211service.com
Supertynde superledende kabler
Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har fundet en måde at lave højtemperatur superledende strømkabler, der er en tiendedel af diameteren af eksisterende superledende kabler, men som kan bære lige så meget strøm. De tynde, fleksible kabler kunne åbne op for nye anvendelser inden for elektrisk kraftoverførsel og kunne føre til kraftige nye magneter.
Superlederspole: Tværsnittet af en ny type højtemperatur superledende kabel viser en flerstrenget kobberkerne spiralviklet med superledende bånd.
Kablerne kunne give en let, kompakt erstatning for kobberstrømkabler, siger NIST-forsker Tak van der Laan , der ledede arbejdet. Superledende magneter lavet med kablerne ville generere meget højere magnetfelter, end det er muligt i dag. Sådanne høje felter ville være nyttige til højenergifysik og til protonterapier, der anvendes i cancerbehandling.
Superledere leder høje elektriske strømme uden at blive varmet op eller miste strøm, når de afkøles. De superledende magneter, der findes i medicinsk billeddannende udstyr og partikelacceleratorer, bruger typisk niobiumlegeringer, der slår superledende under 10 K (-263 °C). Men visse forbindelser lavet af sjældne jordarters grundstoffer, barium, kobber og oxygen bliver også superledende ved højere temperaturer på over 70 K (-203 °C), hvorefter de kan afkøles ved hjælp af flydende nitrogen eller heliumgas.
Superledende højtemperaturkabler er blevet udråbt som et lovende alternativ til kobberkabler til elektrisk kraftoverførsel i bymiljøer og kompakte rum. Det skyldes, at kun ét superledende kabel kan erstatte mere end 10 kobberkabler, reducere vægten med over 95 procent og eliminere varmetab.
Kryogene superledende strømkabler er typisk lavet ved hjælp af superledende tape viklet omkring solide eller hule metalkerner. Båndene er tynde strimler af metal belagt med et mikrometer tykt lag af superleder og film af keramiske isolatorer. Superledende kabler er for nylig blevet brugt i små demonstrationer af elnet. Et vismut-baseret kabel blev installeret på en forsyningsstation i Columbus, Ohio, for eksempel i 2006. Den har en diameter på syv centimeter og kan bære 3.000 ampere.
Til sammenligning har van der Laan lavet et 7,5 millimeter bredt kabel, der kan bære 2.800 ampere. En anden er 6,5 millimeter i diameter og kan bære 1.200 ampere. Kablerne kan bøjes rundt om et kabel med en diameter på under en kvart meter.
Van der Laan starter med en kerne lavet af flere kobbertråde beklædt med nylonisolering. Derefter vikler han superledende bånd lavet af gadolinium barium cuprat i skiftende retninger rundt om kernen. Hans eksperimentelle resultater blev for nylig offentliggjort online i tidsskriftet Superleder Videnskab og Teknologi .
Konventionelle superledende kabler er lettere end dem, der er lavet af kobber, men de er stadig så tunge, at de skal begraves under jorden, siger van der Laan. Forskere ser på muligheder for at bruge dem som luftledninger i stedet for under jorden, siger han, men konventionelle kabler har været for tunge til at bruge luftledninger. En fordel ved vores kabler er, at de er meget mere lette.
Indtil nu har man antaget, at man ikke kunne lave superledende kabler så tynde, siger man Venkat Selvamanickam , en mekanisk ingeniørprofessor og højtemperatur superledningsekspert ved University of Houston. Bekymringen var, om båndene kunne bøjes ved kerner med så lille diameter og stadig opretholde høj strømbærende kapacitet uden skader.
David larbalestier , en videnskabsmand ved National High Magnetic Field Laboratory i Tallahassee, Florida, siger, at de nye kabler er et perfekt eksempel på god teknik. Der er ingen ny raketvidenskab her. De har anvendt perfekt standardteknikker til at lave et kabel. Larbalestier tror dog ikke, at de nye kabler nemt vil finde vej til kraftoverførsel. Mange mennesker ville elske at bruge højtemperatur-superledere til at revolutionere elforsyningsindustrien, siger han. Men industrien er relativt konservativ og ikke vant til kryogenik. På den anden side laver det store multimilliardmarked for superledere magneter, der bruger meget lidt strøm.
Dagens superledende magneter indeholder niobium-titanium ledninger viklet ind i spoler, der højst kan give 25 Tesla magnetfelter. Magneter fremstillet ved hjælp af de nye højtemperatur-superledende kabler kan give højere felter, mens de potentielt kræver mindre strøm til afkøling. .
Den lave vægt og fleksibilitet er især tiltalende for militæret som en erstatning for de omfangsrige kobberkabler, der fører store mængder strøm fra generatorer til våben og enheder om bord på fly og skibe. Hvis man ser på at udskifte standard kobberkabler på et flådens skib, skal man være i stand til at trække kablet gennem eksisterende ledninger med mange skarpe bøjninger, siger van der Laan. Han laver nu et demonstrationskabel til det amerikanske militær. Forskere ved CERN (European Organisation for Nuclear Research) i Schweiz er også interesserede i at bruge de tynde kabler til at føre de flere tusinde ampere strøm til magneterne, der bruges på Stor Hadron Collider .