|
|
 |
Η επόμενη γενιά
|
|
|
|
|
|
|
Το 1987, η ανακάλυψη υλικών που είναι τέλειοι αγωγοί του ηλεκτρισμού σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από το σημείο βρασμού του αζώτου (-196 βαθμοί Κελσίου) έδειξε να εγκαινιάζει μια νέα επαναστατική περίοδο στην τεχνολογία. Όμως, το να μετατραπεί σε εμπορική πραγματικότητα αυτή η δυνατότητα των λεγόμενων υπεραγωγών υψηλής κρίσιμης θερμοκρασίας αποδείχθηκε μακροπρόθεσμος και πολύμοχθος στόχος. Διότι το να παράγει κανείς ένα μικρό δείγμα υπεραγωγού που θα χρησιμοποιηθεί σε εργαστηριακά πειράματα είναι πολύ διαφορετικό από το να κατασκευάζει εκατοντάδες μέτρα συρμάτων υψηλής ποιότητας για πρακτικές εφαρμογές. Μέχρι πρόσφατα, η κύρια τεχνολογία εμπορικών υπεραγωγών υψηλής κρίσιμης θερμοκρασίας περιλάμβανε σύρματα φτιαγμένα από βισμούθιο, στρόντιο, ασβέστιο, χαλκό και οξυγόνο (BSCCO). Τώρα, μια δεύτερη γενιά συρμάτων από ύτριο, βάριο, χαλκό και οξυγόνο (YBCO) αρχίζει να κυριαρχεί δυναμικά στην αγορά.
Τα σύρματα BSCCO κατασκευάζονται συνήθως με την εισαγωγή σκόνης σε έναν αργυρό κύλινδρο, ο οποίος στη συνέχεια θερμαίνεται και αφαιρείται. Αλλά αυτή η μέθοδος έχει δύο σημαντικά μειονεκτήματα. Πρώτον, το κόστος του αργύρου ανεβάζει το κόστος των συρμάτων. Δεύτερον, οι κατασκευαστές έχουν περιορισμένη δυνατότητα να ελέγξουν διεξοδικά τη δομή των συρμάτων BSCCO προκειμένου να βελτιστοποιήσουν την επίδοση των υπεραγωγών.
Τα σύρματα YBCO παρουσίαζαν διαφορετικά προβλήματα, τα οποία αρχικά επέτρεψαν στα σύρματα BSCCO να πάρουν το προβάδισμα. Η κύρια μέθοδος κατασκευής συρμάτων YBCO είναι η εναπόθεση του υλικού πάνω σε κατάλληλο υπόστρωμα ώστε να σχηματιστεί μια λεπτή ταινία. Το υλικό YBCO, ωστόσο, έχει την τάση να σχηματίζει αμέτρητους μικρούς κρυσταλλικούς κόκκους που, αν δεν είναι αυστηρά ευθυγραμμισμένοι, στοιχισμένοι ο ένας πίσω από τον άλλο, τότε αναπτύσσεται αντίσταση καθώς το ρεύμα αναγκάζεται να μεταπηδάει από κόκκο σε κόκκο. Ετούτοις, το ενδιαφέρον για τα σύρματα YBCO παραμένει μεγάλο, διότι τα καλώς στοιχισμένα δείγματα παραμένουν υπεραγώγιμα μέσα σε μαγνητικά πεδία ισχυρότερα από εκείνα τα οποία μπορεί να αντέξει ένα σύρμα BSCCO· οι μαγνήτες, οι κινητήρες και πολλές άλλες εφαρμογές χρειάζονται σύρματα που λειτουργούν σε τέτοια μαγνητικά πεδία.
