उच्च तापमान वाली सुपरकंडक्टिंग डीसी केबल लाइनें स्मार्ट ग्रिड की ओर एक कदम है। उच्च तापमान सुपरकंडक्टिंग सिरेमिक महानगरीय क्षेत्रों में सबस्टेशनों के बीच सुपरकंडक्टिंग इंसर्ट

18.07.2023 इन्सुलेशन

आज मैंने यह टिप्पणी और इसके अंतर्गत चर्चा देखी। यह ध्यान में रखते हुए कि आज मैं सुपरकंडक्टिंग केबल के उत्पादन में था, मैं कुछ टिप्पणियाँ सम्मिलित करना चाहता था, लेकिन केवल पढ़ने के लिए... परिणामस्वरूप, मैंने उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के बारे में एक छोटा लेख लिखने का फैसला किया।

आरंभ करने के लिए, बस मामले में, मैं यह नोट करना चाहूंगा कि "उच्च तापमान सुपरकंडक्टर" शब्द का अर्थ 77 K (-196 डिग्री सेल्सियस) से ऊपर के महत्वपूर्ण तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स है - सस्ते तरल नाइट्रोजन का क्वथनांक। अक्सर नहीं, लगभग 35 K के क्रांतिक तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स को भी संदर्भित किया जाता है। पहले सुपरकंडक्टिंग कप्रेट La 2-x Ba x CuO 4 में ऐसा तापमान था (चर संरचना का पदार्थ, इसलिए x)। वे। यहाँ "उच्च" तापमान अभी भी बहुत कम है।

दो उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स, YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO, Y123) और Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (BSCCO, Bi-2223) को मुख्य वितरण प्राप्त हुआ है। YBCO के समान सामग्रियों का भी उपयोग किया जाता है, जिसमें yttrium को अन्य दुर्लभ पृथ्वी तत्व, जैसे गैडोलीनियम, द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, उनका सामान्य पदनाम ReBCO है।
YBCO और अन्य ReBCO द्वारा निर्मित, इनका क्रांतिक तापमान 90-95 K होता है। BSCCO द्वारा निर्मित, इनका क्रांतिक तापमान 108 K तक पहुँच जाता है।

उच्च क्रांतिक तापमान के अलावा, ReBCO और BSCCO को महत्वपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र (तरल हीलियम में, 100 टी से अधिक) और महत्वपूर्ण धारा के बड़े मूल्यों की विशेषता है। हालाँकि, बाद वाले के साथ, सब कुछ इतना सरल नहीं है...

एक सुपरकंडक्टर में, इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से नहीं, बल्कि जोड़े (कूपर जोड़े) में चलते हैं। यदि हम चाहते हैं कि धारा एक सुपरकंडक्टर से दूसरे सुपरकंडक्टर तक प्रवाहित हो, तो उनके बीच का अंतर इस जोड़ी के विशिष्ट आकार से कम होना चाहिए। धातुओं और मिश्र धातुओं के लिए, यह आकार दसियों या सैकड़ों नैनोमीटर भी है। लेकिन YBCO और BSCCO में, गति की दिशा के आधार पर, यह केवल कुछ नैनोमीटर और एक नैनोमीटर के अंश हैं। यहां तक कि एक पॉलीक्रिस्टल के अलग-अलग दानों के बीच का अंतराल भी काफी ध्यान देने योग्य बाधा बन जाता है, सुपरकंडक्टर के अलग-अलग टुकड़ों के बीच के अंतराल का तो जिक्र ही नहीं किया जाता। परिणामस्वरूप, सुपरकंडक्टिंग सिरेमिक, जब तक कि विशेष तरकीबें नहीं अपनाई जातीं, अपने माध्यम से केवल अपेक्षाकृत छोटी धारा प्रवाहित करने में सक्षम होते हैं।

समस्या को हल करने का सबसे आसान तरीका बीएससीसीओ में निकला: इसके अनाज में स्वाभाविक रूप से किनारे भी होते हैं, और सबसे सरल यांत्रिक संपीड़न इन अनाज को उच्च महत्वपूर्ण वर्तमान मूल्य प्राप्त करने का आदेश देता है। इससे उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग केबल, या बल्कि, उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग टेप की पहली पीढ़ी को जल्दी और आसानी से बनाना संभव हो गया। वे एक सिल्वर मैट्रिक्स हैं जिसमें BSCCO से भरी कई पतली ट्यूबें हैं। यह मैट्रिक्स चपटा होता है, जबकि सुपरकंडक्टर के दाने वांछित क्रम प्राप्त कर लेते हैं। हमें एक पतला लचीला टेप मिलता है जिसमें कई अलग-अलग फ्लैट सुपरकंडक्टिंग स्ट्रैंड होते हैं।

अफसोस, बीएससीसीओ सामग्री आदर्श से बहुत दूर है: बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में वृद्धि के साथ इसकी महत्वपूर्ण धारा बहुत तेज़ी से गिरती है। इसका क्रांतिक चुंबकीय क्षेत्र काफी बड़ा है, लेकिन इस सीमा तक पहुंचने से बहुत पहले, यह किसी भी बड़ी धारा को पारित करने की क्षमता खो देता है। इसने उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग टेपों के उपयोग को बहुत सीमित कर दिया; वे तरल हीलियम में काम करने वाले अच्छे पुराने नाइओबियम-टाइटेनियम और नाइओबियम-टिन मिश्र धातुओं को प्रतिस्थापित नहीं कर सके।

ReBCO एक बिल्कुल अलग मामला है। लेकिन इसमें अनाज का सही ओरिएंटेशन बनाना बहुत मुश्किल है। अपेक्षाकृत हाल ही में उन्होंने सीखा है कि इस सामग्री के आधार पर सुपरकंडक्टिंग टेप कैसे बनाये जाते हैं। ऐसे टेप, जिन्हें दूसरी पीढ़ी कहा जाता है, एक सब्सट्रेट पर एक सुपरकंडक्टिंग सामग्री को छिड़कने से प्राप्त होते हैं जिसमें एक विशेष बनावट होती है जो क्रिस्टल विकास की दिशा निर्धारित करती है। जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, बनावट में नैनोमीटर आयाम हैं, इसलिए यह वास्तविक नैनोटेक्नोलॉजी है। मॉस्को कंपनी "सुपरऑक्स" में, जिसमें मैं वास्तव में था, ऐसी संरचना प्राप्त करने के लिए, धातु सब्सट्रेट पर पांच मध्यवर्ती परतें जमा की जाती हैं, जिनमें से एक को एक निश्चित कोण पर घटना वाले तेज आयनों की धारा के साथ छिड़का जाता है। परिणामस्वरूप, इस परत के क्रिस्टल केवल एक ही दिशा में बढ़ते हैं, जिसमें आयनों के लिए उन्हें बिखेरना सबसे कठिन होता है। अन्य निर्माता, और दुनिया में उनमें से चार हैं, अन्य तकनीकों का उपयोग कर सकते हैं। वैसे, घरेलू टेपों में येट्रियम के बजाय गैडोलीनियम का उपयोग किया जाता है, यह तकनीकी रूप से अधिक उन्नत निकला।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में तरल नाइट्रोजन में दूसरी पीढ़ी के 12 मिमी चौड़े और 0.1 मिमी मोटे सुपरकंडक्टिंग टेप 500 ए तक की धारा प्रवाहित करते हैं। 1 टी के बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में, महत्वपूर्ण धारा अभी भी 100 ए तक पहुंचती है, और 5 टी - 5 ए तक यदि आप टेप को तरल हाइड्रोजन के तापमान तक ठंडा करते हैं (इस तापमान पर नाइओबियम मिश्र धातु सुपरकंडक्टिंग स्थिति में भी नहीं जाते हैं), तो वही टेप 8 के क्षेत्र में 500 ए को पारित करने में सक्षम होगा टी, और "कुछ" 200-300 ए - कुछ दसियों टेस्ला (मेंढक उड़ता है) के स्तर के एक क्षेत्र में। तरल हीलियम के बारे में बात करने की कोई आवश्यकता नहीं है: इन टेपों पर 100 टी के क्षेत्र के साथ चुंबक की परियोजनाएं हैं! सच है, यहाँ यांत्रिक शक्ति की समस्या पहले से ही पूर्ण विकास में उत्पन्न होती है: चुंबकीय क्षेत्र हमेशा विद्युत चुंबक को तोड़ने की प्रवृत्ति रखता है, लेकिन जब यह क्षेत्र टेस्ला के दसियों तक पहुँच जाता है, तो इसकी आकांक्षाएँ आसानी से साकार हो जाती हैं ...

हालाँकि, ये सभी उत्कृष्ट प्रौद्योगिकियाँ सुपरकंडक्टर के दो टुकड़ों को जोड़ने की समस्या का समाधान नहीं करती हैं: हालाँकि क्रिस्टल एक ही दिशा में उन्मुख होते हैं, बाहरी सतह को उप-नैनोमीटर खुरदरापन में चमकाने का कोई सवाल ही नहीं है। कोरियाई लोगों के पास अलग-अलग टेपों को एक-दूसरे से जोड़ने की तकनीक है, लेकिन इसे हल्के ढंग से कहें तो यह अभी भी पूर्णता से बहुत दूर है। आमतौर पर, टेप पारंपरिक टिन-लीड सोल्डर के साथ या किसी अन्य शास्त्रीय तरीके से पारंपरिक सोल्डरिंग द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं। बेशक, इस मामले में, संपर्क पर एक सीमित प्रतिरोध दिखाई देता है, इसलिए ऐसे टेपों से एक सुपरकंडक्टिंग चुंबक बनाना असंभव है जिसके लिए कई वर्षों तक बिजली की आवश्यकता नहीं होती है, और बिल्कुल शून्य नुकसान वाली बिजली लाइन काम नहीं करती है। लेकिन संपर्क का प्रतिरोध एक माइक्रोओम का छोटा अंश है, इसलिए 500 ए करंट पर भी एक मिलीवाट का केवल अंश ही वहां जारी होता है।

बेशक, एक लोकप्रिय विज्ञान लेख में, पाठक अधिक मनोरंजन की तलाश में है... यहां दूसरी पीढ़ी के उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग टेप के साथ मेरे प्रयोगों के कुछ वीडियो हैं:

मैंने यूट्यूब पर एक टिप्पणी से प्रभावित होकर आखिरी वीडियो रिकॉर्ड किया, जिसमें लेखक ने तर्क दिया कि अतिचालकता मौजूद नहीं है, और चुंबक का उत्तोलन पूरी तरह से स्वतंत्र प्रभाव है, उन्होंने प्रतिरोध को मापकर सभी को यह सत्यापित करने के लिए आमंत्रित किया कि वह सही थे सीधे. जैसा कि आप देख सकते हैं, अतिचालकता अभी भी मौजूद है।

उच्च तापमान अतिचालकता (एचटीएससी) की घटना बहुत पहले ही वैज्ञानिकों के लिए रुचिकर नहीं थी। हालाँकि, आज एचटीएससी पर आधारित व्यावसायिक रूप से लाभदायक उत्पाद, जिनमें रूसी भी शामिल हैं, विद्युत ऊर्जा उपकरण बाजार में प्रवेश कर रहे हैं। एचटीएससी विद्युत पारेषण प्रौद्योगिकियों में एक बड़ी उपलब्धि हासिल कर सकता है।

