Бъдещите електропреносни мрежи може да се възползват от свръхпроводимостта
(снимка: CC0 Public Domain)
Държавната електромрежа на Шанхай започна полагане на най-дългия в света свръхпроводим кабел. Проектът ще се използва за демонстрации, но същевременно има и комерсиални цели, съобщи местното издание CN Tech Post.
Кабелът с дължина 1,2 км ще свърже две подстанции, като по него ще тече ток със сила 2000 ампера и напрежение 35 киловолта. Очаква се полагането на кабела и изграждането на съответната инфраструктура да приключи до края на годината.
Съпротивлението в кабела ще нулево или близко до нулата. Без това свойство, изграждането на линия с подобни характеристики би било крайно сложно и скъпо. Свръхпроводимият кабел е разработен от китайски специалисти. Той представлява пакет от 20 или 30 жици с дебелина само 0,4 мм.
Проектът се опира на т.нар. високотемпературна свръхпроводимост, при която за достигане на нулево съпротивление на носителя на ток е необходимо охлаждане не до температура, близа до абсолютната нула (-273 °C), а само до -196 °C. Това означава, че може да се приложи охлаждане с течен азот, което е сравнително просто и достъпно решение.
Бъдещата свръхпроводима линия ще влезе в комерсиална експлоатация, за да се оценят на практика всички плюсове и минуси на подобна технология за предаване не електроенергия на сравнително големи разстояния.
Придобитият опит ще помогне на китайците да се подготвят за масовото внедряване на свръхпроводими линии за предаване на електроенергия в градски условия.
Свръхпроводимостта се разглежда от все повече специалисти като перспективна технология за удовлетворяване на нарастващите потребности от електроенергия в мегаполисите.
Само не успях да разбера как постоянно ще му наливат течен азот, да не би да пуснат азотна река върху кабела?
Една стандартна сонда, като сканиране на SQUID магнитометрия, наистина не може да изобрази проби при тези температури с висока разделителна способност, тъй като самото устройство ще се загрее и ще спре да работи с висока чувствителност“, каза Лев. “За разлика от нас, нашата сонда е просто газ от атоми, които не поемат топлина от пробата. Освен това, тъй като атомите са прозрачни за повечето дължини на светлинната вълна, ние успяхме да светим светлина върху повърхността, за да изобразим тези домейни структури на в същото време, когато бяхме правили сканирането на магнитометрията. ”
Чрез изобразяване на доменните структури и едновременно заснемане на сканиране с магнитометрия, изследователите успяха да идентифицират точните места, които сканират в материала, и да определят дали изместването на решетъчните структури, наблюдавано в свръхпроводниците на желязо-пинцид, наистина се случва при същата критична температура като техните електронни nematicity. Използвайки тази система с двойна сонда, Лев и неговите колеги биха могли да потвърдят своите наблюдения, което никога не е било постигнато при използване на други сондиращи устройства.
„Възможността за локално изобразяване на устройството ни позволи да измерим по-остър електронен нематичен преход и да видим, че той е настъпил при същата температура като структурния преход“, каза Лев. “Общата изследователска общност често питаше дали тези преходи действително се случват при една и съща температура и ние показахме, че наистина те се случват, поне на скалата на дължината на микрона до десетки от микрона.”
Новият микроскоп, проектиран от Лев и неговите колеги, използва кондензат Бозе-Айнщайн, който има чувствителност, която не зависи от температурата на пробата, която се анализира. В допълнение към функцията си с двойна сонда, микроскопът може по този начин да събира високо прецизни измервания при всичко от стайна до криогенна температура по неинвазивен начин.
Последното проучване, проведено от Лев и неговите колеги, има редица важни последици. Най-важното е, че той демонстрира за първи път потенциала на SQCRAMскопа на изследователите за изучаване на физически явления.
Използвайки SQCRAMscope, изследователите успяха да съберат първите локални изображения на нематични преходи в свръхпроводници на желязо-пинцид. Тези изображения предлагат нова ценна представа за това как и кога се извършват тези преходи. В следващите си изследвания изследователите планират да използват своя квантов сензор за допълнително изследване на нематичността, както и за изследване на физическите явления в други сложни квантови материали.
“Съставихме дълъг списък от вълнуващи материали, които да проучим сега, когато SQCRAMскопът е напълно работещ”, каза Лев. “Те или проявяват топологично защитен транспорт на електрон, или са силно свързани (т.е. електроните си взаимодействат и се движат в сложен танц помежду си, поради което поне някои аспекти на тяхната физика често са загадка).”
