Témata
Reklama

Supravodič, to je 8 200 vláken o průměru pět mikrometrů

Poměrně dobře je známo, že Velký hadronový urychlovač v CERNu používá supravodivé magnety a že je bude používat i tokamak ITER. Jak je to však s použitím supravodičů v dalších vědeckých zařízeních? Kdy byl použit supravodič poprvé?

Supravodiče byly použity poprvé v detektorech částic s magnetickým systémem na počátku 70. let minulého století. Přelomovým projektem byl tokamak T-7, který byl postaven ve výzkumném ústavu Kurčatovský institut v Moskvě na konci 70. let a stal se prvním supravodivým tokamakem na světě. Potom se supravodiče začaly objevovat také v urychlovačích částic.

Reklama
Reklama

Jakým vývojem prošly supravodiče za těch několik desítek let?

Jejich výkonnost vzrostla na trojnásobek až čtyřnásobek. Navíc jsme se významně posunuli v jejich výrobě, protože vznikla řada nových výrobních podniků. Dále došlo k jedné zásadní události – objevu vysokoteplotních supravodičů, které přinesly změnu samotné podstaty supravodičů. Ke chlazení už nemuselo být používáno nedostatkové helium, ale levný a dostupný dusík. Vysokoteplotní supravodiče mají supravodivé vlastnosti při –194 °C, což je také významný posun oproti heliem chlazeným typům, které musejí být udržovány při teplotě jen několik stupňů nad absolutní nulou. Za krátkou dobu od jejich objevu se podařilo dosáhnout toho, že dusíkem chlazené supravodiče mají stejné vlastnosti jako heliem chlazené, a to byl obrovský pokrok. Bez ohledu na to ovšem pokračuje i vývoj a výroba nízkoteplotních supravodičů. Supravodiče totiž nejsou jako housky na krámě a každý projekt vyžaduje svůj vlastní specifický supravodič, který bude schopen pracovat v požadovaném rozsahu intenzity magnetického pole.

Jaké supravodiče dodává Rusko pro projekty ITER a NICA?

Jako svůj příspěvek do projektu dodalo Rusko kolem 100 tun niobcínových supravodičů a zhruba 100 tun niobtitanových. Kromě toho vyrábí šestinu kompletní cívky poloidálního magnetu, která v sestavené podobě bude přepravena na staveniště ITERu ve Francii. Pro projekt NICA vyrábí supravodiče nuklotronového typu s průměrem vláken 6 mikronů. Nyní je vyrábí Čepecký mechanický závod podle technologie vyvinuté Bočvarovým institutem. Pilotní část již byla sestavena do cívky, aby byly ověřeny parametry produkce, a nutno konstatovat, že převýšily očekávání a požadavky zákazníka. Do konce roku by měla být dokončena výroba více než dvou tun supravodičů pro NICA.

Polotovary pro výrobu nízkoteplotních supravodičů typu Nb3Sn

Jak takový supravodič vlastně vypadá?

Fyzicky je ho těžké odlišit od obyčejného vodiče, jde totiž také o drát průměru 0,7 nebo 0,9 milimetrů. Avšak v supravodivém kabelu je 8 200 tenkých vláken, které mají zhruba 5 mikrometrů v průměru. Přitom se průměr vláken nesmí lišit o více jak 10 % po celé délce mnohakilometrového kabelu. Tímto vodičem se ovíjí trubička, kterou proudí tekuté helium. Takto získaný kabel se potom omotá izolací a může být použit pro výrobu magnetů urychlovače NICA.

Jak náročná je výroba supravodičů, když jednotlivá vlákna mají průměr pouze několik mikrometrů?

Dalo by se říci, že prostě vezmeme 8 000 niobtitanových proutků, vložíme je měděné trubky o průměru 300 milimetrů a pak je natáhneme na průměr 0,5 milimetru. Avšak není to tak jednoduché a vyžaduje to rozsáhlé know-how. Vše podléhá velmi striktní kontrole kvality, od přejímky základních materiálů až po výsledný produkt. Kontroly se navíc provádějí po každém kroku ve výrobě, tedy po každém válcování nebo tažení materiálu, aby se vyloučila přítomnost cizích částeček o průměru větším než 5 mikronů v polotovaru vážícím několik set kilogramů. Jde o velmi vyspělou technologickou výrobu, která zajišťuje vysokou čistotu výsledných produktů. Výrobní cyklus zabere až půl roku.

V jakých dalších oborech se mohou supravodiče uplatnit?

Nejvýznamnější aplikací je v současné době lékařství, typicky přístroje pro magnetickou rezonanci. Těch se po celém světě vyrobí asi 3 000 kusů ročně a každý z nich používá méně než tunu supravodičů. Kromě toho mají supravodiče také perspektivu v několika dalších oblastech, čímž se zabývá program Rosatomu Supravodivý průmysl. Například použití vysokoteplotních supravodivých kabelů pro přenos elektřiny by umožnilo zmenšit průměr kabelů a dvakrát až třikrát snížit přenosové ztráty. Pilotní kabelové vedení o délce několika kilometrů má být v roce 2017 uvedeno do provozu v Petrohradu, nyní probíhají jeho testy za provozních podmínek, které trvají téměř rok. Dále supravodiče umožňují několikanásobně snížit hmotnost a velikost elektrogenerátoru pro větrné elektrárny, což zjednoduší jejich konstrukci a zvýší výkon každé elektrárny až na 10-20 MW. Díky rozvoji obnovitelných zdrojů energie roste také potenciál pro akumulaci energie, což je další oblast možného použití supravodičů. Dnes jsou testována pilotní zařízení o kapacitě 20–30 MJ. V neposlední řadě jde o dopravu, kde by použití supravodičů umožnilo podstatně snížit energetické ztráty lokomotiv.

