HTS նյութեր. Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների կիրառությունները էներգիայի մեջ. Գերհաղորդիչը Ռուսաստանին առաջ է տանում

Տեխնիկական գիտություններ

UDC 537.312.62:620.018.45

HTSC ԿԵՌԱՄԻԿԱՆԵՐԻ ԱՐՏԱԴՐՈՒԹՅԱՆ ՄԵԹՈԴՆԵՐԸ ԵՎ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ՝ ՀԻՄՆԱՑՎԱԾ ՓՈՇԵՐԻ ՓՈՇԵՐԻ ՎՐԱ.

Օ.Լ. Խասանովը

Տոմսկի պոլիտեխնիկական համալսարան Էլ. [էլփոստը պաշտպանված է]

Նկարագրված են գերնուրբ փոշիների հիման վրա բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ կերամիկայի արտադրության տեխնոլոգիայի մշակման արդյունքները, ներառյալ հզոր ուլտրաձայնի ազդեցության տակ չոր խտացման մեթոդները: Արդարացված օպտիմալ պայմաններ HTSC փոշի սինթեզի և կերամիկայի սինթեզի գործընթացները: Տվյալները ներկայացված են էլեկտրամագնիսական դաշտի էկրանների, ծավալային միկրոալիքային ռեզոնատորների և HTSC կերամիկայից պատրաստված կերամիկական SQUID-ների նմուշների կատարողական հատկությունների վերաբերյալ:

Ներածություն

Ժամանակակից կերամիկական նյութերի մեջ առանձնահատուկ տեղ է գրավում բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ (HTSC) կերամիկան։ Գերհաղորդականության երևույթը 30 Կ-ից բարձր ջերմաստիճաններում փորձնականորեն հայտնաբերվեց 1986 թվականին Ջ. Բեդնորցի և Կ. Մյուլերի կողմից լանթանի կափրատի Ba-La-Cu-O ընտանիքում, և շուտով գերհաղորդական անցումային ջերմաստիճանի կրիտիկական Tc-ը հասավ հեղուկի եռման կետից բարձր։ ազոտ (77 TO): Այս շեմի հաղթահարումից հետո էլեկտրոնիկայի, կապի տեխնոլոգիաների և ճշգրիտ չափումների, էներգետիկայի, էլեկտրատեխնիկայի, տրանսպորտի և այլ ոլորտներում HTSC-ների գործնական կիրառման հետաքրքիր հեռանկարներ առաջացան:

Հետևաբար, հետազոտությունները զարգացել են ոչ միայն հիմնարար, այլև կիրառական առումով։ Հիմնական խնդիրը տեխնոլոգիաների զարգացումն էր, որը հնարավորություն է տալիս արտադրել անհրաժեշտ արտադրանքը այնպիսի փխրուն կերամիկական նյութերից, ինչպիսիք են բարդ կուպրատները՝ լարեր և մալուխներ, ինդուկտորներ, ծավալային ռեզոնատորներ և այլն: «Ցածր հոսանքի» կիրառման շատ դեպքերում (էլեկտրոնիկա, սենսորներ) արդյունավետ է եղել HTSC ֆիլմերի վրա հիմնված կառույցների արտադրության համար ֆիլմի տեխնոլոգիաների օգտագործումը: Այնուամենայնիվ, «բարձր հոսանքի» կիրառությունների համար (էներգիա, տրանսպորտ, արագացուցիչ տեխնոլոգիա և այլն) դեռևս արդիական է կերամիկական HTSC նյութերի արտադրության տեխնոլոգիաների զարգացումը բարձր հոսանք կրող հզորությամբ և կայուն հատկություններով:

Այս հոդվածում ներկայացված են YBa2Cu3O7_x ընտանիքի HTSC կերամիկայի մշակման մեթոդների մշակման և հատկությունների ուսումնասիրման հետազոտության հիմնական արդյունքները: Աշխատանքի նպատակն էր մշակել HTSC փուլի ուլտրաֆազ փոշու (UDP) սինթեզի, դրա խտացման և բարձր կրիտիկական բնութագրերով միաֆազ գերհաղորդիչ կերամիկայի սինթեզման մեթոդներ:

Պինդ փուլ և ինքնաբազմացող

HTSC-ի բարձր ջերմաստիճանի սինթեզ

Գերհաղորդիչ օրթորոմբիկ փուլի սինթեզ YBa2CuзO7_x (x<0,4 - фаза "1-2-3") - многостадийный процесс последовательных химических и структурных превращений синтезируемых компонентов. Среди многих известных методов синтеза ВТСП-порошков нами разрабатывался метод твердофазного керамического синтеза.

Ինչպես հայտնի է, պինդ փուլային սինթեզը դիֆուզիոն գործընթաց է։ Նրա ընթացքի և սինթեզի թերմոդինամիկական պայմանների վերլուծությունը ցույց է տվել, որ երբ 1-2-3 փուլի սինթեզի ջերմաստիճանը իջնում է հայտնի 950 °C-ից ցածր, ապա 2-րդ ոչ գերհաղորդիչ փուլի ձևավորման հավանականությունը. 1-1-ը կրճատվում է, կանխվում է 1-2-3 փուլի առաջացած հատիկների սինթեզի փուլը, որը անցանկալի է։ Նման պայմանները ձեռք են բերվում բոլոր ռեակտիվները կամ դրանցից մեկը UDP-ի տեսքով օգտագործելու դեպքում: Ցույց է տրվում, որ սկզբնական լիցքավորման դեպքում գերցրված վիճակում բավական է օգտագործել միայն պղինձ։ 1-2-3 կազմի խառնուրդում՝ օգտագործելով UDP

Cu, սինթեզի ջերմաստիճանը նվազում է մինչև 920 °C, իսկ HTSC փուլի ձևավորման տևողությունը նվազում է 12 ժամով, ինչը կապված է երկրաչափական գործոնի պատճառով միջուկների քանակի ավելացման հետ՝ ավելի մեծ թվով և տարածքով: շփումները Cu UDP-ի և U2O3-ի և BaCO3-ի ավելի մեծ մասնիկների միջև: Ֆազային ձևավորման կինետիկայի ինտենսիվացումը պայմանավորված է ենթամիկրոնային պղնձի մասնիկների նյութի դիֆուզիոն գործակցի ավելացմամբ (լիցքի մեջ առավելագույն ստոյխիոմետրիկ պարունակություն ունեցող) ռեագենտների միջերեսում՝ դրանց մակերևութային ակտիվության, թերիության և թերմոդինամիկական մետակայունության պատճառով։ կառուցվածքի, ինչպես նաև միջհատիկային լարումների հետևանքով սինթեզի միջանկյալ փուլերի հատիկների արդյունավետ անջատումը ռեագենտների ավելի մեծ մասնիկներից։ Արդյունքում, միաֆազ UDP HTSC UVa2Cu307-x սինթեզվում է 0,4...0,7 մկմ մասնիկի միջին չափով, գերհաղորդիչ անցման կրիտիկական ջերմաստիճանը՝ Tc = 95 Կ և այս անցման լայնությունը՝ Tc = 1 Կ։

HTSC փուլերի սինթեզը կարող է իրականացվել ոչ միայն պինդ փուլային ռեակցիաներով, այլ նաև ինքնաբազմացող բարձր ջերմաստիճանի սինթեզի (SHS) եղանակով, երբ սինթեզի ռեակցիան իրականացվում է շերտ առ շերտ. էկզոտերմային ջերմային ազդեցության պատճառով ռեակտիվների խառնուրդի ինքնուրույն ջեռուցում:

Նման էկզոթերմիկ ազդեցությամբ UVa2Cu307-x միացության առաջացումը հնարավոր է ռեակցիայի միջոցով.

1/2U2O3 + 2BaO2 + 3Cu + nO2 ^UBa2Cu307.x + O,

որտեղ BaO2, O2 օքսիդացնող նյութեր են. Cu-ն մետաղական չօքսիդացված պղնձի վերականգնող նյութ է:

UDP Cu-ի օգտագործումը ուժեղացնում է սինթեզի ռեակցիան և մեծացնում է դրա ջերմային ազդեցությունը O (որոշում է ռեակցիայի ինքնակայունությունը լիցքավորման մեջ) գերմանր մասնիկների կուտակված մեծ էներգիայի շնորհիվ։

Որպեսզի որոշենք SHS համակարգի օրինաչափությունները 1-2-3՝ օգտագործելով UDP Si nami

Կատարվել են թթվածնի հոսքի և օդի գործընթացի ուսումնասիրություններ, այրման ջերմաստիճանը լրացուցիչ օքսիդիչի ներդրմամբ կարգավորելու հնարավորությունը, նախնական լիցքի խտացման աստիճանը և նմուշի երկրաչափության ընտրությունը: Այս ուսումնասիրություններում խնդիր էր դրված որոշել այն պայմանները, որոնցում այրման ջերմաստիճանը գտնվում է 900,970 °C միջակայքում, այսինքն. համապատասխանում է HTSC 1-2-3 փուլի սինթեզի և սինթեզման ջերմաստիճանին:

Սկզբնական բաղադրիչների համասեռ խառնուրդից 3 մմ բարձրությամբ Br (7, 10, 14 և 18 մմ) տարբեր տրամագծերի կոմպակտներ են ձևավորվել չոր ստատիկ միակողմանի սեղմումով P 50-ից մինչև 350 ՄՊա ճնշման տակ:

Կոմպակտներում այրման ալիքը սկսվել է երկու եղանակով՝ ամբողջ կոմպակտը արագ տաքացնելով հատուկ պատրաստված խողովակային վառարանում մինչև 800 °C և օգտագործելով էլեկտրական կծիկ, որը տաքացնում էր կոմպակտի մակերեսը մինչև 750 °C: Երկու դեպքում էլ, SHS-ից անմիջապես հետո, նմուշներում Մայսների էֆեկտը չի նկատվել, և 950 °C ջերմաստիճանում 2,8 ժամվա ընթացքում անհրաժեշտ է եղել լրացուցիչ եռացում՝ HTSC փուլի ձևավորման համար Ակնհայտ է, որ ուսումնասիրված երկրաչափության կոմպակտների համար տեղի է ունենում այրում էապես ոչ ադիաբատիկ ռեժիմ, որը չի համապատասխանում HTSC փուլի ձևավորման թերմոդինամիկական պայմաններին:

Ռենտգեն փուլային վերլուծությունը, որն իրականացվել է SHS-ից հետո, նախքան եռացումը, ցույց է տվել U4Ba3O9, BaCuO2, քառանկյուն փուլ 1-2-3, չհակազդեցված Cu0, Cu, Y2O3 փուլերի, ինչպես նաև օրթորոմբիկ փուլի փոքր քանակություն: 1-2-3. HTSC փուլային Csp-ի պարունակությունը 2 ժամ 950 °C ջերմաստիճանում եփելուց հետո աճել է մինչև 40%, իսկ 6 ժամ 950 °C ջերմաստիճանում եփելուց հետո մինչև 50,60%:

Meissner էֆեկտի x արժեքները, որը փոխկապակցված է նմուշներում HTSC փուլի պարունակության հետ՝ կախված լիցքի սեղմման ճնշումից մինչև SHS գործարկելը և նմուշների երկրաչափությունը ցույց են տրված Նկ. 1.

