К.А ФОМИЧЕВ

Научный руководитель - А.Н. ДИДЕНКО, д.ф.-м.н., профессор

 

Московский государственный инженерно-физический институт

 (технический университет)

 

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИя СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ВОЛНОВОДОВ В ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

 

 

Проведен анализ возможности передачи СВЧ энергии на дальние и сверхдальние расстояния по волноводам из высокотемпературного сверхпроводящего материала. Рассмотрены основные технические преимущества передачи СВЧ энергии по сверхпроводящим линиям, из которых следуют широкие возможности метода.

 

Подпись: Рис. 1 Зависимость затухания волн от n для
 Свинцовых  и ниобиевых  волноводов.

Для передачи энергии на большие расстояния перспективно использовать линии электропередачи на основе высокотемпературных сверхпроводящих волноводов. В связи с тем, что потери в них малы, КПД линии, без учета расходов на охлаждение будет близок к 100%. Использование волноводов также выгодно с точки зрения безопасности, так как отпадает вопрос об изоляции. Также отсутствуют недостатки присущие линиям электропередачи открытого исполнения. Для передачи СВЧ энергии на расстояния целесообразно использовать волноводы круглого сечения с типом волны Н01, так в этом случае достигается самый низкий коэффициент затухания. Физически малое затухание волн типа Н0n объясняется отсутствием у них

продольных токов. Интересной особенностью сверхпроводящих волноводов в широком диапазоне частот и температур является то, что для волн типа Н0n коэффициент затухания не уменьшается с увеличением n = f/fкр, а стремится к некоторому пределу (рис. 1). К тому же возрастают потери в волноводе, связанные с увеличением частоты. Поэтому при заданной частоте максимальный размер волновода должен выбираться не из условия уменьшения затухания, а из условия отсутствия пробоя и отсутствия возбуждения паразитных типов колебаний, возникающих из-за неоднородностей тракта и кривизны его продольной оси, на которые расходуется часть передаваемой энергии. При радиусе волновода 0,3 метра, при частоте 1ГГц можно передавать электрическую мощность порядка 400 МВт при коэффициенте запаса по электрической прочности равном 2. Эффективность линии будет достигать 98% при передаче энергии на 10000 км. Целесообразно использовать более низкие частоты, так как с уменьшением частоты сильно уменьшаются потери на единицу длины волновода, поскольку потери в сверхпроводящих линиях пропорциональны квадрату частоты. Предельная мощность, передаваемая по волноводу. ограничивается его электрической прочностью. В качестве высокотемпературных сверхпроводящих волноводов предложено использовать медные волноводы с напылением YBaCuO. Для нанесения качественных покрытий на рабочую поверхность медной оболочки сверхпроводящей СВЧ структуры необходимо решить проблему обеспечения стабильности пленки YBaCuO толщиной 1-2 мкм В качестве буферного слоя между медью и YBaCuO лучше использовать твердый раствор AlCu. Металлические подложки, на которые наносятся пленки высокотемпературного сверхпроводящего материала должны иметь высокую теплопроводность и температуру плавления, быть немагнитными и иметь коэффициент температурного расширения близкий к коэффициенту расширения сверхпроводящей пленки. Для того чтобы метод передачи электроэнергии по сверхпроводящим волноводам был экономичен, необходимо использовать мощные СВЧ генераторы с высоким коэффициентом преобразования постоянных токов в токи высоких частот.

 

 

 

Список литературы

 

1.        Диденко А.Н., Зверев Б.В. СВЧ-энергетика. 2-е изд. М.: Наука, 2000. 264 с.

2.        Диденко А.Н. Сверхпроводящие волноводы и резонаторы. М.:Сов. Радио, 1973. 256 с.

3.        Диденко А.Н., Севрюкова Л.М., Ятис А.А. Сверхпроводящие ускоряющие СВЧ -структуры. М., Энергоатомиздат, 1981. 208 с.