Új Szó - Vasárnap, 1977. július-december (30. évfolyam, 27-52. szám)
1977-12-25 / 52. szám
A szupravezetőket a gyakorlatban 1. és 2. rendű szupravezetőkre szokták felosztani. Elsőrendű szupravezetők azok, amelyeknél a kritikus hőmérsékleten egytized foknál kisebb hőmérsékletcsökkenés már kiváltja a szupravezető állapotot. Ilyenek a higany, ón, ólom, alumínium, molibdén, osmium, ruthénium, cink stb. A másodrendű szupravezetőknél a kritikus hőmérsékletnek kb. fél fokkal való süllyedése után következik be a szupravezető állapot. Ilyen szupravezető a vanádium, a niobdén, a rhenium, egyes kristálykeverékek, fémes vegyületek stb. A szupravezetés nagyban függ a vezető vegyi tisztaságától, kristálystruktúrájától, a vezető nagyságától és alakjától. A szupravezető általános definíciója, hogy ellenállásának minimálisan 10—15-ször (trilliószor) kisebbnek kell lennie a fém szobahőmérsékleti ellenállásától, emellett a kritikus pontig nem szabad az ellenállásnak a szobahőmérsékleti ellenállás ezredrészénél kisebbnek lennie. Az egyik legizgalmasabb kérdés, hogy a szupravezető ellenállása valóban nulla, vagy pedig csak mai műszerekkel kimutathatatlan, kicsi értékű. Ennek megállapítására Collins professzor hosszú távú kísérleteket végzett szupravezető gyűrűkkel. A gyűrűkben indukált több száz amperes áram éveken át keringett minden kimutatható változás nélkül. A vezető ellenállását tehát nyugodtan nullának tekinthetjük. A kritikus hőmérséklet értékét befolyásolja a külső mágneses tér erőssége. Minél nagyobb a külső mágneses tér, annál alacsonyabb a kritikus hőmérséklet. Ez a folyamat megfordítható, tehát azonos hőmérsékletnél a még nem szupravezető anyag a mágneses tér folyamatos csökkentésével egy kritikus pontnál szupravezetővé válik. A szupravezetők gyakorlati alkalmazásánál mindenképp figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a vezetőben folyó áram a fluxus megtartásának érdekében erőteret létesít maga körül. Ez az erőtér azonban nem haladhat meg egy kritikus értéket, ezen túl az anyag elveszti szupravezető képességét. Ez a törvény lehetetlenné teszi szupravezetők felhasználását nagyon erős terek létesítésére, azonban alkalmassá teszi a számítástechnikában való alkalmazásra. A szupravezetők nagyszerű mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek. Míg a legkeményebb mágneses anyagok permetivitá- sa ezertől egymillióig terjed, addig a szupravezetők permiti- vitása a tízmilliárdot is elérheti. Ez az előnyös tulajdonság fordította az erősáramú kutatók figyelmét a szupravezetők felé. Az első komoly gyakorlati kísérletek szovjet kutatók nevéhez fűződnek. Mivel a Szovjetunió legnagyobb energiaforrásai a keleti országrészekben vannak (itt létesíthetők a legnagyobb vízi erőmüvek), s a szibériai ipari központok gyors ütemű fejlesztése ellenére továbbra is az európai országrész az ipar központja és az áram legnagyobb fogyasztója, a kelet—nyugati energiaszállítás végleges megoldását csak a szupravezető-technikától lehet remélni. Tudvalevő, hogy a vezető bizonyos ellenállást fejt ki a rajta áthaladó árammal szemben, ennek következtében felmelegszik, mivel a veszteségek hővé alakulnak át. A hővé átalakuló energiaveszteség egyenesen arányos az áramerősség négyzetével, tehát tízszeres áramerősség esetén százszoros a veszteség. Emiatt a nagy erőművekben előállított energiát feltranszformálják, így feszültsége megnő, áramerőssége csökken, ezáltal a veszteségek is kisebbek lesznek. Régebben általában 200 kV-ra, majd 400 kV-ra, újabban 700 kV-ra, sőt 1200 kV-ra is feltranszformált feszültségű elektromos energiát szállítanak a Szovjetunió európai területeire. Mivel nagyon hosszú, általában több ezer kilométeres távvezetékekről van szó, ilyen óriási feszültségre történő fel- transzformálás után is nagyok a veszteségek, egyes esetekben a 30 °/o-ot is elérhetik. A bővizű folyókon lehetségessé vált több száz megawattos áramtermelő alternáto- rok üzembe állítása. Mivel az alternátorok sztatorjai és rotorjai is vezetőkből készülnek, ezért számottevő melegedés lép fel energiatermelés közben, ami nagymértékben növeli a veszteségeket. Emiatt a konstruktőrök figyelme a szupravezetők felhasználása felé fordult. Kezdetben ugyan nem tűnt gazdaságosnak a szupravezetők fel- használása, ugyanis néhány K°-os hőmérséklet (260—270 C°) előállítása jelentős energiabefektetést igényel, azonban a rohamosan szaporodó távolkeleti erőművek egyre kifizetődőbbé teszik a szupravezetők felhasználását. Elsőként generátorok, alternátorok és motorok sztatorjait készítették el a kísérleti laboratóriumokban szupravezetőkből. Kiderült, hogy jelentős energiamegtakarítás mellett — nem keletkezett Joule-hő — szinte fantasztikusnak tűnő, több száz MVA-es generátorokat is lehet készíteni. Később kiderült, hogy az alternátorok gazdaságosabban dolgoznak, ha rotorjuk is szupravezető anyagból készül. A szupravezető