超導材料的超導電性的應用

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1、超導材料的應用摘要：超導材料具有的優(yōu)異特性使它從被發(fā)現(xiàn)之日起，就向人類展示了誘人的應用前景。雖然在實際應用超導材料中受到一系列因素的制約，但隨著對超導材料的進一步的認識、研究和改性，超導材料的應用前景更加展示了廣闊的前景。關鍵字：超導材料特性應用Abstracts:Superconductingmaterialshaveexcellentpropertiesmakeitshowstemptingprospecttohumanfrombeingfoundtodate.Althoughconstrainted

2、byaseriesoffactorsinpracticalapplication,withthefurtherunderstanding,researchandmodification,superconductingmaterialsapplicationshowsawiderprospect.Keywords:Superconductingmaterialselectricalapplications一、超導現(xiàn)象及臨界條件1911年，荷蘭物理學家昂尼斯(1853～1926)發(fā)現(xiàn)，水銀的電阻率并不象預料的

3、那樣隨溫度降低逐漸減小，而是當溫度降到4.15K附近時，水銀的電阻突然降到零。某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對零度附近某一特定溫度時，它們的電阻率突然減小到無法測量的現(xiàn)象叫做超導現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導現(xiàn)象的物質叫做超導體。超導體由正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度稱為這種物質的轉變溫度(或臨界溫度)Tc。除溫度外，若進入超導體的電流密度及周圍的磁場強度超過某一極限值時，也會破壞超導狀態(tài)。該極限值稱為臨界電流密度（Jc）,和臨界磁場（Hc）。臨界溫度、臨界電流、臨界磁場三者之間具有相互關聯(lián)性。一、分類按超導體的磁化

4、性質不同分為兩類：第一類超導體在低于臨界磁場的磁場中處于超導態(tài)時完全表現(xiàn)出完全抗磁性。第二類有兩個臨界磁場，上臨界磁場和下臨界磁場，此類材料的開發(fā)和應用得到普遍的重視。二、超導材料特性1.完全抗磁性超導材料處于超導態(tài)時，只要外加磁場不超過一定值，磁力線不能透入，超導材料內(nèi)的磁場恒為零。2.約瑟夫效應兩超導材料之間有一薄絕緣層（厚度約1nm）而形成低電阻連接時，會有電子對穿過絕緣層形成電流，而絕緣層兩側沒有電壓，即絕緣層也成了超導體。當電流超過一定值后，絕緣層兩側出現(xiàn)電壓U（也可加一電壓U），同時，直流電流

5、變成高頻交流電，并向外輻射電磁波，其頻率為，其中h為普朗克常數(shù)，e為電子電荷。這些特性構成了超導材料在科學技術領域越來越引人注目的各類應用的依據(jù)。3.同位素效應超導體的臨界溫度Tc與其同位素質量M有關。M越大，Tc越低，這稱為同位素效應。四、超導材料的應用超導元素在常壓下有28種元素具超導電性，其中鈮（Nb）的Tc最高，為9.26K。電工中實際應用的主要是鈮和鉛(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超導交流電力電纜、高Q值諧振腔等。超導元素加入某些其他元素作合金成分，可以使超導材料的全部性能提高。超導元

6、素與其他元素化合常有很好的超導性能。某些元素的氧化物可以制成超導陶瓷，成為極有發(fā)展前景的超導材料。雖然超導材料在應用中遇到一系列問題，如它的臨界參量，其次還有材料制作的工藝等問題（例如脆性的超導陶瓷如何制成柔細的線材就有一系列工藝問題），但這依然阻止不了人們對其開發(fā)和應用。到80年代，超導材料的應用主要有：①利用材料的超導電性可制作磁體，應用于電機、高能粒子加速器、磁懸浮運輸、受控熱核反應、儲能等；可制作電力電纜，用于大容量輸電（功率可達10000MVA）；可制作通信電纜和天線，其性能優(yōu)于常規(guī)材料。②利用

7、材料的完全抗磁性可制作無摩擦陀螺儀和軸承。③利用約瑟夫森效應可制作一系列精密測量儀表以及輻射探測器、微波發(fā)生器、邏輯元件等。利用約瑟夫森結作計算機的邏輯和存儲元件，其運算速度比高性能集成電路的快10～20倍，功耗只有四分之一。五、超導材料應用舉例1.托卡馬克裝置中的超導磁體世界上最先進的托卡馬克裝置內(nèi)的所有磁體均采用超導磁體。它可以用來研究等離子在磁場加速和均速下產(chǎn)生聚變。聚變時產(chǎn)生的強大能量，具有很高的經(jīng)濟價值和廣泛的應用潛力，聚變能應用在發(fā)電方面優(yōu)點尤其突出。在研究核聚變的裝置中所采用的超導磁體有許多

8、優(yōu)點，從長期使用的角度來看，超導磁體的能耗小，成本低，是一種理想的磁體。由于超導磁體的零電阻的特性，在處于超導狀態(tài)時幾乎不產(chǎn)生熱，因此在不失超的情況下，可使電流很大而又不產(chǎn)生能量消耗，實現(xiàn)了我們所希望的強磁場低能耗的要求。用這樣一個能耗小的強磁場，在核聚變裝置中實現(xiàn)聚變反應產(chǎn)生的巨大的聚變能，真正做到投入少產(chǎn)出高。2.超導發(fā)電機的開發(fā)另外超導技術在能源方面可應用于體積小、功率大的發(fā)電機。它的原理是：當用一種導電的流體流過一條通