В этом году отмечается 100 лет открытия голландцем Камерлинг-Оннесом феномена сверхпроводимости, за что он был удостоен Нобелевской премии. Этот проект, представленный корпорацией «Русский сверхпроводник», один из самых амбициозных среди первых 16, отобранных жюри для иннограда «Сколково»

Ведь сверхпроводники сулят колоссальную экономию энергии. В принципе сфера их применения необъятная: ЛЭП, электродвигатели, генераторы, трансформаторы и т.д. Приманка огромной экономии влечет все ведущие страны, которые вкладывают в исследования большие суммы.

Впервые о фантастических возможностях феномена сверхпроводимости заговорили ровно 100 лет, сразу после его открытия голландцем Камерлинг-Оннесом. Физик наблюдал, как при температуре жидкого гелия минус 273 градуса электрическое сопротивление материала неожиданно упало до нуля. Явление настолько потрясло научный мир, что уже через два года ученый был удостоен Нобелевской премии. Обычно на такое признание уходят многие годы.

Вообще сверхпроводимость можно назвать феноменом и по числу Нобелевских премий. Ее в разные годы вручали еще шесть раз за исследования в данной области, причем среди лауреатов были наши соотечественники Лев Ландау, Петр Капица, Виталий Гинзбург, Алексей Абрикосов.

Но сдвинуться с формул и теорий к реальной экономике долгие годы физикам так и не удавалось. Непреодолимой преградой была крайне низкая температура, которая и породила феномен. Цена за ее поддержание «съедала» весь эффект от нулевого сопротивления. Более того, теории утверждали, что барьер незыблем. Казалось, что сверхпроводимость так и останется дорогой «игрушкой» для избранных, скажем для термоядерных установок «Токамак». Поэтому настоящей «научной бомбой» стало открытие в 1986 году Беднорцем и Мюллером высокотемпературной сверхпроводимости. Эффект наблюдался при температуре жидкого азота минус 196 градусов.

Причем они пошли путем, который лежал в стороне от магистрального. Все делали ставку на металлы, что выглядело вполне логичным. Они лучшие проводники тока. Беднорц и Мюллер стали экспериментировать с керамикой. На первый взгляд полный бред, ведь керамика ток вообще не проводит, наоборот является изолятором. Но именно невероятное и стало прорывом, награжденным очередным «Нобелем» по сверхпроводимости. Так дорога к новой энергетике была открыта.

Начался настоящий бум, в эту «золотую жилу» ринулись тысячи исследователей, и уже создано несколько десятков различных высокотемпературных сверхпроводников. Причем прогресс пошел настолько быстро, что вслед за первым поколением этих материалов, уже идет второе.

Сверхпроводники 1-го поколения уже вышли из стен лабораторий и выпускаются серийно, – рассказал корреспонденту «РГ» руководитель корпорации «Русский сверхпроводник» Александр Кацай. – На их основе российские ученые сделали самый длинный в Европе сверхпроводящий кабель – 200 метров, а рекордсменами здесь являются американцы – 600 метров. Но у материалов 1-го поколения есть существенный недостаток: сверхпроводимость практически исчезает во внешнем магнитном поле. Поэтому сфера их применения очень ограничена, главным образом это кабель. Но эти материалы мало пригодны для производства генераторов, моторов, трансформаторов, то есть всего, что является ядром промышленной энергетики. Иное дело сверхпроводники 2-го поколения, которые намного устойчивей. Именно с ними сегодня связаны надежды на прорыв в эффективности мощной электротехники.

Правда, при всех достоинствах данных материалов у них есть серьезный минус: их крайне сложно изготовить. Вначале надо сделать сам сверхпроводник из керамики. Это тонкая лента, на которую нанесены керамические и оксидные слои толщиной от десятков нанометров до нескольких микрон. Затем ленту необходимо одеть в «броню» из серебра и меди, создав слоеный пирог: металлическая подложка, защитный буфер и другие слои. Эта научная и инженерная задача настолько трудна, что пока в опытных образцах с ней удалось справиться лишь двум американским фирмам. На решение проблемы им понадобилось около 15 лет. И вот сейчас на нее замахнулись российские специалисты.

За два года нам удалось сделать сверхпроводящие ленты длиной около метра, которые по основным параметрам не уступают американским, – говорит Кацай. – Созданы уникальные, не имеющие аналогов в мире технологии нанесения слоев, в частности, ионного ассистированния, лазерная абляция, золь-технология. Сейчас создаем линии и уже в этом году будем выпускать куски сверхпроводника длиной десятки метров. На его основе начнем делать токоограничители, трансформаторы и накопители энергии. А первое изделие уже готово. Это ограничитель тока короткого замыкания. Он позволяет использовать на электроподстанциях более легкое и дешевое оборудование, повышается надежность, уменьшаются затраты на замену сгоревшего оборудования.

Конечная цель проекта – создать отечественную сверхпроводящую индустрию для большой энергетики. Проект реализуется на научно-производственной базе Росатома. Сформирована широкая кооперация, куда вошли более 40 отечественных организаций, в частности, Московский авиационный институт, Госуниверситет аэрокосмического приборостроения, Ленинградский электротехнический институт, Всероссийский электротехнический институт, РНЦ «Курчатовский институт», нескольких институтов Росатома.

Кстати

Когда-то один из патриархов сверхпроводимости, лауреат Нобелевской премии Виталий Гинзбург говорил, что у физиков есть путеводная звезда – сверхпроводимость при комнатной температуре. Именно она произведет настоящий переворот в технике. Об этом он писал Владимиру Путину, предлагая открыть в ФИАНе специальную лабораторию, которая должна ответить, возможно ли достичь такого эффекта в принципе. С тех пор прошло несколько лет, и вот недавно лаборатория появилась. К сожалению, Виталий Лазаревич уже ушел из жизни, так что его мечту могут воплотить молодые поколения российских ученых.

Автор: Юрий Медведев
«Российская газета» – Федеральный выпуск №5396 (20) от 2 февраля 2011 г.