बिल्कुल भी हॉट एचटीएस नहीं

बीसवीं सदी की शुरुआत में, यह पता चला कि कई धातुओं और मिश्र धातुओं में अतिचालकता होती है, यानी पूर्ण शून्य (लगभग -270 डिग्री सेल्सियस) के करीब तापमान पर शून्य प्रतिरोध रखने की क्षमता। लंबे समय तक, सुपरकंडक्टर्स का उपयोग केवल तरल हीलियम के तापमान पर किया जा सकता था, जिससे त्वरक उपकरण बनाना संभव हो गया। और चुंबकीय अनुनादटोमोग्राफ।

1986 में, लगभग 30 K के तापमान पर अतिचालकता की खोज की गई, जिसे नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया, और 1990 के दशक की शुरुआत में। 138 K पर पहले से ही अतिचालकता प्राप्त करना संभव था, और धातुओं का नहीं, बल्कि ऑक्साइड यौगिकों का उपयोग अतिचालक के रूप में किया गया था।
सिरेमिक सामग्री जिनका तरल नाइट्रोजन (77K) के तापमान से ऊपर के तापमान पर शून्य प्रतिरोध होता है, उन्हें उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स (HTSCs) कहा जाता है। हालाँकि, यदि हम केल्विन को डिग्री सेल्सियस में परिवर्तित करते हैं, जो हमारे लिए अधिक परिचित है, तो हम समझेंगे कि हम बहुत अधिक तापमान के बारे में बात नहीं कर रहे हैं, मान लीजिए, शून्य से 169-200 डिग्री सेल्सियस के बारे में। यहाँ तक कि कठोर रूसी सर्दी भी ऐसी स्थितियाँ प्रदान करने में सक्षम नहीं है।

शोधकर्ताओं का मन ऐसी सामग्री खोजने के विचार से उत्साहित है जो जा सकती है अतिचालकता मेंकमरे के तापमान (293K) पर अवस्था। सैद्धांतिक तौर पर ऐसी संभावना मौजूद है. कुछ रिपोर्टों के अनुसार, विशेष प्रसंस्करण के बाद ग्रेफाइट के अलग-अलग अनाजों में भी सुपरकंडक्टिंग गुणों को कथित तौर पर स्थिर किया जा सकता है। आज तक, "कमरे के तापमान" सुपरकंडक्टर्स (आरटीएससी) की खोज को नैनो टेक्नोलॉजी के क्षेत्र में प्रमुख शोध कार्यों में से एक माना जाता है। हालाँकि, न केवल व्यावहारिक अनुप्रयोग, बल्कि आरटीएफटी की विश्वसनीय प्रयोगात्मक पुष्टि भी कल का प्रश्न बनी हुई है। आज का विद्युत ऊर्जा उद्योग एचटीएससी के उपयोग में महारत हासिल कर रहा है।

उच्च तापमान अतिचालकता पर आधारित उपकरण को तरल नाइट्रोजन से ठंडा करने की आवश्यकता होती है। उद्योग विशेषज्ञों के अनुसार, यह अपेक्षाकृत सस्ता और सुविधाजनक रेफ्रिजरेंट है जो 77K का तापमान प्रदान करता है और आपको व्यावहारिक परियोजनाओं को लागू करने की अनुमति देता है।

अतिचालकता के लाभ

अतिचालकता का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जा सकता है (और पहले से ही उपयोग किया जा रहा है)। इसका उपयोग सबसे पहले उच्च क्षेत्र वाले चुम्बकों के निर्माण में किया गया था। सुपरकंडक्टर्स की मदद से, चुंबकीय उत्तोलन प्रदान किया जा सकता है, जिससे उच्च गति वाली ट्रेनें बिना शोर और घर्षण के आसानी से चल सकेंगी। जहाजों के लिए HTSC इलेक्ट्रिक मोटरें बनाई जा रही हैं और उद्योगजिनमें समान शक्ति के साथ वजन और आकार के पैरामीटर काफी कम होते हैं। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटर प्रौद्योगिकी के दृष्टिकोण से अतिचालकता रुचिकर है। कम तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स का उपयोग मेडिकल डायग्नोस्टिक उपकरणों (टोमोग्राफ) में किया जाता है, और यहां तक कि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर और इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर जैसी विदेशी "मेगासाइंस" परियोजनाओं में भी किया जाता है।

एक ओर, वर्तमान और भविष्य में ऊर्जा की खपत में निरंतर वृद्धि के साथ, और दूसरी ओर, वैश्विक ऊर्जा दुविधा पर काबू पाने के लिए उच्च तापमान वाली अतिचालकता से उम्मीदें जुड़ी हुई हैं। आवश्यकता के साथजलवायु परिवर्तन को रोकने के लिए कार्बन उत्सर्जन में भारी कमी करें। आख़िरकार, वास्तव में, HTSC बिजली पैदा करने और संचारित करने के लिए सामान्य उपकरण लाता है मूलरूप मेंदक्षता के मामले में एक नया स्तर।

सुपरकंडक्टर्स का सबसे स्पष्ट अनुप्रयोग बिजली के संचरण में है। एचटीएससी केबल न्यूनतम क्रॉस सेक्शन के साथ महत्वपूर्ण शक्ति संचारित कर सकते हैं, यानी, उनके पास पारंपरिक केबलों की तुलना में एक अलग क्रम की बैंडविड्थ है। जब करंट सुपरकंडक्टर से होकर गुजरता है, तो कोई गर्मी उत्पन्न नहीं होती है, और व्यावहारिक रूप से कोई नुकसान नहीं होता है, यानी, वितरण नेटवर्क की मुख्य समस्या हल हो जाती है।

जेनरेटर वाइंडिंग के लिए धन्यवाद अतिचालकता सेजो सामग्रियां विशाल चुंबकीय क्षेत्र प्रदान करती हैं वे अधिक शक्तिशाली हो जाती हैं। उदाहरण के लिए, सीमेंस कंपनी ने 4 मेगावाट तक की क्षमता वाले तीन HTSC जनरेटर बनाए हैं। यह मशीन उसी शक्ति के पारंपरिक जनरेटर की तुलना में आधी हल्की और छोटी है। इसके अलावा, एचटीएस जनरेटर ने लोड परिवर्तन के दौरान अधिक वोल्टेज स्थिरता और प्रतिक्रियाशील बिजली खपत के मामले में उच्च विशेषताओं को दिखाया।

आज, दुनिया सक्रिय रूप से उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी पर आधारित पवन टरबाइन विकसित कर रही है। का उपयोग करते हुएएचटीएससी वाइंडिंग्स 10 मेगावाट की क्षमता वाले एचटीएससी जनरेटर बनाना यथार्थवादी है, जो पारंपरिक जनरेटर की तुलना में 2-4 गुना हल्का होगा।

सुपरकंडक्टर्स के व्यापक उपयोग के लिए एक आशाजनक क्षेत्र ऊर्जा भंडारण है, जिसकी भूमिका नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों का उपयोग करके आधुनिक ऊर्जा प्रणालियों के विकास के संदर्भ में भी महान है। यहां तक कि ट्रांसफार्मर जैसे परिचित विद्युत उपकरण भी एचटीएससी की बदौलत गुणात्मक रूप से नई विशेषताएं प्राप्त करते हैं।

सुपरकंडक्टिविटी आपको शॉर्ट-सर्किट करंट लिमिटर्स जैसे असामान्य उपकरण बनाने की अनुमति देती है, जो शॉर्ट सर्किट के दौरान करंट को पूरी तरह से स्वचालित रूप से सीमित कर देते हैं। और स्वचालित रूप सेशॉर्ट सर्किट हटा दिए जाने पर स्विच ऑन हो जाता है।

दूसरी पीढ़ी का टेप

इनमें से कौन सा आशाजनक विचार पहले ही व्यवहार में लाया जा चुका है, और किसके प्रयासों से? सबसे पहले, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पहली और दूसरी पीढ़ी (HTSC-1 और HTSC-2) के उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स वर्तमान में बाजार में हैं। आज तक उत्पादित उत्पादों की मात्रा के संदर्भ में, HTSC-1 अब तक जीतता है, लेकिन विशेषज्ञों के लिए यह स्पष्ट है कि भविष्य सुपरकंडक्टर्स से परेद्वितीय जनरेशन। यह इस तथ्य के कारण है कि HTSC-2 सुपरकंडक्टर्स के डिज़ाइन में, 70% से अधिक चांदी से बना मैट्रिक्स है।

दूसरी पीढ़ी के सुपरकंडक्टर्स के विषय पर काम करने वाली प्रमुख रूसी कंपनियों में से एक सीजेएससी सुपरऑक्स है। इसकी उत्पत्ति लोमोनोसोव के नाम पर मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी की दीवारों के भीतर हुई, जहां रसायन विज्ञान संकाय के वैज्ञानिक समूह ने सुपरकंडक्टर्स की पतली फिल्मों के जमाव की तकनीक पर काम किया। 2006 में, संचित ज्ञान के आधार पर, दूसरी पीढ़ी के एचटीएससी तारों का घरेलू उत्पादन बनाने के लिए एक वाणिज्यिक परियोजना शुरू की गई थी।

2011 में, नव निर्मित सुपरऑक्स जापान एलएलसी के साथ घनिष्ठ सहयोग के माध्यम से सुपरऑक्स के हित के क्षेत्र का विस्तार किया गया था। 500 ए/सेमी चौड़े क्रिटिकल करंट वाले एचटीएससी तार का उत्पादन करने के लिए एक पायलट उत्पादन लाइन स्थापित की गई थी। 2011 से, सुपरऑक्स-इनोवेशन स्कोल्कोवो का भी निवासी रहा है, जहां यह दूसरी पीढ़ी के एचटीएससी टेपों की तकनीकी विशेषताओं को अनुकूलित करने के उद्देश्य से अनुप्रयुक्त अनुसंधान करता है और इन सामग्रियों के उत्पादन के लिए विभिन्न तकनीकों का विकास करता है। 2013 में, मास्को औद्योगिक पार्क स्लावा में HTSP-2 टेप का उत्पादन शुरू किया गया था।

सुपरऑक्स सीजेएससी के एक प्रमुख विशेषज्ञ वादिम अमेलिचव कहते हैं, "हमारा उत्पाद, दूसरी पीढ़ी का सुपरकंडक्टिंग टेप, उच्च तापमान के प्रतिरोधी विशेष स्टेनलेस स्टील से बना एक सब्सट्रेट है, जो बाद में पतली फिल्में लगाने पर अपने यांत्रिक गुणों को नहीं खोता है।" - विशेष तरीकों का उपयोग करके, इस सब्सट्रेट पर बफर ऑक्साइड परतें लगाई जाती हैं, और गैडोलीनियम-बेरियम कप्रेट की एक फिल्म को कार्यात्मक परत के रूप में लगाया जाता है। फिर इस संरचना को चांदी या तांबे की पतली परतों से ढक दिया जाता है और इसी रूप में इसका उपयोग किया जाता है अतिचालकता मेंउपकरण।

केवल एक या दो माइक्रोन की फिल्म मोटाई के साथ, ऐसी सामग्री में प्रति 1 मिमी² क्रॉस सेक्शन में लगभग 500 ए की वर्तमान-वहन क्षमता होती है, जो कि पारंपरिक तांबे के केबल की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक है। तदनुसार, यह टेप उन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है जहां उच्च धारा की आवश्यकता होती है। उच्च धाराओं के लिए केबल, बड़े क्षेत्रों के लिए चुंबक - अनुप्रयोग का मुख्य क्षेत्र।