Կամ = 14 mmu \ P = 18 մմ մ

■■ 1- -1-*-1-

Բրինձ. 1. Մայսների էֆեկտի մեծությունը HTSC կոմպակտներում, որոնք սինթեզվում են SHS մեթոդով և եփվում 950 C ջերմաստիճանում 2 ժամ (ա), իսկ հետո 6 ժամ (բ)՝ կախված P ճնշումից։

UDP HTSC-ի չոր սեղմումը ազդեցության տակ

ուլտրաձայնային

HTSC կերամիկայի արտադրության բոլոր տեխնոլոգիական փուլերում անհրաժեշտ է հաշվի առնել օրթորոմբիկ HTSC 1-2-3 փուլի մետակայունությունը և դրա բարձր զգայունությունը թթվածնի պարունակության և ջրի գոլորշու առկայության նկատմամբ: Այս առումով կարևոր է մշակել կոշտ HTSC փոշի, հատկապես բարձր ցրված (սինթեզված UDP պղնձից) կոմպակտացման մեթոդներ՝ առանց կապող նյութերի և պլաստիկացնող նյութերի օգտագործման: Հետևաբար, մենք օգտագործեցինք HTSC փոշի չոր սեղմման մեթոդը ուլտրաձայնային ազդեցության տակ (USV), որը կիրառվում էր սեղմման ուժին ուղղահայաց:

Այս ուսումնասիրությունների նպատակն էր ուսումնասիրել սինթերման ջերմաստիճանի ազդեցությունը HTSC կերամիկայի խտության վրա, որն արտադրվում է UDP Cu-ի և ստանդարտ տեխնոլոգիայի կիրառմամբ, սեղմված տարբեր ուլտրաձայնային մշակման ռեժիմներով:

Նմուշները սեղմվել են 11,2 մմ տրամագծով պլանշետների մեջ և՛ ուլտրաձայնային ազդեցության տակ, և՛ ստատիկ ռեժիմում: USV-ի ինտենսիվությունը սահմանվել է ԱՄՆ-ի գեներատորի և USV-ի ելքային լարման միջոցով մինչև 50, 75 և 100 Վ, որը համապատասխանում է կաղապարի պատի թրթռման ամպլիտուդներին AUZV = 5, 10 և 15 մկմ 21,5 կՀց հաճախականությամբ: Պղպջակումն իրականացվել է ցածր ջերմաստիճանում. 2.

Բոլոր սեղմման ռեժիմների համար ամենախիտ կերամիկան սինթրեվել է UDP Cu-ով լիցքից (1, 2, 3 արժեքներ Նկար 2, բ-ում), թեև կոմպակտների խտությունը ոչ միապաղաղ կախված էր ինչպես լիցքի տեսակից, այնպես էլ լիցքավորման տեսակից: P-ի և USV-ի արժեքները: UDP-ով նմուշների համար ուլտրաձայնային սեղմումը ուսումնասիրված տիրույթում և USV գործնականում ոչ մի ազդեցություն չի ունեցել կերամիկայի խտության վրա (արժեքներ 1, 2, Նկար 2, բ): Ակնհայտ է, որ UDP-ից սինթեզված բարձր ցրված HTSC փոշու համար ենթամիկրոնային մասնիկների չափերը զգալիորեն փոքր են, քան AUZV մատրիցայի թրթռման ամպլիտուդը = 5, 10 և 15 մկմ, և ձայնը անցնում է կոշտ HTSC փոշու խտացման միջով՝ առանց առաջացնելու թրթռումային տեղաշարժ: մասնիկներ.

Միայն P = 907 ՄՊա և USV = 75 Վ (կոր 2, Նկար 2, ա) նկատվել է խտացման խտության նվազում՝ տվյալ ամպլիտուդի թրթռումային ուլտրաձայնային ազդեցության տակ փոշու ագլոմերացիայի պատճառով: Սինտերինգից հետո այս նմուշների խտությունը հասավ 907 ՄՊա սեղմված այլ UDP նմուշների խտությանը (կոր 2, Նկ. 2, բ), ինչը ցույց է տալիս ակտիվացման ուլտրաձայնային ազդեցություն սեղմված փոշու մասնիկների վրա:

Ստանդարտ ռեակտիվներից պատրաստված կերամիկայի խտությունը վատացել է ուլտրաձայնային սեղմումից հետո ուլտրաձայնային սեղմումով = 50 Վ և բարելավվել է ուլտրաձայնային սեղմումով = 75 Վ, 100 Վ ստատիկ սեղմման համեմատ (կոր 5, նկ. 2, բ): Ուսումնասիրված USV ռեժիմներում կոպիտ ցրված HTSC լիցքի համար դրսևորվել են թրթռման ամպլիտուդի համընկնման քվազիռեզոնանսային ազդեցությունները մասնիկների կամ ագլոմերատների չափերի հետ, որոնք արտացոլվել են կոմպակտների և սինթեր կերամիկայի խտության աճով USV = 10 և 15: μm (USV = 75 և 100 V - կորեր 5 Նկար 2-ում):

Պայմանավորված ցածր սինթրման ջերմաստիճանների պատճառով (890 °C՝ UDP-ից և 950 °C՝ ստանդարտ ռեակտիվներից պատրաստված նմուշների համար), այս փորձերում HTSC կերամիկայի խտությունը չի գերազանցել 5,45 գ/սմ3 – տեսական խտության 86%-ը։ UDP HTSC-ի չոր սեղմման և սինթրման ռեժիմների օպտիմալացումից հետո կերամիկական խտությունը հասել է 6 գ/սմ3 (տես Աղյուսակ 1):

Կերամիկական HTSC արտադրանքի էլեկտրական բնութագրերի վրա էականորեն ազդում է անիզոտրոպ գերհաղորդիչ փուլի հատիկների չափը և դրանց հյուսվածքը: HTSC սինթերման այս փուլում սովորական ջերմային մշակման ժամանակ հացահատիկի աճի ընդգծված անիզոտրոպիա չկա: Այնուամենայնիվ, պերովսկիտային 1-2-3 փուլի անիզոտրոպ հատիկների միակողմանի չոր սեղմման ժամանակ առաջացած ուղղորդված դեֆորմացիան ստեղծում է որոշակի նախընտրելի ուղղություն, և համակարգը դադարում է լինել իզոտրոպ: Ախտացման գործընթացում սեղմող ուժի ուղղությանը ուղղահայաց տեղի է ունենում հացահատիկի կողմնորոշված աճ, այսինքն. ձևավորվում է հյուսվածք. Եթե միակողմանի չոր խտացման գործընթացում HTSC կոմպակտը երկար ժամանակ (10...20 ժամ) պահվում է ճնշման տակ (այսինքն՝ դրա մեջ ստեղծվում է միատեսակ լարվածություն և դեֆորմացիայի ուղղություն),

Բրինձ. 2. Կոմպակտների pp (a) և սինթերով HTSC կերամիկայի ԱՀ (b) կախված ուլտրաձայնային մշակման ինտենսիվությունից և UDP HTSC-ի սեղմման ճնշումից. 1) 746 ՄՊա; 2) 907 ՄՊա; 3) 1069 ՄՊա; և լիցքավորում ստանդարտ ռեակտիվներից՝ 4) 746 ՄՊա; 5) 907 ՄՊա

tion), ապա վերաբյուրեղացման գործընթացում այս ուղղությունը կընտրվի հացահատիկի աճի համար։ Պերովսկիտի նմանվող 1-2-3 փուլի անիզոտրոպ հատիկները, որոնցում գերհաղորդիչ CuO2 հարթությունները ուղղահայաց են սեղմման ուժի ուղղությանը, հիմնականում կաճեն այս հարթությունների երկայնքով (դեֆորմացիայի ուժի երկայնքով) և կհասնեն զգալի չափերի (ավելին. 10 մկմ-ից): Այս ուղղություններով նյութի դիֆուզիոն հոսքերի վերաբաշխման պատճառով մնացած բոլոր ուղղություններով հացահատիկի աճը արգելակվում է։ Այսպես է զարգանում HTSC կերամիկայի տեքստուրավորման գործընթացը։ Նկ. Նկար 3-ը ցույց է տալիս 1-2-3 հյուսված կերամիկայի միկրոկառուցվածքը, որը սինթրեված է նշված պայմաններում (սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի տվյալները Philips SEM-15 միկրովերլուծիչի վրա ստացվել են Վ.Ն. Լիսեցկու օգնությամբ):

Մեր ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ UDP-սինթեզված HTSC-ից կերամիկայի 1-2-3 սինթեզման ժամանակ հյուսվածքի ձևավորումը օպտիմալ կերպով տեղի է ունենում 300 ՄՊա-ից բարձր միակողմանի չոր սեղմման ճնշման դեպքում, 10 ժամից ավելի ծանրաբեռնվածության դեպքում սեղմման տևողությամբ և սինթեզով: ջերմաստիճանը 950...975 ° ՀԵՏ.