Την περασμένη δεκαετία, οι επιστήμονες έλυσαν το πρόβλημα των κρυσταλλικών κόκκων τοποθετώντας πάνω στο υπόστρωμα ένα στρώμα οξειδίου του δημητρίου, πριν εναποθέσουν σε αυτό το υλικό YBCO. Το οξείδιο του δημητρίου βοηθάει στη στοίχιση των κόκκων YBCO. Ερευνητές των Εθνικών Εργαστηρίων τού Λος Αλαμος και του Όουκ Ριτζ έχουν πρώτοι αναπτύξει δύο μεθόδους κατασκευής συρμάτων συγχωνεύοντας το στρώμα στοίχισης των κόκκων. Οι μέθοδοι, οι οποίες φέρουν τα ακρωνύμια IBAD (χρησιμοποιεί δέσμες ιόντων για την ευθυγράμμιση των κρυστάλλων) και RABiTS (βασίζεται σε έλαστρα και σε θερμότητα για την προετοιμασία του υποστρώματος) αντίστοιχα, έχουν υιοθετηθεί από εταιρείες παραγωγής συρμάτων.
Εντούτοις, υπάρχει ακόμα αρκετό περιθώριο βελτίωσης για τις επιδόσεις των συρμάτων. Λόγου χάρη, αν και η ανθεκτικότητα του υλικού YBCO στο μαγνητικό πεδίο ξεπερνά αυτή τού BSCCO, απαιτούνται ακόμα καλύτερες επιδόσεις για εφαρμογές σε ισχυρότερα μαγνητικά πεδία. Το 2004, η ομάδα τού Stephen Foltyn στο Λος Αλαμος απέδειξε ότι, προσθέτοντας στο YBCO νανοσωματίδια ζιρκονικού βαρίου, βελτιώνονται κατά πολύ τα μαγνητικά χαρακτηριστικά του. Ο Amit Goyal και οι συνεργάτες του στο Όουκ Ριτζ δημοσίευσαν παρόμοια εργασία πριν από λίγους μήνες.
Οι προοπτικές των συρμάτων δεύτερης γενιάς είναι τόσο σημαντικές ώστε εταιρείες παραγωγής συρμάτων όπως η American Superconductor και η SuperPower στράφηκαν από την παραγωγή των παλιών συρμάτων BSCCO στην παραγωγή ταινιών YBCO. Και οι δύο εταιρείες αναμένουν να παραδώσουν περί τα 10 χιλιόμετρα ταινιών σε πελάτες τους μέσα στον επόμενο χρόνο. Μέχρι το τέλος τού 2006, η SuperPower έχει σκοπό να αποκτήσει την κατασκευαστική δυνατότητα που θα της επιτρέπει να παράγει 1 εκατομμύριο μέτρα σύρμα το χρόνο.
Τα σύρματα παράγονται σε κομμάτια των 100 έως 300 μέτρων το καθένα, αλλά οι εταιρείες παραγωγής προσπαθούν να αυξήσουν το μήκος, και κάνουν ανακοινώσεις όποτε πετυχαίνουν νέο παγκόσμιο ρεκόρ συνδυασμού του μήκους συρμάτων YBCO και του μέγιστου ρεύματος που μπορούν να μεταφέρουν. Η SuperPower τώρα πια παράγει σύρματα μακρύτερα των 300 μέτρων και κατέχει το ρεκόρ για σύρματα YBCO στα 322 μέτρα.
Οι πελάτες χρησιμοποιούν τα δεύτερης γενιάς σύρματα αναπτύσσοντας συσκευές για μια ποικιλία εφαρμογών ―όπως κινητήρες, γεννήτριες, καλώδια τροφοδότησης και μετασχηματιστές. Το πρώτο μείζον έργο επίδειξης που θα περιλαμβάνει σύρματα YBCO θα είναι ένα καλώδιο υψηλής τάσης το οποίο θα συνδέει δύο υποσταθμούς στο Όλμπανι της Νέας Υόρκης. Από τα 350 συνολικά μέτρα του καλωδίου, το μεγαλύτερο μέρος είναι φτιαγμένο από σύρμα BSCCO, αλλά ένα κομμάτι 30 μέτρων θα αντικατασταθεί από καλώδιο YBCO. Για την κατασκευή αυτών των 30 μέτρων καλωδίου θα χρειαστούν 10 χιλιόμετρα ταινίας YBCO. Η τοποθέτηση, αλλά και οι εμπορικές αντιπροσωπεύσεις, των συρμάτων δεύτερης γενιάς προγραμματίζονται για τον Ιούνιο του 2007.
|
|
|
|
|
|
