Zníženie striedavých strát v supravodičoch s vláknitou štruktúrou

Komerčne dostupné sú v súčasnosti supravodivé vodiče, ktoré po ochladení kvapalným dusíkom (teplota –  195 °C) sú schopné prenášať desaťnásobne vyššie elektrické prúdy, než klasické medené vodiče.  Bez elektrického odporu, a teda bez strát energie, sa ale dá uskutočniť iba prenos jednosmerného prúdu.
Túto unikátnu vlastnosť majú supravodiče vďaka tomu, že prechádzajúci prúd je „prišpendlený“ množstvom mikroskopických prúdových sľučiek, ktoré sa ho snažia udržať nezmenený aj po odpojení od zdroja napätia. To ale súčasne znamená, že každá zmena prúdu spotrebuje na prekonania záchytných síl určité množstvo energie, ktoré súhrnne voláme striedavé straty. Našťastie, veľkosť striedavých strát vieme do určitej miery ovplyvniť, napríklad úpravou tvaru vodiča.
Veľkú perspektívu využitia má tzv. 2. generácia vysokoteplotných supravodivých pások, v ktorých je tenká keramická vrstvička so supravodivými vlastnosťami nanesená na podložku z kovovej zliatiny, a zabalená do ochranného kovového krytu. Keď sme skúmali, čo obmedzuje použitie takéhoto vodiča   v budúcich urýchľovačoch, prišli sme k jednoduchému záveru: keďže striedavé straty, a teda energetické náklady na prevádzku, sú priamo úmerné šírke pásky, je potrebné zúžiť ju pod 50 µm. Vhodnou cestou realizácie myšlienky je postup, ktorý vyvinuli v dánskej firme SUBRA: nanášaním na ryhovanú kovovú podložku vznikne vrstvička supravodiča s vláknitou štruktúrou. Významnou výhodou je, že v porovnaní s štandardnou páskou bez vláknitej štruktúry supravodiča, výrobné náklady zostávajú nezmenené. Z takto vyrobených pások sme zhotovili niekoľko modelov okrúhlych vodičov, a experimentálne sme overili správnosť predpokladu o znížení striedavých strát. Výsledok spoločného úsilia výskumníkov z 6 inštitúcií sme publikovali v článku.

Gömöry, F., Solovyov, M., Šouc, J., Frolek, L., Kujovič, T., Seiler, E., Ries, R., Mošať, M., Winkler, T., Sugita, K., Dhallé, M., Krooshoop, H.J.G., Hintze, C., Troshyn, A., Prusseit, W., Nedergaard, L., Traberg, L., Christensen, J.J., Jorgensen, N.O., Bahl, C.R.H., and  Wulff, A.C.: AC loss reduction in round HTS cables achieved by low-cost filamentization of tape conductors, IEEE Trans. Applied Supercond. 34 (2024) 5901605.

 

Prúdy indukované striedavým magnetickým poľom v okrúhlom kábli z páskového supravodiča

 

Páska s vrstvičkou supravodiča, pozostávajúcou z 19 vlákien