高温超导引领未来军事革命

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1、高温超导引领未来军事革命什么是高温超导记者（以下简称记）：请蔡总先给浅们介绍下什么是超导技术？蔡传兵教授（以下简称蔡）：有一些类型的金属材料，像钛、飢、辂、镰和一些合金及氧化物，当将其置于特别低的温度下（临界转变温度）时，此时其电流通过时的电阻为零，这种现象就是超导现象，这些能够实现超导的物质就是超导材料。由于材料实现超导的临界转变盈度非常低，最早都在零下200多摄氏度。为了让超导材料有实用性，人们开始逐步探索高温下的超导材料，当然这里的高温是相对于原来零下200多度而言的，实际温度并不高。从上世纪八十年代到现在，高温超导材料的临

2、界温度从零下二百多度上升到零下一百到几十摄氏度。目前，临界温度最高的高温超导材料是美国科学家于2009年发现的一种合成材料，其临界温度是零下19摄氏度。现在常见的高温超导材料主要有两类，轨钦铜氧和钱键钙铜氧。轨顿铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等弱电领域，钱锲钙铜氧主要用于线材的制造，应用在强电领域。记：既然有高温超导，那是不是还有低温超导？蔡：是的。低温超导和高温超导按临界转变温度来分的,临界温度低于30K,也就是零下243摄氏度条件下的就是低温超导，在此状态下能实现超导的材料就是低温超导材料。低温超导材料需要在液氮中

3、工作，由于液氮的制备及制冷费用极为昂贵，所以其应用受到很大限制，目前应用很少。而高温超导材料可以在廉价的液氮制冷环境中工作,因而应用比较广泛。高温超导材料的应用记：高温超导材料都能应用在哪些方面？蔡：高温超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用包括超导发电、输电和储能等；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。记：这些都是如何应用的？蔡：基本都是利用超导材料在超导状态下的零电阻和完全抗磁性特征，这样因此只

4、需消耗极少的电能，就可以获得稳态的强磁场。比如在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万〜6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量可以比常规发电机提高5〜10倍，而体积却减少1/2,整机重量减轻1/3,发电效率提高50%。尤其风力发电机，因为要架在几十米高的支柱上，对体积和重量要求很高,只有超导材料才能做到，所以高温超导风力发电机是5兆瓦以上风力发电系统的目前唯一选择。另外，超导材料还可用于建造超导磁体计算机。高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集

5、排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件问的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，就不存在散热问题,可以大大提高同级别计算机的运行速度。至于利用超导技术制造的磁悬浮列车，目前已经有成功运行的，其原理大家也都熟悉，就不多讲了。高温导材料的军事用途记：上述这些应用都是民用的，它在军事领域有什么应用？蔡：高温超导军事上可以应用的地方也很多。比方说军舰，前面提到过超导材料在民用领域可以用来研制高效的发电机和电动机，所以可以将超导发电机与涡轮发动机直接对接，组成高效

6、紧凑的发电模块，将超导低转速大扭矩电动机直接与螺旋桨连接，作为舰船的电力推进系统，从而研制出全电推进舰艇。实际上，这种应用研究已经有了结果，英美海军很早就将性能优越的超导电机作为舰船电力推进的理想动力设备，投入巨资进行开发和研究，已分别成功地进行2200kW和1000kw超导单极电机组成的超导直流电力推进系统的实船实验，同时还分别进行过30MW和50MW大容量超导单极电机的研究和试制，目前这些技术已经部分应用在新建的舰艇上，像英国新服役的45型驱逐舰，其采用的电力推进系统和舰上的配电网络就大量应用了高温超导技术。在军舰上应用高温超

7、导电机，其舰船体积重量更小，空间布置更灵活，推进系统运行更加可靠，效率更高，控制更方便，调速性能更好，能大大提高隐蔽性，达到高速安静运行，具有重要的军事意义。除了使用高温超导电机驱动螺旋桨推进外，船舶还可以直接使用超导电磁力推进。现在国际上已有3艘超导电磁推进船试验成功。超导电磁力推进装置是按照电磁原理设计的。在舰艇上安装电磁铁，在磁场和电流的相互作用下，海水向后运动。在海水的反作用力下，舰艇将获得向前的推力。超导舰艇既不需要发动机，也不需螺旋桨，能有效地消除噪音、降低红外辐射，从而大大提高生存能力和快速机动的突防能力。此外，高温

8、超导材料在强电领域还有一个用途具有重要的军事意义，那就是储能。超导储能装置是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或其他负载的一种电力设施。由于储能线圈由超导线绕制且维持在超导态，线圈中所储能几乎无损耗地永久储存下去直到需要释放