Supero'tkazuvchilarning texnologik qo'llanmalari - Technological applications of superconductivity

Ba'zilari ning texnologik ilovalari supero'tkazuvchanlik quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Past haroratli supero'tkazuvchanlik

Magnit-rezonans tomografiya (MRI) va yadroviy magnit-rezonans (NMR)

Supero'tkazuvchilar uchun eng katta dastur bu MRI va NMR uchun zarur bo'lgan katta hajmli, barqaror va yuqori intensiv magnit maydonlarni ishlab chiqarishda. Bu kabi kompaniyalar uchun ko'p milliard AQSh dollarlik bozorni namoyish etadi Oksford asboblari va Simens. Magnitlar odatda foydalanadi past haroratli supero'tkazuvchilar (LTS) chunki yuqori haroratli supero'tkazuvchilar LTS asboblarini sovutish zarurligiga qaramay, talab qilinadigan yuqori, barqaror va katta hajmdagi maydonlarni iqtisodiy jihatdan samarali etkazib berish uchun hali arzon emas. suyuq geliy harorat. Supero'tkazuvchilar yuqori dala magnitlarida ham qo'llaniladi.

Zarrachalar tezlatgichlari va magnit termoyadroviy qurilmalar

Zarrachalar tezlatgichlari kabi Katta Hadron kollayderi ko'p miqdordagi LTS talab qiladigan ko'plab yuqori maydonli elektromagnitlarni o'z ichiga olishi mumkin. LHC magnitlarini qurish uchun dunyoning 28 foizidan ko'prog'i kerak niobiyum-titanium LHC ning ulkan eksperiment detektorlari uchun magnitlarda ko'p miqdorda NbTi ishlatilgan holda sim ishlab chiqarish.[2]

Magnit termoyadroviy qurilmalarning oz miqdori (asosan tokamaklar ) SC sariqlarini ishlatgan. Ning hozirgi qurilishi ITER misli ko'rilmagan LTS miqdorini talab qildi (masalan, 500 tonna, bu dunyodagi yillik ishlab chiqarish quvvatining 7 barobar ko'payishiga olib keladi).[3]

Yuqori haroratli supero'tkazuvchanlik (HTS)

Hozirgacha tijorat dasturlari yuqori haroratli supero'tkazuvchilar (HTS) cheklangan.

HTS faqat talab qiladi suyuq azot, emas suyuq geliy, supero'tkazuvchi haroratgacha sovutish uchun. Biroq, HTS texnologiyasining muammosi shundaki, hozirgi kunda ma'lum bo'lgan yuqori haroratli supero'tkazuvchilar mo'rt keramika bo'lib, ularni ishlab chiqarish qimmatga tushadi va simlar yoki boshqa foydali shakllarda osonlikcha hosil bo'lmaydi.[4]Shuning uchun, HTS uchun arizalar boshqa ichki afzalliklarga ega bo'lgan joyda, masalan. yilda

  • LTS qurilmalari uchun past issiqlik yo'qotish oqimi (past issiqlik o'tkazuvchanligi),
  • RF va mikroto'lqinli filtrlar (chastotaga nisbatan past qarshilik) va
  • tobora ko'proq ixtisoslashgan ilmiy magnitlarda, xususan hajmi va elektr energiyasi iste'moli muhim bo'lgan joylarda (HTS simlari ushbu dasturlarda LTS ga qaraganda ancha qimmatroq bo'lsa ham, bu sovutishning nisbiy narxi va qulayligi bilan qoplanishi mumkin); maydonni rampalash qobiliyati talab qilinadi (HTS ning yuqori va keng doirasi ish harorati sohadagi tezroq o'zgarishlarni boshqarish mumkinligini anglatadi); yoki kriyogensiz ishlash talab qilinadi (LTS odatda talab qiladi suyuq geliy bu juda kam va qimmatga tushmoqda).

