浅谈超导技术的应用

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1、浅谈超导技术应用1•超导体的发现和发展简史1908年，荷兰莱顿大学的卡末林一昂内斯(HeikeKamerlingh-Onnes)^授成功的使氨气液化，达到了4.2K(-268.95°C)的低温。1911他发现汞电阻在4.15K陡然降到零，这一发现标志着人类对超导研究的开始。电阻的这种在某一温度下其阻值变为零的现彖称为超导电性，而温度称为临界温度。这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后，人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。1913年，人们发现铅是超导温度为7.2K的超导体；17年后，人们发现

2、锐具有更高的超导温度9.2Kc为了证实(超导体)电阻为零，科学家将一个铅制的圆环，放入温度低于7.2K的空间，利用电磁感应使环内激发起感应电流。结果发现，环内电流能持续下去，从1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在两年半的吋间内的电流一直没有衰减，这说明圆环内的电能没有损失，当温度升到高于Tc吋，圆环由超导状态变止常态，材料的电阻骤然增大，感应电流立刻消失，这就是著名的昂尼斯持久电流实验。1933年，迈斯纳(Meissner)和奥克森费尔德(Ochsenfeld)发现超导体具有的重要性质。当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，即把原来

3、存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发牛变化,磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，这就是超导体的完全抗磁性。人们也将这种现象称之为“迈斯纳效应雹1973年，发现超导合金——锐错合金，其临界超导温度为23.2K(・249.95°C),齿记录保持了近13年。1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物(澜顿铜氧化物)具有35K(-240.15)的高温超导性。此后，科学家们几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。1986年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度达到40K(-235.1

4、5°C)液氢的“温度壁垒”(40K)被跨越。在这个追求速度和效益的时代，人们越来越对一种现象感到不可容忍：电流在输送过程中时约有30%电能转化为无用的热量。导体尽管容易让电流通过，但导体仍有一些电阻，而超导体是不存在这个问题的唯一一类材料。超导体可以有非常大的用途，这也是各国科学家努力研究超导的重要原因。用超导体输送电能可以大大减少消耗，用高温超导体材料加工的电缆，其载流能力是常用铜丝的1200倍；利用超导体可以形成强大的磁场，可以用来制造粒子加速器等，如用于磁悬浮列车，列车时速可达500千米；利用超导体对温度非常敏感的性质可以制造灵敏的温度探测器。超导材料最

5、诱人的应川是发电、输电和储能。由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。然而经过70多年的发展，超导材料达到的最高临界温度只有23.2K,没有脱开液氨温度，而液氧价格昂贵，冷却效率低，很难广泛使用，目前超导体只在一些尖端的设备(如粒子加速器)上得到应用。要让超导体得到应用就首先要有容易使用的超导体。人们现在止不断地寻找新的超导体，英主要方向

6、就是寻找能在较高温度下存在的超导体材料，即”高温超导体”(这里的高温是相对而言的)。20世纪80年代末，世界上掀起了寻找高温超导体的热潮，1986年出现氧化物超导体，其临界温度超过了125K,在这个温度区上，超导体可以用廉价而丰富的液氮来冷却。此后，科学家们不懈努力，在高压状态下把临界温度提高到了164K(-109°C)o1998年中国科学家研制成功了第一根钮系高温超导输电电缆。这一成功极大地推进了中国高温超导技术的实用化进程。2•超导体的应用前景和未来由于超导材料具有极其优越的物理特性：一是零电阻效应，二是约瑟夫逊效应，三是边斯纳效应。因此世界各国对“超导”

7、技术的研究与开发相当重视。也正是因为其特姝的物理特性，超导材料的用途大致可分为以下三类：大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用。大电流应用即超导发电、输电和储能；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。超导体在低温下可以实现稳定的零电阻超导态，这意味着超导线圈可以通过较人的电流而无焦耳热的产生。一方面，我们可以采用超导输电线进行远距离输电，从而大大降低输电过程的损失。目前采用铜或铝导线的输电损耗约为15%,我国每年的输电损耗就达一千亿度左右，如果采用超导输电线就可以节省相当于数十个发

8、电厂的电力。另一方面，如果给闭合超导线