211service.com
Superdunne supergeleidende kabels
Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben een manier gevonden om supergeleidende stroomkabels voor hoge temperaturen te maken die een tiende van de diameter van bestaande supergeleidende kabels hebben, maar net zoveel stroom kunnen dragen. De dunne, flexibele kabels zouden nieuwe toepassingen in elektrische krachtoverbrenging kunnen openen en zouden kunnen leiden tot krachtige nieuwe magneten.
Supergeleider spoel: De dwarsdoorsnede van een nieuw type supergeleidende hoge-temperatuurkabel toont een meeraderige koperen kern die spiraalsgewijs is gewikkeld met supergeleidende tapes.
De kabels kunnen een lichtgewicht, compacte vervanging zijn voor koperen stroomkabels, zegt NIST-onderzoeker Danko van der Laan , die het werk leidde. Supergeleidende magneten die met de kabels zijn gemaakt, zouden veel hogere magnetische velden genereren dan tegenwoordig mogelijk is. Dergelijke hoge velden zouden nuttig zijn voor hoge-energiefysica en voor protontherapieën die worden gebruikt bij de behandeling van kanker.
Supergeleiders geleiden hoge elektrische stromen zonder op te warmen of vermogen te verliezen wanneer ze worden afgekoeld. De supergeleidende magneten die worden aangetroffen in medische beeldvormingsapparatuur en deeltjesversnellers, gebruiken meestal niobiumlegeringen die supergeleidend worden onder 10 K (-263 ° C). Maar bepaalde verbindingen gemaakt van zeldzame aardelementen, barium, koper en zuurstof worden ook supergeleidend bij hogere temperaturen van meer dan 70 K (-203 ° C), waarna ze kunnen worden gekoeld met vloeibare stikstof of heliumgas.
Supergeleidende kabels voor hoge temperaturen zijn aangeprezen als een veelbelovend alternatief voor koperen kabels voor de transmissie van elektrische energie in stedelijke omgevingen en compacte ruimtes. Dat komt omdat slechts één supergeleidende kabel meer dan 10 koperen kabels kan vervangen, waardoor het gewicht met meer dan 95 procent wordt verminderd en warmteverlies wordt geëlimineerd.
Cryogene supergeleidende stroomkabels worden meestal gemaakt met supergeleidende tapes die rond massieve of holle metalen kernen zijn gewikkeld. De tapes zijn dunne stroken metaal bedekt met een micrometer dikke laag supergeleider en films van keramische isolatoren. Supergeleidende kabels zijn recentelijk gebruikt in kleine demonstraties van elektriciteitsnetten. Zo werd in 2006 een op bismut gebaseerde kabel geïnstalleerd in een onderstation van nutsbedrijven in Columbus, Ohio. Hij heeft een diameter van zeven centimeter en kan 3.000 ampère dragen.
Ter vergelijking: van der Laan heeft een kabel gemaakt van 7,5 millimeter breed die 2.800 ampère kan dragen. Een andere heeft een diameter van 6,5 millimeter en kan 1.200 ampère dragen. De kabels kunnen om een kabel met een diameter van minder dan een kwart meter worden gebogen.
Van der Laan begint met een kern van meerdere koperdraden omhuld met nylon isolatie. Vervolgens wikkelt hij supergeleidende banden gemaakt van gadolinium barium cupraat in afwisselende richtingen rond de kern. Zijn experimentele resultaten zijn onlangs online gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap en technologie van supergeleiders .
Conventionele supergeleidende kabels zijn lichter dan die van koper, maar ze zijn nog steeds zo zwaar dat ze ondergronds moeten worden begraven, zegt Van der Laan. Onderzoekers kijken naar mogelijkheden om ze als bovenleiding te gebruiken in plaats van ondergronds, zegt hij, maar conventionele kabels zijn te zwaar geweest om bovengronds te gebruiken. Een voordeel van onze kabels is dat ze veel lichter zijn.
Tot nu toe werd aangenomen dat je supergeleidende kabels niet zo dun kon maken, zegt Venkat Selvamanickam , een professor in werktuigbouwkunde en expert op het gebied van supergeleiding bij hoge temperaturen aan de Universiteit van Houston. De zorg was of de tapes konden worden gebogen bij kernen met een dergelijke kleine diameter en nog steeds een hoog stroomvoerend vermogen behouden zonder enige schade.
David larbalestier , een wetenschapper van het National High Magnetic Field Laboratory in Tallahassee, Florida, zegt dat de nieuwe kabels een perfect voorbeeld zijn van goede techniek. Er is hier geen nieuwe raketwetenschap. Ze hebben perfect standaard technieken toegepast om een kabel te maken. Larbalestier denkt echter niet dat de nieuwe kabels gemakkelijk hun weg naar de krachtoverbrenging zullen vinden. Veel mensen zouden graag supergeleiders voor hoge temperaturen gebruiken om een revolutie teweeg te brengen in de elektriciteitsvoorzieningsindustrie, zegt hij. Maar de industrie is relatief conservatief en niet gewend aan cryogenie. Aan de andere kant maakt de grote miljardenmarkt voor supergeleiders magneten die heel weinig stroom verbruiken.
De supergeleidende magneten van tegenwoordig bevatten niobium-titanium-draden die in spoelen zijn gewikkeld die maximaal 25 Tesla magnetische velden kunnen leveren. Magneten die zijn gemaakt met behulp van de nieuwe supergeleidende kabels voor hoge temperaturen, kunnen hogere velden geven, terwijl ze mogelijk minder stroom nodig hebben voor koeling. .
Het lage gewicht en de flexibiliteit zijn vooral aantrekkelijk voor het leger als vervanging voor de omvangrijke koperen kabels die grote hoeveelheden stroom vervoeren van generatoren naar wapens en apparaten aan boord van vliegtuigen en schepen. Als je kijkt naar het vervangen van standaard koperkabels op een marineschip, dan moet je de kabel door bestaande leidingen met veel scherpe bochten kunnen trekken, zegt Van der Laan. Hij maakt nu een demonstratiekabel voor het Amerikaanse leger. Onderzoekers bij CERN (de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek) in Zwitserland zijn ook geïnteresseerd in het gebruik van de dunne kabels om de enkele duizenden ampère stroom naar de magneten die bij de Large Hadron Collider .