HTS-ga asoslangan tizimlar

HTS ilmiy va ishlab chiqarish magnitlarida, shu jumladan NMR va MRI tizimlarida qo'llaniladi. Tijorat tizimlari endi har bir toifada mavjud.[5]

Bundan tashqari, HTS ning o'ziga xos xususiyati shundaki, u LTSga qaraganda ancha yuqori magnit maydonlarga bardosh bera oladi, shuning uchun suyuq geliy haroratidagi HTS LTS magnitlari ichida juda yuqori maydon qo'shimchalar uchun o'rganilmoqda.

Kelajakdagi istiqbolli sanoat va tijorat HTS dasturlariga quyidagilar kiradi Induksion isitgichlar, transformatorlar, noto'g'ri oqim cheklovchilari, quvvatni saqlash, motorlar va generatorlar, birlashma reaktorlar (qarang ITER ) va magnit levitatsiya qurilmalar.

Dastlabki dasturlar kichik o'lchamlari, og'irligi pastligi yoki oqimni tez almashtirish qobiliyati (nosozlik cheklovchilari) qo'shimcha xarajatlardan ustun bo'lgan joyda bo'ladi. Uzoq muddatli o'tkazgichlar narxining pasayishi bilan HTS tizimlari faqat energiya samaradorligi asosida ancha keng qo'llaniladigan dasturlarda raqobatbardosh bo'lishi kerak. (Energiya tizimlarida HTS texnologiyasining o'ynash holati va 2-avlod dirijyorining rivojlanish holati to'g'risida nisbatan texnik va AQSh-markazlashtirilgan ko'rinish uchun qarang. Elektr tizimlari uchun supero'tkazuvchanlik 2008 AQSh DOE yillik sharhlari.)

Elektr energiyasini uzatish

Holbrook Supero'tkazuvchilar loyihasi

The Holbrook Supero'tkazuvchilar loyihasi dunyodagi birinchi ishlab chiqarishni loyihalashtirish va qurish bo'yicha loyihadir supero'tkazuvchi yuqish elektr kabeli. Kabel 2008 yil iyun oyi oxirida foydalanishga topshirildi. Shahar atrofi Long Island elektr podstansiyasi taxminan 600 metr uzunlikdagi yer osti kabel tizimidan oziqlanadi, taxminan 99 mildan iborat yuqori haroratli Supero'tkazuvchilar sim tomonidan ishlab chiqarilgan Amerika Supero'tkazuvchisi, er ostiga o'rnatilgan va sovutilgan suyuq azot qo'shimcha quvvatni etkazib berish uchun talab qilinadigan yo'lning harakatini sezilarli darajada kamaytiradi.[6]

Tres Amigas loyihasi

Amerika Supero'tkazuvchisi uchun tanlangan Tres Amigas loyihasi, Qo'shma Shtatlarning birinchi qayta tiklanadigan energiya bozorining markazi.[7] Tres Amigas qayta tiklanadigan energetika bozorining markazi AQShning uchta elektr tarmog'i (Sharqiy o'zaro bog'liqlik, G'arbiy o'zaro aloqa va Texasning o'zaro aloqasi) o'rtasida ko'plab gigavatt quvvatlarni o'tkazish va muvozanatlash imkoniyatiga ega bo'lgan supero'tkazgichli elektr quvurlarining ko'p millik, uchburchak elektr yo'li bo'ladi. An'anaviy elektr uzatish liniyalaridan farqli o'laroq, u quvvatni o'zgaruvchan tok o'rniga doimiy ravishda uzatadi. U Nyu-Meksiko shtatidagi Klovis shahrida joylashgan bo'ladi.

