Общая закономерность нашего времени сокращение разрыва между тем или иным открытием и его внедрением. Когда-то этот интервал достигал сотен лет, теперь он снизился до минимума. Так, например, внедрение фотографии отстало от ее открытия на 112 лет. Минеральные удобрения стали применяться через 70 лет после их создания, телефонная связь — через 50 лет, радиовещание — через 35, радиолокация через 15, телевидение — через 12, атомная бомба — через 6 лет, транзистор — через 3, а лазер — всего через 2 года.

Начало технического применения сверхпроводников относится 1955 г., когда с их помощью был создан первый элёктромагнит. С момента открытия сверхпроводимостей до ее внедрения прошло 56 лет. В чем же дело?

По мнению некоторых английских физиков, это запаздывание объясняется двумя причинами: недостаточным развитием криогенной техники и открытием только мягких, чистых сверхпроводников. О материалах жестких, обладающих технически приемлемыми параметрами, стало известно лишь в 1930 г., и только через четверть века после этого проводники из таких материалов действительно удалось создать. И сразу был построен и успешно испытан соленоид со сверхпроводящей обмоткой. Техническая сверхпроводимость родилась.

Таким образом, изобретение и начало применения технически пригодных сверхпроводящих материалов совпали во времени (1955 г.). Но фактическое изобретение сверхпроводников произошло, пожалуй, позже. Ведь только в 1963 г. удалось создать действительно работоспособные провода, которые пришлось меднить для термостабилизации. Парадоксально, но факт: внедрение сверхпроводников началось на восемь лет раньше их фактического открытия.

Сегодня сверхпроводники практически используются в физике, где уже много лет эксплуатируются крупные исследовательские установки, новые приборы. Из печати известно единичных применениях сверхпроводящих электродвигателей, гироскопов, соленоидов на морских судах, летательных аппаратах. В медицине появились сверхпроводящие измерители магнитных полей, создаваемых живыми организмами.

Весьма актуально применение сверхпроводников в энергетике, на транспорте. Здесь подготовительные работы ведутся уже много лет, однако новые машины и кабели еще не эксплуатируются. Почему?

Можно назвать немало причин, отодвигающих дату массового использования сверхпроводников в народном хозяйстве. Так, например, было нелегко разработать теорию сверхпроводимости, но не менее трудно инженерам освоить эту теорию. Неожиданно сложной задачей стало конструирование сверхпроводящих проводов, другого слова не подберешь для процесса создания многоэлементарной композиции из разных металлов. Производство сверхпроводящих лент, шин и проводов потребовало разработки специальной технологии, создания особых станков и даже новых производств.

Большие трудности связаны с криогенным обеспечением сверхпроводящих объектов, ведь сверхпроводимость возникает только при очень низких температурах. Потребовались ультрарефрижераторы большой мощности.

Развитие криогенной техники немыслимо без использования глубокого вакуума, поэтому нужно научиться его получать и сохранять. И конечно, измерения: нужны особые датчики и приборы, контрольные провода, которые проходят через полости с разными температурами.

Но когда удастся преодолеть все эти трудности, совсем непросто будет решить электротехническую проблему. До сих пор в электротехнике больших мощностей обычно используют токи в десятки-сотни ампер, а по сверхпроводникам технически и экономически выгодно передавать токи в тысячи раз большие. Но нужны ли столь многоамперные установки?

Такие установки существуют, но их немного. Создать их непросто, потому что токонесущая способность традиционных проводников, меди и алюминия, ограничена. Теперь, когда с помощью сверхпроводников можно многократно повысить плотности токов и сами токи, было бы реальным говорить о модернизации всех объектов электроэнергетики от электростанции до потребителей. Но нужна ли такая перестройка? Если нет, то зачем создавать сверхпроводящие электротехнические агрегаты?

Такие агрегаты должны быть многоамперными, это бесспорно. Ведь сверхпроводники прекрасный проводниковый материал. Но электрические цепи рассчитаны на небольшие токи и очень высокие напряжения. Что же, встраивать многоамперные объекты в малоамперные цепи? Нереально. А полная перестройка всего электрооборудования энергетики задача огромной трудности. Неужели сверхпроводники найдут себе место только в уникальных физических установках?

Однако трудности проблемы, связанные с внедрением сверхпроводников, постепенно разрешаются. Когда начали проводиться прикладные работы со сверхпроводниками, особенно остро ощущалось отсутствие подготовленных кадров, новых материалов, оборудования и приборов. Но все же одна за другой возникали небольшие модели. Появился устойчивый спрос на новые провода, ожижители, приборы и датчики. Физики и математики подключились к решению чисто практических задач: определению критических полей и токов, оценке потерь на переменном токе, расчетам термостабильного поведения сверхпроводников в жидком гелии.

Сегодня в мире проблемами технической сверхпроводимости заняты сотни научных коллективов. Определены долгосрочные планы исследований, сформулированы цепи работ, готовы перечни объектов, подлежащих внедрению.

В целом можно считать, что поисковые работы, необходимые для создания головных образцов сверхпроводники техники, выполнены примерно на 30-50%. Среди созданных моделей электромагниты для физических исследований и для турбогенераторов, двигатели, сверхпроводниковые трансформаторы и участки кабелей , подшипники и приборы.

«Следующие несколько лет будут решающими для перехода сверхпроводников из лабораторий в промышленность для крупномасштабных применений», — считает дважды лауреат Нобелевской премии Дж. Бардин.

Про будущее сверхпроводимости читайте в следующей статье.

Продолжение:

Будущее за сверхпроводниками