淺談超導(dǎo)體的應(yīng)用前景

【摘 要】本文簡(jiǎn)要的介紹了超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)發(fā)展?fàn)顩r，并對(duì)超導(dǎo)體的應(yīng)用前景做了展望，主要介紹了超導(dǎo)體在電力技術(shù)領(lǐng)域，磁體技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用問(wèn)題以及高溫超導(dǎo)材料走向?qū)嵱玫确矫妗?/p>

【關(guān)鍵詞】超導(dǎo)體；超導(dǎo)磁性；超導(dǎo)材料；高溫超導(dǎo)材料；超導(dǎo)懸浮列車(chē)

一、超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)

本世紀(jì)初，純金屬電阻在低溫下突然失去電阻情況進(jìn)入了人們的研究視線。1911年，荷蘭萊登實(shí)驗(yàn)室在昂尼斯的指導(dǎo)下對(duì)汞進(jìn)行低溫電性研究，發(fā)現(xiàn)汞的電阻在4.2K左右會(huì)突然消失——此即為超導(dǎo)材料的零電阻性。此后，德國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W森費(fèi)爾德和邁斯納于1933年發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)材料的又一特性——不允許外磁場(chǎng)穿過(guò)超導(dǎo)材料的完全抗磁性。由此，人們完全認(rèn)識(shí)了超導(dǎo)的兩大特質(zhì)：零電阻性和抗磁性。

二、超導(dǎo)體的應(yīng)用前景

（1）超導(dǎo)體在電力技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。一是超導(dǎo)輸電，使用無(wú)電阻損耗的超導(dǎo)線材取代常規(guī)電纜中的銅或鋁導(dǎo)線來(lái)輸電，輸電損耗不及常規(guī)地下電纜的20％。目前國(guó)際上高溫超導(dǎo)體的電力電纜的研究發(fā)展較為迅速，高溫超導(dǎo)電纜的優(yōu)越性在于：輸電密度高，體積小，損耗低，質(zhì)量輕，載流大，壽命長(zhǎng)，技術(shù)比較成熟。目前，高溫超導(dǎo)電纜在國(guó)外已進(jìn)入大規(guī)模實(shí)用驗(yàn)證階段。二是超導(dǎo)電機(jī)，超導(dǎo)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。其尺寸僅為常規(guī)電機(jī)的1/3，制造成本、運(yùn)行成本、電流損耗均可降低一半，降溫運(yùn)行則可節(jié)省更多。世界上目前的研制目標(biāo)主要在750KW以上的大功率的馬達(dá)市場(chǎng)。三是超導(dǎo)變壓器，利用超導(dǎo)材料制成以提高能效并減少電力傳輸損失的變壓器，與常規(guī)浸油變壓器相比，超導(dǎo)變壓器無(wú)油運(yùn)行具有質(zhì)量輕、體積小、過(guò)載能力強(qiáng)、運(yùn)行阻抗小、總損耗小、降低故障沖擊、改善電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性避免火災(zāi)和環(huán)境污染，提高電力系統(tǒng)的有效功率和節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)。（2）超導(dǎo)體在磁體技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。一是超導(dǎo)懸浮列車(chē)?，F(xiàn)在德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已成功研制出磁懸浮交通工具──超導(dǎo)懸浮列車(chē)。超導(dǎo)懸浮列車(chē)具有許多的優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)軌與機(jī)車(chē)間不接觸，無(wú)摩擦，時(shí)速是我國(guó)普通列車(chē)的5倍之多；能源消耗低；噪聲小；污染小，無(wú)廢氣且維修簡(jiǎn)便，成本低，可靠性大，是一種應(yīng)該大力提倡的綠色環(huán)保交通工具。二是超導(dǎo)磁性儲(chǔ)能。利用超導(dǎo)材料可制成高效儲(chǔ)能設(shè)備，超導(dǎo)磁性儲(chǔ)能系統(tǒng)在不降低電源質(zhì)量的情況下可用于均衡電力負(fù)載，對(duì)電源的不同要求可迅速連續(xù)作出響應(yīng)，改進(jìn)電源的質(zhì)量和可靠性，提高電網(wǎng)能力。三是超導(dǎo)磁懸浮軸承。是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，使轉(zhuǎn)子與定子之間沒(méi)有機(jī)械接觸的無(wú)摩擦磁懸浮軸承。具有免維護(hù)、機(jī)械磨損小、高轉(zhuǎn)速、高精度、低能耗、動(dòng)力學(xué)特性好、壽命長(zhǎng)、噪聲小、無(wú)需潤(rùn)滑、無(wú)油污染等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中，例如高速離心機(jī)、航空陀螺儀、飛輪儲(chǔ)能等。（3）高溫超導(dǎo)材料走向?qū)嵱??？茖W(xué)家將臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc高于液氮溫度（77K）的超導(dǎo)材料稱為高溫超導(dǎo)材料，高溫超導(dǎo)材料的開(kāi)發(fā)研究處于物理學(xué)和材料科學(xué)的前沿領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景和帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，世界各國(guó)均集中了大量人力，物力和財(cái)力，用于開(kāi)發(fā)新的高溫超導(dǎo)材料。日本成功開(kāi)發(fā)的70兆瓦高溫超導(dǎo)體發(fā)電機(jī)與現(xiàn)在的火力發(fā)電相比，其發(fā)電效率提高99％，損耗降低2/3，重量減少1/3。日內(nèi)瓦的電網(wǎng)已接入了世界上首臺(tái)高溫超導(dǎo)變壓器。美國(guó)成功研制的高溫超導(dǎo)體電線，每平方厘米截面能通過(guò)6.6萬(wàn)安培電流，為相同截面積銅質(zhì)導(dǎo)線132倍，具有輸電能力強(qiáng)，容量大，損耗小，重量輕等特點(diǎn)。目前超導(dǎo)作磁共振影像診斷裝置（MRT）已廣泛應(yīng)用于臨床，另外有關(guān)軍事上應(yīng)用的超導(dǎo)能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)和能把熱核等離子體封入磁場(chǎng)內(nèi)的超導(dǎo)線圈等也在開(kāi)發(fā)研制之中。

三、結(jié)語(yǔ)

超導(dǎo)材料從它被發(fā)現(xiàn)之日，就向人類(lèi)展示了誘人的應(yīng)用前景。目前，超導(dǎo)材料正處于研究向?qū)嵱玫倪^(guò)度階段，隨著高溫超導(dǎo)材料的研發(fā)成功，也有可能向產(chǎn)業(yè)化階段轉(zhuǎn)變。超導(dǎo)材料技術(shù)的重大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿υ诤艽蠓秶鷥?nèi)被人們挖掘，未來(lái)可用于解決交通、醫(yī)療、信息、能源和國(guó)防科技中的重要問(wèn)題，尖端技術(shù)中也將越來(lái)越多地應(yīng)用超導(dǎo)材料。一方面超導(dǎo)器件具有一般電子器件所不具有的高速處理功能及微弱磁場(chǎng)的感知性，另一方面超導(dǎo)材料優(yōu)于傳統(tǒng)磁性材料的特性，在保護(hù)環(huán)境、節(jié)能、潔凈化等方面也具有很大的優(yōu)勢(shì)。21 世紀(jì)，超導(dǎo)及其相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用方面必將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)作用。

參 考 文 獻(xiàn)

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