HTSC կերամիկայի էլեկտրաֆիզիկական հատկությունները

և զարգացած ապրանքներ

Մենք ստուգել ենք HTSC կերամիկայի նմուշների գերհաղորդիչ և այլ ֆիզիկական հատկությունները և մշակել ենք արտադրանք (HTSC SQUIDS, էլեկտրամագնիսական դաշտերի էկրաններ, ծավալային ռեզոնատորներ) տրամաչափված կայանքների վրա՝ օգտագործելով ինդուկտիվ մեթոդը (Тс; ATC), 4-կոնտակտային մեթոդը (Тс; ATC): կրիտիկական հոսանք jc ), ինչպես նաև Նեյտրոնային ֆիզիկայի լաբորատորիայի JINR (Դուբնա) մասնագիտացված սարքավորումների վրա; MIREA-ի միկրոալիքային ռադիոտեխնիկական լաբորատորիայում (Մոսկվա); TPU-ի միջուկային ֆիզիկայի գիտահետազոտական ինստիտուտում, կիսահաղորդչային սարքերի գիտահետազոտական ինստիտուտում, TSU-ի Սիբիրյան ֆիզիկայի և տեխնիկայի ինստիտուտում, KB «Project» (Տոմսկ): Աղյուսակում 1, Նկ. 4

Ներկայացված են վերը նկարագրված տեխնոլոգիայով արտադրված HTSC կերամիկական նմուշների պարամետրերի չափման արդյունքները:

Ծավալային միկրոալիքային ռեզոնատորների և էլեկտրամագնիսական դաշտերի HTSC էկրանների նմուշներ կերամիկայից 1-2-3՝ 50 մմ տրամագծով, 40 մմ բարձրությամբ, 4 մմ պատի հաստությամբ խոռոչ գլանների տեսքով, վերջավոր սկավառակներով։ 50 մմ տրամագծով և 4 մմ հաստությամբ, արտադրվել են UDP Si տեխնոլոգիայի կիրառմամբ: HTSC կերամիկան ուներ 5,5 գ/սմ3 խտություն, կրիտիկական ջերմաստիճան՝ Tc = 88 Կ: Նման ռեզոնատորների որակի գործակիցը, որը չափվում է հեղուկ հելիումի ջերմաստիճանում T = 4,2 Կ, եղել է O = 2700 հաճախականությամբ / = 10 ԳՀց (R = 3 սմ), նույն պայմաններում սկավառակների մակերեսային դիմադրությունը -0,04 Օմ է (չափումները կատարվել են TPU-ի Միջուկային ֆիզիկայի գիտահետազոտական ինստիտուտի 46 լաբորատորիայում Գ.Մ. Սամոյլենկոյի կողմից):

Աղյուսակ 1. HTSC կերամիկական նմուշների էլեկտրաֆիզիկական հատկությունները

Պարամետր Рс "g/cm3 d,* μm Tc, K ATC, K j ** A/cm2 Qi Q2

Կերամիկա 1-2-3 հիմնված UDP Cu 5.9...6.0 10.20 95 3.5 920 150 250 150 241

Կերամիկա 1-2-3 ստանդարտ ռեակտիվներից 5.2...5.5 40.50 90 1.5 90

Հացահատիկի միջին չափը ըստ օպտիկական և սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի;

**]с - կրիտիկական հոսանքի խտությունը, որը որոշվում է 4-զոնդ մեթոդով (77 K, 0 T);

th - փայլեցված կերամիկական նմուշների որակի գործակիցը / = 3 ԳՀց (2A / = 20 ՄՀց) հաճախականությամբ սենյակային ջերմաստիճանում (համարիչում) և 77 Կ-ում (հայտարարում), որը չափվում է միկրոալիքային ռադիոտեխնիկայի լաբորատորիայում MIREA O.M. Օլեյնիկ;

O2-ը նույն նմուշների որակի գործակիցն է, որը չափվում է նույն պայմաններում մեկ տարի անց, ինչը ցույց է տալիս կերամիկայի քայքայման դիմադրությունը:

Բրինձ. 3. Հյուսվածքային HTSC կերամիկայի 1-2-3 SEM պատկերը, որը սինտրացված է UDP-ից սեղմման ժամանակ նախապես բեռնվելուց հետո և ռենտգենյան փուլային վերլուծության գծապատկերային դիագրամ (CoKa ճառագայթում)

Բրինձ. 4. UDP Cu-ի միջոցով արտադրված HTSC կերամիկայի գերհաղորդիչ անցումային կորեր. 3) Ուլտրաձայնային սեղմում, սինթրում 950 C ջերմաստիճանում (T չափումները կատարվել են LSVChR MIREA-ում Ա.Ա. Բուշի կողմից)

Նույն գլանաձև նմուշների փորձարկումները, ինչպիսիք են էլեկտրամագնիսական դաշտերի էկրանները, իրականացվել են PP-ի գիտահետազոտական ինստիտուտում (Յու.Վ. Լիլենկո) և SPTI-ում TSU-ում (Ա.Պ. Ռյաբցև):

Բրինձ. 5. HTSC մխոցի պաշտպանիչ հատկություններ

Բրինձ. 6. VPC-ի հիստերեզը HTSC մխոցի գերհաղորդիչ վիճակում (T=77K).

Օգտագործվել է տեխնիկա՝ լարման IC-ը չափելու ընդունիչ (արտաքին) ինդուկտորային կծիկի վրա, որը գտնվում է HTSC մխոցից դուրս, մինչդեռ փորձարկման հոսանքը, որը ես անցել եմ գեներացնող (ներքին) կծիկի միջով, որը տեղադրված է խոռոչ HTSC մխոցի ներսում: Կախվածությունները Пс = /(I) վերցվել են էկրանի գերհաղորդիչ վիճակում (7 = 77 Կ) և նորմալ վիճակում (293 Կ-ում) - Նկ. 5. Պաշտպանման գործակիցը 7=77 Կ

10 կՀց հաճախականության դեպքում արժեքը եղել է £>100: HTSC էկրանի լարման դաշտի բնութագրիչի (VFC) հիստերեզը 77 Կ-ում, ի տարբերություն 300 Կ-ի հաստատունի (նկ. 6), ցույց է տալիս նաև հետազոտվող արտադրանքի դիամագնիսական հատկությունները (նմուշի հոսանք 1 մ. = 1,3 մԱ; / = 10 կՀց):

Գերհաղորդիչ քվանտային միջամտության սենսորի (SQUID) զգայունությունը բնութագրվում է հետևյալ պարամետրով.

in = 2 ■1 -ft

Այստեղ b ~ 10-9.10-10 H-ը կերամիկական SQUIDS-ի քվանտացման շղթայի ինդուկտիվությունն է, որը սովորաբար 0.5-1.0 մմ տրամագծով անցք է; 1C - կրիտիկական հոսանք Ջոզեֆսոնի հանգույցով (JJ); Ф0=2,07-10-15 Վ - մագնիսական հոսքի քվանտ. HTSC SQUID-ների համար β = 1.2 արժեքները իրականում հասանելի են: Հետևաբար, I-ի արժեքը պետք է լինի 1,10 մԱ: HTSC կերամիկայի համար ստացվել են հոսանքի խտության կրիտիկական արժեքները՝ Х=1/$=10...103 A/cm2 = 0.1.10 μA/μm2 78 Կ աշխատանքային ջերմաստիճանում (կ-ը խաչմերուկի տարածքն է։ HTSC կերամիկական): Դրանից բխում է, որ SQUID-ում DP-ի խաչմերուկի տարածքը պետք է լինի ներսում

0,1,100, մկմ2, այսինքն. DP-ի բնորոշ չափերը պետք է լինեն 0,3,10 մկմ: Այս պայմանը սահմանում է HTSC կերամիկայի միջին հատիկի չափը: Ցիմերման տիպի կերամիկական HTSC կաղամարների արտադրության ժամանակ HTSC կերամիկայի մեջ նշված չափերի հատիկներից DP ձևավորելու համար օգտագործեցինք վերը նկարագրված պինդ փուլային սինթեզի և չոր սեղմման մեթոդները: DP-ն ձևավորվել է HTSC պլանշետում երկու անցքերի միջև՝ 5,7–6,0 գ/սմ3 խտությամբ խիտ հյուսվածքային HTSC կերամիկայի ձուլման և սինթրման գործընթացում, 10,20 մկմ հյուսվածքային հարթության վրա հատիկի չափերով: Այնուհետև, օպտիկական մանրադիտակի տակ հսկողությամբ մեխանիկական քերծվածքով և թթվածնի հոսքով հետագա ջերմային մշակմամբ, ստացվեց ~10 մկմ DP-ի պահանջվող հաստությունը: SQUID-ների զգայունությունը արտաքին մագնիսական դաշտի նկատմամբ հասել է 1,2 μV/Fo արժեքների:

Այսպիսով, աշխատանքի արդյունքների հիման վրա արվել են հետևյալ եզրակացությունները.

1. Բնական պայմաններում ինչպես 1-2-3 բաղադրության մեծածավալ լիցքավորման, այնպես էլ կոմպակտների SHS-ը չի հանգեցնում HTSC փուլի ձևավորմանը, որի սինթեզը պահանջում է լրացուցիչ եռացում 950 °C-ում:

2. Ուսումնասիրված երկրաչափության կոմպակտների մակերևույթից էլեկտրական իմպուլսով օդում SHS-ի գործարկումը դիտվում է միայն UDP Cu-ով լիցքավորման դեպքում; կոպիտ պղնձի օգտագործումն այս դեպքում չի ապահովում ռեակցիայի անհրաժեշտ ջերմային ազդեցությունը։

3. SHS մեթոդով HTSC փուլի ձևավորման համար պահանջվում են անալիտիկ աստիճանից ոչ վատ դասի ռեակտիվներ (հիմնականում օքսիդացնող նյութ Ba02):

4. Երկրաչափական չափերի ուսումնասիրված միջակայքում SHS HTSC-ի համար օպտիմալ ձևի գործակիցը Нр/Вр = 3/\4 է, սեղմման ճնշումը >150 ՄՊա: Այս պայմաններում կերամիկայի խտությունը հասել է 4,6 գ/սմ3, HTSC փուլի պարունակությունը՝ 54%, T=86 K, AT=5 K։

5. Չոր սեղմումը ուլտրաձայնի ազդեցության տակ արդյունավետ է կոպիտ ցրված HTSC լիցքավորման համար AUZV մատրիցի տատանման ամպլիտուդի վրա = 10 և 15 մկմ, երբ քվազիռեզոնանսային էֆեկտներ են առաջանում, երբ տատանման ամպլիտուդը համընկնում է մասնիկների կամ ագլոմերատների չափի հետ:

6. Սինթեզված UDP HTSC-ից կերամիկայի 1-2-3 սինթեզման ժամանակ հյուսվածքի ձևավորումը օպտիմալ կերպով տեղի է ունենում 300 ՄՊա-ից բարձր միակողմանի չոր սեղմման ճնշման դեպքում, սեղմման տևողությունը՝ այս դեպքում:

բեռնվածությունը ավելի քան 10 ժամ և սինթրման ջերմաստիճանը 950...975 °C:

7. UDP HTSC-ի պինդ փուլային սինթեզի և չոր խտացման տեխնոլոգիան արդյունավետ է խիտ հյուսվածքային HTSC կերամիկայի սինթեզման համար՝ բարձր կրիտիկական պարամետրերով և դրանից արտադրվում են HTSC արտադրանքներ՝ էլեկտրամագնիսական դաշտերի էկրաններ, ռեզոնատորներ, SQUIDS:

Ուլտրաձայնային սեղմման պայմանների վերլուծության հետ կապված աշխատանքը աջակցվել է Հիմնական հետազոտությունների ռուսական հիմնադրամի կողմից, դրամաշնորհ 01-03-32360:

ՄԱՏԵՆԱԳՐՈՒԹՅՈՒՆ

1. Տրետյակով Յու.Դ., Գուդիլին Է.Ա. Մետաղական օքսիդի գերհաղորդիչների ստացման քիմիական սկզբունքներ // Քիմիայի առաջընթաց. - 2000. - T. 69. - No 1. - P. 3-40:

2. Դիդենկո Ա.Ն., Պոխոլկով Յու.Պ., Խասանով Օ.Լ. Ուլտրամանր փոշիների կիրառումը գերհաղորդիչ կերամիկայի U-Ba-Cu-O-ի սինթեզում // Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ նյութերի ֆիզիկաքիմիա և տեխնոլոգիա. - M.: Nauka, 1989. - P. 133-134:

3. Պոխոլկով Յու.Պ., Խասանով Օ.Լ. Բարձր խտության հյուսվածքային HTSC կերամիկայի հատկությունների սինթեզ և ուսումնասիրություն՝ հիմնված ծայրահեղ նուրբ փոշիների վրա // In: Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդականություն. - Տոմսկ. ՌՍՖՍՀ ՌՍՖՍՀ «ՎՏՍՊ» գիտական խորհուրդ: - 1990. - P. 28-34.

