Newsletter

Εγγραφείτε στο newsletter μας:

ΤΟΚΙΟ: - Τρένα χωρίς ρόδες θά φτάνουν 500kph

2014-09-09 17:42
TAKASHI Kurokawa, Nikkei συγγραφέας 

Ένα τρένο maglev τρέχει κατά μήκος μιας πίστας δοκιμών σε Yamanashi Prefecture, δυτικά του Τόκιο. © Ευγενική προσφορά του JR Tokai

ΤΟΚΙΟ - JR Tokai, η σιδηροδρομική επιχείρηση στην κεντρική Ιαπωνία, έχει προγραμματιστεί να αρχίσει την κατασκευή το φθινόπωρο στη γραμμή Γραμμική Chuo Shinkansen. Η γραμμή είναι μαγνητικά ανυψώθηκε, ή maglev, τα τρένα θα είναι ο ταχύτερος στον κόσμο, τρέχει με ταχύτητα έως 500kph.

     Το τρένο φτάνει ταχύτητες πιο κοινή σε αεροπλάνα, χρησιμοποιώντας ένα σύστημα maglev υπεραγώγιμων που ωθεί προς τα εμπρός σε ένα μαγνητικό πεδίο μεταξύ της γραμμής και τη μεταφορά, την εξουδετέρωση των τριβών. Το μυστικό είναι η τεχνολογία υπεραγωγιμότητας της Ιαπωνίας, η οποία έχει βελτιωθεί με την πάροδο πολλών ετών. Η νέα γραμμή έχει προγραμματιστεί να πάει σε υπηρεσία μεταξύ Τόκιο και Ναγκόγια το 2027, μείωση του χρόνου ταξιδιού μεταξύ των δύο πόλεων κατά περισσότερο από το μισό, από 90 λεπτά σήμερα τοShinkansen υπερταχείες αμαξοστοιχίες σε 40 λεπτά.

 

     JR Tokai δοκιμάζει το τρένο maglev σε ένα τμήμα της γραμμής που εκτείνεται για περίπου 43 χιλιόμετρα σε Yamanashi Prefecture. Είναι επιπλέει περίπου 10 cm πάνω από την πίστα, χάρη σε μια σειρά από υπεραγώγιμων μαγνητών ενσωματωθεί στις 3-μετρητή σε ολόκληρη αυτοκίνητα, συμπεριλαμβανομένων των συνδέσμων. Σε μια ταχύτητα 500kph, το τρένο τρέχει από το ένα άκρο της πίστας δοκιμών στην άλλη - για την απόσταση του μαραθωνίου - σε μόλις 5 λεπτά.

Την pole position

Το τρένο maglev τρέχει κατά μήκος ενός "κομμάτι" που ονομάζεται οδηγός της, η οποία έχει σχήμα U διατομή. Πηνία Propulsion τρέξει σε ελλειπτική βρόχους κατά μήκος των δύο τοιχωμάτων του οδηγού-, δημιουργώντας μαγνητική δύναμη, όταν ηλεκτρικό ρεύμα περνά μέσα από αυτά. Μετέωρου και καθοδήγηση πηνία, εν τω μεταξύ, διαμορφώνονται σε οχτάρια που δημιουργούν τη δική τους μαγνητική δύναμη όταν υπεραγώγιμων μαγνητών του τρένου περάσει από πάνω τους. Αυτά τα πηνία διατάσσονται σε περιπτώσεις μέτρηση περίπου 1 τετραγωνικό μέτρο κατά μήκος του δρόμου οδηγήσεως.

     Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω των πηνίων πρόωσης, ένα μαγνητικό πεδίο παράγεται. Οι δυνάμεις έλξης και απώθησης μεταξύ των πηνίων και των υπεραγώγιμων μαγνητών στο τρένο την κίνηση του αυτοκινήτου προς τα εμπρός.Η ταχύτητα του συρμού ρυθμίζεται μεταβάλλοντας το χρονισμό της μετατόπισης της πολικότητας του μαγνητικού πεδίου των πηνίων πρόωσης »μεταξύ Βορρά και Νότου. Το τρένο έχει μια μέγιστη καταγεγραμμένη ταχύτητα 581kph, αν και είναι τεχνικά δυνατόν να αυξήσει αυτό το ποσοστό είναι πολύ υψηλότερο.