सुपरऑक्स के पास HTSP-2 टेप के लिए एक पूर्ण उत्पादन चक्र है। 2012 में, इस अभिनव उत्पाद की बिक्री शुरू हुई, और अब यह सामग्री न केवल रूस को आपूर्ति की जाती है, बल्कि और निर्यात किया गयायूरोपीय संघ, जापान, ताइवान और न्यूजीलैंड सहित नौ देशों में।
वादिम अमेलिचव बताते हैं, "दुनिया में एचटीएससी-2 टेप के बहुत सारे निर्माता नहीं हैं।" - दो अमेरिकी फर्म, दक्षिण कोरिया और जापान में कंपनियां हैं। यूरोप में, हमारे अलावा, कोई भी औद्योगिक पैमाने पर ऐसे टेप का उत्पादन नहीं करता है। हमारे टेप का कई अनुसंधान केंद्रों में परीक्षण किया गया है और प्रतिस्पर्धात्मकता की पुष्टि की गई है इसकी विशेषताएँ।"

एक नया उद्योग विकसित करें

"इस तथ्य के बावजूद कि उच्च तापमान वाली सुपरकंडक्टिविटी हाल ही में सामने आई है, प्रौद्योगिकी में इसके अनुप्रयोग के मुद्दों का गहन अध्ययन किया जा रहा है तकनीकी रूप सेदुनिया के विकसित देश, - तकनीकी विज्ञान के डॉक्टर, रूसी संघ के एईएस के पूर्ण सदस्य, रूसी सुपरकंडक्टर जेएससी के विकास निदेशक, विक्टर पैंट्सिर्नी कहते हैं, - हमारे देश में, रूसी राष्ट्रपति के अधीन आयोग के ढांचे के भीतर आधुनिकीकरण के लिए संघ और तकनीकीरूसी अर्थव्यवस्था के विकास के लिए, परियोजना "सुपरकंडक्टर उद्योग" को प्राथमिकता क्षेत्र "ऊर्जा दक्षता" में "अभिनव ऊर्जा" परियोजना के हिस्से के रूप में शुरू किया गया था।

सुपरकंडक्टर उद्योग के क्षेत्र में यह परियोजना रोसाटॉम स्टेट कॉर्पोरेशन द्वारा बनाई गई रूसी सुपरकंडक्टर कंपनी द्वारा समन्वित है। 2011 से 2015 तक पांच साल की अवधि के दौरान, दूसरी पीढ़ी के उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के उत्पादन, लंबी लंबाई (1000 मीटर तक) एचटीएससी -2 टेप तारों के पायलट उत्पादन के लिए प्रतिस्पर्धी प्रौद्योगिकियों का निर्माण करने की योजना बनाई गई है। विद्युत ऊर्जा उद्योग के लिए HTSC-2 तारों पर आधारित उपकरणों के प्रोटोटाइप विकसित करना। ये जनरेटर हैंउच्च शक्ति, और वर्तमान सीमाएं (सीओटी), और गतिज ऊर्जा भंडारण (केएनई), साथ ही चुंबकीय प्रणालियों, आगमनात्मक ऊर्जा भंडारण (एसपीआईएन), ट्रांसफार्मर, उच्च शक्ति इलेक्ट्रिक मोटर के लिए शक्तिशाली वर्तमान लीड।

2016 से, HTSC-2 तारों और उन पर आधारित कई उपकरणों का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करने की योजना बनाई गई है। इस परियोजना पर काम में लगभग 30 संगठन शामिल हैं, जिनमें विश्वविद्यालय, शैक्षणिक और उद्योग अनुसंधान केंद्र, डिजाइन ब्यूरो और औद्योगिक संगठन शामिल हैं, विशेष रूप से वीएनआईआईएनएम जेएससी, एनआईआईईएफए जेएससी, एनआईआईटीएफए जेएससी, जीआईआरईडीमेट जेएससी, जेएससी एनआईएफएचआई, जेएससी टीवीईएल, जेएससी टोचमैश और इसके बाहर, राष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र "कुरचटोव संस्थान", ENIN में उन्हें। क्रिज़िज़ानोव्स्की,संघीय राज्य बजटीय शैक्षिक संस्थान एमएआई, एनआरएनयू एमईपीएचआई, जीयूएपी, ओजेएससी रॉसेटी, ओजेएससी एनटीसी एफजीसी यूईएस, सीजेएससी सुपरओक्स, ओजेएससी वीएनआईआईकेपी, ओजेएससी एनआईईईएम, ओकेबी याकोर, आदि।

"संरचनात्मक रूप से, परियोजना में समानांतर में किए गए नौ कार्य शामिल हैं," विक्टर पैंट्सिर्नी बताते हैं। - 2011 से 2013 तक सुपरकंडक्टिंग मशीनों के पहले घरेलू ऑपरेटिंग मॉडल बनाने में कामयाब रहे - एक 50 किलोवाट इंजन और जनरेटर, एक 0.5 एमजे गतिज ऊर्जा भंडारण उपकरण, 3.5 केवी के वोल्टेज के साथ बिजली नेटवर्क के लिए एक 3.5 मेगावाट सुपरकंडक्टिंग शॉर्ट-सर्किट वर्तमान सीमक, एक 10 केवीए सुपरकंडक्टिंग ट्रांसफार्मर, चुंबकीय प्रणालियों के लिए करंट लीड, 1500A करंट प्रवाहित करता है।

साथ ही, एचटीएससी-2 रिबन तारों के पूरी तरह से घरेलू उत्पादन के लिए प्रौद्योगिकी की नींव तैयार की गई है, जो कच्चे माल से लेकर तैयार उत्पादों को नियंत्रित करने के तरीकों तक है। मुख्य तकनीकी समाधान पाए गए, जिससे ऊर्जा उपकरणों के पूर्ण पैमाने के प्रोटोटाइप के निर्माण के लिए आगे बढ़ना संभव हो गया। इस प्रकार, 200 किलोवाट इंजन के निर्माण पर काम वर्तमान में पूरा किया जा रहा है।

HTSC-2 वाइंडिंग्स के उपयोग के लिए धन्यवाद, ऐसा इंजन, जब स्थापित किया जाता है, एक इलेक्ट्रिक कार के लिए(इलेक्ट्रिक बस) बैटरी रिचार्ज करने के बीच माइलेज को 15-20% तक बढ़ा देगी। 7 एमवीए से अधिक की शक्ति वाला एक सुपरकंडक्टिंग शॉर्ट-सर्किट वर्तमान सीमक का निर्माण किया गया है और इसे रेलवे परिवहन नेटवर्क में परीक्षण के लिए तैयार किया जा रहा है। पवन ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग के लिए आशाजनक 1 एमवीए की क्षमता वाले जनरेटर का उत्पादन पूरा होने वाला है।
रोसाटॉम की अनूठी प्रौद्योगिकियों के आधार पर, एक गतिज ऊर्जा भंडारण उपकरण बनाया जा रहा है अतिचालकता के साथफ्लाईव्हील सस्पेंशन, जिसकी ऊर्जा तीव्रता 7 एमजे से अधिक है। इसे एक आगमनात्मक ऊर्जा भंडारण उपकरण के विकास पर ध्यान दिया जाना चाहिए जो बेहद कम समय में कई एमजे तक संचित ऊर्जा पहुंचाने में सक्षम है। 1000 केवीए की क्षमता वाले सुपरकंडक्टिंग ट्रांसफार्मर के निर्माण पर भी काम अंतिम चरण में है।

“इसके अलावा, परियोजना का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम एक शक्तिशाली प्रयोगात्मक का निर्माण होगा और तकनीकीआधार, साथ ही सुपरकंडक्टिंग प्रौद्योगिकियों के क्षेत्र में उच्च योग्य विशेषज्ञों की टीमों का गठन, - विक्टर पैंट्सिर्नी ने निष्कर्ष निकाला। - इस वर्ष, लेजर एब्लेशन द्वारा HTSC-2 रिबन सुपरकंडक्टर्स के उत्पादन के लिए एक जटिल उत्पादन और अनुसंधान लाइन राष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र कुरचटोव संस्थान में काम करना शुरू कर देगी। यह लाइन कुर्चटोव एनबीआईसीएस केंद्र के शक्तिशाली वैज्ञानिक बुनियादी ढांचे का अधिकतम उपयोग करते हुए, एचटीएससी सामग्रियों के विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास के लिए एक उपकरण बन जाएगी। इससे एक आशाजनक उच्च तकनीक वाले क्षेत्र को गहनता से विकसित करना संभव हो जाएगा व्यावसायीकरण की ओरसुपरकंडक्टिंग प्रौद्योगिकियां"।

एसी केबल

200 मीटर लंबी सुपरकंडक्टिंग केबल बनाने की रूसी परियोजना के बारे में बताना असंभव नहीं है। जेएससी "ऊर्जासंस्था उन्हें। जी.एम. क्रिज़िज़ानोवस्की"(ENIN), जेएससी "ऑल-रूसीकेबल इंडस्ट्री रिसर्च इंस्टीट्यूट (VNIIKP), मॉस्को एविएशन इंस्टीट्यूट और OAO NTC इलेक्ट्रिक पावर इंडस्ट्री। विकास 2005 में शुरू हुआ, 2009 में एक प्रोटोटाइप बनाया गया, जिसका एक विशेष रूप से निर्मित अद्वितीय परीक्षण स्थल पर सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया।

एचटीएससी केबल के मुख्य लाभ उच्च वर्तमान भार, कम नुकसान, पर्यावरण मित्रता और अग्नि सुरक्षा हैं। इसके अलावा, 10-20 केवी के वोल्टेज पर ऐसे केबल पर उच्च शक्ति संचारित करते समय, मध्यवर्ती सबस्टेशन की आवश्यकता नहीं होती है।

HTSC केबल एक जटिल बहुपरत संरचना है। केंद्रीय असर तत्व एक स्टेनलेस स्टील सर्पिल के रूप में बनाया गया है जो तांबे के टेप से लिपटे तांबे और स्टेनलेस स्टील के तारों के एक बंडल से घिरा हुआ है। केंद्रीय तत्व के ऊपर सुपरकंडक्टिंग टेप की दो परतें बिछाई जाती हैं, और शीर्ष पर हाई-वोल्टेज इन्सुलेशन रखा जाता है। इसके बाद एक सुपरकंडक्टिंग स्क्रीन का उपयोग किया जाता है, जिसमें स्टेनलेस स्टील टेप में लिपटे लचीले तांबे के टेप की परतें होती हैं। प्रत्येक केबल कोर को 200 मीटर लंबे अपने लचीले क्रायोस्टेट में खींचा जाता है।

इस मल्टीकंपोनेंट डिज़ाइन का निर्माण इस तथ्य से जटिल है कि एचटीएससी टेप बेहद संवेदनशील है। तकनीकी संचालन का मुख्य भाग OAO VNIIKP के आधार पर किया गया था। हालाँकि, हाई-वोल्टेज इन्सुलेशन के निर्माण के लिए, केबल को पर्म शहर में काम्स्की केबल प्लांट में लाया गया था।

