Перспективні використання надпровідних матеріалів

Найбільш важливими областями використання надпровідників є створення сильний магнітних полів, отримання і передача електроенергії.

Соленоїд з надпровідного матеріалу може працювати дуже довго без підводу енергії ззовні, оскільки один раз збуджений у ньому струм не затухає. Підтримка соленоїду в надпровідному стані не потребує великих енергетичних витрат. При нульовому опорі легко вирішується проблема тепловідводу. Окрім того, надпровідні магніти є найбільш компактними, ніж звичайні. Кожен кілограм маси надпровідного магніту створює магнітне поле, еквівалентне по силі полю 20-тонного електромагніту з залізним сердечником.

Надпровідні матеріали використовують для дослідження в області фізики високих енергій, створення потужних магнітних кільцевих прискорювачів часток і систем керування рухом пучків часток на виході з прискорювача. Надпровідні магнітні системи використовують в рідководневих пузиркових камерах, в яких по кривизні траєкторії від пузирів рідини, що закипає, визначають знак заряду і імпульс часток, що пролітають.

Проблеми термоядерної енергетики не можуть бути вирішені без використання потужних надпровідних магнітів. Для здійснення керованого термоядерного синтезу ядер гелію з ядер дейтерію необхідно утримувати в реакційному просторі гарячу тритій-дейтерієву плазму, нагріту до 10⁸-10⁹°С. тільки надпровідні магніти здатні створити поле такої потужності. Найбільш перспективними термоядерними реакторами є установки типу «Токамак», які інтенсивно розробляються дослідниками в різних країнах, у тому числі Росії, США, Японії.

Незабаром великий вклад у вирішення енергетичної проблеми можливий з використанням МГД-генераторів за рахунок підвищення термодинамічного коефіцієнту корисної дії теплових електростанцій. Іонізовані гарячі продукти згоряння палива у вигляді низькотемпературної плазми з температурою біля 2500°С пропускають з великою швидкістю через сильне магнітне поле. Енергію, що утворилася, знімають електродами, які розташовані вздовж плазмового каналу. Таким чином, з допомогою МГД-генератора здійснюють перетворення теплової енергії в електричну.

Ефект надпровідності може бути використаний для виготовлення надпровідних генераторів електроенергії значно більшої одиничної потужності, ніж генератори традиційної конструкції. Ротор генератору представляє собою екранований у тепловому і електромагнітному відношенні кріостат, що обертається, з надпровідною обмоткою збудження, яка в ньому міститься. Кріостатування обмотки збудження здійснюється по замкнутому циклу рідким гелієм при температурі кипіння 4,2 К. Надпровідні турбогенератори мають більш високий коефіцієнт корисної дії при менших розмірах і є у три рази меншими по масі.

У перспективі передачу енергії великої потужності доцільно здійснювати з допомогою надпровідних кабельних підйомних ліній. Розрахунки показують, що по надпровідному кабелю, завтовшки з руку, можна пропускати усю пікову потужність, яка виробляється електростанціями США. При передачі енергії великої потужності завдяки малій питомій матеріалоємності і меншій ширині траси надпровідний кабель буде у два-три рази дешевшим, ніж звичайний. При цьому він характеризується більшою пропускною здатністю і меншими втратами.

Принципово конструкції надпровідних кабелів не відрізняються одна від одної. Надпровідні кабелі мають перетин у вигляді ряду багатошарових труб з вакуумною ізоляцією між ними. Внутрішні труби покриті шаром надпровідного матеріалу товщиною біля 0,3 мм і заповнені рідким гелієм. В якості надпровідника може бути використаний сплав ніобію з титаном або цирконієм. Кабелі подібної конструкції пройшли виробничі випробування в Росії, США і Японії.

Надпровідність також дозволяє вирішити проблему запасу електроенергії на майбутнє з видачею її при пікових навантаженнях. Індуктивний накопичувач енергії представляє собою тороїдний кріостат діаметром у декілька метрів, по витках обмотки якого практично без втрат циркулює струм.