     Για να δημιουργήσετε αιώρηση και πλευρική ισορροπία στο τρένο, ένα φαινόμενο που ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή χρησιμοποιείται. Καθώς το τρένο περνά κατά μήκος του δρόμου οδηγήσεως, ένα ηλεκτρικό ρεύμα επάγεται στο αιώρηση και την καθοδήγηση πηνία, δημιουργώντας απέναντι μαγνητικών πόλων των άνω και κάτω βρόχους των οχτάρια. Οι θηλιές του επάνω να γίνει το αντίθετο από τους μαγνήτες του τρένου, που παράγουν έλξη, η οποία τραβά το τρένο επάνω. Οι χαμηλότερες βρόχοι έχουν το ίδιο πόλο όπως τους μαγνήτες. Αυτό δημιουργεί απώθηση, η οποία ωθεί το τρένο προς την ίδια κατεύθυνση - up. Οι δυο δυνάμεις συνδυάζονται για να μετεωρίζονται το τρένο, διατηρώντας παράλληλα την πλευρική ισορροπία του ανάμεσα στα τοιχώματα του δρόμου οδηγήσεως.

Slip-ολίσθησης

Το μπροστινό και το πίσω αυτοκίνητα ζυγίζουν 35 τόνους το καθένα, και τα αυτοκίνητα στο μεταξύ ζυγίζουν 25 τόνους το καθένα. Παρά το βαρύ φορτίο, οι υπεραγώγιμων μαγνητών παράγει μια δύναμη περίπου 1 tesla, αρκετά ισχυρή για να ωθήσει το τρένο περίπου 10 cm πάνω από την πίστα. Στη θεωρία, ο δρόμος οδηγήσεως δεν απαιτεί πυθμένα, αφού η δύναμη αιωρούμενο δημιουργείται από τα πηνία στους τοίχους.

     Υπεραγώγιμων μαγνητών παράγουν δύναμη με τον ίδιο τρόπο όπως και τακτική ηλεκτρομαγνήτες, αλλά είναι μικρότερα και ελαφρύτερα για μια ισοδύναμη ποσότητα της δύναμης. Επειδή δεν έχουν ηλεκτρική αντίσταση, ένα ρεύμα που περνά μέσα από αυτά συνεχίζει να ρέει, και μπορεί να μετατραπεί πλήρως σε μια ισχυρή μαγνητική δύναμη. Για τους απλούς μαγνήτες για την παραγωγή της ίδιας ποσότητας της βίας, περισσότερο ηλεκτρικό ρεύμα πρέπει να εφαρμοστεί, γεγονός που τις καθιστά 100 φορές τόσο βαριά όσο υπεραγώγιμων μαγνητών, δήλωσε ο Ken Nagashima, επικεφαλής του τμήματος τεχνολογίας συστημάτων maglev στο Σιδηροδρομικό Τεχνολογικό Ινστιτούτο Έρευνας. Αυτό τους καθιστά ανέφικτη για χρήση σε τρένα maglev.

     Ένα κράμα νιοβίου-τιτανίου έχει χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσει υπεραγώγιμων μαγνητών για τρένα maglev αφού αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά το 1962, όμως, να φθάσουν υπεραγωγιμότητα, αυτά πρέπει να διατηρούνται εν ψυχρώ. Πολύ κρύο. Το κράμα ψύχεται με υγρό ήλιο σε θερμοκρασία μείον 269 C. Αν και το κράμα διατηρεί υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασίες έως μείον 263 C, το σύστημα λειτουργεί σε maglev 6 βαθμούς χαμηλότερη για να παράγει επαρκή μαγνητική δύναμη.

Κριτική σκέψη

Η υπεραγωγιμότητα ανακαλύφθηκε σε υδράργυρο σε θερμοκρασία μείον 269 C από Heike Kamerlingh Onnes, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Leiden στην Ολλανδία, περισσότερα από 100 χρόνια πριν.

