Дослідники з Нової Зеландії, США і Швейцарії створили і протестували високотемпáний надпровідний кабель, що відрізняється надійністю, простотою конструкції, термостійкістю і високою механічною стабільністю. Результати експериментів опубліковані в журналі.
Надпровідність - стан матеріалу, що передбачає відсутність електричного опору. Воно спостерігається більш ніж у сотні елементів і з'єднань, і їх число постійно поповнюється. Стан досягається при охолодженні речовини або сполуки до певної (критичної) температури і при нормальному тиску ця температура нижче 100 кельвін для більшості матеріалів.
За допомогою надпровідників можна отримувати сильні магнітні поля, які можна застосовувати, наприклад, в токамаках і стелараторах - реакторах для керованого термоядерного синтезу, а також в коллайдерах, маглевах і в інших цікавих проектах. Обмотка реакційної камери з надпровідного кабелю в токамаці організовує тороїдальні магнітні поля, які утримують плазму на відстані від стінок камери, які не здатні витримати температуру плазми, рівну 108 і більше кельвін.
Проблема в тому, що надпровідні кабелі мають ненадійну багатошарову конструкцію, а сильне магнітне поле здатне видавити жили надпровідника з-під обмотки кабелю назовні. Обслуговувати і виробляти кабелі дорого, вони потребують регулярної подачі кріогенного охолоджувача для підтримки стану надпровідності. Крім того, монтувати такі кабелі складно - місця контакту вразливі і недовговічні. Будь-яке порушення структури призводить до виникнення електричного опору і нагріву, що розриває ланцюжок надпровідності. Ці недоліки гальмують вивчення керованого термоядерного синтезу, збільшуючи собівартість енергії, отриманої таким шляхом.
Захарі Хартвіг (Zachary S Hartwig) з Массачусетського технологічного інституту разом з колегами представив надпровідний кабель, що поєднує в собі відносно невелику вартість виготовлення і високу надійність. Розробка отримала назву VIPER (Vacuum pressure impregnated, Insulated, Partially transposed, Extruded and Roll-1916 ed) - акронім технологічних процесів його виготовлення і структури. Основа кабелю складається з впаяних у мідний сердечник методом вакуумної просочення скручених стрічок надпровідникових матеріалів GdBa2Cu3O7 ‑ ^ і YBa2Cu3O7 ‑ x - оксидів гадолінія-барія-міді та іттрія-барія-міді. У центрі кабелю розташований канал для холодоагента. Зверху кабель покритий додатковою мідною оболонкою і опціонально може бути обернутий нержавіючою сталлю. Саме за рахунок паяної цільної конструкції та оптимального співвідношення товщини мідної основи і надпровідних стрічок досягається висока стабільність кабелю.
Творці відзначають простоту з'єднання декількох кабелів такого типу між собою: кінець кабелю покривають сріблом, а контакт відбувається за допомогою двояковогнутого сполучного елемента з міді з дротом з індія, в пази якого вкладаються кабелі. Конструкцію легко можна дублювати на великі довжини і її вартість обіцяє бути невисокою при очікуваному попиті 1000 кілометрів на рік на надпровідні кабелі.
Розробку випробували в Інституті Пауля Шеррера, в Швейцарії на установці для тестування магнітів і кабелів SULTAN, здатної генерувати магнітне поле до 11 Тесла і струм до 100 кілоампер. Кілька кабелів піддавали впливу сил рівних від 136 до 382 кілоньютон на метр, при проходженні максимального струму до 35 кілоампер і магнітного поля 10,9 Тесла на метр, протягом від 150 до 2000 циклів роботи. При максимальному навантаженні 382 кілоньютон на метр, що майже в чотири рази більше попереднього рекорду в 102 кілоньютон на метр, деградація провідних властивостей виявилося незначною, і склала не більше 4,1 відсотка. Конструкція кабелю також показала високу криостабільність і витримала три послідовних теплових імпульсу від нагрівача потужністю 45 ват, швидко повертаючись до робочого значення температури і зберігаючи надпровідні властивості.
Конструктори стверджують, що їх кабель планується використовувати в проекті нового токамака SPARC, будівництво якого заплановано на 2021 рік. На відміну від купратів-кераміків в ролі надпровідників в кабелі VIPER, надпровідність в твердому матеріалі на основі сірководню і метану нещодавно досягли при температурі вище нуля градусів Цельсія. Щоправда, тиск, необхідний для збереження надпровідності в цьому матеріалі, має перевищувати 1,4 мільйона атмосфер.