超导体的应用

简析超导的应⽤与意义

简析超导的应⽤与意义

由于临界温度的不断提⾼，⼈们将这些材料称为⾼温超导体。⾼温超导体的性质由载流⼦浓度决定，其本征特性是相⼲长度很

短，即不均匀性。这对探索⾼温超导机理是⼗分需要的。超导的新奇特性的发现，对⼈类产⽣了重⼤意义。通过⼀些超导现象或效应，你就会惊讶地发现超导的美。

零电阻效应具有⽆损耗运输电流的性质。如能实现超导化⼤功率发电机、电动机，例如在电⼒领域，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

量⽐常规发电机提⾼5~10倍，达1天秤座是几月几日出生的 万兆⽡，⽽体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提⾼50%。那么其不必要的能耗将⼤⼤降低，这在国防、科研、⼯业上具有极⼤的意义。

从长远来看，⾼温超导电缆最终可⽤于长距离送电；其近期应⽤的⼀个可能是向超⼤城市中⼼送电。我国⼤城市发展迅速，城

市需电量快速上升，但市政建设落后，向市区送电⼗分困难。由于国民环保意识的加强，在市区新建⾼压架空线已经很难；⽽

我国城市地下管道系统规划⽔平落后，再铺设⼤容量的电缆也有很⼤的难度。与相同直径的常规电缆相⽐，⾼温许昌美食 超导电缆的输

电能⼒要⼤3-5倍，并且不需要通风冷却的通道，因此占⽤空间⼩，开挖铺设的⼯作量少。这样，在市区铺设⾼温超导电缆会

更加生日邀请函 经济可⾏。另外，⾼温超导电缆由于能⽐相同截⾯的常规电缆输送⼤得多的电流，可实现⽤较低的电压来送相同的电能，

也就是说可⽤配电线路的电压送输电线路的电能来向超⼤城市供电。例如在城市中⼼地带很难建造变电站，在这种情况下，可

以将变电站建在市中⼼以外的地⽅，从变压器的次级⽤⾼温超导电缆以较低的电压向市中⼼送电。研究表明，使⽤⾼温超导电

缆的综合经济效益也是可接受的。我国近⼏年来发电能⼒和⽤电量快速发展，但电⽹建设相对来讲还有不少的不⾜之处。其中

电⽹的安全性、稳定性和供电质量还有很多可改善的余地。例如，⽬前⼀些电⽹的故障短路电流很⼤，⼀旦发⽣故障⽽不能及

时妥善处理解决，有可能会造成⼤范围电⽹的崩溃。⾼温超导限流器可以起到常规器件起不到的功能，可在极短的时间内将巨

⼤的短路电流限制在电⽹能承受的范围内，从⽽提⾼了电⽹的安全性，同时也可提⾼电⽹的效率。⾼温超导变压器与常规变压

器相⽐可降低⼀定的损耗，不过近期在我国主要应⽤场合还不是以节能为主要⽬标，⽽是利⽤其体积⼩、环境友好的特点。例

如⼤城市⽤变压器很多都安放在室内或地下，将来如果需要电⽹扩容，换⼀个容量⼤但是体积也⼤的变压器会遇到现有空间的

限制，⽽在室内或地下想扩⼤空间是相当困难的。虽然⾼温超导变压器的价格较⾼，但是如果考虑到省下来的地⽪、空间和扩

建费⽤，其综合经济效益还是较好的。另外，我国⽬前⽔⼒发电⼯程发展很快，不少⼤型⽔⼒发电站都建在偏远⼭区，交通不

便，⽔电站中最⼤的设备要数变压器，如果变压器太⼤了，有可能专门要为其加宽公路。如果能⽤体积较⼩的⾼温超导变压器，可减少⽔电站的综合投资。

⼈们提起磁悬浮列车总是想到⾼速长距离的轨道交通，然⽽城市轨道交通⽤⾼温超导低速磁悬浮列车有可能会在我国领先进⼊

应⽤。我国⼤多数超⼤型城市内的交通问题都⼗分严重，道路建设跟不上需求，地下轨道交通不发达，加上道路、建房规划不

合理，将来即使想要建更多的道路和轨道交通也会受到很多实际条件的限制。低速的⾼温超导磁悬浮列车在运⾏中可以做到⽆

噪声、⽆振动，使得列车甚⾄可以在楼群中间穿过⽽不影响周围环境，这能⼤幅度地减少安排列车轨道线路所遇到的限

制，⼈们上下班乘坐列车的疲劳感也会减⼩。低速轨道交通技术含量较低，安全可靠性问题也较容易解决，研发制造成本相对

来讲不是太⾼，⼀般的我国企业就有能⼒制造。因此，⾼温超导低速磁悬浮轨道交通系统将有可能在我国得到较快地发展。

在军事⼯业中，超导技术也可以发挥其特有的作⽤，超导扫雷具就是其中之⼀。超导扫雷具的⼯作原理是：超导扫雷具模拟舰

船磁场特性，采⽤两根⼤电流电缆在海⽔中形成电极，并与海⽔组成闭合电路产⽣磁场，或者在船上安装⼀个电磁体产⽣磁场，从⽽得以将磁⽔雷引爆。

超导材料在强电、弱电⽅⾯的应⽤也具有很⼤的空间。在强电⽅⾯如⾼能物理受控热核反应、核磁共振等⽅⾯的应⽤，还有⼀

些物理研究需要很强的磁场，⼀些特殊的设备都需要超导磁体。核磁共振成像仪就是⼀个实例。其基本原理：原⼦核带有正

电，并进⾏⾃旋运动。通常情况下，原⼦核⾃旋轴的排列是⽆规律的，但将其置于外加磁场中时，核⾃旋空间取向从⽆序向有

序过渡。⾃旋系统的磁化⽮量由零逐渐增长，当系统达到平衡时，磁化强度达到稳定值。如果此时核⾃旋系统受到外界作⽤，

如⼀定频率的射频激发原⼦核即可引起共振效应。在射频脉冲停⽌后，⾃旋系统已激化的原⼦核，不能维持这种状态，将回复

到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号检出，并使之进⾏空间分辨，就得到运动中

原⼦核分布图像。核磁共振的特点是流动液体不产⽣信号，称为流动效应或流动空⽩效应。因此⾎管是灰⽩⾊管状结构，⽽⾎

液为⽆信号的⿊⾊。这样使⾎管软组织很容易分开。正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为⿊⾊的，并有⽩⾊的硬膜为脂肪所

衬托，使脊髓显⽰为⽩⾊的强信号结构。核磁共振已应⽤于全⾝各系统的成像诊断。在弱电⽅⾯，由于约瑟夫森效应可以得到

精确度⾼的电压值，在电压计量⼯作中具有重要意义：超导量激情钢管舞 ⼦⼲涉仪（SQUID）的发明也是⼀个重要的应⽤，其具有⾼的磁测量灵敏度，在磁学中意义重⼤。

超导技术的应⽤将会越来越⼴泛地造福⼈类，对超导电性机理的进⼀步的了解，将会对凝聚态物理学的发展以及相关边缘学科

的发展产⽣极为深远的影响。各国政府，特别是⼯业发达国家的政府，对超导研究极⼒⽀持，给以⼤量投资，这些国家有实⼒

的公司对研究成果迅速引进，迅速转大蒜生长观察日记 变为⽣产⼒，这些都有利于超导睿什么意思 技术的发展。这也说明，政府、企业与超导专家、研究

者，在对超导将起的作⽤的看法⽅⾯取得了共识。超导技术在21世纪必将占有重要地位。