4. Պատ. 1829811 Ռուսաստանի Դաշնություն. ՄԿԻ N01բ 39/14. Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ UBa2Ci3O7-x / O.L. մոնոֆազային բարձր ցրված փոշի արտադրելու մեթոդ Խասանովը, Գ.Ֆ. Իվանով, Յու.Պ. Պոխոլկով, Գ.Գ. Սավելևը։ 23.03.94թ.

5. Պոխոլկով Յու.Պ., Խասանով Օ.Լ., Սոկոլով Վ.Մ. և այլն: Ուլտրադիսպերս տեխնոլոգիայի առանձնահատկությունները բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ կերամիկայի արտադրության համար // Էլեկտրատեխնիկա: - 1996. - No 11. - P. 21-25:

6. Մերժանով Ա.Գ., Պերեսադա Ա.Գ., Ներսիսյան Մ.Դ. եւ ուրիշներ // JETP Letters. - 1988. - T. 8. - Թողարկում. 11. - էջ 604-605։

7. Խասանով Օ.Լ., Սոկոլով Վ.Մ., Պոխոլկով Յու.Պ. և այլն: Բարձր ցրված փոշի UBa2Cu3O7-x ուլտրաձայնային խտացում // Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների նյութերի գիտություն. հաշվետվություն II միջազգային. կոնֆ. - Խարկով. ՆԱՍՀ մենաբյուրեղների ինստիտուտ, 1995 թ. - էջ 149:

8. Խասանով Օ.Լ., Սոկոլով Վ.Մ., Դվիլիս Է.Ս. և այլն: Ուլտրաձայնային տեխնոլոգիա կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ նանոկերամիկայի արտադրության համար // Հեռանկարային նյութեր. - 2002. - No 1. - P. 76-83.

9. Պոխոլկով Յու.Պ., Խասանով Օ.Լ., Ռոյտման Մ.Ս. և այլք Կերամիկական HTSC կաղամարների և հիմնական մագնիսաչափի արտադրության տեխնոլոգիայի մշակում // Փոխակերպում գործիքների արտադրության մեջ. հաշվետվություն գիտատեխնիկական սեմինար. - Տոմսկ: TPU, 1994. - P. 32:

UDC 621.039.33:541.183.12

ՆՄԱՆ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐՈՎ ԻԶՈՏՈՊՆԵՐԻ ԵՎ ԻՈՆՆԵՐԻ ԲԱԺԱՆԱՑՈՒՄԸ ՓՈԽԱՆԱԿԱՆ ԳՈՐԾԸՆԹԱՑՆԵՐՈՒՄ ՓԱԶԱՅԻՆ ՀՈՍՔԻ ԷԼԵԿՏՐԱՔԻՄԻԱԿԱՆ ԻՆՎԵՐՏԻԱՑՄԱՆ ՀԵՏ.

Ա.Պ. Վերգուն, Ի.Ա. Տիխոմիրով, Լ.Ի. Դորոֆեևա

Տոմսկի պոլիտեխնիկական համալսարան Էլ. [էլփոստը պաշտպանված է]

Ներկայացված են իզոտոպների և իոնների փոխանակման տարանջատման տեսական և փորձարարական ուսումնասիրությունների արդյունքները։ Փոխանակման համակարգում ֆազային հոսքերի հակադարձումն իրականացվում է էլեկտրոդիալիզի գործընթացում իզոտոպային և իոնային ձևերի էլեկտրամիգրացիոն փոխարինման ժամանակ։

Համալիր տեսական և նախկին իզոտոպային փոխանակման իրականացումը նպատակաուղղված է իզոտոպների արդյունավետ տարանջատման մեթոդների պրոցեսների ոչ փորձնական հետազոտությունների ուսումնասիրմանը, տարանջատման մշակումը կարևոր գիտական և պրակտիկա է իզոտոպների տարանջատման և իոնային նշանակության նոր տեխնոլոգիաների, որոնք պայմանավորված են կարիքներով: նմանատիպ հատկություններով։ միջուկային արդյունաբերություն. Հետազոտություն ոլորտում

Ստեղծվել է օքսիդի բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների հիման վրա։ Գերհաղորդիչ կերամիկա առաջին անգամ ձեռք են բերվել 1986 թվականին Ջ. Բեդնորցի և Կ. Մյուլերի կողմից, ովքեր այս հայտնագործության համար արժանացել են Նոբելյան մրցանակի։ Այս կերամիկան պատրաստված էր լանթանից, բարիումից և պղնձի օքսիդից (La 2-x Ba x CuO 4) և ուներ անսովոր բարձր գերհաղորդիչ նյութերգերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճանը Tc = 35 K. Մեկ տարի անց Պ.Չուի ղեկավարությամբ ստացվել է կերամիկա՝ հիմնված իտրիում-բարիում-պղնձի օքսիդի YBa 2 Cu 3 O 7-x Tc = 93 K-ով: . Այս հայտնագործությունները գերհաղորդականությունը խոստումնալից դարձրին գործնական կիրառման համար:

Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ կերամիկա, ինչպես սովորական կերամիկական նյութերը, պատրաստվում են օքսիդի փոշիներից: Օքսիդային կերամիկական բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների արտադրությունը ներառում է հետևյալ հիմնական փուլերը՝ լիցքի սկզբնական բաղադրիչների չափավորում, լիցքի համասեռացում, բարձր ջերմաստիճան (800-1100 o C ջերմաստիճանում) սինթեզ, ներառյալ լիցքի միջանկյալ հղկում։ , ինչպես նաև կերամիկական արտադրանքի կաղապարում (մամլում) և սինթրում։

Ստացված նյութերի խտության և միկրոկառուցվածքի վրա մեծ ազդեցություն ունեն նախնական փոշու և սինթեզի պայմանները: Կերամիկական նյութերը պարունակում են չկողմնորոշված հատիկներ, ծակոտիներ և գրեթե միշտ օտար ֆազերի խառնուրդ: Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ կերամիկայի սինթեզի ժամանակ մանրահատիկ փոշիները սկսում են սինթեզվել ավելի ցածր ջերմաստիճաններում, քան խոշորահատիկները։ Սա խուսափում է հեղուկ փուլի զգալի քանակի ձևավորումից և նմուշի դեֆորմացիայից: Բազային բաղադրության մեջ փոքր քանակությամբ կեղտոտ օքսիդների ներմուծումը դրականորեն է ազդում կերամիկայի հատկությունների վրա՝ նպաստելով անհրաժեշտ հյուսվածքի ձևավորմանը:

HTSC կերամիկայի մեխանիկական և էլեկտրամագնիսական հատկությունները ուղղակիորեն որոշվում են զգալիորեն անհամասեռ կառուցվածքով, որը բաղկացած է հատիկներից, ծակոտիներից և միկրոդեֆեկտներից, որոնք, որպես կանոն, տեղայնացված են հատիկների սահմաններում: Գերհաղորդիչ կերամիկայի միկրոկառուցվածքի ձևավորումն ու քայքայումը տեղի է ունենում սինթրման գործընթացում, ինչը նպաստում է ներքին սթրեսների առաջացմանը և նյութի աշխատանքին տարբեր մեխանիկական և ջերմային պայմաններում: Գերհաղորդիչ կերամիկան բաղկացած է գերհաղորդիչ հատիկներից, որոնք բնութագրվում են բավականին բարձր կրիտիկական հոսանքի jcr խտությամբ, բայց քանի որ միջհատիկավոր տարածությունն ունի ցածր jcr, բարձր ջերմաստիճանի կերամիկայի տրանսպորտային հոսանքի կրիտիկական խտությունը նվազում է, ինչը բարդացնում է դրա օգտագործումը տեխնոլոգիայում:

Մինչ օրս ստեղծվել են բավականին մեծ քանակությամբ գերհաղորդիչ կերամիկա, որոնք պարունակում են հազվագյուտ հողային տարրեր Y, Ba, La, Nd, Sm, Eu, Cd, Ho, Er, Tm, Lu: Այս կերամիկայի համար փորձարարական ուսումնասիրությունները տալիս են գերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճանը 86 Կ-ից մինչև 135 Կ ջերմաստիճանի միջակայքում:

Առավել տարածված են լանթանի կերամիկա (La1-xBa) 2CuO1-y Tc = 56 K, իտրիումի կերամիկա, որը հիմնված է Y-Ba-Cu-O-ի վրա Tc = 91 K, բիսմութային կերամիկա, որը հիմնված է Bi-Sr-Ca-O-ի վրա Tc-ով: = 115 K, թալիումի կերամիկա Tl-Ba-Ca-Cu-O-ի հիման վրա Tc = 119 K, սնդիկի կերամիկա HgBa2Ca2Cu3O8+x Tc = 135 Կ.

