабелям, работающим при низких температурах, в том числе по сверхпроводящим. Однако лишь недавно, с открытием новых сверхпроводящих материалов, эта идея смогла быть воплощена в жизнь, хотя и теперь — лишь в виде экспериментальных установок. Первые сверхпроводящие линии электропередач — это алюминиевые трубы, покрытые тонким слоем ниобиево-го сплава и помещенные внутрь трубопровода, по которому циркулирует жидкий гелий. Этот трубопровод помещен, в свою очередь, в трубопровод с жидким азотом, являющийся своеобразным тепловым экраном. Несмотря на кажущуюся сложность и дороговизну такой конструкции она, как показывают расчеты, учитывающие стоимость потерь электроэнергии в обычных линиях, является вполне конкурентоспособной с ними, а с удешевлением стоимости сверхпроводящих материалов будет дешевле их. Весьма актуальными также являются проблемы криогенной техники, связанные с созданием сверхпроводящих материалов и использованием различного криогенного оборудования: резервуаров для хранения сжиженных газов и других емкостей, миниатюрных холодильных газовых машин, криогенных насосов, рабочие поверхности которых, охлаждаемые хладагентами (жидкие азот, водород, гелий), позволяют «вымораживать» практически все газы из откачиваемого объема и получать вакуум выше 10~е мм рт. ст. Важны также низкотемпературные исследования материалов, используемых в ракетно-космических системах, элементы которых, подвергающиеся во время службы действию статических и динамических нагрузок, вибраций, изгибных колебаний и т. д., работают в весьма широком диапазоне температур, начиная с очень низких и включая температуры, близкие к температуре плавления материала. Своеобразная экспансия, стремление расширить диапазоны возможного во всех направлениях — характерная черта развития всех областей науки и техники вовсе времена. Получение сверхвысоких и сверхнизких температур, использование глубочайшего вакуума и сверхвысоких давлений, сверхпрочных, сверхпластичных и сверхпроводящих материалов, исследование взаимодействия частиц сверхвысоких энергий — каждое новое «сверх» означает еще один шаг вперед на пути научно-технического прогресса. Рекомендуем ознакомиться: Совершенно независимо Совершенно одинаково Самолетных конструкций Совершенно различным Совершенства кристаллической Советские исследователи Селеновых выпрямителей Связывающие параметры Связанные соответственно Связанного регулирования Связующего материала Связующим материалом Свариваемые заготовки Свариваемых заготовок Свариваемой поверхности |