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《國內(nèi)外各種超導(dǎo)材料性能特點的技術(shù)研發(fā)分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、超導(dǎo)材料性能特點在國內(nèi)外的技術(shù)研究分析報告一、國際超導(dǎo)材料的應(yīng)用進(jìn)展前言：低溫超導(dǎo)材料已得到廣泛應(yīng)用。在強(qiáng)電磁場中，NbTi超導(dǎo)材料用作高能物理的加速器、探測器、等離子體磁約束、超導(dǎo)儲能、超導(dǎo)電機(jī)及醫(yī)用磁共振人體成像儀等；Nb3Sn超導(dǎo)材料除用于制作大量小型高磁場（710T）磁體外，還用于制作受控核聚變裝置中數(shù)米口徑的磁體；用Nb及NbN薄膜制成的低溫儀器，已用于軍事及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域檢測極弱電磁信號。低溫超導(dǎo)材料由于Tc低，必須在液氦溫度下使用，運轉(zhuǎn)費用昂貴，故其應(yīng)用受到限制。超導(dǎo)電性的實際應(yīng)用從根本上取決于超導(dǎo)材料的性能。與實用低溫超導(dǎo)材料相比，高溫超導(dǎo)材料的最大優(yōu)勢在于它應(yīng)用于液氮溫
2、區(qū)。20世紀(jì)90年代，隨著第一代Bi系高溫超導(dǎo)材料的商業(yè)化，美國、日本、歐洲和中國等國和相關(guān)大公司都投入大量的人力和資金，開展高溫超導(dǎo)電力應(yīng)用研究，相繼開展了超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)輸電電纜和超導(dǎo)儲能裝置等的研究，并取得了許多實質(zhì)性的進(jìn)展。1.電流引線在給低溫環(huán)境下工作的超導(dǎo)磁體和電力設(shè)備供電時，由低溫到高溫之間的電流引線會消耗許多液氦。高溫超導(dǎo)體由于臨界溫度高，熱導(dǎo)率低，可以在超導(dǎo)態(tài)下給磁體供電，從而把由低溫區(qū)到高溫區(qū)的熱漏減少到了極小的程度。目前用作電流引線的材料主要有Bi-2212及Bi-2223的棒、管和帶材、以及熔融法YBCO棒材。目前電流引線已成功地用于微型致冷機(jī)冷卻
3、的NbTi及Nb3Sn磁體系統(tǒng)，第一次實現(xiàn)了不需用液氦的超導(dǎo)磁體應(yīng)用。2.磁體高溫超導(dǎo)磁體在MRI、NMR、磁懸浮列車、磁分離技術(shù)、高能加速器、磁性掃雷技術(shù)和磁流體推動技術(shù)等方面有重要的應(yīng)用價值。美國超導(dǎo)體（AMSC）公司研制了一個利用機(jī)械致冷機(jī)冷卻的高溫超導(dǎo)磁體，在27K零外場下能產(chǎn)生2.16T的磁場。最近，日本住友電工將Bi系多芯帶繞制的四雙餅高溫超導(dǎo)磁體插入NbTi及Nb3Sn組合磁體中，在4.2K產(chǎn)生了常規(guī)低溫超導(dǎo)體無法實現(xiàn)的24T的磁場，已能滿足1GHz核磁共振磁體要求。Bi-2212線材繞制線圈和磁體是目前研究的重點之一。Bi-2212具有較高的臨界溫度，用這種材料繞制
4、的磁體具有高的穩(wěn)定性和可靠性，因此，這種磁體能夠在廣闊的范圍內(nèi)得到應(yīng)用。3.輸電電纜高溫超導(dǎo)電纜具有體積小、重量輕、損耗低和傳輸容量大的優(yōu)點，從20世紀(jì)90年代起，美國、日本和丹麥等國都相繼開展這方面的研究，并進(jìn)行示范性實驗。2004年，日本東京電力公司研制出500m長、77kV／1kA單芯高溫超導(dǎo)電纜。2004年l2月，中國科學(xué)院電工研究所與甘肅長通電纜公司等合作研制成功75m、10．5kV／1．5kA交流高溫超導(dǎo)電纜，并接入到甘肅長通電纜公司6kV配電網(wǎng)中向車間供電運行，如圖2所示。云電英納超導(dǎo)電纜公司也于2004年完成33m長、35kV／2kA高溫超導(dǎo)交流電纜的開發(fā)，安裝在云
5、南普吉變電站中運行。目前美國Southwire，AMSC公司等預(yù)計在2006年分別研制出200m、13.5kv／3kA，350m、34.5kv／0.8kA和660m、l38kv／2.4kA的三相高溫超導(dǎo)交流電纜并將投入實際運行。4.故障限流器在電廠，高壓輸電、低壓配電等電力系統(tǒng)中，有時會因閃電轟擊，設(shè)備故障等引起短路，對50Hz的電力系統(tǒng)而言，一旦發(fā)生短路，不可避免會產(chǎn)生很大的故障電流，為此電路上必須配有限流裝置。中國、美國、日本、德國、法國等都在從事高溫超導(dǎo)故障限流器的開發(fā)，并取得了較大進(jìn)展。如2005年中國科學(xué)院電工研究所研制成功l0.5kV／1.5kA新型橋路式高溫超導(dǎo)限流器
6、，并于2005年8月安裝在湖南婁底的110kV／l0.5kV變電站中進(jìn)行短路和運行試驗。5.變壓器高溫超導(dǎo)變壓器與常規(guī)變壓器相比有體積小重量輕的優(yōu)點，它采用液氮作冷卻劑，沒有污染環(huán)境或火災(zāi)的隱患。90年代，美國、日本以及歐洲ABB公司等都在致力研究電力系統(tǒng)用的高溫超導(dǎo)變壓器。2001年，德國Siemens公司已研制、試驗成功用于鐵路機(jī)車的1MVA高溫超導(dǎo)變壓器樣機(jī)。中國科學(xué)院電工研究所研制成功630kVA、10.5kV(34.6A)／400V(909A)的高溫超導(dǎo)變壓器示范樣機(jī)，并已于2005年12月在新疆特變電工股份有限公司并網(wǎng)運行試驗，向車間供電。6.高溫超導(dǎo)器件應(yīng)用高溫氧化物
7、超導(dǎo)體的出現(xiàn)，無疑給超導(dǎo)電子學(xué)帶來了更為廣闊的應(yīng)用前景。常規(guī)超導(dǎo)電子器件早已顯示出巨大的優(yōu)越性，超導(dǎo)量子干涉器件用于測量微弱磁場，靈敏度可比常規(guī)儀器高1-2個數(shù)量級，這使得它在生物磁性測量、尋找礦藏等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，超導(dǎo)隧道效應(yīng)使微波接收機(jī)的靈敏度大大提高，超導(dǎo)薄膜數(shù)字電路可用來制造高速、超小體積的大型計算機(jī)，但由于常規(guī)超導(dǎo)器件工作在液氦溫區(qū)或致冷機(jī)所能達(dá)到的溫度（10-20K）下，這個溫區(qū)的獲得和維持成本相當(dāng)高，技術(shù)也復(fù)雜，因而使用常規(guī)超導(dǎo)器件的應(yīng)用范圍受到了