Մշակվել է հյուսվածքային կերամիկայի արտադրության տեխնոլոգիա, որը հնարավորություն է տվել մեծության պատվերներով մեծացնել հոսանքի խտությունը։ Սակայն կերամիկական բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչներից բավականաչափ մեծ արտադրանք, մետաղալարեր կամ ժապավեններ արտադրելը մնում է բավականին բարդ տեխնոլոգիական խնդիր: Տարբեր ձևերի և չափերի կոմպակտ զանգվածային տարրերը սովորաբար պատրաստվում են Y-Ba-Cu-O օքսիդ գերհաղորդիչ կերամիկայից, իսկ երկար կոմպոզիտային գերհաղորդիչները հիմնված են Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O միացությունների վրա տարբեր մետաղների և համաձուլվածքների պատյաններում: Նման արտադրատեսակները ունեն գերհաղորդական ազդեցություն հեղուկ ազոտի ջերմաստիճանում և ցածր, բարձր հոսանք կրող բնութագրեր, և երբ օգտագործվում են, հնարավորություն են տալիս զգալիորեն նվազեցնել էլեկտրական սարքերի քաշն ու չափերը, նվազեցնել գործառնական ծախսերը և ստեղծել բարձր արդյունավետ և էկոլոգիապես մաքուր էլեկտրական համակարգեր:

Միկրոալիքային բաղադրիչներում օգտագործվում են HTSC կերամիկայի բարակ թաղանթներ միաբյուրեղային ենթաշերտերի վրա: Որպես կանոն, HTSC ֆիլմերի հիմնական պարամետրերը ներառում են դիմադրողականությունը և մագնիսական զգայունությունը: Դրանք արտադրվում են ենթաշերտի վրա լազերային և էլեկտրոնային ճառագայթների գոլորշիացման, քիմիական գոլորշիների նստեցման, կաթոդների ուղղակի և ռեակտիվ ցրման և մոլեկուլային ճառագայթների էպիտաքսիայի միջոցով:

1986 թվականին բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչներ (HTSC) հայտնաբերվեցին Ի. HTSC-ի կրիտիկական ջերմաստիճանը, որպես կանոն, գտնվում է ազոտի եռման կետից (77 Կ): Այս միացությունների հիմքը պղնձի օքսիդներն են, և, հետևաբար, դրանք հաճախ կոչվում են կուպրատներ կամ մետաղական օքսիդներ: 1987 թվականին YBa 2 Cu 3 O 7 կերամիկայի վրա ստացվեց 92 Կ գերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճան; Այնուհետև այն բարձրացվել է մինչև 125 Կ թալիումի միացություններում: HTSC հետազոտության 10 տարվա ընթացքում ձեռք բերված ամենաբարձր կրիտիկական ջերմաստիճանը (~ 145 Կ) պատկանում է սնդիկի վրա հիմնված միացություններին: Այժմ հայտնի են ավելի քան երկու տասնյակ HTSC միացություններ՝ տարբեր մետաղների գավաթներ, դրանք կոչվում են ըստ հիմնական մետաղների՝ իտրիում (օրինակ՝ YBa 2 Cu 3 O 7-x, Tc ~ 90 K), բիսմութ (Bi 2 Sr 2): CaCu 2 O 8, Tc ~ 95 K), թալիում (Tl 2 BaCaCu 2 O 8, Tc~110 K), սնդիկ (HgBa 2 CaCu 2 O 6 Tc~125 K):

Օքսիդային գերհաղորդիչները սովորաբար պարունակում են 4-5 տարբեր տեսակի ատոմներ, իսկ միավոր բյուրեղագրական բջիջը պարունակում է մինչև 20 ատոմ։ Գրեթե բոլոր HTSC-ներն ունեն շերտավոր կառուցվածք՝ Cu և O ատոմներով: Սինթեզվել են պղնձի միջանկյալ շերտերի քանակը, որոնցում CuO 2-ի թիվը հասնում է 5-ի: գերհաղորդականության մեխանիզմ: Բազմաթիվ փորձերի արդյունքները ցույց են տալիս, որ թթվածնով հարթությունները բյուրեղագրական ցանցի հիմնական օբյեկտն են, որոնք պատասխանատու են ինչպես այս օքսիդային միացությունների հաղորդունակության, այնպես էլ դրանցում բարձր ջերմաստիճաններում գերհաղորդականության առաջացման համար։

HTSC-ները II տիպի գերհաղորդիչների բնորոշ ներկայացուցիչներ են՝ Լոնդոնի երկարության և համակցվածության երկարության շատ մեծ հարաբերակցությամբ՝ մի քանի հարյուրի կարգի: Հետևաբար մագնիսական դաշտը Հ գ 2 ունի շատ բարձր արժեք, մասնավորապես Bi 2212-ի համար այն մոտավորապես 400 Տ է, և Հ գ 1 հավասար է մի քանի հարյուր էերստեդի (կախված բյուրեղի նկատմամբ դաշտի կողմնորոշումից):

HTSC-ների մեծ մասը բնութագրվում է ուժեղ անիզոտրոպությամբ, ինչը, մասնավորապես, հանգեցնում է դաշտի ուժգնությունից այդ նյութերի մագնիսական մոմենտի կախվածության շատ անսովոր բնույթին, եթե այն թեքված է դեպի հիմնական բյուրեղագրական առանցքները: Ազդեցության էությունը կայանում է նրանում, որ զգալի անիզոտրոպիայի պատճառով սկզբում էներգետիկորեն ավելի բարենպաստ է, որ հորձանուտների գծերը գտնվեն CuO 2 շերտերի միջև և միայն այն ժամանակ, դաշտի որոշակի արժեքից հետո, սկսեն ներթափանցել այդ հարթություններում:

Փորձարարական տեխնիկա Գերհաղորդիչների մագնիսական հատկությունների և Tc-ի չափում

Գերհաղորդիչների մագնիսական հատկությունները չափելու համար օգտագործվող տեխնիկան սկզբունքորեն չի տարբերվում սովորական մագնիսական նյութերը, ինչպիսիք են ֆերոմագնիսները չափելու համար օգտագործվող տեխնիկան, բացառությամբ, որ այն պետք է կարողանա գործել շատ ցածր ջերմաստիճաններում: Փորձարարական մեթոդները կարելի է բաժանել երկու խմբի՝ նրանք, որոնցում մագնիսական հոսքը INչափված նմուշում, և դրանք, որոնցում չափվում է նմուշի մագնիսացումը Ի(նկ. 23): Այս մեթոդներից յուրաքանչյուրը ամբողջական տեղեկատվություն է տալիս նմուշի մագնիսական հատկությունների մասին, սակայն կախված հանգամանքներից՝ կարող եք ընտրել դրանցից մեկը կամ մյուսը։ Մագնիսական չափումների համար օգտագործվում են տարբեր աստիճանի բարդության սարքավորումներ՝ կախված զգայունությունից, ավտոմատացման աստիճանից և այլն: Այնուամենայնիվ, այս ամբողջ տեխնոլոգիան հիմնված է պարզ մեթոդների վրա, որոնցից մեկի վրա հիմա կկենտրոնանանք:

Այսօր տեսա այս մեկնաբանությունը և դրա տակ քննարկումը։ Հաշվի առնելով, որ այսօր գերհաղորդիչ մալուխների արտադրությունում էի, ուզում էի մի երկու մեկնաբանություն տեղադրել, բայց միայն կարդալու... Արդյունքում որոշեցի կարճ հոդված գրել բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների մասին։

Սկսելու համար, ամեն դեպքում, ես կցանկանայի նշել, որ «բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ» տերմինը ինքնին նշանակում է գերհաղորդիչներ, որոնց կրիտիկական ջերմաստիճանը 77 K-ից բարձր է (-196 °C) - էժան հեղուկ ազոտի եռման կետը: Դրանք հաճախ ներառում են մոտ 35 Կ կրիտիկական ջերմաստիճան ունեցող գերհաղորդիչներ, քանի որ Սա առաջին գերհաղորդիչ կուպրատի La 2-x Ba x CuO 4 ջերմաստիճանն էր (փոփոխական բաղադրությամբ նյութ, հետևաբար՝ x): Նրանք. Այստեղ «բարձր» ջերմաստիճանը դեռ շատ ցածր է։

Լայնորեն կիրառվում են երկու բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչներ՝ YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO, Y123) և Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (BSCCO, Bi-2223): Օգտագործվում են նաև YBCO-ին նման նյութեր, որոնցում իտրիումը փոխարինվում է հազվագյուտ հողային մեկ այլ տարրով, օրինակ՝ գադոլինիումով, դրանց ընդհանուր անվանումը ReBCO է։
Արտադրված YBCO-ն և այլ ReBCO-ն ունեն 90-95 K կրիտիկական ջերմաստիճան: Արտադրված BSCCO-ն հասնում է 108 K կրիտիկական ջերմաստիճանի:

Բացի բարձր կրիտիկական ջերմաստիճանից, ReBCO-ն և BSCCO-ն առանձնանում են կրիտիկական մագնիսական դաշտի մեծ արժեքներով (հեղուկ հելիումում՝ ավելի քան 100 T) և կրիտիկական հոսանքով: Սակայն վերջինիս հետ ամեն ինչ այնքան էլ պարզ չէ...

Գերհաղորդիչում էլեկտրոնները շարժվում են ոչ թե ինքնուրույն, այլ զույգերով (Կուպերի զույգեր)։ Եթե ցանկանում ենք, որ հոսանքը մի գերհաղորդիչից մյուսը անցնի, ապա նրանց միջև եղած բացը պետք է փոքր լինի, քան այս զույգի բնորոշ չափը։ Մետաղների և համաձուլվածքների համար այս չափը տասնյակ կամ նույնիսկ հարյուրավոր նանոմետր է: Բայց YBCO-ում և BSCCO-ում դա ընդամենը մի քանի նանոմետր է և նանոմետրի ֆրակցիաներ՝ կախված շարժման ուղղությունից: Նույնիսկ բազմաբյուրեղի առանձին հատիկների միջև եղած բացերը բավականին նկատելի խոչընդոտ են դառնում, էլ չենք խոսում գերհաղորդիչի առանձին կտորների միջև եղած բացերի մասին: Արդյունքում, գերհաղորդիչ կերամիկան, եթե հատուկ հնարքներ չձեռնարկվեն, կարող են իրենց միջով անցնել միայն համեմատաբար փոքր հոսանք։

Խնդիրը լուծելու ամենադյուրին ճանապարհը BSCCO-ում էր. նրա հատիկներն, բնականաբար, ունեն հարթ եզրեր, և ամենապարզ մեխանիկական սեղմումը թույլ է տալիս պատվիրել այդ հատիկները՝ ստանալով բարձր կրիտիկական ընթացիկ արժեք: Սա հնարավորություն տվեց արագ և հեշտությամբ ստեղծել բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ մալուխների առաջին սերունդը, ավելի ճիշտ՝ բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ ժապավենները։ Դրանք արծաթե մատրիցա են, որը պարունակում է բազմաթիվ բարակ խողովակներ՝ լցված BSCCO-ով: Այս մատրիցը հարթվում է, և գերհաղորդիչի հատիկները ձեռք են բերում ցանկալի կարգ: Մենք ստանում ենք բարակ ճկուն ժապավեն, որը պարունակում է բազմաթիվ առանձին հարթ գերհաղորդիչ միջուկներ:

Ավաղ, BSCCO նյութը հեռու է իդեալական լինելուց. նրա կրիտիկական հոսանքը շատ արագ նվազում է արտաքին մագնիսական դաշտի աճով: Նրա կրիտիկական մագնիսական դաշտը բավականին բարձր է, բայց այս սահմանին հասնելուց շատ առաջ այն կորցնում է ցանկացած մեծ հոսանք անցնելու ունակությունը։ Սա մեծապես սահմանափակեց բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ ժապավենների օգտագործումը, դրանք չկարողացան փոխարինել հին լավ նիոբիում-տիտան և նիոբիում-անագ համաձուլվածքներ, որոնք գործում էին հեղուկ հելիումում:

