Supercondutividade no setor de energia elétrica. Parte 2. O futuro dos supercondutores

À primeira vista, novos materiais, supercondutores, parecem ser vantajosos em quase todos os lugares onde são usados ​​campos magnéticos e correntes elétricas. Mas é assim?

Para navegar em muitos trabalhos técnicos com supercondutores, deve-se ter em mente que não há supercondutores, como tais. Estes são os metais usuais conhecidos por todos, sob condições especiais que exibem propriedades incomuns.

O alumínio, por exemplo, conduz bem a corrente elétrica à temperatura ambiente, sendo considerado um dos melhores condutores. O campo magnético nele é ligeiramente aprimorado: esses materiais são chamados para-ímãs. O alumínio transmite perfeitamente calor, o que significa que pode ser considerado um condutor de calor.

Quando resfriadas a temperaturas extremamente baixas, as propriedades de alguns metais mudam significativamente. Para o mesmo alumínio, por exemplo, a temperaturas abaixo de 272 ° C, a resistência elétrica desaparece e a condutividade aumenta para o infinito (supercondutor). Mas a condutividade térmica do material está quase se deteriorando tanto (isolador térmico). O campo magnético é completamente deslocado da amostra (diamagnet ideal). Mas isso não basta: é possível registrar as propriedades quânticas de um material, que a temperaturas comuns se manifestam indiretamente.

Os metais que demonstram uma combinação inesperada de qualidades são comumente chamados de supercondutores, mas não se deve esquecer as limitações desse nome. A condutividade térmica reduzida de novos materiais ainda é raramente usada. O diamagnetismo dos supercondutores já é aplicado propositadamente. As propriedades quânticas formaram a base da ação de muitos instrumentos de medição ultraprecisos.

No entanto, no estágio inicial do desenvolvimento de um novo fenômeno, os interesses da maioria dos pesquisadores estão focados no uso da condutividade infinitamente grande dos supercondutores.

Especialmente criados e utilizados com sucesso são os sistemas magnéticos supercondutores para diversos fins. De fato, através de condutores comuns, devido à geração excessiva de calor, correntes muito altas não podem ser passadas. Depois que a resistência elétrica desaparece, as densidades de corrente podem ser bastante aumentadas. Os físicos se aproveitaram disso: afinal, quanto maior a corrente, mais forte o campo magnético. Supercondutores podem criar eletroímãs extremamente fortes. É por isso que a direção magnética da supercondutividade técnica se tornou decisiva por muitos anos!

Não há dúvida de que nas próximas décadas, o equipamento receberá novas unidades com características aprimoradas. Novos aceleradores, trens com suspensão magnética com tração eletromagnética, grandes geradores com rotor supercondutor estão sendo criados. Modelos de tokamak cada vez mais poderosos estão sendo construídos; é incrível que os reatores de fusão industriais apareçam durante a vida de nossa geração, que não pode ser criada sem supercondutores. Em alguns anos, em edifícios onde estão localizados grandes consumidores de eletricidade, será possível montar enormes bobinas toroidais alinhadas por correntes, projetadas para fornecer autonomamente eletricidade às instalações locais.

É útil melhorar as estruturas de engenharia elétrica e expandir suas capacidades técnicas. Mas, talvez mais importante, outra tarefa é remover as perdas devido ao aquecimento de condutores otimizados por correntes elétricas. Obviamente, não estamos falando de fiação elétrica doméstica, basta usar supercondutores para condutores que transportam corrente de grandes instalações elétricas.

A ausência de perdas nos fios favorece a criação de sistemas magnéticos supercondutores e equipamentos crioeletrônicos.Mas ainda assim, novos eletroímãs são construídos não para reduzir perdas, mas para criar campos magnéticos anteriormente inatingíveis. E os dispositivos baseados em supercondutores permitem obter uma precisão de medição extremamente alta, embora um aumento na eficiência melhore significativamente o desempenho técnico dos superômetros.

É extremamente benéfico usar supercondutores especificamente para reduzir perdas elétricas. Essa linha de trabalho é digna de apoio mundial. Por exemplo, cabos supercondutores não são necessários porque os recursos de design de materiais conhecidos já foram esgotados. Tais dispositivos lineares são atraentes principalmente porque podem ser usados ​​para eliminar perdas em redes elétricas. Se as linhas de energia supercondutora forem amplamente empregadas, enormes economias em recursos de combustível poderão ser alcançadas.

Sabe-se que os combustíveis orgânicos (petróleo, gás, carvão) estão acabando e sua produção está se tornando cada vez mais difícil. Hoje, a energia está focada na criação acelerada de usinas nucleares e usinas de aquecimento nuclear, no desenvolvimento da fusão termonuclear, no uso de energia da radiação solar, no calor dos mares e oceanos. Estações projetadas operando com a energia de marés e ondas.

Os supercondutores, por sua natureza, seriam ideais para esse fim. Afinal, as veias de novos cabos, geradores, transformadores não serão aquecidos por correntes elétricas. Pela primeira vez, as pessoas poderiam excluir conscientemente as perdas de Joule do saldo de custos elétricos. Estima-se que o desempenho supercondutor de grandes usinas traria bilhões de dólares para o país.

Melhorar as características técnicas dos equipamentos elétricos, reduzir o consumo de combustível, hoje indo parcialmente para compensar as perdas nos condutores, não é tudo. Os supercondutores melhorarão a situação ambiental no mundo! Afinal, a energia de todos os dispositivos técnicos é finalmente convertida em calor. A taxa de aquecimento do planeta é alta, eles correspondem ao ritmo do desenvolvimento industrial. A introdução generalizada de equipamentos elétricos supercondutores reduziria a entrada de calor na atmosfera, permitindo, se não eliminando, enfraquecer pelo menos a poluição térmica do planeta.

O problema da adoção generalizada de supercondutores em engenharia elétrica é complexo e diversificado, mas os resultados do uso de supercondutores em instalações físicas e industriais podem ser enormes.

Supercondutividade é um fenômeno maravilhoso. Estudando as propriedades incomuns e impressionantes dos supercondutores, os físicos penetram cada vez mais profundamente nos segredos da estrutura da matéria. Os engenheiros se esforçam para fazer dos supercondutores sua ferramenta, para fazê-los funcionar. A supertarefa para supercondutores é a transferência de suas propriedades úteis para objetos de nova tecnologia.

Mikhail Chernov