Обзор прессы

Elektroportal №124 от 06.12.2022
Читать номер

Суперсила будущего: сверхпроводимость

ООО «Росатом МеталлТех» управляет отраслевыми проектами по изготовлению и поставкам низкотемпературных сверхпроводниковых материалов и проводников.

Сверхпроводимость – уникальная способность некоторых материалов проводить электрический ток практически без сопротивления. Этот квантовый эффект может наблюдаться только при очень низких температурах, чаще всего при температуре жидкого гелия ( -268,9°С). Современные сверхпроводники могут проявлять эти свойства при температурах жидкого азота (−195,75 °C) и выше. Поэтому в современной науке различают «низкотемпературную и «высокотемпературную» сверхпроводимость.

Это явление было открыто случайным образом. В начале 19 века голландский физик Хейке Камерлинг-Онес занимался сжижением различных газов и получением низких температур. Эффект снижения сопротивления металлов при охлаждении уже тогда был хорошо известен. Чтобы выяснить, насколько уменьшится сопротивление, голландец использовал самый необычный металл того времени – ртуть, который находится в жидком состоянии при нормальных условиях. При достижении температуры около 4,2 Кельвина (-268,9°С) сопротивление практически мгновенно исчезло. В последствии в 1911 году это явление получило название – сверхпроводимость. После этого события стартовала эра сверхпроводимости. Этот эффект был обнаружен у многих металлов (свинец, олово, алюминий, тантал, ниобий) а затем и у более 1000 сложных соединений и сплавов. 

Передавая электроэнергию по медным проводам, из-за наличия сопротивления, мы теряем почти 20% передаваемой энергии, по сути, расходуя их на нагрев проводника и окружающей среды. Сверхпроводимость помогает этих потерь избежать.

В машинах будущего по максимуму будут задействованы все преимущества, которые дает это явление: высокое магнитное поле, мощный ток и минимальные потери энергии. Например, сверхпроводимость понадобится, чтобы создать сверхпроводящий двигатель для больших судов, которые могут быть в несколько раз меньше и легче сегодняшних, или спроектировать поезд на магнитной подушке, который сможет развивать скорость до 600 км/час.

Сверхпроводники на основе ниобий-титана и ниобий-олова применяют в проектах фундаментальной науки. Они выглядят как композиционная проволока (стренд) диаметром 0,5–2,0 мм, которая содержит до нескольких десятков тысяч непрерывных сверхпроводящих волокон диаметром 1,5–5 мкм.

Единственным в России производителем полного цикла низкотемпературных сверхпроводников является Топливная компания Росатома «ТВЭЛ». Управлением отраслевыми проектами по сверхпроводниковым материалам занимается ООО «Росатом МеталлТех», а промышленное производство реализовано на производственной площадке завода АО ЧМЗ в Глазове.

Где применяют сверхпроводники?

Для научных установок

Свойства сверхпроводника, охлажденного до температуры жидкого гелия (–269°C), позволяют создавать высокие магнитные поля до 12 Тесла.

Стренды используются в мощных ускорительных установках, на которых проводятся научные исследования в области физики высоких энергий, квантовой физики и физики элементарных частиц. Их применяют, например, в таких мегасайенс-установках, как международный термоядерный реактор ИТЭР, Кольцевой коллайдер будущего (FCC), ускорительные комплексы NICA и FAIR.

ТВЭЛ квалифицирован как поставщик сверхпроводников для программ разработки высокополевых магнитов ускорителей частиц проекта Кольцевого коллайдера будущего (FCC).

Сверхпроводящие стренды для научных установок. Фото: Росатом Металлтех.

Для медицинских установок

Сверхпроводники используют для создания постоянного магнитного поля в томографах. Благодаря эффекту сверхпроводимости, то есть отсутствию сопротивления, электрический ток практически бесконечно циркулирует в обмотке, генерируя постоянное магнитное поле без его затухания. Также сверхпроводники позволяют повысить магнитное поле томографа, увеличивая разрешение получаемых изображений и улучшая качество диагностики.

Сверхпроводники для медицинских установок. Фото: Росатом Металлтех.

Для высокополевых магнитов

Для исследования свойств и параметров материалов в научных установках необходимо создавать высокие электромагнитные поля. Использование для этих целей сверхпроводников позволило во много раз снизить массогабаритные характеристики лабораторных установок, тем самым расширив их функциональные возможности и увеличив сферу применения.

Сверхпроводники для высокополевых магнитов. Фото: Росатом Металлтех.

Для квантовых компьютеров

Для работы квантового компьютера требуется очень низкая температура (сотые доли кельвина), а для высокоскоростной передачи информации без потерь требуются сверхпроводящие коаксиальные кабели, которые обладают низкой теплопроводностью и не имеют электрического сопротивления.

Сверхпроводники для квантовых компьютеров. Фото: Росатом Металлтех.

Прокат из высокочистого ниобия

На базе АО ЧМЗ разработана импортозамещающая технология производства листов из высокочистого ниобия. Этот материал используется как основа для сверхпроводящих резонаторов – устройств, создающих электрическое поле для ускорения элементарных заряженных частиц (протонов, ионов и электронов).

Ускорители частиц являются основным инструментом ученых в современной экспериментальной физике. Технологии на базе сверхпроводящих резонаторов заложены в основу исследовательских установок крупнейших научных проектов класса мегасайенс.

Прокат из высокочистого ниобия. Фото: Росатом Металлтех.

Изолятор-АКС: «За кабельной арматурой – это к нам!»
Компания «Электрорешения» (бренд EKF) в числе лучших работодателей России по версии Forbes
Как управлять изменениями: опыт компании «Электрорешения» на конференции Sbergile
CHINT запустит собственное производство КРУЭ в России на территории завода «Микропровод» в Подольске
Компания «Электрорешения» снова вошла в рейтинг лучших российских работодателей по версии РБК
Компания «Электрорешения» (бренд EKF) разработала комплексное решение для комплектной трансформаторной подстанции
EKF расширяет линейку держателей для молниезащиты: новая высота для большего удобства
Обновление ассортимента измерительных трансформаторов тока от бренда EKF
Проект заботливой адаптации сотрудников компании «Электрорешения» (бренда EKF) отмечен главной отраслевой премией в России и СНГ InterComm2025
CHINT в России расширяет сотрудничество с «ВсеИнструменты.ру»

Эксклюзивные видео RusCable Vision

1010
Тотальный Habsans! Cамый быстрорастущий бренд кабельного оборудования
555
Новогодний RusCable Live. ТОП 10 кабельного бизнеса и музыкальный чарт Kabel.FM 2025
9
Грязные ладони — Деньги любят тишину. Новогодний ТОП 10 Kabel.FM
7
Саша КИСС — Мне все равно! Новогодний ТОП 10 Kabel.FM
8
Эмаль — Закружил как катушку на заводе (feat Александра Лукина RusCable). Новогодний ТОП 10 Kabel.FM
3
Паша Медный — Резать кабель — плохая игра. Новогодний ТОП 10 Kabel.FM
29 декабря
Диа Кебал — Зуби-дуби раз-два-три. Новогодний ТОП 10 Kabel.FM
1
ВСК-13 — Самый сильный человек в цеху. Новогодний ТОП 10 Kabel.FM
6
Трэш-группа Два подбородка — Зарабатывать в кабельном бизнесе. Новогодний ТОП 10 Kabel.FM
5
Эвелина Люкс — Кабельная зима. Новогодний ТОП 10 Kabel.FM