ReBCO-ն բոլորովին այլ խնդիր է։ Բայց դրա մեջ հացահատիկի ճիշտ կողմնորոշում ստեղծելը շատ դժվար է։ Միայն համեմատաբար վերջերս են սովորել այս նյութի հիման վրա գերհաղորդիչ ժապավեններ պատրաստել: Նման ժապավենները, որոնք կոչվում են երկրորդ սերունդ, արտադրվում են սուպերհաղորդիչ նյութը ցողելու միջոցով, որն ունի հատուկ հյուսվածք, որը ցույց է տալիս բյուրեղների աճի ուղղությունը: Հյուսվածքը, ինչպես կարող եք կռահել, նանոմետր է, ուստի սա իրական նանոտեխնոլոգիա է: Մոսկովյան SuperOx ընկերությունում, որտեղ ես իրականում էի, նման կառուցվածք ստանալու համար հինգ միջանկյալ շերտեր են ցողում մետաղական հիմքի վրա, որոնցից մեկը միաժամանակ ցողվում է արագ իոնների հոսքով, որը ներթափանցում է որոշակի անկյան տակ: Արդյունքում, այս շերտի բյուրեղները աճում են միայն մեկ ուղղությամբ, որտեղ իոնների համար ամենադժվարն է դրանք ցրել։ Այլ արտադրողներ, որոնցից չորսն աշխարհում կան, կարող են օգտագործել այլ տեխնոլոգիաներ։ Ի դեպ, կենցաղային ժապավեններում իտրիումի փոխարեն օգտագործվում է գադոլինիում, պարզվում է, որ այն տեխնոլոգիապես ավելի առաջադեմ է։

Երկրորդ սերնդի գերհաղորդիչ ժապավենները 12 մմ լայնությամբ և 0,1 մմ հաստությամբ հեղուկ ազոտում արտաքին մագնիսական դաշտի բացակայության դեպքում անցնում են մինչև 500 Ա հոսանք: 1 T արտաքին մագնիսական դաշտում կրիտիկական հոսանքը դեռ հասնում է 100 Ա-ի, իսկ 5 T-ի դեպքում՝ մինչև 5 Ա. Եթե ժապավենը սառչում եք հեղուկ ջրածնի ջերմաստիճանի (նիոբիումի համաձուլվածքներն այս ջերմաստիճանում նույնիսկ չեն անցնում գերհաղորդիչ վիճակի), ապա նույն ժապավենը կկարողանա անցնել 500-ը։ A-ն 8 T դաշտում, իսկ «որոշ» 200-300 A դաշտում 8 T. մի քանի տասնյակ Տեսլայի մակարդակ (գորտը թռչում է): Հեղուկ հելիումի մասին խոսելն ավելորդ է. այս ժապավենների վրա կան մագնիսների նախագծեր, որոնց դաշտը 100 Տեսլա է: Ճիշտ է, այստեղ մեխանիկական ամրության խնդիրն առաջանում է ամբողջ ուժով. մագնիսական դաշտը միշտ ձգտում է կոտրել էլեկտրամագնիսը, բայց երբ այս դաշտը հասնում է տասնյակ թեսլաների, նրա ձգտումները հեշտությամբ իրականանում են...

Այնուամենայնիվ, այս բոլոր հիանալի տեխնոլոգիաները չեն լուծում երկու գերհաղորդիչի միացման խնդիրը. թեև բյուրեղները ուղղված են մեկ ուղղությամբ, սակայն արտաքին մակերեսը ենթանանոմետրի չափի կոշտության փայլեցնելու մասին խոսք չկա։ Կորեացիներն ունեն առանձին շերտեր միմյանց հետ սինթեզելու տեխնոլոգիա, բայց այն դեռ, մեղմ ասած, հեռու է կատարյալ լինելուց: Սովորաբար, ժապավենները միմյանց հետ միացվում են սովորական զոդման միջոցով՝ օգտագործելով սովորական թիթեղյա կապարի զոդում կամ այլ դասական մեթոդ: Իհարկե, այս դեպքում կոնտակտի վրա հայտնվում է վերջավոր դիմադրություն, ուստի հնարավոր չէ նման ժապավեններից երկար տարիներ հոսանք չպահանջող գերհաղորդիչ մագնիս ստեղծել, և ուղղակի ուղիղ զրոյական կորուստներով էլեկտրահաղորդման գիծ։ Բայց կոնտակտային դիմադրությունը միկրոօմի փոքր ֆրակցիաներ է, ուստի նույնիսկ 500 Ա հոսանքի դեպքում այնտեղ արտազատվում են միայն միլիվատտի ֆրակցիաներ:

Իհարկե, գիտահանրամատչելի հոդվածում ընթերցողն ավելի շատ ժամանց է փնտրում... Ահա երկրորդ սերնդի բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ ժապավենով իմ փորձերի մի քանի տեսանյութ.

Վերջին տեսանյութը տեսագրվել է YouTube-ում մեկնաբանության տպավորությամբ, որտեղ հեղինակը պնդում էր, որ գերհաղորդականություն գոյություն չունի, և մագնիսի լևիտացիան լիովին անկախ էֆեկտ է, որը բոլորին հրավիրում է ստուգել իր ճիշտությունը՝ ուղղակիորեն չափելով դիմադրությունը: Ինչպես տեսնում ենք, գերհաղորդականությունը դեռ գոյություն ունի։

ԲԱՐՁՐ Ջերմաստիճանի ԳԵՐհաղորդակցական DC Մալուխային ԳԾԵՐ – ՔԱՅԼ ԴԵՊԻ ԽԵԼԱՑԻ ԷՆԵՐԳԱՅԻՆ ՑԱՆՑԵՐ

Վ.Է. Սիտնիկով, ճարտարագիտության դոկտոր, «NTC FSK EES» ԲԲԸ
T.V. Ռյաբին, «NTC FSK EES» ԲԲԸ-ի փոխտնօրեն
Դ.Վ. Սորոկին, ճարտարագիտության թեկնածու, «NTC FSK EES» ԲԲԸ

Բանալի բառեր:գերհաղորդիչ մալուխներ; էլեկտրացանց, կրիտիկական հոսանք, կրիոգենիկա։

21-րդ դարի էլեկտրաարդյունաբերությունը պետք է ապահովի էներգիայի արտադրության, փոխադրման և օգտագործման բարձր արդյունավետություն։ Դրան կարելի է հասնել էներգահամակարգի կառավարելիության, ինչպես նաև էլեկտրաէներգիայի արտադրության և բաշխման բոլոր փուլերում էկոլոգիական և ռեսուրսների խնայողության պարամետրերի բարձր պահանջների դեպքում: Գերհաղորդիչ տեխնոլոգիաների օգտագործումը թույլ է տալիս հասնել այս ոլորտի գործունեության որակապես նոր ինտելեկտուալ մակարդակի: PAO FSK EES-ն իրականացրել է R&D ծրագիրը, որը ներառում է բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդական AC և DC մալուխային գծերի մշակում (այսուհետ՝ HTSC CL):

Նկարագրություն:

21-րդ դարի էլեկտրաէներգետիկ արդյունաբերությունը պետք է ապահովի էներգիայի արտադրության, փոխադրման և սպառման բարձր արդյունավետություն։ Դրան կարելի է հասնել էլեկտրաէներգիայի արտադրության և բաշխման բոլոր փուլերում էներգահամակարգի կառավարելիության, ինչպես նաև բնապահպանական և ռեսուրսների խնայողության բնութագրերի պահանջների մեծացմամբ: Գերհաղորդչային տեխնոլոգիաների օգտագործումը թույլ է տալիս անցնել այս արդյունաբերության գործունեության որակապես նոր ինտելեկտուալ մակարդակի: PJSC FGC EES-ն ընդունել է R&D ծրագիր, ներառյալ բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ մալուխային գծերի ստեղծումը (այսուհետ՝ HTSC CL) փոփոխական և ուղղակի հոսանքի համար։

V. E. Sytnikov, տեխնիկական գիտությունների դոկտոր Գիտություններ, գիտական տնօրենի տեղակալ, «STC FGC EES» ԲԸ

T. V. Ryabin, գլխավոր տնօրենի տեղակալ, «ՍՏԿ ՖԳԿ ԵԷՍ» ԲԲԸ;

Դ.Վ.Սորոկին, բ.գ.թ. տեխ. Գիտություններ, IES AAS Համակարգային հետազոտությունների և զարգացման կենտրոնի ղեկավար, «STC FGC EES» ԲԲԸ

Աշխարհի արդյունաբերական զարգացած երկրների մեծ մասում ընթանում են գերհաղորդիչների վրա հիմնված նոր տեսակի էլեկտրական սարքերի ինտենսիվ հետազոտություն և մշակում։ Այս զարգացումների նկատմամբ հետաքրքրությունը հատկապես մեծացել է վերջին տարիներին՝ կապված բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների (այսուհետ՝ HTSC) հայտնաբերման հետ, որոնք չեն պահանջում բարդ և թանկարժեք հովացման սարքեր։

Գերհաղորդիչ մալուխների ներդրման հեռանկարները

Հենց ուժային գերհաղորդիչ մալուխներն են ներկայումս էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության մեջ գերհաղորդականության կիրառման ամենազարգացած և առաջադեմ մեթոդը: Գերհաղորդիչ մալուխների հիմնական առավելություններն են.

բարձր արդյունավետություն գերհաղորդիչում էներգիայի ցածր կորուստների պատճառով.
գոյություն ունեցող մալուխը նույն չափսերով ավելի բարձր փոխանցվող հզորությամբ մալուխով փոխարինելու ունակություն.
թեթև քաշը քիչ օգտագործվող նյութի պատճառով;
մալուխի կյանքի ցիկլի ավելացում՝ մեկուսացման ծերացման գործընթացի դանդաղեցման արդյունքում.
ցածր դիմադրություն և երկար կրիտիկական երկարություն;
էլեկտրամագնիսական և ջերմային թափառող դաշտերի բացակայություն, շրջակա միջավայրի բարեկեցություն և հրդեհային անվտանգություն.
համեմատաբար ցածր լարման դեպքում բարձր հզորություններ փոխանցելու ունակություն:

Ուղղակի և փոփոխական հոսանքի HTSC CL-ը նորարարական մշակում է, որը թույլ է տալիս լուծել էլեկտրական ցանցերի խնդիրների զգալի մասը: Այնուամենայնիվ, HTSC DC CL-ների օգտագործման ժամանակ գիծը դառնում է ցանցի վերահսկվող տարր, որը կարգավորում է փոխանցվող էներգիայի հոսքը մինչև փոխանցման շրջադարձը: HTSC DC գծերն ունեն մի շարք լրացուցիչ առավելություններ՝ համեմատած AC գծերի.