काम्स्की केबल एलएलसी के उप मुख्य प्रौद्योगिकीविद् अलेक्जेंडर अज़ानोव कहते हैं, "एचटीएससी केबल के लिए, हमने पेपर इन्सुलेशन लगाने का ऑपरेशन किया।" - अनोखे उपकरण का उपयोग किया गया, जिसका उपयोग पहले उच्च वोल्टेज तेल से भरे केबलों के उत्पादन के लिए किया जाता था। यही कारण है कि उन्होंने मॉस्को से पर्म और वापस अर्ध-तैयार उत्पाद की डिलीवरी के लिए कोई संसाधन नहीं छोड़ा। और, मुझे लगता है कि फिलहाल, ऐसे विशेष केबलों के उत्पादन के लिए, उत्पादन को एक ही स्थान पर व्यवस्थित करने की तुलना में विभिन्न कारखानों में स्थापित अद्वितीय उपकरणों का उपयोग करना उचित है।

निकट भविष्य में, लाइनों की स्थापना के बाद से, हमारे या किसी अन्य संयंत्र में इस केबल के बड़े पैमाने पर उत्पादन का आयोजन संभव नहीं है सुपरकंडक्टर्स के साथअत्यंत दुर्लभ और बहुत कम लंबाई (1 किमी से अधिक नहीं) में उत्पादित। इसका मुख्य कारण एचटीएससी केबलों की लागत और उनका रखरखाव (केबल के माध्यम से तरल नाइट्रोजन को लगातार पंप करना आवश्यक है) है।

डीसी केबल

आज तक, एचटीएससी केबल बनाने के क्षेत्र में विकास जारी है। जेएससी एफजीसी यूईएस और जेएससी एनटीसी एफजीसी यूईएस संयुक्त अनुसंधान एवं विकास कर रहे हैं "2500 मीटर तक की लंबाई के साथ 2500 ए के वर्तमान के साथ 20 केवी के वोल्टेज के लिए एक उच्च तापमान सुपरकंडक्टिंग डीसी केबल लाइन का निर्माण।" भविष्य के इनोवेटिव पावर ट्रांसमिशन सिस्टम का पहला प्रोटोटाइप - 30 मीटर प्रत्येक के द्विध्रुवी एचटीएससी केबल के दो टुकड़े, एसटीसी एफजीसी यूईएस में विकसित और इरकुत्स्कबेल संयंत्र में निर्मित - सफलतापूर्वक वर्तमान पारित कर दिया और उच्च वोल्टेज 2013 में परीक्षण

नवंबर 2014 में, 50 मेगावाट की क्षमता के साथ बिजली के अभिनव संचरण के लिए कनवर्टर उपकरण के एक सेट का परीक्षण किया गया था का उपयोग करते हुएकई सौ मीटर लंबी सुपरकंडक्टिंग केबल। बड़े शहरों की बिजली आपूर्ति के लिए एचटीएससी केबल के उपयोग से भूमि आवंटन क्षेत्रों में कमी हासिल करना, इनकार करना संभव हो जाएगा निर्माण सेओवरहेड लाइनें और बिजली हानि कम करें।

एफजीसी यूईएस के अनुसंधान एवं विकास केंद्र का कहना है कि एचटीएससी पर आधारित डीसी केबल लाइन में एसी लाइन की तुलना में कई फायदे हैं। यह न केवल आपको न्यूनतम नुकसान के साथ बिजली संचारित करने की अनुमति देता है, बल्कि शॉर्ट-सर्किट धाराओं को सीमित करने, प्रतिक्रियाशील शक्ति को विनियमित करने, बिजली प्रवाह को नियंत्रित करने और इसके उलट को सुनिश्चित करने की भी अनुमति देता है।

"यह जानकर अच्छा लगा कि एचटीएससी केबल के रूसी डेवलपर्स सबसे आगे हैं," तकनीकी विज्ञान के डॉक्टर, रूसी संघ के एईएस के शिक्षाविद, विज्ञान निदेशक - प्रमुख विटाली वायसोस्की कहते हैं। JSC "VNIIKP" का सुपरकंडक्टिंग तार और केबल विभाग। - उदाहरण के लिए, 2009-2013 में 200 मीटर केबल यूरोप में सबसे बड़ी थी, और केवल 2014 में जर्मनी में 1 किमी केबल स्थापित की गई थी। लेकिन सेंट पीटर्सबर्ग के लिए 2.5 किमी केबल के परीक्षण से यह रिकॉर्ड भी टूट जाएगा।

राज्य के समर्थन से लेकर निजी निवेश तक

विशेषज्ञ दुनिया और रूसी सुपरकंडक्टर्स बाजार के काफी सक्रिय विकास की भविष्यवाणी करते हैं। इस प्रकार, सीजेएससी सुपरऑक्स के निदेशक मंडल के अध्यक्ष एंड्री वाविलोव का कहना है कि वैश्विक एचटीएससी बाजार की मात्रा हर साल दोगुनी हो रही है और 2017 में 1 अरब डॉलर तक पहुंच जाएगी, जबकि विश्व बाजार में रूसी संघ की हिस्सेदारी का अनुमान लगाया जा सकता है। लगभग 10% पर.

"विद्युत ऊर्जा उद्योग के लिए सुपरकंडक्टिविटी का बाजार विकसित होना चाहिए, क्योंकि ऊर्जा खपत का घनत्व लगातार बढ़ रहा है और सुपरकंडक्टिविटी के बिना बढ़ती मांगों का समर्थन करना असंभव है," विटाली वायसोस्की आश्वस्त हैं। - हालाँकि, बिजली इंजीनियर हर नई चीज़ और यहाँ तक कि हर चीज़ के संबंध में बहुत रूढ़िवादी हैं और महंगा.इसलिए, फिलहाल, मुख्य कार्य अभी भी राज्य संगठनों के समर्थन से नई परियोजनाओं को बढ़ावा देना है। इससे सुपरकंडक्टिंग उपकरणों की विश्वसनीयता और दक्षता साबित होगी। नई परियोजनाओं के उद्भव से एचटीएससी टेपों के उत्पादन की मांग बढ़ेगी, उनका उत्पादन बढ़ेगा और कीमतें कम होंगी, जिससे फिर से बाजार को विकसित करने में मदद मिलेगी।

"इस स्तर पर, राज्य की व्यापक सहायता के बिना निर्धारित सभी कार्यों का व्यापक समाधान असंभव है, लेकिन एचटीएससी प्रौद्योगिकी का निवेश आकर्षण हर साल बढ़ रहा है, जिससे इसके आगे के वाणिज्यिक में निजी निवेश की आमद की उम्मीद करना संभव हो जाता है। उच्च स्तर के आत्मविश्वास के साथ विकास,'' विक्टर पैंट्सिर्नी अपने सहयोगी से सहमत हैं।
विशेषज्ञ इस बात से प्रसन्न हैं कि, सामान्य तौर पर, राज्य स्तर पर, सुपरकंडक्टिंग प्रौद्योगिकियों के महत्व की समझ है।
“सुपरकंडक्टिंग उद्योग का विकास राष्ट्रीय महत्व का है और संक्रमण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है नवोन्वेषी के लिएदेश की अर्थव्यवस्था का विकास पथ। यह हाल ही में रूसी संघ की संघीय विधानसभा की राज्य ड्यूमा ऊर्जा समिति के अध्यक्ष के तहत सलाहकार परिषद की एक विस्तारित बैठक में कहा गया था, जहां, विशेष रूप से, यह नोट किया गया था कि रूस की आर्थिक और राजनीतिक स्वतंत्रता सुनिश्चित करने के लिए , निम्न स्तर का घरेलू उत्पादन होना रणनीतिक रूप से आवश्यक है और उच्च तापमानसुपरकंडक्टिंग सामग्री, सुपरकंडक्टिंग उपकरण और उन पर आधारित उत्पाद, ”विक्टर पैंट्सिर्नी कहते हैं।

भविष्य की योजनाएं

हमने विशेषज्ञों से यह मूल्यांकन करने के लिए कहा कि वे सुपरकंडक्टिविटी के किन अनुप्रयोगों को सबसे अधिक आशाजनक मानते हैं और वे आने वाले वर्षों में प्रौद्योगिकी के व्यावसायिक उपयोग की उम्मीद कहां कर सकते हैं।

“पूरी दुनिया की तरह, आज रूस में सुपरकंडक्टिंग केबल की परियोजनाएं सबसे उन्नत हैं। हमें आशा है कि उन्हें विकसित होना ही चाहिए और विकसित होना चाहिए, - विटाली वायसोस्की कहते हैं। - एचटीएससी पर आधारित सुपरकंडक्टिंग केबल पहले से ही एक विशुद्ध रूप से व्यावसायिक उत्पाद हैं, हालांकि वे अभी भी काफी महंगे हैं। जब इसका व्यापक परिचय शुरू होगा तो यह सस्ता हो जाएगा और बड़ी मात्रा में एचटीएस टेप की आवश्यकता होगी, जिससे लागत कम हो जाएगी उनका उत्पादन.

हालाँकि, मेरी राय में, सबसे आवश्यक और मांग मेंविद्युत ऊर्जा उद्योग के लिए 100 केवी और उससे ऊपर के वोल्टेज स्तर के लिए सुपरकंडक्टिंग शॉर्ट सर्किट करंट लिमिटर्स हैं। इस वोल्टेज वर्ग के पारंपरिक उपकरण बस मौजूद नहीं हैं, और अतिचालकता यहां बस अपरिहार्य है। हमारे देश में ऐसी परियोजनाओं पर पहले से ही चर्चा चल रही है। इसके अलावा, मेरी राय में, पवन टरबाइनों के लिए एचटीएससी मशीनों में अच्छी संभावनाएं हैं। वे एकल जनरेटर के वजन में महत्वपूर्ण (कई बार) कमी और एकल शक्ति में वृद्धि का वादा करते हैं।

"आज, सुपरकंडक्टिंग उत्पादों के लिए बाजार के विकास का चालक विद्युत ऊर्जा उद्योग (पावर केबल और करंट लिमिटर्स) है," एंड्री वाविलोव का मानना है। - लेकिन कई अन्य उद्योगों में भी काफी संभावनाएं हैं। उदाहरण के लिए, आज विज्ञान, आइसोटोप उत्पादन और चिकित्सा में उपयोग की जाने वाली त्वरक तकनीक में कम तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के प्रभावी प्रतिस्थापन के रूप में एचटीएससी तार का उपयोग करने के विकल्प विकसित किए जा रहे हैं। रूस की इस क्षेत्र में बड़ी योजनाएं हैं, विशेष रूप से, डुबना में एक आधुनिक एनआईसीए कोलाइडर का निर्माण।

अद्वितीय कर्षण विशेषताओं, कम द्रव्यमान और वजन के साथ कुशल घूर्णन मशीनों के निर्माण में काफी संभावनाएं हैं। ऐसे इंजन मुख्य रूप से बड़े जहाजों की आवाजाही सुनिश्चित करने के लिए मांग में हैं, और जनरेटर का उपयोग किया जा सकता है नवीकरणीय मेंऊर्जा।

चुंबकीय उत्तोलन की घटना आज पूरी तरह से नए दृष्टिकोण खोलती है। ये न केवल परिवहन प्रणालियाँ हैं, बल्कि गैर-संपर्क मैनिपुलेटर्स, साथ ही अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ टिकाऊ बीयरिंग भी हैं।

“उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी के आगे विकास से न केवल एक स्पष्ट गुणक प्रभाव पड़ेगा बिजली उद्योग में,बल्कि अंतरिक्ष, विमानन, समुद्री, मोटर वाहन जैसे अन्य उद्योगों में भी और रेलवेपरिवहन, मैकेनिकल इंजीनियरिंग, धातुकर्म, इलेक्ट्रॉनिक्स, चिकित्सा, त्वरक प्रौद्योगिकी। देश की रक्षा क्षमता को मजबूत करने के लिए सुपरकंडक्टिविटी प्रौद्योगिकियां भी महत्वपूर्ण हैं,'' विक्टर पैंट्सिर्नी आश्वस्त हैं।

एक शब्द में, सुपरकंडक्टिविटी पर आधारित प्रौद्योगिकियों का आगे विकास मानव जाति के लिए और पहले से ही निकट भविष्य में बड़ी संभावनाएं खोलता है।

सुपरकंडक्टर रूस को आगे ले जाता है

उच्च तापमान अतिचालकता (एचटीएससी) की घटना बहुत पहले ही वैज्ञानिकों के लिए रुचिकर नहीं थी। हालाँकि, आज एचटीएससी पर आधारित व्यावसायिक रूप से लाभदायक उत्पाद, जिनमें रूसी भी शामिल हैं, विद्युत ऊर्जा उपकरण बाजार में प्रवेश कर रहे हैं।

बीसवीं सदी की शुरुआत में, यह पता चला कि कई धातुओं और मिश्र धातुओं में अतिचालकता होती है, यानी पूर्ण शून्य (लगभग -270 डिग्री सेल्सियस) के करीब तापमान पर शून्य प्रतिरोध रखने की क्षमता। लंबे समय तक, सुपरकंडक्टर्स का उपयोग केवल तरल हीलियम के तापमान पर किया जा सकता था, जिससे त्वरक उपकरण और चुंबकीय अनुनाद टोमोग्राफ बनाना संभव हो गया।

सिरेमिक सामग्री जिनका तरल नाइट्रोजन (77K) के तापमान से ऊपर के तापमान पर शून्य प्रतिरोध होता है, उन्हें उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स (HTSCs) कहा जाता है। हालाँकि, यदि हम केल्विन को डिग्री सेल्सियस में परिवर्तित करते हैं, जो हमारे लिए अधिक परिचित है, तो हम समझेंगे कि हम बहुत अधिक तापमान के बारे में बात नहीं कर रहे हैं, मान लीजिए, शून्य से 169-200 डिग्री सेल्सियस के बारे में। यहाँ तक कि कठोर रूसी सर्दी भी ऐसी स्थितियाँ प्रदान करने में सक्षम नहीं है।
शोधकर्ताओं का मन ऐसी सामग्री खोजने के विचार से उत्साहित है जो कमरे के तापमान (293K) पर अतिचालक अवस्था में जा सकती है। सैद्धांतिक तौर पर ऐसी संभावना मौजूद है. कुछ रिपोर्टों के अनुसार, विशेष प्रसंस्करण के बाद ग्रेफाइट के अलग-अलग अनाजों में भी सुपरकंडक्टिंग गुणों को कथित तौर पर स्थिर किया जा सकता है। आज तक, "कमरे के तापमान" सुपरकंडक्टर्स (आरटीएससी) की खोज को नैनो टेक्नोलॉजी के क्षेत्र में प्रमुख शोध कार्यों में से एक माना जाता है। हालाँकि, न केवल व्यावहारिक अनुप्रयोग, बल्कि आरटीएफटी की विश्वसनीय प्रयोगात्मक पुष्टि भी कल का प्रश्न बनी हुई है। आज का विद्युत ऊर्जा उद्योग एचटीएससी के उपयोग में महारत हासिल कर रहा है।

अतिचालकता के लाभ

अतिचालकता का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जा सकता है (और पहले से ही उपयोग किया जा रहा है)। इसका उपयोग सबसे पहले उच्च क्षेत्र वाले चुम्बकों के निर्माण में किया गया था। सुपरकंडक्टर्स की मदद से, चुंबकीय उत्तोलन प्रदान किया जा सकता है, जिससे उच्च गति वाली ट्रेनें बिना शोर और घर्षण के आसानी से चल सकेंगी। जहाजों और उद्योग के लिए एचटीएससी इलेक्ट्रिक मोटरें बनाई जा रही हैं, जिनमें समान शक्ति के साथ काफी छोटे वजन और आकार के पैरामीटर हैं। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटर प्रौद्योगिकी के दृष्टिकोण से अतिचालकता दिलचस्प है। कम तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स का उपयोग मेडिकल डायग्नोस्टिक उपकरणों (टोमोग्राफ) में किया जाता है, और यहां तक कि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर और इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर जैसी विदेशी "मेगासाइंस" परियोजनाओं में भी किया जाता है।

उच्च तापमान वाली अतिचालकता के साथ, एक ओर, वर्तमान और भविष्य में ऊर्जा की खपत में निरंतर वृद्धि के साथ, और दूसरी ओर, कार्बन डाइऑक्साइड को मौलिक रूप से कम करने की आवश्यकता के साथ, वैश्विक ऊर्जा दुविधा पर काबू पाने की उम्मीदें हैं। जलवायु परिवर्तन को रोकने के लिए उत्सर्जन। आख़िरकार, वास्तव में, एचटीएससी बिजली पैदा करने और संचारित करने के लिए सामान्य उपकरण को दक्षता के मामले में मौलिक रूप से नए स्तर पर लाता है।

सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों की वाइंडिंग के कारण जनरेटर, जो विशाल चुंबकीय क्षेत्र प्रदान करते हैं, बहुत अधिक शक्तिशाली हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, सीमेंस कंपनी ने 4 मेगावाट तक की क्षमता वाले तीन HTSC जनरेटर बनाए हैं। यह मशीन उसी शक्ति के पारंपरिक जनरेटर की तुलना में आधी हल्की और छोटी है। इसके अलावा, एचटीएस जनरेटर ने लोड परिवर्तन के दौरान अधिक वोल्टेज स्थिरता और प्रतिक्रियाशील बिजली खपत के मामले में उच्च विशेषताओं को दिखाया।

आज, दुनिया सक्रिय रूप से उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी पर आधारित पवन टरबाइन विकसित कर रही है। एचटीएससी वाइंडिंग्स का उपयोग करते समय, 10 मेगावाट की शक्ति के साथ एचटीएससी जनरेटर बनाना यथार्थवादी है, जो पारंपरिक जनरेटर की तुलना में 2-4 गुना हल्का होगा।

सुपरकंडक्टिविटी से शॉर्ट-सर्किट करंट लिमिटर्स जैसे असामान्य उपकरण बनाना संभव हो जाता है, जो शॉर्ट सर्किट के दौरान करंट को पूरी तरह से स्वचालित रूप से सीमित कर देता है और शॉर्ट सर्किट हटा दिए जाने पर स्वचालित रूप से चालू हो जाता है।

दूसरी पीढ़ी का टेप

इनमें से कौन सा आशाजनक विचार पहले ही व्यवहार में लाया जा चुका है, और किसके प्रयासों से? सबसे पहले, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पहली और दूसरी पीढ़ी (HTSC-1 और HTSC-2) के उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स वर्तमान में बाजार में हैं। आज तक उत्पादित उत्पादों की मात्रा के संदर्भ में, HTSC-1 जीतता है, लेकिन विशेषज्ञों के लिए यह स्पष्ट है कि भविष्य दूसरी पीढ़ी के सुपरकंडक्टर्स का है। यह इस तथ्य के कारण है कि HTSC-2 सुपरकंडक्टर्स के डिज़ाइन में, 70% से अधिक चांदी से बना मैट्रिक्स है।

सुपरऑक्स सीजेएससी के एक प्रमुख विशेषज्ञ वादिम अमेलिचव कहते हैं, "हमारा उत्पाद, दूसरी पीढ़ी का सुपरकंडक्टिंग टेप, उच्च तापमान के प्रतिरोधी विशेष स्टेनलेस स्टील से बना एक सब्सट्रेट है, जो बाद में पतली फिल्में लगाने पर अपने यांत्रिक गुणों को नहीं खोता है।" - विशेष तरीकों का उपयोग करके, इस सब्सट्रेट पर बफर ऑक्साइड परतें लगाई जाती हैं, और गैडोलीनियम-बेरियम कप्रेट की एक फिल्म को कार्यात्मक परत के रूप में लगाया जाता है। फिर इस संरचना को चांदी या तांबे की पतली परतों से लेपित किया जाता है, और इस तरह सुपरकंडक्टिंग उपकरणों में उपयोग किया जाता है।
केवल एक या दो माइक्रोन की फिल्म मोटाई के साथ, ऐसी सामग्री में प्रति 1 मिमी² क्रॉस सेक्शन में लगभग 500 ए की वर्तमान-वहन क्षमता होती है, जो कि पारंपरिक तांबे के केबल की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक है। तदनुसार, यह टेप उन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है जहां उच्च धारा की आवश्यकता होती है। उच्च धाराओं के लिए केबल, बड़े क्षेत्रों के लिए चुंबक - अनुप्रयोग का मुख्य क्षेत्र।

सुपरऑक्स के पास HTSP-2 टेप के लिए एक पूर्ण उत्पादन चक्र है। 2012 में, इस अभिनव उत्पाद की बिक्री शुरू हुई, और अब यह सामग्री न केवल रूस को आपूर्ति की जाती है, बल्कि यूरोपीय संघ, जापान, ताइवान और न्यूजीलैंड सहित नौ देशों को भी निर्यात की जाती है।

वादिम अमेलिचव बताते हैं, "दुनिया में एचटीएससी-2 टेप के बहुत सारे निर्माता नहीं हैं।" - दो अमेरिकी फर्म, दक्षिण कोरिया और जापान में कंपनियां हैं। यूरोप में, हमारे अलावा, कोई भी औद्योगिक पैमाने पर ऐसे टेप का उत्पादन नहीं करता है। हमारे टेप का कई अनुसंधान केंद्रों में परीक्षण किया गया है और इसके प्रतिस्पर्धी प्रदर्शन की पुष्टि की गई है।

एक नया उद्योग विकसित करें

"इस तथ्य के बावजूद कि उच्च तापमान वाली सुपरकंडक्टिविटी हाल ही में सामने आई है, प्रौद्योगिकी में इसके अनुप्रयोग के मुद्दों का दुनिया के तकनीकी रूप से विकसित देशों में गहन अध्ययन किया जा रहा है," तकनीकी विज्ञान के डॉक्टर, रूसी एईएस के पूर्ण सदस्य, विक्टर पैंट्सिर्नी कहते हैं। फेडरेशन, रूसी सुपरकंडक्टर जेएससी के विकास निदेशक, - हमारे देश में, रूसी अर्थव्यवस्था के आधुनिकीकरण और तकनीकी विकास के लिए रूसी संघ के राष्ट्रपति के अधीन आयोग के ढांचे के भीतर, परियोजना "सुपरकंडक्टर उद्योग" को भाग के रूप में शुरू किया गया था। प्राथमिकता क्षेत्र "ऊर्जा दक्षता" में परियोजना "अभिनव ऊर्जा"।