Наскоро изследователи от Станфордския университет извършиха задълбочено проучване на нематичните преходи в свръхпроводниците на желязо-пинцид. Техният документ, публикуван в Nature Physics , представя нови образни данни за тези преходи, събрани с помощта на микроскоп, който са измислили, наречен сканиращ квантов криогенен атомен микроскоп (SQCRAMscope)
Преди няколко години измислихме нов тип сканиращ микроскоп за сканиране“, заяви пред Phys.org Бенджамин Л. Лев, изследователят, който ръководи изследването. „Човек може да мисли за това като нормален оптичен микроскоп, но вместо лещата, фокусирана върху някакъв пробен слайд, фокусът е върху квантов газ от атоми, които се левитират в близост до пробата.“
В новия микроскоп, изобретен от Лев и неговите колеги, атомите се левитират от устройство за улавяне на „атомен чип“, използвайки магнитни полета, докато те са само микрон над слайда на пробата. Тези атоми могат да превръщат магнитните полета, които се излъчват от пробата, в светлината, събрана от лещата на микроскопа. В резултат на това SQCRAMскоп може да се използва за изображение на магнитни полета.
“Атомите, които използваме, са свръх студени и в квантово състояние: имат близо абсолютна нулева температура и са сред най-студените газове в известната вселена”, каза Лев. “Като такива те служат като най-добрите сензори за нискочестотни магнитни полета с микрони . Атомите могат да бъдат сканирани върху повърхността на материала, което ни позволява да запишем 2-D изображение на полетата в близост.”
Чрез изчисляване на разстоянието между атомите в микроскопа и повърхността на материала, изследователите могат да върнат обратно изображения на източници на магнитно поле. Източниците на магнитното поле могат например да бъдат електрони, които се движат наоколо или общо намагнитване в материал.
Представянето на тези източници, докато ги охлажда с помощта на инструмент, известен като “криостат”, в крайна сметка може да разкрие нови физически явления, които се появяват при различни фазови преходи. По този начин микроскопът, разработен от Лев и неговите колеги, би могъл да послужи като чисто нов квантов сензор за изображения на магнитни полета, излъчвани от различни материали, потенциално водещи до нови очарователни открития.
„След като демонстрирахме, че SQCRAMscope работи , започнахме да търсим най-добрата първа научна употреба за него“, обясни Лев. “Суперпроводниците на базата на желязо (pnictide) изглеждаха като идеални кандидати, тъй като те проявяват интересно поведение при транспортиране на електрон при скалата на дължината на микрона при достъпни температури.”
Свръхпроводниците с желязна пикстида имат редица необичайни и интригуващи характеристики. И до днес физиците не са сигурни как работи свръхпроводимостта с висока критична температура (висока Tc), като тази, наблюдавана в тези материали. Свръхпроводниците на базата на желязо за първи път са разкрити около 2008 г. Интересното е, че изследванията разкриват, че те проявяват поведение, подобно на това на купритовите свръхпроводници.
Тези” неконвенционални “свръхпроводници (за разлика от конвенционалните като алуминий при ниски температури) известно съществуват в купратните материали, открити в средата на 80-те”, каза Лев. “Механизмът, който е в основата на тяхната свръхпроводимост, остава загадка. Изследователите, работещи в нашето поле, се надяват, че изясняването на този механизъм ще осигури здрави, стайни температури и свръхпроводители на околното налягане за използване в голямо разнообразие от технологии.”
Ключово сходство между свръхпроводници на базата на крива и желязо е, че и двата материала представят необичайни електронни фази на материята от по-топлата страна на свръхпроводимостта. Две от най-известните сред тези фази на материята са фазите на „странния метал“ и „електронно-нематичните“. Електронно-нематичната фаза е пример за квантов течен кристал, подобен на класическите течни кристали, открити в LCD дисплеите.
„Тези класически кристали са нематици, което означава, че молекулите, подобни на пръчки, всички се подравняват по една посока, нарушавайки ротационната симетрия на материала“, каза Лев. “С други думи, молекулите избират една предпочитана посока, която да насочат напред. Теоретиците на кондензираната материя през 90-те започват да мислят как електроните могат да направят едно и също нещо. Не, че електроните са нещо друго, но не точкови (доколкото знаем в момента), но че под критична температура на прехода те биха решили да текат преференциално (т.е. да провеждат или транспортират) по една определена посока в кристал, като отново нарушават ротационната симетрия; това би се проявило като анизотропия в съпротивлението на материала. ”
Макар електронната нематика да се наблюдава постоянно в свръхпроводниците на базата на желязо, изследователите все още не са сигурни за причините, поради които възникват, и значението на тази уникална фаза на материята за свръхпроводящата фаза с по-ниска температура. Теорията все още не е определила окончателно дали тази фаза затруднява, засилва или играе малка роля при определянето на Tc на свръхпроводящата фаза на материала.