Viktor Pancyrnyj se v Bočvarově institutu (celým názvem Vysokotechnologický výzkumný ústav anorganických materiálů akademika Bočvara, zkráceně VNIINM, je součástí palivové společnosti TVEL) zabývá výzkumem kovových kompozitních materiálů, vývojem supravodičů pro mezinárodní projekt experimentálního termojaderného reaktoru ITER a vývojem nanomateriálů pro impulzní magnetické systémy. Je hlavním vědeckým pracovníkem v institutu, má titul doktor technických věd a je autorem přes 150 vědeckých prací a 10 patentů.

Zpracováno z firemních podkladů
sommerova@esscom.cz

www.rosatom.ru/en/

Reklama
Související články
Hyperrychlost pro superspolehlivost

Rosatom vyvíjí a používá superpočítače schopné provést stovky trilionů operací za sekundu.

S uranem v podpalubí

V březnovém vydání MM Průmyslového spektra jsme publikovali článek pod názvem Jaderné ledoborce pro Severní cestu. Jelikož tento text vzbudil zájem řady čtenářů, rozhodli jsme se na toto téma připravit další podrobnější příspěvek.

Jaderná energetika: Reaktor do každé kapsy

Postavit velkou jadernou elektrárnu je projekt na celé desetiletí, ve kterém se investice počítají na miliardy dolarů a délka použitých trubek a kabelů na tisíce kilometrů. Náklady i rozměrné technologie lze přitom už dnes srazit do téměř "kapesních" formátů, aniž by konstruktéři museli ustoupit od výroby energie postavené na jaderném štěpení.

Související články
Jaderná energetika: Zbraně, které rozsvítily USA

Podívej, jak národy mění meče v pluhy, zpíval v roce 1991 Michael Jackson ve svém hitu Heal the World. Ve stejném roce, kdy americký zpěvák bodoval se svým protestsongem v žebříčcích hitparád, se zrodil ještě jeden apel, který měl přetvořit nástroje války v mírové prostředky.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Jaderná energetika: Indové chtějí zlevnit jádro

K nejvíce ekologickému způsobu výroby elektrické energie bezesporu patří jaderná energetika. Podle statistik světové nukleární asociace WNA bylo v loňském roce ve třiceti zemích světa v provozu přes 430 jaderných reaktorů s celkovou instalovanou kapacitou cca 372 tisíc MW, což představuje produkci 13 % celosvětové elektřiny. Nyní se staví 68 reaktorů v plánu je výstavba dalších 162.

Atraktivní projekty: Chytře na energetiku

Stále častěji se hovoří o chytrých sítích v energetice (smart grids), ale cesta k nim je ještě daleká. Zatím je nutné se držet spíš při zemi a myslet na inteligentní energetické řešení budov. Těch nových, ale i těch stávajících.

Atraktivní projekty: Vídeň jedničkou mezi Smart Cities

První celosvětové porovnání měst z hlediska inovace, technologií a kvality života, tzv. Smart Cities, označuje Vídeň jako číslo 1. Tento seznam zahrnující světová velkoměsta sestavil americký klimatolog Boyd Cohen a publikoval jej v on-line magazínu Co.Exist.

Atraktivní projekty: Jak vykořisťovat poušť

Strach o dostatek energie je silným hnacím motorem, který žene techniky i investory do hledání dalších možností jak vykořisťovat pouště. Zvláště ty na západě Spojených států.

Atraktivní projekty: Obrovské oko do vesmíru

Evropská jižní observatoř (ESO) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa.

Od matematických modelů k domácí elektrárně

Technici znají organický Rankinův cyklus (ORC) již od 19. století, ale až donedávna se nedařilo pro něj nalézt praktické využití. V posledních letech se na využití principu ORC zaměřili v Univerzitním centru energeticky efektivních budov ČVUT (UCEEB). Výzkum tepelných cyklů s nízkým výkonem se jevil jako perspektivní v oblasti mikrokogenerace a využití odpadního tepla. Zvýšený zájem o ORC souvisel především s vývojem „domácí“‎ mikroelektrárny WAVE, která nyní již úspěšně „běží“‎ ve zkušebním provozu.

Nasazení řídicího systému v teplárně Náchod

Koncem května tohoto roku dokončila společnost ZAT v teplárně Náchod výměnu vstupně výstupních modulů v demi-stanici. Implementovaly se zde moduly B&R s převedením řízení pod nový řídicí systém SandRA, které tak navázalo na implementaci nového řídicího systému z podzimu loňského roku.

Ekodesign výrobních strojů

Pojem ekodesign zejména v Evropské unii již téměř zdomácněl. Je nazírán jak z té lepší stránky - co je "eko", je dobré pro životní prostředí a tím i pro společnost -, tak i z té kontroverzní stránky - legislativa hájící zájmy životního prostředí může být problematická z jiných pohledů.

Lisy na lamely elektromotorů

V červnu, nejprve v závodě v Göppingenu a posléze v Berlíně na výstavě Coil Winding Expo, představila skupina Schuler svůj první vysokorychlostní lis řady Smartline SA-S pro vysekávání lamel vysoce energeticky účinných elektromotorů.

Stroje v pohybu – Vrtulník na Marsu

Vědci a technici z amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) právě řídí jednu z nejnáročnějších operací v dějinách kosmonautiky. Expedice Mars 2020 hledá známky bývalého života na sousední planetě. Kromě pojízdné laboratoře je na Marsu také první stroj, který létá vlastní silou na jiné planetě, než je Země.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit