Эмит Гойял (Amit Goyal) и его коллеги из американской национальной лаборатории в Окридже (Oak Ridge National Laboratory) создали прототип массового сверхпроводящего силового кабеля, готового выдерживать механические нагрузки и магнитное поле.
Явление высокотемпературной сверхпроводимости известно 20 лет. И всё это время человечество ждёт, когда же появятся электрические сети с нулевым сопротивлением.
Высокотемпературные сверхпроводники, обычно сделанные на основе медных окисей, проводят электричество без всякого сопротивления при температурах вблизи точки кипения азота: минус 196 градусов по Цельсию. Это не кажется столь уж холодным, если учесть, что обычные сверхпроводники требуют намного более сильного охлаждения.
Такую температуру гипотетического силового кабеля, поставляющего, скажем, электричество городу, уже могут обеспечить сравнительно недорогие и эффективные системы охлаждения. Однако энергетики не спешат менять обычные ЛЭП на сверхпроводящие.
Причина в том, что материал для промышленного сверхпроводящего кабеля должен ещё и не бояться сильного магнитного поля. А с этим у сверхпроводников проблемы. Поле разрушает в них состояние сверхпроводимости.
Ранее, конечно же, появлялись интересные работы, посвящённые разрушению состояния сверхпроводимости магнитным полем и другими разными способами – как этого неприятного эффекта избежать. Но речь в них шла, к примеру, либо об экзотической двухмерной сверхпроводимости, реализовать которую на практике, тем более – в промышленных сетях – едва ли возможно в ближайшее время; либо о кусочках сверхпроводников нанометровых размеров, от необычных свойств которых до промышленных изделий – километровых кабелей – такая же огромная дистанция.
Да, и ещё сверхпроводники – ломкие. Делать из них длинный и тяжёлый кабель – проблематично.
Обе проблемы Гойял и его коллеги решили созданием необычного композита. В качестве сверхпроводника они взяли иттрий-барий-медный оксид (YBCO), причём “намазали” его тонким слоем на полосу обычного гибкого металла. Это придало проводу прочность и гибкость. Но главное усовершенствование: сверхпроводниковый материал авторы заполнили мириадами квантовых точек (нанокристалликов) цирконата бария – словно изюмом тесто.
Эти точки взяли на себя роль “проводников” для силовых линий внешнего магнитного поля, защищая от него сам сверхпроводник. Такой провод, говорят исследователи, отвечает всем техническим требованиям промышленности.
Чтобы создать этот необычный провод, американцы взорвали порошковую смесь цирконата бария и YBCO при помощи лазерного луча. Полученный пар осаждался тонким слоем на металлической полоске.
Авторы этой работы полагают, что стали на шаг ближе к практическому применению сверхпроводящих кабелей в промышленности и на транспорте. Пока, впрочем, не вполне ясно, насколько новый тип сверхпроводника будет дёшев в серийном производстве.