Пиктидите биха могли да бъдат идеални материали за изследване на електронната нематика, тъй като електроните в тях също предизвикват спонтанно изкривяване на структурата на кристалната им решетка. Всъщност минали изследвания установяват, че когато електронното съпротивление на тези материали става анизотропно, решетката им се изкривява от квадратна до паралелограмова форма (т.е. от тетрагонална към орторомбична).
Тази трансформация има две ключови последици. Първо, получените структурни домейни имат анизотропия на съпротивлението, насочена в ортогонални посоки. Второ, фактът, че изкривяването на решетката върти поляризацията на отразената светлина, позволява да се наблюдават тези домейни с помощта на оптични микроскопи.
„За съжаление, първата последица усложнява транспортните измервания“, обясни Лев. „Човек не може просто да измери анизотропията на съпротивлението с ом метър, тъй като сигналът средно е нула спрямо структурата на обръщащия се домейн. Именно там идваме. Избягваме този проблем със средното използване, като използваме локална сонда за изобразяване на локалния домен от анизотропия по домейн като виждате посоките, в които протичат електроните, като откриват магнитното поле, което изхвърлят. ”
Лев и неговите колеги бяха първите, които успешно представят локалната съпротивителна анизотропия в свръхпроводниците на желязо-пинцид. Една от причините да са успешни е, че използваната от тях сонда може да работи при повишени температури (~ 130 К), като тези, при които се случва този уникален преход.
Симо, разлаби малко. Никой не е казал, че го яд на китайците, които между другото също карат на руски газ. И никой не казва, че е измама.
И като си толкова светнат, кажи за какво решение говориш, да ни светнеш и нас.
Яд ви е на китайците затова ги критикувате, четете внимателно и ще разберете,че няма измама, това е реално, а вие карайте на руска газ, има и по евтино решение но са още много много години далеч
Свръх проводимостта е физичен феномен и означава абсолютно нулево съпротивление. При достигане на определена температура за даден материал или сплав настъпва скокообразно. Също така и отстъпва.
С него например може да се съхранява енергия в намотка с променлив ток. Тока създава магнитно поле, полето създава ток и когато е без загуби процеса продължава неопределено време.
Китайците в момента са във възхода си както някога бяха японците и наблягат на технически постижения за да впечатляват. При тях обаче в процеса малко идва в повечко елемента на хваленето, отколкото на практическото приложение.
Те например единствени в света ползват комерсиално магнитно левитиращия влак, но за нега не е ясно, носи ли финансови печалби или търпи загуби. Те не казват нищо, но каквото и да кажат, няма да може да им се вярва.
Същото ще е с този кабел. Не се знае и те няма да кажат.
няма абсолютно нулево съпротивление
Ей, к – свърхроводимостта е открита някъде към началото на миналия век. Китайците в случая не са открили нищо особено, а просто са приложили известна технология. Защото си имат нужните съставки и явно вече имат голям излишък от инженери.
Не, че китайците не са напред – например нали направиха квантово предаване на данни от космоса към Земята… Но в тази статия показва само, че са навити да експериментират.
Как съвместявате физичният процес “свръхпроводимост” със споменатото от вас “близко до нулата” съпротивление? Свръхпроводимост е специфичен физичен процес при който се постига точно нулево съпротивление, но явно на някой преписващ журналист му се е видяло твърде пресилено това. Този кабел не се нагрява, независимо от високия ток, който тече през него. Не ми се мисли, обаче за цената на въпросния кабел, защото съставът на свръхпроводимите метали включва прилични количества редкоземни метали.
Цената на преноса по свръхпроводник не е никак малка, просто защото въпросният азот трябва непрекъснато да се охлажда. Той не се топли от кабела, но от стените на тръбата в която се намира – определено се топли, колкото и да е добре термо изолирана (и вакумът не спира топлината, защото инфрачервените лъчи спокойно си минават през него).
Поредната тъпа статия, която се опитва да ни манипулира, колко са напред китайците 😀
Чисто нулево съпротивление няма, но наистина може да се достигне много близо до 0 по този начин. Тук обаче не уточниха едно много важно нещо: КАК ще се поддържа тази температура от -200 градуса. Трябва някак си кабела да е в постоянен допир до течен азот. Да не би да е подземен кабел, прокаран през канал, който се пълни с течен азот? Нещо не ми е ясно