Superconductividad en la industria de la energía eléctrica. Parte 2. El futuro de los superconductores.

A primera vista, los nuevos materiales, los superconductores, parecen ser ventajosos para usar en casi todas partes donde se utilizan campos magnéticos y corrientes eléctricas. ¿Pero es así?

Para navegar por muchos trabajos técnicos con superconductores, debe tenerse en cuenta que no hay superconductores, como tales, en absoluto. Estos son los metales habituales conocidos por todos, bajo condiciones especiales que exhiben propiedades inusuales.

El aluminio, por ejemplo, conduce bien la corriente eléctrica a temperatura ambiente, por lo tanto, se considera uno de los mejores conductores. El campo magnético está ligeramente mejorado: estos materiales se llaman paramagnetos. El aluminio transmite perfectamente el calor, lo que significa que puede considerarse un conductor de calor.

Cuando se enfría a temperaturas extremadamente bajas, las propiedades de algunos metales cambian significativamente. Para el mismo aluminio, por ejemplo, a temperaturas inferiores a 272 ° C, la resistencia eléctrica desaparece y la conductividad aumenta hasta el infinito (superconductor). Pero la conductividad térmica del material se deteriora casi tanto (aislante térmico). El campo magnético está completamente desplazado de la muestra (diamagnet ideal). Pero esto no es suficiente: es posible registrar las propiedades cuánticas de un material, que a temperaturas normales se manifiestan indirectamente.

Los metales que demuestran una combinación tan inesperada de cualidades se denominan comúnmente superconductores, pero no se deben olvidar las limitaciones de este nombre. La conductividad térmica reducida de nuevos materiales todavía rara vez se usa. El diamagnetismo de los superconductores ya se aplica a propósito. Las propiedades cuánticas formaron la base de la acción de muchos instrumentos de medición ultraprecisos.

Sin embargo, en la etapa inicial del desarrollo de un nuevo fenómeno, los intereses de la mayoría de los investigadores se centran en el uso de la conductividad infinitamente grande de los superconductores.

Especialmente creados y utilizados con éxito son los sistemas magnéticos superconductores para diversos fines. De hecho, a través de conductores ordinarios, debido a la generación excesiva de calor, no se pueden pasar corrientes demasiado altas. Una vez que la resistencia eléctrica ha desaparecido, las densidades de corriente se pueden aumentar considerablemente. Los físicos aprovecharon esto: después de todo, cuanto mayor es la corriente, más fuerte es el campo magnético. Los superconductores pueden crear electroimanes extremadamente fuertes. ¡Es por eso que la dirección magnética de la superconductividad técnica se ha vuelto decisiva durante muchos años!

No hay duda de que en las próximas décadas, el equipo recibirá nuevas unidades con características mejoradas. Se están creando nuevos aceleradores, trenes con suspensión magnética con tracción electromagnética, grandes generadores con un rotor superconductor. Se están construyendo modelos tokamak cada vez más potentes, es increíble que aparezcan reactores termonucleares industriales durante la vida de nuestra generación, que no se pueden crear sin superconductores. En unos pocos años, en edificios donde se encuentran grandes consumidores de electricidad, será posible montar enormes bobinas toroidales racionalizadas por las corrientes, diseñadas para suministrar electricidad de forma autónoma a las instalaciones locales.

Es útil para mejorar las estructuras de ingeniería eléctrica y ampliar sus capacidades técnicas. Pero, quizás lo más importante, otra tarea es eliminar las pérdidas debidas al calentamiento de los conductores simplificados por las corrientes eléctricas. Por supuesto, no estamos hablando de cableado eléctrico doméstico, es suficiente usar superconductores para conductores que transportan corriente de grandes instalaciones eléctricas.

La ausencia de pérdidas en los cables favorece la creación de sistemas magnéticos superconductores y equipos crioelectrónicos.Pero aún así, los nuevos electroimanes se construyen no para reducir las pérdidas, sino para crear campos magnéticos que antes eran inalcanzables. Y los dispositivos basados ​​en superconductores permiten obtener una precisión de medición extremadamente alta, aunque un aumento en la eficiencia mejora significativamente el rendimiento técnico de los supermómetros.

Es extremadamente beneficioso usar superconductores específicamente para reducir las pérdidas eléctricas. Esta línea de trabajo es digna de apoyo mundial. Por ejemplo, no se necesitan cables superconductores porque las capacidades de diseño de los materiales conocidos ya se han agotado. Dichos dispositivos lineales son atractivos principalmente porque pueden usarse para eliminar pérdidas en las redes eléctricas. Si las líneas eléctricas superconductoras se despliegan ampliamente, se pueden lograr enormes ahorros en recursos de combustible.

Se sabe que los combustibles orgánicos (petróleo, gas, carbón) se están agotando, su producción se está volviendo cada vez más difícil. Hoy, la energía se centra en la creación acelerada de centrales nucleares y plantas de calefacción nuclear, en el desarrollo de la fusión termonuclear, en el uso de la energía de radiación solar, el calor de los mares y los océanos. Estaciones diseñadas que funcionan con la energía de las mareas y las olas.

Los superconductores, por su naturaleza, serían ideales para este propósito. Después de todo, las venas de los nuevos cables, generadores, transformadores no serán calentados por las corrientes eléctricas. Por primera vez, las personas podrían excluir conscientemente las pérdidas de Joule del saldo de los costos eléctricos. Se estima que el rendimiento superconductor de las grandes centrales eléctricas aportaría miles de millones de dólares al país.

Mejorar las características técnicas de los equipos eléctricos, reducir el consumo de combustible, ir parcialmente hoy para compensar las pérdidas en los conductores, no es todo. ¡Los superconductores mejorarán la situación ambiental en el mundo! Después de todo, la energía de todos los dispositivos técnicos se convierte en calor. La velocidad de calentamiento del planeta es alta, corresponden al ritmo del desarrollo industrial. La introducción generalizada de equipos eléctricos superconductores reduciría la entrada de calor a la atmósfera, permitiendo, si no eliminando, al menos debilitar la contaminación térmica del planeta.

El problema de la adopción generalizada de superconductores en ingeniería eléctrica es complejo y diverso, pero los resultados del uso de superconductores en instalaciones físicas e industriales pueden ser enormes.

La superconductividad es un fenómeno maravilloso. Al estudiar las propiedades inusuales e impresionantes de los superconductores, los físicos penetran cada vez más en los secretos de la estructura de la materia. Los ingenieros se esfuerzan por hacer de los superconductores su herramienta, para que funcionen. La supertask para superconductores es la transferencia de sus propiedades útiles a objetos de nueva tecnología.

Mikhail Chernov