Essen ichki shahri

Essen, Germaniya 1 kilometrlik ishlab chiqarishda dunyodagi eng uzun supero'tkazuvchi elektr kabeliga ega. Bu 10 kV lik suyuq azotli sovutilgan simi. Bolal ekvivalenti 110 kV bo'lgan oddiy kabeldan kichikroq, pastki kuchlanish esa kichikroq transformatorlarning qo'shimcha afzalliklariga ega.[8][9]

Voerde alyuminiy zavodi

Alyuminiy zavodi Voerde, Germaniya 200 kA quvvatga ega kabellar uchun supero'tkazgichlardan foydalanishni rejalashtirmoqda, bunda afzallik sifatida hajmning pastligi va moddiy ehtiyoj seziladi.[10][11]

Magniy diboridi

Magniy diboridi ikkalasiga qaraganda ancha arzon supero'tkazgich BSCCO yoki YBCO LTS bilan bir xil ballparkda bir uzunlikdagi oqim o'tkazuvchanlik quvvati uchun narx (narx / (kA * m)) va shu asosda ko'plab ishlab chiqarilgan simlar misdan arzonroq. Bundan tashqari, MgB2 LTS dan yuqori haroratlarda supero'tkazuvchilar (uning tanqidiy harorati 39 K ni tashkil qiladi, NbTi uchun 10 K dan kam va Nb uchun 18,3 K3Sn), uni kriyogensiz magnitlarda yoki ehtimol suyuq vodorodda 10-20 K da ishlatish imkoniyatini taqdim etadi.[iqtibos kerak ] Ammo MgB2 magnit maydonida cheklangan, chunki u yuqori haroratlarda toqat qila oladi, shuning uchun yuqori darajadagi maydonlarda uning raqobatbardoshligini namoyish qilish uchun qo'shimcha tadqiqotlar talab etiladi.

Qamoqqa olingan maydon magnitlari

Supero'tkazuvchilar materiallarni qisqa magnit maydonga ta'sir qilish maydonni generatorlar kabi mashinalarda ishlatish uchun ushlab turishi mumkin. Ba'zi dasturlarda ular an'anaviy doimiy magnitlarni almashtirishi mumkin edi.[12][13][14]

Izohlar

  1. ^ Fischer, Martin. 10 MVt ga yangi yo'l Qayta tiklanadigan energiya dunyosi, 12 oktyabr 2010 yil. Qabul qilingan: 14 oktyabr 2010 yil.
  2. ^ Supero'tkazuvchilar kelajakka duch keladi. 2010 yil
  3. ^ ITER magnitlari
  4. ^ Masalan, L. R. Lourens va boshqalarga qarang: "Yuqori harorat o'tkazuvchanligi: mahsulotlar va ularning afzalliklari" Arxivlandi 2014-09-08 da Orqaga qaytish mashinasi (2002) Bob Lourens va Associates, Inc.
  5. ^ Masalan, qarang HTS-110 Ltd va Paramed Medical Systems .
  6. ^ Gelsi, Stiv (2008-07-10). "Energiya kompaniyalari qarish tarmoqlari uchun yangi texnologiyani o'zlashtirmoqda". Bozor tomoshasi. Olingan 2008-07-11.
  7. ^ "Amerikaning qayta tiklanadigan energiya bozoridagi birinchi uyasi uchun Supero'tkazuvchilar elektr quvvati qabul qilinadi". 2009-10-13. Olingan 2009-10-25.
  8. ^ Uilyams, Diarmaid (2016 yil 7-yanvar). "Essenda Nexansning muvaffaqiyati boshqa shaharlarda paydo bo'lishi mumkin". Energetika. Olingan 6 iyul 2018.
  9. ^ "Ein Leuchtturmprojekt für den effizienten Stromtransport" (PDF) (nemis tilida). Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2014-11-08 kunlari.
  10. ^ "Demo200". Olingan 2020-03-07.
  11. ^ "Trimet in Voerde setzt auf nachhaltige Supraleitertechnologie" (nemis tilida). 2020-02-04. Olingan 2020-03-07.
  12. ^ Qamoqqa olingan magnit
  13. ^ Fiziklar supero'tkazuvchilar nazariyasidagi kamchiliklarni aniqlaydilar
  14. ^ Yuqori T / sub c / supero'tkazuvchilarning tutilgan maydon magnitlari