सुपरकंडक्टर उद्योग के क्षेत्र में यह परियोजना रोसाटॉम स्टेट कॉर्पोरेशन द्वारा बनाई गई रूसी सुपरकंडक्टर कंपनी द्वारा समन्वित है। 2011 से 2015 तक पांच साल की अवधि के दौरान, दूसरी पीढ़ी के उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के उत्पादन, लंबी लंबाई (1000 मीटर तक) एचटीएससी -2 टेप तारों के पायलट उत्पादन के लिए प्रतिस्पर्धी प्रौद्योगिकियों का निर्माण करने की योजना बनाई गई है। विद्युत ऊर्जा उद्योग के लिए HTSC-2 तारों पर आधारित उपकरणों के प्रोटोटाइप विकसित करना। ये उच्च शक्ति जनरेटर, और वर्तमान सीमाएं (सीओटी), और गतिज ऊर्जा भंडारण उपकरण (केएनई) हैं, साथ ही चुंबकीय प्रणालियों, आगमनात्मक ऊर्जा भंडारण उपकरणों (एसपीआईएन), ट्रांसफार्मर, उच्च शक्ति इलेक्ट्रिक मोटर के लिए शक्तिशाली वर्तमान लीड हैं।

2016 से, HTSC-2 तारों और उन पर आधारित कई उपकरणों का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करने की योजना बनाई गई है। इस परियोजना पर काम में लगभग 30 संगठन शामिल हैं, जिनमें विश्वविद्यालय, शैक्षणिक और उद्योग अनुसंधान केंद्र, डिज़ाइन ब्यूरो और औद्योगिक संगठन शामिल हैं, विशेष रूप से VNIINM JSC, NIIEFA JSC, NIITFA JSC, GIREDMET JSC, JSC "NIFHI", JSC TVEL, JSC "टोचमैश" और इसके बाहर, राष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र "कुरचटोव संस्थान" में, ENIN का नाम रखा गया। क्रिज़िझानोव्स्की, एफजीबीओयू एमएआई, एनआरएनयू एमईपीएचआई, गुआप, जेएससी रोसेटी, जेएससी एनटीसी एफजीसी यूईएस, सीजेएससी सुपरओक्स, जेएससी वीएनआईआईकेपी, जेएससी एनआईईईएम, ओकेबी याकोर, आदि।

"संरचनात्मक रूप से, परियोजना में समानांतर में किए गए नौ कार्य शामिल हैं," विक्टर पैंट्सिर्नी बताते हैं। - 2011 से 2013 तक सुपरकंडक्टिंग मशीनों के पहले घरेलू ऑपरेटिंग मॉडल बनाने में कामयाब रहे - एक 50 किलोवाट इंजन और जनरेटर, एक 0.5 एमजे गतिज ऊर्जा भंडारण उपकरण, 3.5 केवी के वोल्टेज के साथ बिजली नेटवर्क के लिए एक 3.5 मेगावाट सुपरकंडक्टिंग शॉर्ट-सर्किट वर्तमान सीमक, एक 10 केवीए सुपरकंडक्टिंग ट्रांसफार्मर, चुंबकीय प्रणालियों के लिए करंट लीड, 1500A करंट प्रवाहित करता है।

साथ ही, एचटीएससी-2 रिबन तारों के पूरी तरह से घरेलू उत्पादन के लिए प्रौद्योगिकी की नींव तैयार की गई है, जो कच्चे माल से लेकर तैयार उत्पादों को नियंत्रित करने के तरीकों तक है। मुख्य तकनीकी समाधान पाए गए, जिससे ऊर्जा उपकरणों के पूर्ण पैमाने के प्रोटोटाइप के निर्माण के लिए आगे बढ़ना संभव हो गया। इस प्रकार, 200 किलोवाट इंजन के निर्माण पर काम वर्तमान में पूरा किया जा रहा है।

HTSC-2 वाइंडिंग्स के उपयोग के लिए धन्यवाद, ऐसा इंजन, जब इलेक्ट्रिक वाहन (इलेक्ट्रिक बस) पर स्थापित किया जाता है, तो बैटरी रिचार्ज के बीच माइलेज 15-20% बढ़ जाएगा। 7 एमवीए से अधिक की शक्ति वाला एक सुपरकंडक्टिंग शॉर्ट-सर्किट वर्तमान सीमक का निर्माण किया गया है और इसे रेलवे परिवहन नेटवर्क में परीक्षण के लिए तैयार किया जा रहा है। पवन ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग के लिए आशाजनक 1 एमवीए की क्षमता वाले जनरेटर का उत्पादन पूरा होने वाला है।

रोसाटॉम की अनूठी प्रौद्योगिकियों के आधार पर, फ्लाईव्हील के सुपरकंडक्टिंग सस्पेंशन के साथ एक गतिज ऊर्जा भंडारण उपकरण बनाया जा रहा है, जिसकी ऊर्जा तीव्रता 7 एमजे से अधिक है। इसे एक आगमनात्मक ऊर्जा भंडारण उपकरण के विकास पर ध्यान दिया जाना चाहिए जो बेहद कम समय में कई एमजे तक संचित ऊर्जा पहुंचाने में सक्षम है। 1000 केवीए की क्षमता वाले सुपरकंडक्टिंग ट्रांसफार्मर के निर्माण पर भी काम अंतिम चरण में है।

"इसके अलावा, परियोजना का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम एक शक्तिशाली प्रयोगात्मक और तकनीकी आधार का निर्माण होगा, साथ ही सुपरकंडक्टिंग प्रौद्योगिकियों के क्षेत्र में उच्च योग्य विशेषज्ञों की टीमों का गठन होगा," विक्टर पैंट्सिर्नी ने निष्कर्ष निकाला। - इस वर्ष, लेजर एब्लेशन द्वारा HTSC-2 रिबन सुपरकंडक्टर्स के उत्पादन के लिए एक जटिल उत्पादन और अनुसंधान लाइन राष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र कुरचटोव संस्थान में काम करना शुरू कर देगी। यह लाइन कुर्चटोव एनबीआईसीएस केंद्र के शक्तिशाली वैज्ञानिक बुनियादी ढांचे का अधिकतम उपयोग करते हुए, एचटीएससी सामग्रियों के विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास के लिए एक उपकरण बन जाएगी। इससे सुपरकंडक्टिंग प्रौद्योगिकियों के व्यावसायीकरण के लिए एक आशाजनक उच्च तकनीक क्षेत्र के गहन विकास की अनुमति मिलेगी।

एचटीएससी तार पर आधारित लेविटेटिंग तंत्र की प्रस्तुति: स्लावा टेक्नोपार्क में मॉस्को के मेयर एस. सोबयानिन के स्वागत समारोह के दौरान एंड्री वाविलोव बताते हैं कि मॉड्यूल कैसे काम करता है

एसी केबल

200 मीटर लंबी सुपरकंडक्टिंग केबल बनाने की रूसी परियोजना के बारे में बात करना असंभव नहीं है। जी.एम. क्रिज़िज़ानोव्स्की" (ईएनआईएन), जेएससी "ऑल-रशियन रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ केबल इंडस्ट्री" (वीएनआईआईकेपी), मॉस्को एविएशन इंस्टीट्यूट और जेएससी "एनटीसी इलेक्ट्रिक पावर इंडस्ट्री"। विकास 2005 में शुरू हुआ, 2009 में एक प्रोटोटाइप बनाया गया, जिसका एक विशेष रूप से निर्मित अद्वितीय परीक्षण स्थल पर सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया।

इस बहुघटक संरचना का निर्माण इस तथ्य से जटिल है कि एचटीएससी टेप यांत्रिक भार और फ्रैक्चर के प्रति बेहद संवेदनशील है। तकनीकी संचालन का मुख्य भाग OAO VNIIKP के आधार पर किया गया। हालाँकि, हाई-वोल्टेज इन्सुलेशन के निर्माण के लिए, केबल को पर्म शहर में काम्स्की केबल प्लांट में लाया गया था।

काम्स्की केबल एलएलसी के उप मुख्य प्रौद्योगिकीविद् अलेक्जेंडर अज़ानोव कहते हैं, "एचटीएससी केबल के लिए, हमने पेपर इन्सुलेशन लगाने का ऑपरेशन किया।" - अनोखे उपकरण का उपयोग किया गया, जिसका उपयोग पहले उच्च वोल्टेज तेल से भरे केबलों के उत्पादन के लिए किया जाता था। यही कारण है कि उन्होंने मॉस्को से पर्म और वापस अर्ध-तैयार उत्पाद की डिलीवरी के लिए कोई संसाधन नहीं छोड़ा। और, मुझे लगता है कि फिलहाल, ऐसे विशेष केबलों के उत्पादन के लिए, उत्पादन को एक ही स्थान पर व्यवस्थित करने की तुलना में विभिन्न कारखानों में स्थापित अद्वितीय उपकरणों का उपयोग करना उचित है।
निकट भविष्य में, हमारे या किसी अन्य संयंत्र में इस केबल के बड़े पैमाने पर उत्पादन के संगठन की संभावना नहीं है, क्योंकि सुपरकंडक्टर्स के साथ लाइनों की स्थापना बहुत ही कम और बहुत कम लंबाई (1 किमी से अधिक नहीं) के साथ की जाती है। इसका मुख्य कारण एचटीएससी केबलों की लागत और उनका रखरखाव (केबल के माध्यम से तरल नाइट्रोजन को लगातार पंप करना आवश्यक है) है।

डीसी केबल

आज तक, एचटीएससी केबल बनाने के क्षेत्र में विकास जारी है। जेएससी एफजीसी यूईएस और जेएससी एनटीसी एफजीसी यूईएस संयुक्त अनुसंधान एवं विकास का संचालन कर रहे हैं "2500 मीटर तक की लंबाई के साथ 2500 ए के वर्तमान के साथ 20 केवी के वोल्टेज के लिए एक उच्च तापमान सुपरकंडक्टिंग डीसी केबल लाइन का निर्माण।" भविष्य की नवोन्वेषी विद्युत पारेषण प्रणाली का पहला प्रोटोटाइप - द्विध्रुवी HTSC केबल की दो 30 मीटर लंबाई, जिसे FGC UES के अनुसंधान और विकास केंद्र में विकसित किया गया और इरकुत्स्कबेल संयंत्र में निर्मित किया गया - 2013 में सफलतापूर्वक वर्तमान और उच्च-वोल्टेज परीक्षण पास कर लिया।

नवंबर 2014 में, कई सौ मीटर लंबे सुपरकंडक्टिंग केबल का उपयोग करके 50 मेगावाट बिजली के अभिनव संचरण के लिए रूपांतरण उपकरण के एक सेट का परीक्षण किया गया था। बड़े शहरों की बिजली आपूर्ति के लिए एचटीएससी केबल के उपयोग से भूमि आवंटन क्षेत्रों में कमी हासिल करना, ओवरहेड लाइनों के निर्माण को छोड़ना और बिजली के नुकसान को कम करना संभव हो जाएगा।
एफजीसी यूईएस के अनुसंधान एवं विकास केंद्र का कहना है कि एचटीएससी पर आधारित डीसी केबल लाइन में एसी लाइन की तुलना में कई फायदे हैं। यह न केवल आपको न्यूनतम नुकसान के साथ बिजली संचारित करने की अनुमति देता है, बल्कि शॉर्ट-सर्किट धाराओं को सीमित करने, प्रतिक्रियाशील शक्ति को विनियमित करने, बिजली प्रवाह को नियंत्रित करने और इसके उलट को सुनिश्चित करने की भी अनुमति देता है।

