لا يتدفق التيار الكهربائي دائمًا في مسار مستقيم. تؤدي العيوب المجهرية داخل الموصل إلى اتخاذ مسار أكثر تعقيدًا، مما يشكل تحديًا كبيرًا للمهندسين والمصنعين الذين يسعون إلى إنشاء معدات موثوقة.

في جامعة ولاية فلوريدا (FSU) تصميمًا أصليًا للكابل يتم فيه لف الموصلات الفائقة بحيث يتجاوز التيار العيوب المحلية دون تجاوز العتبة الحرجة. بمعنى آخر، عندما يواجه عائقًا في أحد الوريدين، فإنه ينتقل إلى الوريد التالي ويستمر في التحرك.

ميزة هامة

تم وصف تطور يسمى CORC (موصل على Round Core) في المجلة علوم وتكنولوجيا الموصلات الفائقة. ميزتها الرئيسية هي الموصلية الفائقة عند تبريدها بغاز الهيليوم بدلاً من النيتروجين السائل. وهذا يوسع الخيارات المتاحة للمهندسين لأن الهيليوم يظل في حالة غازية على نطاق درجات حرارة أوسع من المبردات الأخرى.

“يساهم عملنا بشكل مباشر في إنشاء أسلاك فائقة التوصيل منخفضة التكلفة ويساعد على منع أعطال المعدات الناجمة عن عيوب في الموصل”، أوضح المؤلف المشارك في الورقة ساستري باميدي، القائم بأعمال مدير مركز أنظمة الطاقة المتقدمة ورئيس قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة ولاية فلوريدا.

كيف يعمل هذا

يتم تصنيع أسلاك CORC عن طريق لف شرائح متعددة فائقة التوصيل حلزونيًا. بدلاً من لحام الشرائط معًا، فإنها تستخدم ضغط التلامس للسماح للتيار بالتدفق من شريط إلى آخر. وهذا يحافظ على مرونة السلك وقوة الشد.

إذا تم توزيع العيوب بشكل عشوائي عبر السلك، فمن غير المرجح أن تتركز في مكان واحد داخل الكابل. في عملية إعادة توزيع التيار، عند مواجهة عيب، ينتقل من شريط إلى آخر، مما يسمح لك باستخدام معظم الشريط المنتج، مما يقلل من النفايات ويقلل التكاليف.

للاختبار، أخذوا كابلًا بطول 25 مترًا مصنوعًا من أشرطة فائقة التوصيل “معيبة” (التي تم إدخال العيوب فيها عمدًا). تم جرح مغناطيس كهربائي مدمج منه. بعد تبريده إلى درجة حرارة 25 كلفن، حقق هذا الملف اللولبي ذروة مجال مغناطيسي قدره 4.6 تسلا عند تيار حرج قدره 4460 أمبير.

نتيجة التعاون

ووفقا لباميدي، جاء التطوير نتيجة للتعاون بين الباحثين والشركات الخاصة.

وأكد: “نحن لا نجري الأبحاث من أجل البحث، بل لها نتائج عملية”.

التعاون يجلب فوائد لجميع المشاركين والتي لا يمكن تحقيقها من خلال وسائل أخرى. تحصل الشركات الشريكة على إمكانية الوصول إلى الخبرة الهندسية والمعدات من الدرجة الأولى لحل المشكلات الفنية المعقدة.

إن تطبيقات الموصلات الفائقة واسعة للغاية: المحركات والمولدات الكهربائية، والطائرات والسفن الكهربائية، والمعدات الطبية، ومفاعلات الاندماج، ومراكز البيانات للذكاء الاصطناعي، وخطوط الكهرباء، ومنشآت تجارب فيزياء الطاقة العالية، وغير ذلك الكثير.

أينما يلزم نقل الكهرباء، فإن الأسلاك فائقة التوصيل تقوم بذلك دون خسارة، مما يسمح بآلات وأنظمة مغناطيسية أكثر كفاءة، بما في ذلك أنظمة الارتفاع المغناطيسي للقطارات عالية السرعة.

ومع ذلك، فإن إنتاج أسلاك فائقة التوصيل مهمة صعبة. تؤدي العملية التكنولوجية حتما إلى ظهور بعض العيوب في الشريط. كان الحل التقليدي لهذه المشكلة هو لحام العديد من المقاطع القصيرة لإنشاء مقطع طويل خالي من العيوب.

تطلبت الموصلات الفائقة الأولى درجات حرارة منخفضة للغاية، قريبة من الصفر المطلق، لكي تعمل. يقوم باميدي وغيره من الباحثين في CAPS بتطوير تقنيات جديدة تعتمد على الموصلات الفائقة عند درجات الحرارة العالية والتي يمكنها توصيل التيار دون مقاومة عند درجات حرارة تصل إلى 77 كلفن.