Кріогенні надпровідні матеріали, що знаходять використання в електродвигунах і трансформаторах, дозволяють зменшити їх об’єм, знизити вагу на 80%, довести коефіцієнт корисної дії при цьому до 98%.

Надпровідний шар зі сплаву ніобію, який обертається, при взаємодії із зовнішнім магнітним полем спроможний парити без опор у повітрі або у вакуумі. Такий шар є ідеальним ротором гіроскопу – основного приладу для орієнтації космічних кораблів.

Сильні магнітні поля кріогенних надпровідних пристроїв дозволяють захищати космічні кораблі від підвищеної радіації.

Перелік використань надпровідних кріогенних систем не вичерпується наведеними прикладами. Такий широкий спектр використання явища надпровідності і особливих властивостей надпровідних матеріалів говорить про створення нової області техніки, яка має великі перспективи.

Бібліографічний список

1. Энтин Р.И. Превращения аустенита в стали. – М.: Металлургиздат. – 1960. – 252 с.

2. Садовский В.Д. Структурные превращения при закалке и отпуске стали. – М.: Металлургиздат. – 1985. – 158 с.

3. Н.Ф. Болховитинов. Металловедение и термическая обработка. – М.: Машиностроение. – 1965. – 503 с.

4. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. – М.: МИСИС. – 1999. – 407 с.

5. Богачев И.Н. Кавитационностойкое разрушение и кавитационностойкие стали. – М.: Металлургия. – 1972. – 190 с.

6. Гудремон Э. Специальные стали. Т. I, II / Пер. с нем. – М.: Металлургиздат. – 1959. – 1638 с.

7. Включения и фазы в сталях и сплавах / Явойский В.И., Близнюков С.А., Вишкарев А.Ф. и др. – М.: Металургия. – 1979. – 316 с.

8. Интерметаллические соединения / Пер. с англ.; Под ред. И.И. Корнилова. – М.: Металургия. – 1970. – 440 с.

9. Ю.П. Солнцев, Е.И. Пряхин, Ф. Войткун. Материаловедение. – М.: МИСИС. – 1999. – 600 с.

10. Гуляев А.П. Металловедение: Ученик для ВУЗов. – 6-е изд. – М.: Металургия. – 1986. – 544 с.

11. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Металловедение и термическая обработка металлов: Ученик для ВУЗов. – 3-е изд. – М.: Машиностроение. – 1990. – 528 с.

12. Материаловедение: Ученик для ВУЗов / Арзамасов Б.Н., Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф. и др. – 2-е изд. – М.: Машиностроение. – 1986. – 384 с.

13. Савицкий Е.М., Ефимов Ю.В., Кружляк Я. Физико-химические основы получения сверхпроводящих материалов. – М.: Металлургия. - 1981. – 480 с.

14. Солнцев Ю.П., Веселов В.А., Демянцевич В.П. Материаловедение и технология конструктурционных материалов. – М.: Металлургия. – 1981. – 480 с.

15. Суперсплавы: жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. В 2-х кн. / Под ред. Симса Ч.Г., Столоффа Н.С., Хагеля У.А. / Пер. с англ. – М.: Металлургия. – 1995.

16. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей / Пер. с англ. – М.: Металлургия. – 1982. – 184 с.

17. Солнцев Ю.П., Степанов Г.А. Конструктуционные стали и сплавы для низких температур. – М.: Металлургия. – 1985. – 271 с.

18. Солнцев А.П., Викулин А.В. Прочность и разрушение хладостойких сталей. – М.: Металлургия. – 1995. – 256 с.

19. Л.И. Лысак, Б.И. Николин. Физические основы термической обработки стали. – К.: Техника. – 1975. – 303 с.

20. Металловедение. Сталь: Справочное изд. в 2-х т. / Пер. с нем. – М.: Металлургия. – 1995.

21. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для ВУЗов. – 4-е изд. – М.: Металлургия. – 1993. – 447 с.