"यह जानकर अच्छा लगा कि एचटीएससी केबल के रूसी डेवलपर्स सबसे आगे हैं," तकनीकी विज्ञान के डॉक्टर, रूसी संघ के एईएस के शिक्षाविद, विज्ञान निदेशक - प्रमुख विटाली वायसोस्की कहते हैं। JSC "VNIIKP" का सुपरकंडक्टिंग तार और केबल विभाग। - उदाहरण के लिए, 2009-2013 में 200 मीटर केबल यूरोप में सबसे बड़ी थी, और केवल 2014 में जर्मनी में 1 किमी केबल स्थापित की गई थी। लेकिन सेंट पीटर्सबर्ग के लिए 2.5 किमी केबल के परीक्षण से यह रिकॉर्ड भी टूट जाएगा।

राज्य के समर्थन से लेकर निजी निवेश तक

"विद्युत ऊर्जा उद्योग के लिए सुपरकंडक्टिविटी का बाजार विकसित होना चाहिए, क्योंकि ऊर्जा खपत का घनत्व लगातार बढ़ रहा है और सुपरकंडक्टिविटी के बिना बढ़ती मांगों का समर्थन करना असंभव है," विटाली वायसोस्की आश्वस्त हैं। - हालाँकि, बिजली इंजीनियर हर नई और यहाँ तक कि महंगी चीज़ के संबंध में बहुत रूढ़िवादी हैं। इसलिए, फिलहाल, मुख्य कार्य अभी भी राज्य संगठनों के समर्थन से नई परियोजनाओं को बढ़ावा देना है। इससे सुपरकंडक्टिंग उपकरणों की विश्वसनीयता और दक्षता साबित होगी। नई परियोजनाओं के उद्भव से एचटीएससी टेपों के उत्पादन की मांग बढ़ेगी, उनका उत्पादन बढ़ेगा और कीमतें कम होंगी, जिससे फिर से बाजार को विकसित करने में मदद मिलेगी।

"इस स्तर पर, राज्य की व्यापक सहायता के बिना निर्धारित सभी कार्यों का व्यापक समाधान असंभव है, लेकिन हर साल एचटीएससी प्रौद्योगिकी का निवेश आकर्षण बढ़ता है, जिससे इसके आगे के व्यावसायिक विकास में निजी निवेश की आमद की उम्मीद करना संभव हो जाता है। उच्च स्तर के आत्मविश्वास के साथ,"

अपने सहयोगी विक्टर पैंट्सिर्नी से सहमत हैं।

विशेषज्ञ इस बात से प्रसन्न हैं कि, सामान्य तौर पर, राज्य स्तर पर, सुपरकंडक्टिंग प्रौद्योगिकियों के महत्व की समझ है।

“सुपरकंडक्टिंग उद्योग का विकास राष्ट्रीय महत्व का है और देश की अर्थव्यवस्था को विकसित करने के एक अभिनव तरीके में परिवर्तन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। यह हाल ही में रूसी संघ की संघीय विधानसभा की राज्य ड्यूमा ऊर्जा समिति के अध्यक्ष के तहत सलाहकार परिषद की एक विस्तारित बैठक में कहा गया था, जहां, विशेष रूप से, यह नोट किया गया था कि रूस की आर्थिक और राजनीतिक स्वतंत्रता सुनिश्चित करने के लिए , कम और उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों, सुपरकंडक्टिंग उपकरणों और उन पर आधारित उत्पादों का घरेलू उत्पादन करना रणनीतिक रूप से आवश्यक है।

विक्टर पैंट्सिर्नी द्वारा रिपोर्ट की गई।

भविष्य की योजनाएं

“पूरी दुनिया की तरह, आज रूस में सुपरकंडक्टिंग केबल की परियोजनाएं सबसे उन्नत हैं। हमें आशा है कि उन्हें विकसित होना ही चाहिए और विकसित होना चाहिए, - विटाली वायसोस्की कहते हैं। - एचटीएससी पर आधारित सुपरकंडक्टिंग केबल पहले से ही एक विशुद्ध रूप से व्यावसायिक उत्पाद हैं, हालांकि वे अभी भी काफी महंगे हैं। जब इसका व्यापक परिचय शुरू होगा तो यह सस्ता हो जाएगा और बड़ी मात्रा में एचटीएससी टेप की आवश्यकता होगी, जिससे उनके उत्पादन की लागत कम हो जाएगी।
हालाँकि, मेरी राय में, 100 केवी और उससे अधिक के वोल्टेज स्तर के लिए सुपरकंडक्टिंग शॉर्ट-सर्किट करंट लिमिटर्स विद्युत ऊर्जा उद्योग के लिए सबसे आवश्यक और मांग में हैं। इस वोल्टेज वर्ग के पारंपरिक उपकरण बस मौजूद नहीं हैं, और अतिचालकता यहां बस अपरिहार्य है। हमारे देश में ऐसी परियोजनाओं पर पहले से ही चर्चा चल रही है। इसके अलावा, मेरी राय में, पवन टरबाइनों के लिए एचटीएससी मशीनों में अच्छी संभावनाएं हैं। वे एकल जनरेटर के वजन में महत्वपूर्ण (कई बार) कमी और एकल शक्ति में वृद्धि का वादा करते हैं।

"आज, सुपरकंडक्टिंग उत्पादों के लिए बाजार के विकास का चालक विद्युत ऊर्जा उद्योग (पावर केबल और करंट लिमिटर्स) है," एंड्री वाविलोव का मानना है। - लेकिन कई अन्य उद्योगों में भी काफी संभावनाएं हैं। उदाहरण के लिए, आज विज्ञान, आइसोटोप उत्पादन और चिकित्सा में उपयोग की जाने वाली त्वरक तकनीक में कम तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के प्रभावी प्रतिस्थापन के रूप में एचटीएससी तार का उपयोग करने के विकल्प विकसित किए जा रहे हैं। रूस की इस क्षेत्र में बड़ी योजनाएं हैं, विशेष रूप से, डुबना में एक आधुनिक एनआईसीए कोलाइडर का निर्माण।
अद्वितीय कर्षण विशेषताओं, कम द्रव्यमान और वजन के साथ कुशल घूर्णन मशीनों के निर्माण में काफी संभावनाएं हैं। ऐसे इंजन मुख्य रूप से बड़े जहाजों की आवाजाही सुनिश्चित करने के लिए मांग में हैं, और जनरेटर का उपयोग नवीकरणीय ऊर्जा में किया जा सकता है।
चुंबकीय उत्तोलन की घटना आज पूरी तरह से नए दृष्टिकोण खोलती है। ये न केवल परिवहन प्रणालियाँ हैं, बल्कि गैर-संपर्क मैनिपुलेटर्स, साथ ही अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ टिकाऊ बीयरिंग भी हैं।

“उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी के आगे के विकास का न केवल विद्युत ऊर्जा उद्योग में, बल्कि अंतरिक्ष, विमानन, समुद्र, सड़क और रेल परिवहन, मैकेनिकल इंजीनियरिंग, धातु विज्ञान, इलेक्ट्रॉनिक्स, चिकित्सा जैसे अन्य उद्योगों में भी एक स्पष्ट गुणक प्रभाव होगा। और त्वरक प्रौद्योगिकी। देश की रक्षा क्षमता को मजबूत करने के लिए सुपरकंडक्टिविटी प्रौद्योगिकियां भी महत्वपूर्ण हैं।"

विक्टर पैंट्सिर्नी आश्वस्त हैं।

ऑक्साइड उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के आधार पर बनाया गया। पहली बार, सुपरकंडक्टिंग सिरेमिक 1986 में जे. बेडनोर्ज़ और के. मुलर द्वारा प्राप्त किए गए थे, जिन्हें इस खोज के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। यह सिरेमिक लैंथेनम, बेरियम और कॉपर ऑक्साइड (La 2-x Ba x CuO 4) पर आधारित था, और इसमें असामान्य रूप से उच्च क्षमता थी अतिचालक सामग्रीसुपरकंडक्टिंग संक्रमण तापमान Tc = 35 K. एक साल बाद, P. चू के मार्गदर्शन में, Tc = 93 K के साथ येट्रियम-बेरियम कॉपर ऑक्साइड YBa 2 Cu 3 O 7-x पर आधारित सिरेमिक प्राप्त किए गए। . इन खोजों ने अतिचालकता को व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए आशाजनक बना दिया।

उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग सिरेमिक, पारंपरिक सिरेमिक सामग्रियों की तरह, ऑक्साइड पाउडर से बनाए जाते हैं। ऑक्साइड सिरेमिक उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स प्राप्त करने में निम्नलिखित मुख्य चरण शामिल हैं: चार्ज के प्रारंभिक घटकों की खुराक, चार्ज का समरूपीकरण, उच्च तापमान (800-1100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर) संश्लेषण, चार्ज के मध्यवर्ती पीसने सहित, जैसे साथ ही सिरेमिक उत्पादों की मोल्डिंग (दबाव) और सिंटरिंग भी की जाती है।

प्राप्त सामग्रियों का घनत्व और सूक्ष्म संरचना प्रारंभिक पाउडर की स्थिति और संश्लेषण स्थितियों से काफी प्रभावित होती है। सिरेमिक सामग्रियों में गैर-उन्मुख अनाज, छिद्र और लगभग हमेशा विदेशी चरणों का मिश्रण होता है। उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग सिरेमिक के संश्लेषण में, बारीक बिखरे हुए पाउडर मोटे अनाज वाले की तुलना में कम तापमान पर पाप करना शुरू कर देते हैं। यह तरल चरण की महत्वपूर्ण मात्रा के गठन और नमूने के विरूपण से बचाता है। मुख्य संरचना में थोड़ी मात्रा में अशुद्धता ऑक्साइड की शुरूआत से सिरेमिक के गुणों पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है, जो आवश्यक बनावट के निर्माण में योगदान देता है।

एचटीएससी सिरेमिक के यांत्रिक और विद्युत चुम्बकीय गुण सीधे तौर पर अनाज, छिद्रों और सूक्ष्म दोषों से युक्त एक काफी अमानवीय संरचना के कारण होते हैं, जो एक नियम के रूप में, अनाज की सीमाओं पर स्थानीयकृत होते हैं। सुपरकंडक्टिंग सिरेमिक के माइक्रोस्ट्रक्चर का निर्माण और विनाश सिंटरिंग की प्रक्रिया में होता है, जो आंतरिक तनाव की घटना और विभिन्न यांत्रिक और थर्मल मोड में सामग्री के संचालन में योगदान देता है। सुपरकंडक्टिंग सिरेमिक में सुपरकंडक्टिंग ग्रैन्यूल होते हैं, जो पर्याप्त रूप से उच्च महत्वपूर्ण वर्तमान घनत्व जेसीआर की विशेषता रखते हैं, लेकिन चूंकि इंटरग्रेन्युलर स्पेस में कम जेसीआर होता है, इसलिए उच्च तापमान वाले सिरेमिक का महत्वपूर्ण परिवहन वर्तमान घनत्व कम हो जाता है, जिससे प्रौद्योगिकी में उपयोग करना मुश्किल हो जाता है।

आज तक, काफी बड़ी संख्या में सुपरकंडक्टिंग सिरेमिक बनाए गए हैं, जिनमें दुर्लभ पृथ्वी तत्व वाई, बा, ला, एनडी, एसएम, ईयू, सीडी, हो, एर, टीएम, लू शामिल हैं। इन सिरेमिक के लिए, प्रायोगिक अध्ययन 86 K से 135 K तक के तापमान रेंज में सुपरकंडक्टिंग संक्रमण का तापमान देते हैं।

सबसे आम हैं लैंथेनम सिरेमिक (La1-xBa)2CuO1-y Tc = 56 K के साथ, Y-Ba-Cu-O पर आधारित yttrium सिरेमिक Tc = 91 K के साथ, Bi-Sr-Ca-O पर आधारित बिस्मथ सिरेमिक Tc = 56 K के साथ = 115 K, Tc = 119 K के साथ Tl-Ba-Ca-Cu-O पर आधारित थैलियम सिरेमिक, Tc = 135 K के साथ पारा सिरेमिक HgBa2Ca2Cu3O8+x।

बनावट वाले सिरेमिक प्राप्त करने की एक तकनीक विकसित की गई है, जिससे वर्तमान घनत्व को परिमाण के क्रम से बढ़ाना संभव हो गया है। हालाँकि, सिरेमिक उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स से पर्याप्त बड़े उत्पाद, तार या टेप प्राप्त करना एक जटिल तकनीकी समस्या बनी हुई है। विभिन्न आकृतियों और आकारों के कॉम्पैक्ट बड़े तत्व, एक नियम के रूप में, Y-Ba-Cu-O ऑक्साइड सुपरकंडक्टिंग सिरेमिक से बने होते हैं, और लंबी लंबाई के मिश्रित सुपरकंडक्टर्स - गोले में Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O यौगिकों पर आधारित होते हैं। विभिन्न धातुओं और मिश्रधातुओं का। ऐसे उत्पादों में तरल नाइट्रोजन तापमान और उससे नीचे, उच्च वर्तमान-वाहक विशेषताओं पर सुपरकंडक्टिविटी का प्रभाव होता है, और उनका उपयोग करते समय, वे विद्युत उपकरणों के वजन और आकार को काफी कम कर सकते हैं, परिचालन लागत को कम कर सकते हैं, और अत्यधिक कुशल और पर्यावरण के अनुकूल विद्युत प्रणाली बना सकते हैं। .

