超导材料的超导电性的应用

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1、超导材料的应用摘要：超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。虽然在实际应用超导材料中受到一系列因素的制约，但随着对超导材料的进一步的认识、研究和改性，超导材料的应用前景更加展示了广阔的前景。关键字：超导材料特性应用Abstracts:Superconductingmaterialshaveexcellentpropertiesmakeitshowstemptingprospecttohumanfrombeingfoundtodate.Althoughconstrainted

2、byaseriesoffactorsinpracticalapplication,withthefurtherunderstanding,researchandmodification,superconductingmaterialsapplicationshowsawiderprospect.Keywords:Superconductingmaterialselectricalapplications一、超导现象及临界条件1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不象预料的

3、那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)Tc。除温度外，若进入超导体的电流密度及周围的磁场强度超过某一极限值时，也会破坏超导状态。该极限值称为临界电流密度（Jc）,和临界磁场（Hc）。临界温度、临界电流、临界磁场三者之间具有相互关联性。一、分类按超导体的磁化

4、性质不同分为两类：第一类超导体在低于临界磁场的磁场中处于超导态时完全表现出完全抗磁性。第二类有两个临界磁场，上临界磁场和下临界磁场，此类材料的开发和应用得到普遍的重视。二、超导材料特性1.完全抗磁性超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。2.约瑟夫效应两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流

5、变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。3.同位素效应超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。M越大，Tc越低，这称为同位素效应。四、超导材料的应用超导元素在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高，为9.26K。电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。超导元素加入某些其他元素作合金成分，可以使超导材料的全部性能提高。超导元

6、素与其他元素化合常有很好的超导性能。某些元素的氧化物可以制成超导陶瓷，成为极有发展前景的超导材料。虽然超导材料在应用中遇到一系列问题，如它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题），但这依然阻止不了人们对其开发和应用。到80年代，超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用

7、材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。五、超导材料应用举例1.托卡马克装置中的超导磁体世界上最先进的托卡马克装置内的所有磁体均采用超导磁体。它可以用来研究等离子在磁场加速和均速下产生聚变。聚变时产生的强大能量，具有很高的经济价值和广泛的应用潜力，聚变能应用在发电方面优点尤其突出。在研究核聚变的装置中所采用的超导磁体有许多

8、优点，从长期使用的角度来看，超导磁体的能耗小，成本低，是一种理想的磁体。由于超导磁体的零电阻的特性，在处于超导状态时几乎不产生热，因此在不失超的情况下，可使电流很大而又不产生能量消耗，实现了我们所希望的强磁场低能耗的要求。用这样一个能耗小的强磁场，在核聚变装置中实现聚变反应产生的巨大的聚变能，真正做到投入少产出高。2.超导发电机的开发另外超导技术在能源方面可应用于体积小、功率大的发电机。它的原理是：当用一种导电的流体流过一条通