állapot fenntartása legegyszerűbb és legolcsóbb folyékony hélium segítségével. A kísérletek közben érdekes felfedezésre jutottak: az aszinkron motor folyékony héliumfürdőben szinkron motorként működik. A nagyfokú hűtés folyamán nemcsak a tekercsek ellenállása tűnik el, de az elektromos szigetelők tulajdonságai is megjavulnak. Szovjet konstruktőröknek sikerült elérniük, hogy az általuk tervezett szupravezető transzformátorok tekercseinek ellenállása egymilliomod Ohm alá csökkenjen! Nagyfeszültségű transzformátorok mellett nagyfeszültségű és -teljesítményű távolsági vezetékek is születnek. Az ilyen vezetékek képesek több tíz gigawatt elektromos energia szállítására szinte veszteségek nélkül. A vezetőkben a legnagyobb megengedhető áramsűrűséget a vezeték melegedése szabja meg. A vezeték hőmérséklete a rajta áthaladó áram hatására mindaddig emelkedik, amíg a környezetnek átadott hő és a vezetékben keletkezett hő egyforma nem lesz. A megengedhető áramsűrűség a vezető keresztmetszetéről és anyagától függően változik. Szovjet konstruktőröknek sikerült 10 cm átmérőjű ólomcsőben tízezer amperes áramot szállítani hőveszteségek nélkül! A szupravezetők legattraktívabb felhasználási területe az akkumulátorok készítése. Ismeretes, hogy villamos energiát közvetlenül nem lehet tárolni. Csak nagy veszteségek és átalakítások árán lehet egy részt megmenteni: vagy vegyi energiává alakítani (vegyi akkumulátorok segítségével), vagy elektrolízis útján hidrogént állítanak elő belőle stb. Ezek a módszerek azonban nagyon költségesek, nem gazdaságosak, ezért a gyakorlatban alig használják. A szupravezetőtechnika azonban lehetővé teszi, hogy az Elektromos energiát közvetlenül, mindenfajta átalakítás nélkül nagy átmérőjű tekercsekben (szolenoidokban) tárolják és aztán tetszés szerinti időpontban visszaadják a hálózatba. Az ilyen egyszerű tekercsek 5 kilovoltos erőfeszültség mellett akár tíz megawattos impulzusteljesítményt is képesek leadni. A szupravezető szolenoidokban felhalmozott energia olyan nagy mennyiségű, hogy alkalmas energetikai célokra való felhasználása. Franciaországban már működik néhány tíz- milliárd Joule-os (2,8 MWh-s) akkumulátor energiacsúcsok kiegyenlítésére. Százbillió Joule-os (28 GWh-s) akkumulátor pedig már nagy energiahálózatok csúcsidőben fellépő ingadozásait is képes kiegyenlíteni. Az ilyen akkumulátorok óriási előnye, hogy az éjszakai órákban nyugodtan feltölthe- tők, amikor az energetikai hálózat terhelése minimális. Ezért szupravezető akkumulátorok építésén már a Szovjetunióban és az Egyesült Államokban is dolgoznak. A szupravezetés egy izgalmas fizikai felfedezéstől óriási utat tett meg addig, hogy a villamos energia előállítását, átalakítását és szállítását forradalmasítsa, illetve, hogy megoldja annak közvetlen tárolását. Napjainkban épp annak vagyunk tanúi, ahogyan a szupravezetés kutatásában elért évtizedes eredmények fokozatosan tért hódítanak a gyakorlatban. OZOGÄNY ERNŐ A Skoda Plzen szakágazati vállalat atomerőművi berendezéseket gyártó Szemének dolgozói 1978 február végére elkészítik az első WER 440-es reaktortartály fő részeit. A felvételen a tartály kupoláját és a gyűrűt összekötő automatikus hegesztőberendezés látható üzemelés közben Tengervíz tisztítja a folyók vízét Évmilliókon keresztül hordták a folyók a természet gazdag kincseit -s sókat, szerves anyagokat, a tál,aj anyagát — a tengerbe. E',nnek következménye az, hogy a tengervíz legalább 50 olyan elemet, továbbá vitaminokat, antibiotikumokat tartalmaz, amelyek a magasabb rendű szerves élet fenntartásához elengedhetetlenül szükségesek. Kísérletekkel kimutatták, hogy az édesvizek kevés, kb. 1 százaléknyi tengervíz hozzáadásával lényegesen gyorsabban tisztulnak meg a talajlerakódásoktól és a szennyvíz tisztátlanságaitól, mint egyébként. Ennek oka nemcsak a tengervízben levő mikroorganizmusok és egysejtűek megnövekedett aktivitásában keresendő. A gyenge elektrolitban előálló ionok kölcsönhatásba lépnek a különféle szeny- nyeződések, felhabosodások elektromosan töltött részecskéivel, ezeket semlegesítik, s előmozdítják a fenékre való leülepedésüket. A víz ilyen összetétele lehetővé teszi azt, hogy kétszer annyi háztartási és ipari szennyvizet juttassanak a folyókba anélkül, hogy ez annak tisztaságát befolyásolná, ugyanis a folyóvíz biológiai tevékenysége jelentősen megnő. A tengervíz hozzáadása szinte megfiatalítja a folyókat, s olyan tulajdonságokkal ruházza fel azokat, amelyek a civilizáció hatására hosszú ideje elvesztek. A Skoda Plzen szakágazati vállalat hengerművének szocialista munkabrigádja [osef Fiala vezetésével két lemezvágó berendezést készít egy indiai kohászati kombinát hengerműve számára, melynek többi tartozékát a Szovjetunió szállítja. Egy ilyen óriási vágóberendezés súlya 255 tonna (A CSTK felvételei) \ XII. 25. O 16 Az elektromosságtan új felfedezései II. A szupravezetés gyakorlata