माइक्रोवेव घटकों में, एकल-क्रिस्टल सब्सट्रेट पर एचटीएससी सिरेमिक की पतली फिल्मों का उपयोग किया जाता है। एक नियम के रूप में, एचटीएससी फिल्मों के मुख्य मापदंडों में प्रतिरोधकता और चुंबकीय संवेदनशीलता शामिल हैं। वे लेजर और इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण, रासायनिक वाष्प जमाव, प्रत्यक्ष और प्रतिक्रियाशील कैथोड स्पटरिंग और आणविक बीम एपिटेक्सी द्वारा एक सब्सट्रेट पर जमाव द्वारा प्राप्त किए जाते हैं।

भौतिकविदों ने एक ऐसी सामग्री की खोज की है जो पृथ्वी पर सबसे ठंडे तापमान से थोड़ा अधिक तापमान पर अतिचालक हो जाती है। यह खोज अतिचालकता के अध्ययन में एक नए युग की शुरुआत कर सकती है। अतिचालकता की दुनिया गुलजार है। पिछले साल, जर्मनी के मेन्ज़ में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर केमिस्ट्री में मिखाइल येरेमेट्स और उनके कुछ सहयोगियों ने -70 डिग्री सेल्सियस पर सुपरकंडक्टिंग हाइड्रोजन सल्फाइड का असामान्य अवलोकन किया। यह वर्तमान रिकॉर्ड रखने वाली किसी भी अन्य सामग्री से 20 डिग्री अधिक है।

वैज्ञानिकों के काम के नतीजों पर तब चर्चा होने लगी जब उन्हें पहली बार arXiv पर पोस्ट किया गया। उस समय, भौतिक विज्ञानी अपने काम के प्रति सतर्क थे। अतिचालकता का इतिहास उच्च तापमान गतिविधि के संदिग्ध दावों की लाशों से भरा पड़ा है जिन्हें बाद में पुन: पेश करना असंभव साबित हुआ।

तब से काफी समय बीत चुका है, येरेमेट्स और सहकर्मी निश्चित और ठोस सबूत बनाने के लिए कड़ी मेहनत कर रहे हैं। कुछ हफ्ते पहले, उनका काम नेचर जर्नल में प्रकाशित हुआ था, जिससे इसे आधुनिक भौतिकी में आवश्यक सम्मान की मुहर लगी। फिर से सुर्खियों में आ गए.

इटली में रोम इंटरनेशनल सेंटर फॉर मैटेरियल्स साइंस के एंटिनियो बियानज़ोनी और थॉमस जारलबोर्ग ने अपने रोमांचक कार्य क्षेत्र का अवलोकन दिया। और उन्होंने येरेमेट्स और उनके सहयोगियों के कार्यों की व्याख्या करते हुए एक सैद्धांतिक कार्य किया।

आरंभ करने के लिए, थोड़ी पृष्ठभूमि। अतिचालकता शून्य विद्युत प्रतिरोध की एक घटना है जो कुछ सामग्रियों में तब घटित होती है जब उन्हें एक महत्वपूर्ण तापमान से नीचे ठंडा किया जाता है।

यह घटना पारंपरिक सुपरकंडक्टर्स में अच्छी तरह से जानी जाती है, जो अनिवार्य रूप से इलेक्ट्रॉनों के समुद्र में नहाए हुए सकारात्मक आयनों की कठोर जाली हैं। विद्युत प्रतिरोध तब होता है जब इलेक्ट्रॉन इन ग्रिडों में टकराते हैं और उनमें से गुजरते समय ऊर्जा खो देते हैं।

हालाँकि, कम तापमान पर, इलेक्ट्रॉन एक दूसरे के साथ मिलकर कूपर जोड़े बना सकते हैं। साथ ही, जाली इतनी कठोर हो जाती है कि फोनन नामक तरंगों की सुसंगत गति संभव हो जाती है।

सुपरकंडक्टिविटी तब बनती है जब कूपर जोड़े और फोनन एक सामग्री के माध्यम से एक साथ यात्रा करते हैं, और तरंगें अनिवार्य रूप से इलेक्ट्रॉन जोड़े के लिए रास्ता साफ करती हैं। ऐसा तब होता है जब जाली का कंपन - इसका तापमान - कूपर वाष्प को तोड़ने के लिए पर्याप्त मजबूत हो जाता है। यह क्रांतिक तापमान है.

हाल तक, इस प्रकार का उच्चतम क्रांतिक तापमान -230 डिग्री सेल्सियस (40 केल्विन) था।

किसी सामग्री की अतिचालकता की पुष्टि के लिए वैज्ञानिक तीन मुख्य विशेषताओं की तलाश कर रहे हैं। पहली बात यह है कि जब सामग्री को एक महत्वपूर्ण तापमान से नीचे ठंडा किया जाता है तो विद्युत प्रतिरोध में अचानक गिरावट आती है। दूसरा पदार्थ से चुंबकीय क्षेत्र का विस्थापन है, एक प्रभाव जिसे मीस्नर प्रभाव के रूप में जाना जाता है।

तीसरा महत्वपूर्ण तापमान में परिवर्तन है जब सामग्री में परमाणुओं को आइसोटोप द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि आइसोटोप के द्रव्यमान में अंतर के कारण जाली अलग-अलग तरह से कंपन करने लगती है, जिससे महत्वपूर्ण तापमान बदल जाता है।

लेकिन एक अन्य प्रकार की अतिचालकता भी है, जिसके बारे में बहुत कम लोग जानते हैं। इसमें 1980 के दशक में खोजे गए कुछ सिरेमिक पदार्थ शामिल हैं जो -110 डिग्री सेल्सियस से भी कम तापमान पर अतिचालक बन जाते हैं। कोई भी वास्तव में नहीं समझता कि वे कैसे काम करते हैं, लेकिन सुपरकंडक्टिविटी समुदाय में अधिकांश शोध इन विदेशी सामग्रियों पर केंद्रित है।

येरेमेट्स और उनके सहयोगियों ने संभवतः अपनी स्थिति बदल दी है। शायद उनकी सफलता का सबसे बड़ा आश्चर्य यह था कि इसमें "उच्च तापमान" सुपरकंडक्टर शामिल नहीं है। इसमें साधारण हाइड्रोजन सल्फाइड शामिल है, जिसे 40 डिग्री केल्विन से ऊपर के तापमान पर कभी भी सुपरकंडक्टर के रूप में नहीं देखा गया है।

येरेमेट्स और उनके सहयोगियों ने इस सामग्री को दबाव में संपीड़ित करके अपना लक्ष्य हासिल किया जो केवल पृथ्वी के केंद्र में मौजूद है। साथ ही, वे अतिचालकता की सभी महत्वपूर्ण विशेषताओं का प्रमाण खोजने में कामयाब रहे।

और जबकि उनके प्रयोग जारी हैं, सिद्धांतकार इसे समझाने की कोशिश में अपना दिमाग लगा रहे हैं। कई भौतिकविदों का मानना था कि कुछ सैद्धांतिक कारण थे कि पारंपरिक सुपरकंडक्टर्स 40 डिग्री केल्विन से ऊपर के तापमान पर काम नहीं कर सकते थे। लेकिन यह पता चला कि सिद्धांत में ऐसा कुछ भी नहीं है जो सुपरकंडक्टर्स को उच्च तापमान पर काम करने से रोकता है।

1960 के दशक में, ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी नील एशक्रॉफ्ट ने भविष्यवाणी की थी कि हाइड्रोजन को उच्च तापमान और दबाव पर, शायद कमरे के तापमान पर भी अतिचालक होने में सक्षम होना चाहिए। उनका विचार था कि हाइड्रोजन इतना हल्का है कि इसे एक जाली का निर्माण करना चाहिए जो बहुत उच्च आवृत्तियों पर कंपन करने में सक्षम हो और इसलिए उच्च तापमान और दबाव पर एक सीरोलॉजिकल कंडक्टर बन जाए।

ऐसा लगता है कि येरेमेट्स और उनके सहयोगियों ने इस विचार की पुष्टि की है। या कम से कम ऐसा कुछ. बहुत सारी सैद्धांतिक झुर्रियाँ हैं जिन्हें दूर करने की आवश्यकता है इससे पहले कि भौतिक विज्ञानी यह कह सकें कि उन्हें इस बात की उचित समझ है कि क्या हो रहा है। सैद्धांतिक कार्य जारी है.

अब दौड़ अन्य सुपरकंडक्टर्स को खोजने की है जो और भी अधिक तापमान पर काम करेंगे। एक आशाजनक उम्मीदवार H3S है (H2S नहीं, जिस पर येरेमेट्स ने मूल रूप से काम किया था)।

और, निस्संदेह, भौतिक विज्ञानी अनुप्रयोगों के बारे में सोचना शुरू कर रहे हैं। ऐसी सामग्रियों का उपयोग करना बहुत कठिन है, और केवल इसलिए नहीं कि वे उच्च दबाव पर अतिचालक होते हैं।

लेकिन आपको सपने देखने से कोई नहीं रोकता। बियानज़ोनी और जारलबोर्ग कहते हैं, "इस खोज का न केवल सामग्री विज्ञान और संघनित पदार्थ पर, बल्कि क्वांटम कंप्यूटिंग से लेकर जीवित पदार्थ की क्वांटम भौतिकी तक अन्य क्षेत्रों पर भी प्रभाव है।" उन्होंने यह दिलचस्प विचार भी सामने रखा कि ऐसा सुपरकंडक्टर ऐसे तापमान पर काम करता है जो पृथ्वी के सबसे ठंडे तापमान से 19 डिग्री अधिक है।

शायद आने वाले महीनों और वर्षों में हम सुपरकंडक्टर्स के बारे में और भी दिलचस्प बातें सुनेंगे।