կարճ միացման հոսանքների սահմանափակում, ինչը հնարավորություն է տալիս միացնել էներգահամակարգի առանձին հատվածները ցածր կողմում՝ առանց կարճ միացման հոսանքների ավելացման.
ցանցի կայունության բարձրացում և սպառողների կասկադային անջատումների կանխարգելում՝ էներգետիկ շրջանների փոխադարձ ավելորդության միջոցով.
զուգահեռ գծերով էլեկտրաէներգիայի հոսքի բաշխման կարգավորում;
էներգիայի փոխանցում մալուխի նվազագույն կորուստներով և, որպես հետևանք, կրիոգեն համակարգի պահանջների նվազեցում.
չհամաժամեցված էներգահամակարգերի հաղորդակցության հնարավորությունը.

Էլեկտրական ցանցերում հնարավոր է շղթա ստեղծել՝ օգտագործելով ինչպես HTSC AC, այնպես էլ DC գծերը: Երկու համակարգերն էլ ունեն իրենց նախընտրած կիրառությունները, և, ի վերջո, ընտրությունը որոշվում է ինչպես տեխնիկական, այնպես էլ տնտեսական նկատառումներով:

Գերհաղորդիչ ներդիրներ ենթակայանների միջև մեգապոլիսներում

Մեգապոլիսների էներգետիկ ցանցերը դինամիկ զարգացող կառույց են, որն ունի հետևյալ հատկանիշները.

էներգիայի սպառման արագ աճ, որը սովորաբար գերազանցում է ամբողջ երկրում սպառման աճի միջին տեմպերը.
էներգիայի բարձր խտություն;
էներգիայի պակաս ունեցող տարածքների առկայությունը;
էլեկտրական բաշխիչ ցանցերի ճյուղավորման բարձր աստիճան, ինչը պայմանավորված է սպառողների էլեկտրամատակարարման գծերի բազմակի կրկնօրինակման անհրաժեշտությամբ.
էլեկտրական ցանցի հատվածավորում՝ կարճ միացման հոսանքները նվազեցնելու համար:

Այս բոլոր գործոնները որոշում են քաղաքային ագլոմերացիոն ցանցերի հիմնական խնդիրները.

բաշխիչ ցանցերում էլեկտրաէներգիայի կորուստների բարձր մակարդակ;
կարճ միացման հոսանքների բարձր մակարդակ, որոնց արժեքները որոշ դեպքերում գերազանցում են անջատիչ սարքավորումների անջատման հզորությունը.
վերահսկելիության ցածր մակարդակ:

Միաժամանակ քաղաքում ենթակայանների բեռնվածությունը խիստ անհավասարաչափ է։ Շատ դեպքերում ենթակայանների տրանսֆորմատորները բեռնված են միայն 30–60%-ով: Քաղաքներում խորքային ենթակայանները, որպես կանոն, սնուցվում են առանձին բարձրավոլտ գծերի միջոցով: Միջին լարման կողմում ենթակայանների միացումը կարող է ապահովել փոխադարձ ավելորդություն էներգետիկ շրջանների միջև և ազատել տրանսֆորմատորի պահեստային հզորությունը, որն ի վերջո կհանգեցնի ցանցում էներգիայի կորուստների կրճատմանը: Բացի այդ, կապի այս տեսակը թույլ է տալիս ազատված հզորությունը օգտագործել լրացուցիչ բեռներ միացնելու համար՝ առանց նոր տրանսֆորմատորներ գործարկելու կամ նոր ենթակայաններ և էլեկտրահաղորդման գծեր կառուցելու անհրաժեշտության:

Ներդիրի առկայության դեպքում (նկ. 1), երեք տրանսֆորմատորները լիովին էլեկտրաէներգիա կապահովեն միացված սպառողներին 80%-ից ոչ ավելի ծանրաբեռնվածությամբ: Չորրորդ տրանսֆորմատորը և դրա մատակարարման գիծը կարող են տեղադրվել գործառնական պահուստում, ինչը կհանգեցնի էներգիայի կորուստների կրճատմանը։ Նրանք կարող են օգտագործվել նաև լրացուցիչ սպառողներին միացնելու համար: Նման ներդիրը կարելի է պատրաստել ինչպես ավանդական տեխնոլոգիաների, այնպես էլ գերհաղորդիչ մալուխային գծերի օգտագործմամբ։

Նկար 1.

Նման սխեմա իրականացնելիս հիմնական խնդիրն այն է, որ ենթակայանների ուղիղ միացումը կհանգեցնի կարճ միացման հոսանքի զգալի ավելացմանը: Այս սխեման կգործի միայն այն դեպքում, եթե ներդիրը կատարի երկու գործառույթ՝ էլեկտրաէներգիայի փոխանցում և կարճ միացման հոսանքների սահմանափակում: Հետևաբար, բաշխման լարման ժամանակ մեծ էներգիայի հոսքեր փոխանցելիս գերհաղորդիչ գծերն ունեն անհերքելի առավելություններ։

Ներդիր ստեղծելու խնդրի լուծումը մեծ հեռանկարներ է խոստանում մեգապոլիսների էլեկտրամատակարարման համակարգերի բարելավման համար։ Ներկայումս աշխարհում իրականացվում են երեք խոշոր գիտական նախագծեր, որոնց նպատակն է երկու ենթակայանների միջև միջին լարման բարձր հզորությունը փոխանցել՝ միաժամանակ սահմանափակելով կարճ միացման հոսանքները. HYDRA նախագիծը, Նյու Յորք, ԱՄՆ; AmpaCity նախագիծ, Էսսեն, Գերմանիա 2; նախագիծ «Սանկտ Պետերբուրգ», Ռուսաստան. Եկեք մանրամասն նայենք վերջին նախագծին:

Ռուսական HTSC DC CL

Սանկտ Պետերբուրգի նախագծի նպատակը երկու քաղաքային ենթակայանների միջև 50 ՄՎտ գերհաղորդիչ ուղղակի հոսանքի գծի մշակումն ու տեղադրումն է` սպառողների էլեկտրամատակարարման հուսալիությունը բարձրացնելու և հյուսիսային մայրաքաղաքի քաղաքային ցանցում կարճ միացման հոսանքը սահմանափակելու նպատակով: Ծրագիրը ենթադրում է մալուխային գծերի տեղադրում «Կենտրոնական» 330/20 կՎ ենթակայանի և RP 9 220/20 կՎ ենթակայանի միջև (նկ. 2): Գերհաղորդիչ DC գիծը կմիացնի երկու ենթակայանները 20 կՎ միջին լարման կողմում: Գծի երկարությունը 2500 մ է, իսկ հաղորդվող հզորությունը՝ 50 ՄՎտ։ Սանկտ Պետերբուրգի նախագծում էլեկտրահաղորդման և կարճ միացման հոսանքի սահմանափակման գործառույթները բաժանվում են մալուխի և փոխարկիչների միջև, երբ համապատասխանաբար կազմաձևված են: Գերհաղորդիչ DC մալուխը, ի տարբերություն AC մալուխի, չունի էներգիայի կորուստներ, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է կրիոգեն տեղադրման էներգիայի պահանջները: Այնուամենայնիվ, այս սխեմայով փոխարկիչներում առաջանում են լրացուցիչ էներգիայի կորուստներ: DC գիծը ցանցի ակտիվ տարրն է և թույլ է տալիս վերահսկել էներգիայի հոսքերը հարակից գծերում ինչպես ուղղությամբ, այնպես էլ հաղորդման հզորության առումով:

Ծրագրի ազդեցությունը էլեկտրական ռեժիմների վրա

«Ցենտրալնայա» 330 կՎ ենթակայանի և RP 9 220 կՎ ենթակայանի (այսուհետ՝ Ցենտրալնայա/ՌՊ 9) էներգետիկ թաղամասում կարող են առաջանալ մի շարք հետվթարային իրավիճակներ էլեկտրահաղորդման գծերի վթարային անջատման և խափանման հետ կապված։ սպառողների էլեկտրամատակարարումը (էներգետիկ շրջանների տեղաբաշխումը մեկուսացված բեռներին):

Հաշվարկները ցույց են տվել, որ այլընտրանքային հոսանքի գծի (ավանդական մալուխ կամ օդային էլեկտրահաղորդման գիծ) Կենտրոնական/RP 9 կառուցման և շահագործման միջոցով սպառողներին էլեկտրամատակարարում ապահովելն անհնար է, քանի որ դա մեծացնում է հետվթարային պայմանների սրությունը: Սրանից կարելի է խուսափել՝ շահագործման հանձնելով վերահսկվող DC փոխանցումը HTSC DC CL-ներով:

DC HTSC CL-ների հզորության հոսքի մեծության և ուղղության վերահսկումը նաև հնարավորություն է տալիս.

էլեկտրական ցանցերում ակտիվ էներգիայի կորուստների նվազեցում (տրանզիտային էներգիայի հոսքերի վերաբաշխման և վերացման պատճառով);
նոր սպառողների միացում գոյություն ունեցող էլեկտրական ցանցերի ենթակառուցվածքի հիման վրա (էներգիայի հոսքերը վերաբաշխելով և էլեկտրական ցանցերի ընթացիկ ծանրաբեռնվածությունը վերացնելով էներգահամակարգերի նորմալ գործող և հետվթարային ռեժիմներում):

Ծրագրի ազդեցությունը կարճ միացման հոսանքների մակարդակի վրա

Կատարվել են կարճ միացման հոսանքների հաշվարկներ 3՝ ավանդական AC մալուխային գիծը շղթայում, ինչպես նաև HTSC DC մալուխային գծեր մտցնելու դեպքում: Հաշվարկի արդյունքների հիման վրա (Աղյուսակ 1) մենք գալիս ենք այն եզրակացության, որ Սանկտ Պետերբուրգի էլեկտրամատակարարման սխեմայի մեջ Կենտրոնական/RP 9 AC մալուխի ընդգրկումը հանգեցնում է կարճ միացման հոսանքի արժեքի բարձրացմանը: անջատիչների անվանական անջատման հոսանքի մակարդակը. Սա նշանակում է, որ անհրաժեշտ կլինի իրականացնել ընթացիկ սահմանափակող լրացուցիչ միջոցառումներ կամ փոխարինել անջատիչ սարքերը ենթակայաններում։ DC HSTP մալուխային գծերի օգտագործումը (Աղյուսակ 3) չի հանգեցնում էներգահամակարգում կարճ միացման հոսանքների ավելացմանը:

Աղյուսակ 1 Կարճ միացման հոսանքների հաշվարկի արդյունքները

Նշումներ: Ի 3 – եռաֆազ կարճ միացման հոսանք; Ի 1 – միաֆազ կարճ միացման հոսանք; Իանջատված – անջատիչների անվանական անջատիչ հոսանք (ընդունվել է ենթակայանի անջատիչների վիճակի հիման վրա 2014թ. մակարդակում):

Էներգիայի կորուստների գնահատում գերհաղորդիչ գծերում

Միջին լարման AC գծերում էլեկտրական էներգիայի կորուստները տեղի են ունենում հենց մալուխի, էլեկտրական մեկուսացման և ընթացիկ մուտքերի մեջ: Ուղղակի հոսանքի գծում մալուխի և մեկուսացման մեջ էներգիայի կորուստներ չկան, բայց դրանք կան փոխակերպող սարքերում և ընթացիկ մուտքերում: Բացի այդ, կրիոգեն համակարգը սպառում է էլեկտրաէներգիա՝ փոխհատուցելու բոլոր ջերմային ներհոսքերը դեպի սառը գոտի և սառնագենտը մղելու ողջ երթուղին:

100 ՄՎԱ հաղորդվող հզորությամբ եռաֆազ միջին լարման AC գծի համար էներգիայի կորուստները մեկ փուլի համար հետևյալ արժեքների գումարն են.

