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
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
Made in Česko: Bezpečné bezdrátové spojení pro všechny

Prognózy, které se týkají internetu věcí (IoT) a průmyslového internetu věcí (IIoT), se mění stejně rychle jako možnosti této technologie samy. Už v roce 2008 bylo na světě víc připojených zařízení než lidí a odborníci ze Světového ekonomického fóra (WEF) tvrdí, že do roku 2025 bude 41,6 miliardy zařízení zachycovat data o tom, jak žijeme, pracujeme, pohybujeme se, jak fungují naše zařízení, stroje.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Stroje v pohybu:
Divoká jízda sondy Pathfinder

Sonda Mars Pathfinder, která 4. července 1997 přistála na rudé planetě, se může pyšnit několika prvenstvími. Třeba tím, že šlo o první mimozemský výsadek masově sledovaný uživateli internetu. Nebo tím, že jako první dopravila na Mars kolové průzkumné vozidlo, rover Sojourner.

Stroje v pohybu: Raketa, která změní svět

Americký podnikatel Elon Musk se od založení své firmy SpaceX v březnu 2002 netají tím, že jeho dlouhodobým cílem je kolonizace Marsu člověkem. Již letos přitom plánuje uskutečnit premiérový start orbitální rakety Starship, která mu má tento cíl pomoci splnit.

Stroje v pohybu:
Fotoprůzkumné družice

Za druhé světové války přinášely informace z fronty filmové týdeníky, při první válce v Perském zálivu vysílala živě CNN z bombardovaného Bagdádu – a nyní na Ukrajině má veřejnost poprvé v historii k dispozici prakticky v reálném čase družicové snímky. Navíc neskutečné kvality. Každopádně jde o materiál, který umožňuje potvrdit, nebo naopak vyvrátit mnohá tvrzení válčících stran.

Stroje v pohybu:
Webbův teleskop ve vesmíru

Pětadvacátého prosince loňského roku odstartovala z evropského kosmodromu ve Francouzské Guyaně raketa Ariane 5, v jejímž nákladovém prostoru byl na svou misi připraven vesmírný dalekohled Jamese Webba. Právě začala nová etapa poznávání vesmíru. Vědci si od ní slibují nové informace o vzniku vesmíru, černých dírách a temné hmotě.

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.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 3. díl: Energetický mix České republiky

V minulém díle jsme upozornili na tu skutečnost, že elektromobily lze za vozidla s nízkými anebo nulovými emisemi skleníkových plynů považovat pouze podmíněně a že jednou z takových podmínek je energetický mix dané země. To jsme ilustrovali na rozdílných emisích bateriových elektrických automobilů mezi Řeckem (155,3 g CO2/km) a Švédskem (4,1 g CO2/km). V tomto díle se zaměříme právě na energetický mix, jak všeobecně, tak v souvislosti s očekávaným postupným přechodem na elektromobilitu.

Úspory naruby - Pravda a lži o vytápění, 2. část

S neustálým zdražováním energií se mnoho obyvatel ptá, čím ekologicky a současně i ekonomicky, tedy levně a s účinností pokud možno přes 100 %, vytápět svůj rodinný dům?

Vyvíjí se nový solný reaktor

Ruští vědci zahajují přípravu koncepce reaktoru chlazeného tekutými solemi, který je považován za nezbytnou součást budoucnosti jaderné energetiky. Tento reaktor je totiž schopen spalovat nejrizikovější radioaktivní odpady pocházející nejen z jaderné energetiky. Dále se připravuje tendr na výstavbu reaktoru BREST-300, který také přispěje k řešení problému použitého jaderného paliva.

Jízdní kola z vesmírného inkubátoru

V České republice existuje celá řada firem, které se svými produkty prosadily po celém světě. Často nejsou ani tak známé doma jako spíš za hranicemi naší země, kde v ojedinělých případech vytvořily dokonce nový segment trhu. Seriál formou stručného příběhu představuje čtenářům cestu, po které se podnikatel se svojí firmou vydal, jaké milníky jej provázely a jakých úspěchů a uznání na světovém trhu dosáhl.

Najít dveře do budoucnosti

Již 20. ročník Ceny Wernera von Siemense vyvrcholil 22. února slavnostním večerem v pražské Betlémské kapli. Za své práce zde převzalo ocenění celkem 25 nejlepších mladých vědců, studentů a pedagogů. Werner Siemens prý řekl: „Lepší než bušit hlavou do zdi je najít v ní očima dveře.“ Z mladých lidí, kteří převzali ocenění nesoucí jeho jméno, by měl jistě radost. Všichni totiž dokázali nejen najít dveře, ale otevřít je do budoucnosti.

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