Суперпровода — нанотехнологии в электроэнергетике

Специалисты Всероссийского научно-исследовательского института неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара разработали технологию создания новейших суперпроводов. Суть технологии заключается в последовательной сборке биметаллических составных заготовок с их последующим деформированием. Это дает возможность внедрения в матрицу обычного медного провода ленточных ниобиевых волокон толщиной всего 6-10 нм.

В итоге получается композитный провод сечением 2 на 3 мм, в котором присутствует до 400 миллионов этих тончайших ниобиевых волокон. Полученный провод отличается аномально высокой механической прочностью, значительно более 500 МПа, и электропроводностью на уровне 65-85% от значения электропроводности чистой меди, что достигается малым расстоянием между волокнами, сопоставимым со средней длиной пробега электронов в медной матрице.

Суперпроводами считаются провода с прочностью на разрыв превышающей 400-450 МПа, электропроводность которых составляет от 40 до 80% от значения этой величины соответствующей чистой меди. Летом 2012 года, совместно с РОСНАНО, в России был запущен завод «Наноэлектро», в рамках промышленной деятельности которого началось производство таких сверхвысокопрочных наноструктурированных проводов с плановым объемом до 50 тонн в год.

Бюджет проекта составил 1,02 миллиарда рублей. Ряд зарубежных компаний, включая судостроительные предприятия, имеет свою заинтересованность в приобретении суперпроводов российского производства, поскольку новая продукция значительно превосходит уже имеющиеся на рынке аналоги.

На сегодняшний день суперпровода необходимы в первую очередь ученым для создания сверхмощных электромагнитов. Партнерами проекта являются: CERN, Курчатовский институт, Национальная лаборатория высоких магнитных полей, Лос-Аламос, США, Научный центр Россендорфа, Дрезден, Германия, ОАО «РЖД», ОАО «ВНИИКП», ALPHISICA GmbH.

В марте 2012 года именно в лаборатории Лос-Аламоса был поставлен мировой рекорд, там электромагнит на основе российских суперпроводов показал индукцию в 100 Тесла, что в 2 миллиона раз превосходит индукцию магнитного поля Земли. Кроме этого в использовании суперпроводов заинтересованы такие отрасли как: робототехника, микроэлектроника, судостроение, авиастроение и другие важные высокотехнологичные отрасли.

Если сравнить новый композитный материал с медью, бронзой, латунью, то преимущества станут очевидными. Чистая медь обладает исключительной электропроводностью (уступая серебру), но при этом прочность меди на разрыв составляет всего 220-270 МПа.

Проводимость бронзы составляет лишь 17% от проводимости чистой меди, но при этом прочность на разрыв 400-970 МПа. Латунь обладает прочностью на разрыв 380-880 МПа, но электропроводность ее в 2 раза ниже электропроводности меди.

Что касается нового материала суперпроводов, то прочность на разрыв здесь достигает 1200 МПа, а электропроводность лишь немного уступает электропроводности меди.

Так суперпровода, обладающие высокими механическими характеристиками, просто незаменимы для высокопольных импульсных магнитов и магнито-импульсных индукторов, для авиационной и космической техники, для флота и оборонной промышленности, а также в качестве контактных проводов высокоскоростных поездов.

Важна прочность проводов и просто в наших климатических условиях, где мокрый снег и шквалистый ветер часто приводит к обрывам ЛЭП, что чревато отключением электроэнергии в населенных пунктах, и длительными ремонтными работами. Со временем наноструктурированные провода почти наверняка помогут решить и эту проблему.

Смотрите также: Наногенераторы — универсальные генераторы энергии