Výskum spoľahlivosti supravodivých vodičov

Supravodiče sú materiály, schopné prenášať elektrický prúd bez odporu, a teda bez strát energie. To platí, pokiaľ jeho veľkosť nepresiahne hodnotu tzv. kritického prúdu.

Po jej prekročení sa zo supravodiča stáva zlý vodič. K uskutočneniu bezodporového prenosu stačí maličkosť: ochladenie na veľmi nízku teplotu. Klasické, nízkoteplotné supravodiče, vyžadujú ochladenie kvapalným héliom na teplotu niekoľko stupňov nad absolútnou nulou (-273 °C). To komplikuje ich využitie v bežnom živote. Lepšie sú na tom  vysokoteplotné supravodiče, ktorým stačí ochladenie kvapalným dusíkom na teplotu -195°C. Sú to ale keramické materiály, a  ak sa pozdĺž vodiča z nich vyrobeného overuje schopnosť prenášať prúd, zisťujú sa fluktuácie hodnoty kritického prúdu, presahujúce bežne 10%. Vzniká potom otázka, akým prúdom môžeme takýto vodič zaťažiť bez toho, aby sa začal prehrievať s prípadným rizikom poškodenia.

S použitím modelu, ktorý sme nedávno vyvinuli, sme analyzovali pravdepodobnosť predčasného prechodu zo supravodivého do odporového stavu v prípade 6 vodičov, vyrobených 4 renomovanými svetovými firmami. Vypočítali sme, že pri ponorení do kvapalného dusíka by sa dali zaťažiť prúdom, ktorý sa dá vypočítať z rozloženia kritického prúdu na celej dĺžke vodiča, a neobmedzuje ho hodnota kritického prúdu v najslabšom mieste. To by ale mohlo nastať v prípade, ak by vodič nemal dobrý tepelný kontakt s chladivom [1]. Tiež sme skúmali, ako vlastnosti ovplyvní pozdĺžne prerezanie pásky, vyrobenej v štandardnej šírke 12 mm, na vodiče široké 3 resp. 4 mm, vhodné pre navíjanie magnetov. Porovnania fluktuácií kritického prúdu ukázalo, že pri rezaní výkonným femtosekundovým laserom nedochádza k vytvoreniu nových slabých miest [2].

 

Vypracoval: F. Gömöry, M. Mošať

Viac info:
[1] F. Gömöry, J. Šouc, M. Godár, C. Hintze and V. Grosse, DOI: 10.1088/1361-6668/acb73f
[2] F. Gömöry, J. Šouc, M. Godár. DOI: 10.1109/TASC.2022.3233805

Ilustračný obrázok: High Temperature Superconducting (HTS) Rare-Earth Barium Copper Oxide (also referred to as REBCO) power transmission cable used at CERN (Image: CERN)
Zdroj: https://hilumilhc.web.cern.ch/article/completion-hts-rebco-cables