     Ως επιστήμονες ανέπτυξαν νέα υλικά, η θερμοκρασία στην οποία λαμβάνει χώρα η υπεραγωγιμότητα, που είναι γνωστή ως η κρίσιμη θερμοκρασία, αυξήθηκε σταδιακά. Το κράμα νιοβίου-τιτανίου που αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1950 ήταν εύκολο να επεξεργαστεί και να είναι κατάλληλα για βιομηχανική χρήση. Πριν αναπτύχθηκε το σύστημα τρένων maglev, μαγνητική τομογραφία συσκευές που χρησιμοποιούν κράματα νιοβίου-τιτανίου αναπτύχθηκαν στις ΗΠΑ και το Ηνωμένο Βασίλειο κατά το δεύτερο ήμισυ της δεκαετίας του 1970. MRI μηχανές είναι πλέον κοινός τόπος σε νοσοκομεία. Αλλά επειδή το υγρό ήλιο είναι ακριβό, βιομηχανικές εφαρμογές για την υπεραγωγιμότητα δεν έχουν εξαπλωθεί ευρέως πέρα ​​από MRI μηχανές και τρένα maglev.

     Το 1986, μια ελβετική ερευνητική ομάδα ανακάλυψε ένα οξείδιο του χαλκού που έχει υπεραγωγιμότητα σε μία σχετικά υψηλή θερμοκρασία με έναν τρόπο που δεν θα μπορούσε να εξηγηθεί από την συμβατική θεωρία. Παρά το γεγονός ότι η κρίσιμη θερμοκρασία είναι ακόμα κρύο, στους μείον 243 C, το φαινόμενο ονομάστηκε υπεραγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας, επειδή υπερέβη το όριο της θεωρίας. Οξείδια του χαλκού που γίνονται υπεραγώγιμα όταν ψύχονται με υγρό άζωτο (-196 C) ανακαλύφθηκαν στις ΗΠΑ το 1987 και στην Ιαπωνία το 1988 Αυτές ονομάζονται τον τύπο ύττριο και το είδος βισμούθιο, αντίστοιχα, με βάση τη χημική τους σύνθεση. Είναι πιθανό να αποδειχθούν πολύτιμες επειδή το υγρό άζωτο είναι φθηνότερα από ό, τι το υγρό ήλιο.

     JR Tokai έτρεξε δοκιμές για ένα τρένο maglev εξοπλισμένο με βισμούθιο-τύπου υπεραγώγιμων μαγνητών υψηλής θερμοκρασίας το 2005 με σκοπό τη χρήση τους σε τρένα στο μέλλον. Η εταιρεία διαπίστωσε ότι το τρένο ήταν σε θέση να διατηρήσει μια μέγιστη ταχύτητα περίπου 554kph χρήση υπεραγώγιμων μαγνητών ψύχεται στους μείον 253 C, 16 βαθμούς υψηλότερα εκείνων που ψύχονται με υγρό ήλιο. Επιπλέον, οι μαγνήτες μπορούν να ψύχονται απ 'ευθείας από τα ψυγεία χωρίς τη χρήση είτε υγρό ήλιο ή υγρό άζωτο.

     Τέτοια ψυγεία έχουν μια απλή δομή και είναι πιο εύκολο να διατηρηθεί από εκείνους που χρησιμοποιούν ψυκτικά υγρά. Με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών που, JR Tokai αναπτύσσει ένα υπεραγώγιμο μαγνήτη υψηλής θερμοκρασίας.

     Το άγιο δισκοπότηρο για την υπεραγωγιμότητα είναι να παράγει το φαινόμενο σε θερμοκρασία δωματίου. Μέχρι στιγμής, η υψηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία είναι μείον 138 C. Εάν ένα υπεραγώγιμο υλικό μπορεί να διατεθεί στην αγορά που λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου, οι απώλειες ενέργειας σε ηλεκτρικό εξοπλισμό θα πρέπει να μειωθούν και θα χρειάζονται λιγότερες μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, με αποτέλεσμα πολύ λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα που διοχετεύεται η ατμόσφαιρα και ένα χαμηλότερο κίνδυνο της υπερθέρμανσης του πλανήτη.