22. Металловедение и технология сверхпроводящих материалов / Под ред. Фонера С., Шварца Б. / Пер. с англ. – М.: Металлургия. – 1987. – 560 с.

23. Масленков С.Б., Масленкова Е.А. Стали и сплавы для высоких температур: Справочное изд. в 2-х кн. – М.: Металлургия. – 1991. – 832 с.

24. Миели М.Г. Сверхпроводимость в современном мире. – М.: Просвещение. – 1991. – 159 с.

25. Упрочнение конструктуционных сталей нитридами / М.И. Гольдштейн, А.В. Гринь, Э.Э. Блюм, Л.М. Панфилова. – М.: Металлургия. – 1970. – 222 с.

26. Приданцев М.В., Давидова Л.Н., Тамарина И.А. Конструктуцилнные стали: Справочник. – М.: Металлургия. – 1980. – 288 с.

27. Потак Я.М. Высокопрочные стали. – М.: Металлургия. – 1972. – 208 с.

28. Попов А.А. Фазове превращения в металлических сплавах. – М.: Металлургиздат. – 1963. – 312 с.

29. Ланская К.А. Жаропрочные стали. – М.: Металлургия. – 1969. – 245 с.

30. Портной К.И., Бабич Б.Н. Дисперсноупрочненные материалы. – М.: Металлургия. – 1974. – 123 с.

31. Улянин Е.А. Коррозионностойкие стали и сплавы: Справочник. – М.: Металлургия. – 1980. – 207 с.

32. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю. Сплавы с эффектом памяти формы. / Пер. с япон. – М.: Металлургия. – 1990. – 224 с.

33. Меськин В.С. Основы легирования стали. – М.: Металлургия. – 1964. – 684 с.

34. Физическое металловедение. Т. I, II // Пер. с англ.; Под ред. Канна Р.М. – М.: Мир. – 1967. – 335 с.

35. Захаров М.В., Захаров А.М. Жаропрочные сплавы. – М.: Металлургия. – 1976. – 230 с.

36. Туфанов Д.Г. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, сплавов и чистых металлов: Справочник. – М.: Металлургия. – 1982. – 120 с.

37. Металознавство і термічна обробка металів і сплавів / Ю.М. Таран, Є.П. Калінушкін, В.З. Куцова і інш. – Д.: Дніпрокнига. – 2002. – 260 с.

38. Материаловедение: учебник для высших технических учебных заведений. Арзамасов Б.Н., Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф. и др. / Под общ. ред. Арзамасова Б.Н. – 2-е изд., исправл. и доп. – М.: Машиностроение. – 1986. – 384 с.

39. Основы материаловедения. Учебник для вузов. Под ред. Сидорина И.И. – М.: Машиностроение. – 1976. – 436 с.

40. Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин. Материаловедение: Учебник.- 3 – е изд. М.: Изд – во МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2001 г - 648 с.

41. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин М.: Высшая школа, 2000 г, 638 с.

42. Научные основы материаловедения. Б.Н. Арзамасов, А.И. Крашенинников, Ж.П. Пастухова, А.Г. Рахштадт. М.: Изд. – во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994 г, 366 с.

43. Мотивилин Г.В. и др. Автомобильные материалы. - М.: Транспорт, 1989. – 235 с.

Навчальне видання

Куцова Валентина Зиновіївна

Ковзель Максим Анатолійович

Носко Ольга Анатоліївна

Леговані сталі та сплави з особливими властивостями

Підручник

Тем. план 2008, поз. 261

Підписано до друку 29.05.2008. Формат 60х84 _1/16. Папір друк. Друк плоский. Облік. – вид. арк. 20,11. Умов. друк. арк. 20,16. Тираж 300 пр. Замовлення № 100

Національна металургійна академія України

49600, м. Дніпропетровськ-5, пр. Гагаріна, 4

Редакційно-видавничий відділ НМетАУ

Поиск по сайту: