Сверхпроводящие кабели

Содержание

Вступление…………………………………………………………….…...…...2

Конструкция сверхпроводящих пар……………………………………………16

Сверхпроводящие кабели для линий связи…………………………………….18

Сверхпроводящий энергетически-информационный кабель………..…18

Специализированные сверхпроводящие кабели связи………………....22

Перспективы дальнейшего развития и использования…………………….….27

Передача энергии……………………………………………………..…..28

Применение сверхпроводников на железных дорогах…………...…….33

Заключение………………………………………………………………….....34

Список использованной литературы…………………………………….…..35

ВСТУПЛЕНИЕ

В последние годы происходит интенсивное использование кри­огенных температур в различных областях техники. Криогеника позволяет поновому решать задачи в таких традиционных обла­стях как связь и радиотехника. Глубокое охлаждение и явление сверхпроводимости являются чрезвычайно эффективны­ми для дальнейшего улучшения характеристик кабельных линий связи и придания им новых свойств, таких как низкое затухание, полная электромагнитная защищенность, экстремально низкие те­пловые шумы.

Сверхпроводящие коаксиальные миниатюрные линии исследо­вались с 1960 г. Вначале рассматривалось их применение в широкополосных линиях задержки, запоминающих устройствах ЭВМ, рециркуляторах импульсов. И лишь с 1970 г. нача­лось изучение возможностей использования сверхпроводящих ли­ний в системах связи. Работы начались примерно одно­временно в СССР и Японии, а затем — в ФРГ и Франции. В двух последних странах проводились только расчетно-теоретические ис­следования.

Разработки в промышленно развитых странах сверхпроводя­щих линий электропередачи (СП ЛЭП) до недавнего времени за­трагивали только вопросы передачи энергии. Большая техническая сложность СП ЛЭП заключается в том, что помимо пе­редачи электрической энергии необходимо обеспечить прокачку хладоагента, поддержание высокого вакуума на всем протяжении линии, передачу больших потоков информации для управления, при одновременном повышении надежности энергосистемы в целом.

Есть два пути передачи информации: либо на каждом неболь­шом участке выводить данные из криогенной оболочки наружу, в теплую зону, и уже затем передавать их по отдельной линии связи, либо передавать ее внутри криогенной оболочки. Для кабеля связи, размещаемого в криогенной оболочке, могут быть исполь­зованы миниатюрные сверхпроводящие коаксиальные пары, по­зволяющие передавать мощные сигнальные потоки в СП ЛЭП.

Кроме передачи «собственной» информации, необходимой для нормального функционирования энергосистемы, сверхпроводящие пары, проложенные внутри криогенной оболочки, могут быть ис­пользованы для образования огромного числа каналов связи общего назначения. В результате СП ЛЭП может быть превращена в комплексную энергетически-информационную линию передачи. Представляет интерес и промежуточное решение, когда сверхпро­водящий кабель связи прокладывается рядом, в одной траншее с силовым сверхпроводящим кабелем, и оба они «питаются» от об­щих криогенных станций.

До сих пор ведутся работы по созданию и внедрению сверхпроводящего энер­гетически-информационного кабеля, состоящего из силового и свя­зного кабелей, находящихся в общей криогенной оболочке. В 1974 г. была испытана первая модель сверхпроводящей коаксиальной линии связи, предназначенной для размещения сверхпроводящей ЛЭП в криогенной оболочке. В 1975—1977 гг. изготовлен первый опытный образец энергетически-информационного сверхпроводящего кабеля (ГСПК-50) длиной 50 м и в 1978—1980 гг. проведены его комплексные испытания. А к 1988 разработана, изготовлена и исследована модель линии связи для опытного участка сверхпроводящей ЛЭП длиной 1 км.

КОНСТРУКЦИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ПАР

В табл. 4 представлены данные о конструктивных элементах сверхпроводящих коаксиальных пар, описанных вначале. Наибольшее разнообразие конструкций имеется у пар типа 1 (табл. 4). К этому типу относятся коаксиальные пары с волн новым сопротивлением 50 и 75 Ом, диаметром по изоляции 0,87—1,5 мм и изоляцией из фторопластов различных типов. Внешний проводник может быть выполнен в виде монолитной свинцовой трубки, сформован из свинцового листа или по­лучен напылением в вакууме; внутренний проводник— проволока из ниобия. В основном это опытные образцы, предназ­наченные для различных криоэлектронных устройств.

Второй тип пар представлен фактически одной конструкцией, но тщательно отработанной для серийного выпуска. Изоля­ция выполнена из полиэтилена или фторполимеров, а проводни­ки — из освинцованных медных материалов. К третьему типу относятся пары с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом и изоля­цией из фторопласта Ф-4Д и Ф-4МБ. Для изготовления про­водников применены проволока и фольга из ниобия. Были использованы серийно выпускаемые материалы, но они подверга­лись обработке, сделавшей их более пригодными для работы на СВЧ. В результате получены сверхпроводящие коаксиальные пары с проводниками из ниобия и исследованы их характеристики: регулярность волнового сопротивления по длине, затухание в частотной области 0,1—16 ГГц и в температурном диапазоне 4,2— 10 К. Исследования показали пригодность этих пар для линий связи. Ниже рассмотрены характеристики описанных пар.

Таблица 4