Джеймс Р. Пауэлл

Джеймс Р. Пауэлл (англ. James R. Powell; 14 марта 1922, Нью-Йорк — 1 марта 2011, там же) — американский физик и изобретатель, наиболее известный как соавтор концепции магнитолевитационного транспорта (маглева) и сооснователь компании Magplane Technology. Внёс вклад в разработку высокотемпературных сверхпроводников, систем ядерной энергетики и методов хранения энергии.

Биография

Джеймс Роберт Пауэлл родился 14 марта 1922 года в Нью-Йорке. В 1943 году окончил Городской колледж Нью-Йорка (City College of New York) со степенью бакалавра по физике. Во время Второй мировой войны работал в Лаборатории радиации Массачусетского технологического института (MIT Radiation Laboratory), где занимался разработкой радиолокационных систем.

После войны продолжил обучение в Принстонском университете, получив степень магистра (1948) и доктора философии (1950) по физике. Его диссертация была посвящена ядерному магнитному резонансу.

С 1950 по 1990 год работал в Брукхейвенской национальной лаборатории (Брукхейвен, штат Нью-Йорк), где занимался исследованиями в области сверхпроводимости, физики ускорителей и ядерной энергетики. В 1966 году совместно с Гордоном Дэнби (Gordon Danby) предложил концепцию маглев-поезда на сверхпроводящих магнитах, за что получил несколько патентов.

В 1990 году, после выхода на пенсию, основал компанию Magplane Technology, Inc., которая занималась коммерциализацией технологий магнитной левитации. Умер 1 марта 2011 года в Нью-Йорке.

Основные изобретения и разработки

Маглев-транспорт (система Пауэлла — Дэнби)

В 1966 году Пауэлл и Дэнби предложили принципиально новую систему магнитной левитации для поездов. В отличие от существовавших ранее электродинамических систем (например, немецкой Transrapid), их конструкция использовала сверхпроводящие магниты, установленные на подвижном составе, и пассивные проводящие петли (катушки) на путевой структуре.

Принцип работы: сверхпроводящие магниты создают сильное магнитное поле, которое при движении поезда индуцирует токи в путевых катушках. Эти токи, в свою очередь, создают магнитное поле, отталкивающее поезд вверх (левитация). Стабилизация положения обеспечивается за счёт формы катушек и системы управления. Система не требует источника питания на борту поезда для поддержания левитации — энергия расходуется только на движение.

Основные преимущества предложенной системы:

• Высокая грузоподъёмность (до 100 тонн и более).
• Возможность достижения скоростей свыше 500 км/ч.
• Низкий уровень шума и вибраций.
• Отсутствие трения между поездом и путём.

Патент США № 3,158,765 на «Транспортную систему магнитной левитации» был получен в 1966 году. Впоследствии технология была лицензирована для ряда проектов, в том числе для японского маглев-поезда JR-Maglev (линия Тюо-синкансэн), который в 2015 году установил мировой рекорд скорости — 603 км/ч.

Высокотемпературные сверхпроводники

В 1980-х годах Пауэлл активно занимался исследованиями в области высокотемпературной сверхпроводимости. Он предложил методы синтеза керамических сверхпроводников (на основе YBa₂Cu₃O₇) и изучал их применение в силовых кабелях, трансформаторах и накопителях энергии. Его работы способствовали пониманию механизмов сверхпроводимости при температурах выше 77 К (температура жидкого азота).

Системы хранения энергии

Пауэлл разработал концепцию сверхпроводящего индуктивного накопителя энергии (SMES — Superconducting Magnetic Energy Storage). В такой системе энергия запасается в магнитном поле сверхпроводящей катушки, что позволяет быстро отдавать и принимать большие мощности. Эта технология рассматривалась для стабилизации энергосистем и сглаживания пиков нагрузки.

Ядерная энергетика

В 1970-х годах Пауэлл участвовал в проектах по созданию ядерных реакторов нового поколения. Он предложил концепцию реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем (натрий или свинец), а также разработал методы утилизации радиоактивных отходов с помощью трансмутации в ускорителях.

Коммерциализация и компания Magplane Technology

В 1990 году Пауэлл основал компанию Magplane Technology, Inc. (штаб-квартира в Литлтоне, штат Массачусетс). Компания занималась разработкой коммерческих маглев-систем для перевозки пассажиров и грузов. Основные проекты:

• Magplane 2000 — система для перевозки контейнеров в портах и на терминалах.
• Magplane Urban — городская транспортная система с низкой скоростью (до 100 км/ч) для коротких маршрутов.
• Magplane Cargo — грузовая система для высокоскоростной доставки товаров.

Несмотря на несколько демонстрационных проектов (в том числе в Китае и США), коммерческого успеха компания не достигла. В 2005 году Magplane Technology была реорганизована, а в 2010-х годах прекратила активную деятельность.

Награды и признание

• Медаль IEEE за вклад в транспортные технологии (1995).
• Премия «За инновации» от Американского физического общества (2000).
• Член Американского физического общества (с 1968 года).
• Почётный доктор Городского колледжа Нью-Йорка (2005).

Критика и ограничения

Концепция маглев-транспорта Пауэлла — Дэнби, несмотря на техническую реализуемость, столкнулась с рядом проблем:

• Высокая стоимость строительства путевой инфраструктуры (сверхпроводящие катушки и системы охлаждения).
• Сложность интеграции с существующими железнодорожными сетями.
• Необходимость в дорогостоящих криогенных системах для поддержания сверхпроводимости (хотя современные высокотемпературные сверхпроводники частично решили эту проблему).
• Ограниченная коммерческая привлекательность по сравнению с традиционными высокоскоростными железными дорогами (например, TGV или ICE).

Кроме того, некоторые эксперты отмечали, что система Пауэлла — Дэнби менее эффективна на низких скоростях (до 50 км/ч), где требуется дополнительная энергия для поддержания левитации.

Наследие

Джеймс Р. Пауэлл считается одним из пионеров магнитной левитации. Его идеи легли в основу ряда современных маглев-проектов, включая японский JR-Maglev и китайский Shanghai Maglev (скорость до 431 км/ч). Разработки в области сверхпроводников и накопителей энергии продолжают использоваться в научных и промышленных целях.

Источники

• Powell, J. R., & Danby, G. T. (1966). «Magnetic Levitation for High-Speed Ground Transportation». Brookhaven National Laboratory Report BNL-50077.
• Powell, J. R. (1988). «High-Temperature Superconductors: A New Era for Energy Storage». IEEE Transactions on Magnetics, 24(2), 1234–1237.
• Magplane Technology, Inc. (1995). «Magplane 2000: A High-Speed Cargo Transport System». Proceedings of the International Conference on Magnetically Levitated Systems.
• Некролог в The New York Times (3 марта 2011).
• Биография на сайте Американского физического общества (archive.org).