Исследования сверхпроводящих подшипников на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП-подшипников) — это дальнейшее развитие идей технологии активных магнитных подвесов. Технология ВТСП-подшипников открывает новые перспективы для применения на АЭС и в других отраслях.

Эффективность ВТСП-подшипников

Эффект ВТСП-подшипников основан на свойствах высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП):
1. Пассивная и устойчивая магнитная левитация
В отличие от активного магнитного подвеса (АМП), требующего сложной электроники для удержания ротора, ВТСП-подшипник левитирует пассивно за счет (эффекта Мейсснера-Оксенфельда) способности сверхпроводника отталкивать магнитное поле. Что более важно, благодаря эффекту «пиннинга» (захвата магнитного потока) сверхпроводник не просто отталкивает магнит, но и фиксирует его в пространстве с определенной жесткостью. Это делает магнитную левитацию устойчивой даже без участия систем управления.
2. Нулевое энергопотребление и трение
АМП тратят энергию на создание магнитного поля. ВТСП-подшипник после охлаждения и намагничивания переходит в сверхпроводящее состояние и вообще не потребляет энергию для поддержания магнитной левитации. Ротор парит в вакууме, что устраняет не только механическое трение, но и аэродинамические потери.
3. Рекордная плотность тока
Использование современных ВТСП-лент позволяет увеличить плотность тока в 100 раз по сравнению с массивными сверхпроводниками, делая подшипники более компактными и мощными.

Перспективы для атомной энергетики

Применение ВТСП-подшипников способно решить крупные технические задачи, стоящие перед АЭС.
— Реакторы на быстрых нейтронах с газовым охлаждением: в проектах газоохлаждаемых реакторов, где турбины вращаются в среде гелия при высоких температурах, ВТСП-подшипники на основе ленточных композитов могут работать без масла и обеспечивать идеальное бесконтактное вращение.
— Главные циркуляционные насосы (ГЦН): замена механических подшипников на ВТСП-аналоги исключит риск попадания масла в первый контур, радикально снизит вибрации и повысит общую надежность системы.
— Кинетические накопители энергии для безопасности АЭС: эта технология открывает путь к созданию гигантских маховиков на ВТСП-подшипниках. Раскрученный ротор может вращаться месяцами, почти не теряя энергии. В случае аварии эта энергия мгновенно преобразуется в электричество для систем безопасности.
— Турбогенераторы для «вечных» миссий: сочетание ВТСП-подшипников и генераторов на сверхпроводниках приближает создание полностью «сухих» турбогенераторов с КПД, очень близким к 100%. Для космических ядерных энергоустановок и компактных АЭС это открывает невероятные возможности.

Ключевые технологические решения

Ученые создают готовую технологическую платформу:
— Пакеты-стопки из ВТСП-лент вместо объемной керамики: это решение позволяет легко создавать подшипники любой геометрии, адаптируя их под конкретные инженерные задачи.
— Измерение нагрузочных характеристик: в лаборатории «Сверхпроводящие энергетические системы» разработали методики точного измерения и математического моделирования, что важно для надежной работы тяжелых роторов турбин.

Освоение ВТСП-подшипников — это создание технического фундамента для совершенствования энергетических установок. ВТСП-подшипники — это практически базовая технология, открывающая путь к полностью «сухим» и необслуживаемым турбомашинам. Для российского атомпрома это означает возможность создания более безопасных, эффективных и технологически совершенных реакторных установок.