超導(dǎo)技術(shù)及其應(yīng)用.doc

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1、超導(dǎo)技術(shù)及其應(yīng)用1911年，荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯用液氦冷卻水銀，當(dāng)溫度下降到４。２K時(shí)發(fā)現(xiàn)水銀的電阻完全消失，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性。1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果把超導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中冷卻，則在材料電阻消失的同時(shí)，磁感應(yīng)線將?從超導(dǎo)體中排出，不能通過(guò)超導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為抗磁性。超導(dǎo)電性和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個(gè)重要特性。使超導(dǎo)體電阻為零的溫度，叫超導(dǎo)臨界溫度。經(jīng)過(guò)科學(xué)家們數(shù)十年的努力，超導(dǎo)材料的磁電障礙已被跨越。1986年10月，瑞士科學(xué)家繆勒和德國(guó)科學(xué)家柏諾茲在研究氧化物導(dǎo)電陶瓷材料LaBaCuO時(shí)發(fā)現(xiàn)在30K以上有超導(dǎo)跡象。世界上立即展開(kāi)了對(duì)高溫超導(dǎo)體研究

2、熱潮，科學(xué)家制備出多系列近百種超導(dǎo)體。2001年，平靜幾年后的超導(dǎo)材料基礎(chǔ)研究又獲得了重要成果：發(fā)現(xiàn)了新型高溫超導(dǎo)材料二硼化鎂；除了合金和陶瓷中，目前已經(jīng)在有機(jī)材料、碳60分子和一維碳納米管中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)性。這些重大研究成果極大地鼓舞了科技界和產(chǎn)業(yè)界。超導(dǎo)材料的應(yīng)用大致可分為兩大類，即強(qiáng)電應(yīng)用和弱電應(yīng)用。強(qiáng)電應(yīng)用包括穩(wěn)定電網(wǎng)的設(shè)備如超導(dǎo)限流器和變壓器、磁體和儲(chǔ)能系統(tǒng)、大電流輸電等。在磁體技術(shù)成熟后，還可以用于超導(dǎo)核磁成像、磁懸浮列車、超導(dǎo)電機(jī)等等。弱電應(yīng)用有微弱磁信號(hào)探測(cè)，可以探測(cè)到地磁場(chǎng)的億分之一的信號(hào)強(qiáng)度?？捎糜谛拇藕湍X磁探測(cè)、大地探礦等，也可以制成濾波器等微波器件，用

3、于通訊和國(guó)防。超導(dǎo)技術(shù)主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域：?　超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈磁體可以將發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度提高到5萬(wàn)～6萬(wàn)高斯，并且?guī)缀鯖](méi)有能量損失，這種發(fā)電機(jī)便是交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的單機(jī)發(fā)電容量比常規(guī)發(fā)電機(jī)提高5～10倍，達(dá)1萬(wàn)兆瓦，而體積卻減少1/2，整機(jī)重量減輕1/3，發(fā)電效率提高50％。磁流體發(fā)電機(jī)　磁流體發(fā)電機(jī)同樣離不開(kāi)超導(dǎo)強(qiáng)磁體的幫助。磁流體發(fā)電發(fā)電，是利用高溫導(dǎo)電性氣體（等離子體）作導(dǎo)體，并高速通過(guò)磁場(chǎng)強(qiáng)度為5萬(wàn)～6萬(wàn)高斯的強(qiáng)磁場(chǎng)而發(fā)電。磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，用于磁流體發(fā)電的高溫導(dǎo)電性氣體還可重復(fù)利用。超導(dǎo)輸電，第一是降低了輸電損失,由于輸

4、電損失是輸送電流的平方與輸電線路上的電阻的乘機(jī),因?yàn)闆](méi)有電阻,所以該相數(shù)值為零.第二是簡(jiǎn)化絕緣,因?yàn)榻^緣通常是熱老化而擊穿,由于回路上沒(méi)有電阻,因此就不會(huì)發(fā)熱,因此對(duì)于象變壓器,發(fā)電機(jī).電動(dòng)機(jī)等設(shè)備,就不用考慮設(shè)備的熱絕緣問(wèn)題,因?yàn)槟壳暗慕^緣水平,溫度在80到130度期間,每升高6度,絕緣壽命就減少50%第三就是長(zhǎng)距離輸電的系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題得到解決.因?yàn)榫€路用鋁導(dǎo)線制成,而鋁的電阻溫度系數(shù)是大于零的,因此如果線路通過(guò)的電流過(guò)大,就會(huì)導(dǎo)致線路上的電阻大幅度增加,由于輸電線路的穩(wěn)定輸送功率極限和線路的電壓的平方成正比,而與線路上的阻抗成反比,因?yàn)榫€路在一定位置需要進(jìn)行換相以使電

5、容性和電抗性的阻抗相互抵消,因此線路上的阻抗實(shí)際體現(xiàn)為電阻性質(zhì)的阻抗,由于沒(méi)有電阻,因此就決定沒(méi)有穩(wěn)定問(wèn)題,因?yàn)榉帜笧榱?數(shù)值為無(wú)窮大超導(dǎo)磁懸浮列車，利用超導(dǎo)材料的抗磁性，將超導(dǎo)材料放在一塊永久磁體的上方，由于磁體的磁力線不能穿過(guò)超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生排斥力，使超導(dǎo)體懸浮在磁體上方。利用這種磁懸浮效應(yīng)可以制作高速超導(dǎo)磁懸浮列車。???超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來(lái)制作，不存

6、在散熱問(wèn)題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半導(dǎo)體和超導(dǎo)體來(lái)制造晶體管，甚至完全用超導(dǎo)體來(lái)制作晶體管。???核聚變反應(yīng)堆“磁封閉體”，核聚變反應(yīng)時(shí)，內(nèi)部溫度高達(dá)1億～2億℃，沒(méi)有任何常規(guī)材料可以包容這些物質(zhì)。而超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)可以作為“磁封閉體”，將熱核反應(yīng)堆中的超高溫等離子體包圍、約束起來(lái)，然后慢慢釋放，從而使受控核聚變能源成為21世紀(jì)前景廣闊的新能源?！≡诶碚撋?，發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象時(shí)導(dǎo)體中電流的阻尼消失，因此可以產(chǎn)生一些特殊的物理性質(zhì)。如醫(yī)療儀器中的核磁共振就利用了超導(dǎo)磁體，現(xiàn)在很多縣、市級(jí)以上的醫(yī)院都有這些設(shè)備?，F(xiàn)在醫(yī)院核磁共振儀器的工作溫度是絕對(duì)溫

7、度4.2K(零下268.8攝氏度)這需要用液氦來(lái)降溫，而氦是一種稀有氣體，因而大大地限制了超導(dǎo)的應(yīng)用?，F(xiàn)在新發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)材料溫度在130K時(shí)就出現(xiàn)超導(dǎo)，加高壓后最高可達(dá)160K。如果能達(dá)到200多K，對(duì)制冷要求就非常低。這將大大提高超導(dǎo)的應(yīng)用范圍。使用超導(dǎo)連接的微小固體元件制造量子計(jì)算機(jī)的組成元件，如果能夠以幾個(gè)～1個(gè)原子為單位對(duì)真空中無(wú)序飛行的原子進(jìn)行控制，并將其用作量子bit的話，量子bit之間無(wú)誤差而且能夠更加長(zhǎng)期穩(wěn)定地保持量子狀態(tài)的運(yùn)算元件就有望實(shí)現(xiàn)。作為量子計(jì)算機(jī)的組成元件——量子bit，使用納米級(jí)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及超導(dǎo)連接的微小固體元