էլեկտրամագնիսական կորուստներ մալուխի միջուկում – 1,0–1,5 Վտ/մ;
ջերմության ներհոսքը կրիոստատի միջով – 1,5 Վտ/մ;
ջերմության ներհոսքը ընթացիկ լարերի միջոցով – (200–300 Վտ) x 2;
Մեկուսացման մեջ էներգիայի կորուստը կազմում է մոտ 0,1 Վտ/մ:

10 կմ երկարությամբ եռաֆազ գծի ցուրտ գոտի ջերմային ընդհանուր ներհոսքը կկազմի 78,5–93,5 կՎտ: Այս արժեքը 20 սովորական սառնարանային գործակցով բազմապատկելը հանգեցնում է 1,57–1,87 ՄՎԱ կամ փոխանցվող հզորության 2%-ից պակաս:

Նմանատիպ ուղղակի հոսանքի գծի համար ջերմության հոսքը դեպի սառը գոտի սահմանափակվում է միայն կրիոստատի և հոսանքի լարերի միջով ջերմային հոսքով: Այնուհետև 10 կմ երկարությամբ մալուխում էներգիայի ընդհանուր կորուստը, հաշվի առնելով կրիոգեն համակարգը, կկազմի 0,31 ՄՎԱ, կամ փոխանցվող հզորության 0,31%-ը։

DC գծում ընդհանուր կորուստները գնահատելու համար պետք է ավելացնել փոխարկիչների կորուստները՝ փոխանցվող հզորության 2%-ը: Վերջնական կորուստները 10 կմ երկարությամբ DC HTSC մալուխային գծում 100 ՄՎտ հաղորդվող հզորության համար գնահատվում է ոչ ավելի, քան փոխանցվող հզորության 2,5%-ը:

Վերոնշյալ գնահատականները ցույց են տալիս, որ էներգիայի կորուստները գերհաղորդիչ մալուխային գծերում զգալիորեն ավելի քիչ են, քան ավանդական մալուխային գծերում: Հաղորդվող հզորության աճի հետ նվազում է էներգիայի կորուստների տոկոսը: Նյութերի այսօրվա մակարդակով հնարավոր է 150–300 ՄՎտ էներգիայի փոխանցում 20 կՎ-ում և մինչև 1000 ՄՎտ 110 կՎ-ում:

Իրականացման հնարավորությունները

Ուղղակի և փոփոխական հոսանքներով HTSC CL-ների հաջող փորձարկումները ցույց տվեցին գերհաղորդիչ գծերի բարձր արդյունավետությունը:

Գերհաղորդիչ մալուխային գծերի հիմնական առավելություններից մեկը բաշխիչ լարման ժամանակ մեծ էներգիայի հոսքեր (հարյուր մեգավատ) փոխանցելու հնարավորությունն է։ Ցանկալի է հաշվի առնել այս նոր հնարավորությունները և օգտագործել դրանք ցանցային օբյեկտները նախագծելիս կամ արմատապես վերակառուցելիս:

Օրինակ, Նոր Մոսկվայի էներգահամակարգը վերակառուցելիս/ստեղծելիս նպատակահարմար կլինի նախատեսել երկայնական հզոր գերհաղորդիչ գծերի ստեղծում և մի քանի հզոր ենթակայաններ միացնել օղակաձև կառուցվածքի մեջ՝ միջին լարման կողմում գերհաղորդիչ ուղղակի հոսանքի գծերով: Սա զգալիորեն կբարելավի ցանցի էներգաարդյունավետությունը, կնվազեցնի բազային ենթակայանների թիվը, կապահովի էներգիայի հոսքերի բարձր վերահսկելիություն և, ի վերջո, կբարձրացնի սպառողների էներգիայի մատակարարման հուսալիությունը: Նման ցանցը կարող է դառնալ ապագայի խելացի ցանցի իրական նախատիպը։

գրականություն

Glebov I. A., Chernoplekov N. A., Altov V. A. Գերհաղորդչային տեխնոլոգիաներ - նոր փուլ էլեկտրատեխնիկայի և էներգետիկայի զարգացման մեջ // Գերհաղորդունակություն. հետազոտություն և զարգացում. 2002. Թիվ 41։
Sytnikov V. E. Գերհաղորդիչ մալուխներ և դրանց օգտագործման հեռանկարները 21-րդ դարի էներգետիկ համակարգերում // Գերհաղորդականություն. հետազոտություն և զարգացում. 2011. Թիվ 15.
ԷՊՐԻ. Superconducting Power Equipment Technology Watch 2012. Պալո Ալտո, Կալիֆորնիա, ԱՄՆ, 2012 թ.
Stemmle M., Merschel R, Noe M. Physics Procedia 36 (2012):
Sytnikov V. E., Kopylov S. I., Shakaryan Yu G., Krivetsky I. V. HTSC ուղղակի հոսանքի փոխանցումը որպես խոշոր քաղաքների «խելացի ցանցի» տարր: Կիրառական գերհաղորդականության 1-ին ազգային գիտաժողովի նյութեր. Մ.: «Կուրչատովի ինստիտուտ» ազգային հետազոտական կենտրոն, 2013 թ.
Կոպիլով Ս., Սիտնիկով Վ., Բեմերտ Ս. և. ալ. // Journal Physics.: Գիտաժողով. Սերիա. 2014. V. 507. P. 032047:
Volkov E. P., Vysotsky V. S., Karpyshev A. V., Kostyuk V. V., Sytnikov V. E., Firsov V. P. Ռուսաստանում առաջին գերհաղորդիչ մալուխի ստեղծումը բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդականության ֆենոմենի օգտագործմամբ: Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի «Նորարարական տեխնոլոգիաներ էներգետիկայում» հոդվածների ժողովածու, խմբ. E. P. Volkov և V. V. Kostyuk: Մ.: Նաուկա, 2010 թ.

1 Հոդվածը կենտրոնանում է փորձարկման արդյունքների և էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերությունում HTSC DC մալուխային գծերի համատարած ներդրման հեռանկարների վրա:

2 1. HYDRA Project, Նյու Յորք, ԱՄՆ: Ծրագրի նպատակն է զարգացնել և տեղադրել գերհաղորդիչ AC մալուխային գիծ Նյու Յորքի երկու քաղաքային ենթակայանների միջև: Գիծը պետք է ապահովի բարձր հզորության հաղորդակցություն (96 ՄՎԱ) տրանսֆորմատորների երկրորդական կողմի ենթակայանների միջև (13,8 կՎ): Մալուխային համակարգը հնարավորություն կունենա սահմանափակել կարճ միացման հոսանքը՝ շնորհիվ երկրորդ սերնդի HTSC ժապավենների նորմալ հաղորդման վիճակի արագ անցման: Սա ապահովում է ցածր գծի դիմադրության արժեք անվանական ռեժիմում (գծի գերհաղորդիչ վիճակ) և անցում դեպի բարձր դիմադրության վիճակի ընթացիկ ծանրաբեռնվածության ժամանակ:
HYDRA նախագիծը միավորում է բարձր էներգիայի փոխանցման և հոսանքի սահմանափակման գործառույթները մեկ սարքում՝ հատուկ նախագծված գերհաղորդիչ մալուխի մեջ: Սա չափազանց դժվար է դարձնում մալուխի օպտիմալացումը՝ հիմնվելով ցանցի հնարավոր պայմանների, հովացման պայմանների և մալուխի երթուղու վրա: Բացի այդ, մեկ նախագծի համար մշակված տեխնիկական լուծումները չեն կարող կրկնվել մյուսների համար՝ տարբեր աշխատանքային պայմանների և երեսարկման պայմանների, հետևաբար մալուխի հովացման պայմանների պատճառով, որը պետք է պարբերաբար անցում կատարի գերհաղորդիչ վիճակից նորմալ հաղորդիչ վիճակի:
2. AmpaCity նախագիծ, Էսսեն, Գերմանիա: Ծրագրի նպատակն է մշակել և տեղադրել 40 ՄՎԱ հզորությամբ գերհաղորդիչ AC փոխանցում երկու քաղաքային ենթակայանների միջև: Փոխանցման տուփը բաղկացած է 1000 մ երկարությամբ գերհաղորդիչ մալուխից և 10 կՎ հոսանքի սահմանափակիչից, որոնք միացված են հաջորդաբար: Այս փոխանցումը միացնում է Էսսեն քաղաքի կենտրոնում գտնվող երկու 110/10 կՎ ենթակայանները՝ Հերկուլեսը և Դելբրուգը: Ծրագրի իրականացումը թույլ կտա շահագործումից հանել մեկ 40 ՄՎԱ տրանսֆորմատոր և 110 կՎ լարման գիծ։
AmpaCity նախագծում էներգիայի փոխանցման և կարճ միացման հոսանքի սահմանափակման գործառույթները բաժանված են մալուխի և հոսանքի սահմանափակիչի միջև: Սա հեշտացնում է յուրաքանչյուր սարքի նախագծման խնդիրը և թույլ է տալիս մալուխը արտադրել կայունացման բարձր աստիճանով, ինչը հնարավոր չէ HYDRA նախագծում: Իհարկե, անհրաժեշտ է համակարգել մալուխի և ընթացիկ սահմանափակիչի բնութագրերը, բայց դա բարդ խնդիր չէ, և նախագծի իրականացման ընթացքում մշակված տեխնիկական լուծումները կարող են կրկնօրինակվել նմանատիպ պարամետրերով այլ գծեր մշակելիս:

3 Հաշվարկներ են կատարվել Սանկտ Պետերբուրգի և Լենինգրադի մարզի էներգետիկ համակարգի 2020 թվականի հեռանկարային սխեմայի կիրառման հիման վրա։