Оригинальная завивка помогла сделать сверхпроводящий кабель из «бракованных» лент
Электрический ток не всегда течет по прямому пути. Микроскопические дефекты внутри проводника заставляют его прокладывать более извилистый маршрут, что создает серьезную проблему для инженеров и производителей, стремящихся создавать надежное оборудование.
В Университете штата Флорида (FSU) разработали оригинальную конструкцию кабеля, в котором сверхпроводники свиты так, чтобы ток обходил локальные дефекты, не превышая критического порога. Иными словами, встречая препятствие в одной жиле, он переходит на соседнюю и продолжает движение.
Важное преимущество
Разработка под названием CORC (Conductor on Round Core) описана в журнале Superconductor Science and Technology. Ее ключевое преимущество — сверхпроводимость при охлаждении газообразным гелием вместо жидкого азота. Это расширяет возможности для инженеров, поскольку гелий остается в газообразном состоянии в более широком диапазоне температур по сравнению с другими хладагентами.
«Наша работа напрямую способствует созданию недорогих сверхпроводящих проводов и позволяет предотвращать отказы оборудования, вызванные дефектами в проводнике», — пояснил соавтор статьи Састри Памиди, исполняющий обязанности директора Центра перспективных энергетических систем и заведующий кафедрой электротехники и вычислительной техники FSU.
Как это работает
Провода CORC изготавливаются путем спиральной намотки нескольких сверхпроводящих лент. Вместо того чтобы спаивать ленты между собой, в них используется контактное давление, позволяющее току перетекать с одной ленты на другую. Это сохраняет гибкость провода и его прочность при растяжении.
Если дефекты случайным образом распределены по проводу, маловероятно, что они сконцентрируются в одном месте внутри кабеля. В процессе перераспределения тока, при встрече с дефектом он переходит с одной ленты на другую, что позволяет использовать бо́льшую часть произведенной ленты, сводя к минимуму отходы и снижая себестоимость.
Для испытаний взяли 25-метровый кабель, свитый из «бракованных» (в которые умышленно ввели дефекты) многослойных сверхпроводящих лент. Из него намотали компактный электромагнит. Охлажденный до 25 K, этот соленоид достиг пикового магнитного поля в 4,6 Тл при критическом токе 4460 А.
Результат сотрудничества
По словам Памиди, разработка стала результатом сотрудничества исследователей с частным бизнесом.
«Мы занимаемся исследованиями не ради самих исследований — они имеют практический выход», — подчеркнул он.
Сотрудничество приносит пользу всем участникам, недостижимую иными способами. Компании-партнеры получают доступ к инженерному опыту и первоклассному оборудованию для решения сложных технических задач.
Области применения сверхпроводников чрезвычайно широки: электродвигатели и генераторы, электрические самолеты и корабли, медицинское оборудование, термоядерные реакторы, центры обработки данных для искусственного интеллекта, линии электропередачи, установки для экспериментов в области физики высоких энергий и многое другое.
Везде, где необходимо передавать электричество, сверхпроводящие провода делают это без потерь, позволяя создавать более эффективные машины и магнитные системы, включая системы магнитной левитации для высокоскоростных поездов.
Однако производство сверхпроводящих проводов — сложная задача. Технологический процесс неизбежно приводит к появлению в ленте некоторых дефектов. Традиционным решением этой проблемы была пайка множества коротких отрезков для создания длинного участка, свободного от дефектов.
Первые сверхпроводники требовали для своей работы экстремально низких температур, близких к абсолютному нулю. Памиди и другие исследователи из CAPS разрабатывают новые технологии на основе высокотемпературных сверхпроводников, которые способны проводить ток без сопротивления при температурах до 77 Кельвинов.
