Китайские учёные представили стратегический отчёт по развитию высокотемпературных сверхпроводников

Институт физики Китайской академии наук (CAS) представил первый в мире стратегический исследовательский отчёт, посвящённый развитию высокотемпературных сверхпроводящих лент. Документ содержит чёткую дорожную карту для крупномасштабного применения высокотемпературных сверхпроводящих материалов.

В отчёте систематически рассмотрены глобальные исследования, разработки, индустриализация и состояние применения высокотемпературных сверхпроводящих лент на основе оксида меди, бария и редкоземельных элементов (REBCO). Впервые в нём сформулированы 10 ключевых научно-технологических проблем, стоящих перед этой областью.

Сверхпроводящие материалы обладают уникальными свойствами, такими как нулевое электрическое сопротивление и идеальный диамагнетизм. Они считаются стратегически важными передовыми материалами XXI века с широкими перспективами применения в ключевых секторах: энергетике, транспорте, здравоохранении и научных исследованиях. Их рассматривают как основу для будущих технологических прорывов.

Однако традиционные сверхпроводящие материалы требуют работы при экстремально низких температурах, что влечёт высокие затраты на охлаждение и зависимость от дефицитных ресурсов гелия. В результате на протяжении десятилетий применение сверхпроводящих технологий в основном ограничивалось такими областями, как ускорители частиц и аппараты МРТ.

В отличие от них, высокотемпературные сверхпроводящие материалы, представленные REBCO, имеют критическую температуру выше температуры кипения жидкого азота (минус 196 градусов Цельсия). Это значительно снижает затраты на охлаждение, одновременно демонстрируя существенно увеличенную токонесущую способность и устойчивость к сильным магнитным полям, что закладывает основу для более широкого применения.

В отчёте отмечается, что с момента начала коммерческого производства в 2006 году ленты REBCO продемонстрировали значительный потенциал в таких областях, как магнитный термоядерный синтез, высокотехнологичное медицинское оборудование, крупные научные установки и сверхпроводящие силовые устройства. В целом их применение сосредоточено в двух основных направлениях: энергосистемы и системы магнитов.

Хотя ленты REBCO вступили в раннюю стадию коммерциализации, остаётся значительный потенциал для улучшения их характеристик. Ключ к будущему развитию, как сказано в отчёте, заключается в системном продвижении совместных инноваций в области материалов, производства и применения.

Отчёт также впервые систематически выделил 10 ключевых научно-технологических проблем, препятствующих крупномасштабному применению лент REBCO.

«Эти десять ключевых проблем вытекают из нашего глубокого исследования всей цепочки — от исследований и разработок до применения, — сказал Фан Чжун, академик CAS и директор Института физики. — Соотнесясь с основными национальными потребностями, такими как термоядерный синтез и сверхпроводящие энергосети, и проанализировав разрыв между существующими материалами и практическим применением, мы прояснили конкретные направления, которые необходимо решить для перехода от "пригодного к использованию" к "отличному"».

Чэн Цзиньгуан, заместитель директора Института физики, заявил: «Мы надеемся, что, раскрыв эти ключевые научно-технологические проблемы, мы сможем объединить инновационные силы из различных секторов для достижения совместных прорывов и содействия скачкообразному развитию области высокотемпературной сверхпроводимости в Китае».