超導材料的應用現狀
發(fā)布時間：2023-09-04 瀏覽次數：60
返回列表超導材料已然成為21世紀具有戰(zhàn)略意義的國之重器，是各國科技革命的突破重點。我們難以估量超導技術的普及會給國家和社會帶來多少經濟效益，綜合國力會邁上多少臺階，但我們能說，超導技術“可以改變世界”。超導技術的突破性進展和廣泛應用，將引起一場新的技術革命，并對科技、經濟、軍事乃至社會發(fā)展產生不可估量的影響。超導技術的應用范圍十分廣闊，在輸電、電機、交通運輸、航天、微電子、電子計算機、通信、核物理、新能源、生物工程、醫(yī)療以及軍事裝備等領域，都已展現出燦爛奪目的前景。目前，超導材料應用最多的領域就是制作各種用途的超導磁體。超導磁體的優(yōu)勢是可以實現常規(guī)導體材料無法實現的磁場強度、磁場梯度和磁場均勻度。超導磁體有很多用途，比如核磁共振成像（MRI），已被廣泛地應用于醫(yī)療檢測、診斷之中，成為最為精確的醫(yī)學檢測手段之一。幾乎世界上所有的用于重大科學研究工程的高強磁場，譬如各類粒子加速器、各類高能粒子對撞機、以及目前多國參與的國際熱核聚變實驗堆（ITER）的磁場，都離不開超導磁體。另外，還有各式各樣的超導磁體被應用于檢測儀器、各類實驗裝置、晶體生長等其他許多方面。利用超導材料制成很細的導線，在無需變電所和變壓器等配電設備下輸電，免去由于常規(guī)輸電造成的10%以上電力損失(送電、變電、配電等每一步都存在電阻，使一部分電能轉化成熱量而白白浪費)，電費開支節(jié)省15%以上。電能在傳輸過程中損耗很大，超導電纜的優(yōu)勢在于電能在輸送過程中可以最大限度地降低損耗，僅為傳輸功率的0.5%，而常規(guī)電線電纜的損耗要達到10%，能源節(jié)省一目了然。而且高溫超導電纜的容量比常規(guī)電纜提高3～5倍、損耗下降60%，節(jié)約占地面積和空間，更為可觀的是，總費用降低20%，經濟效益明顯。超導電力技術是21世紀電力工業(yè)唯一的高技術，可有效解決能源短缺的問題。超導電機重量輕、緊湊性好，在風力發(fā)電機中特別具有優(yōu)勢。所以將超導電機用于風力發(fā)電是目前發(fā)展的趨勢。超導電機采用超導材料替代常規(guī)電機的轉子。傳統(tǒng)電機以銅作為線圈繞組，采用超導材料后，可將銅用量從2.1ton減至0.44ton，鐵用量從10.5ton減少至2.8ton，大大減少了金屬的使用量，降低了成本；而制冷系統(tǒng)電力消耗導致的成本，已由使用周期長、效率高而得以抵消。效率高、性能好以及巨大的市場潛力驅動著超導電機的發(fā)展。在導體截面相同時，超導體制作的導線可以比銅導線（傳統(tǒng)電磁鐵絕大多數由銅導線繞制）承載高出幾十倍的電流。也就是說，由超導線圈制作的磁懸浮機構可以產生比傳統(tǒng)磁懸浮機構大得多的懸浮力。另外，銅線圈通電時會不斷地產生焦耳損耗，而超導線圈因為無電阻不會產生焦耳損耗。因此在磁懸浮軌道交通系統(tǒng)中使用超導電磁線圈不但可以產生更大的懸浮力和驅動力，而且更加節(jié)能、環(huán)保。超導磁懸浮列車是會“飛”的火車，由于磁懸浮列車與鐵軌之間的磁力作用，使列車懸浮在鐵軌上方，消除了鐵軌與車輪之間的摩擦力，時速可達500千米，而且行車平穩(wěn)、噪聲小、安全舒適、所需牽引力小、不污染環(huán)境。將來的輪船、汽車也可以用超導電動機開動。如果用超導電動汽車來代替燃油汽車，那么全世界一年可節(jié)省汽油10億噸。儲能，即通過某種手段將能量存儲起來，在需要時釋放的過程。按照儲能的方式，可分為物理儲能、化學儲能和電磁儲能，超導儲能是電磁儲能的一種。超導儲能裝置無需能量轉換、直接儲能，轉換效率高，響應速度快，功率密度大。用于電網時，超導儲能可以調節(jié)電網的負荷，低谷時儲藏電能，高峰時釋放電能，電力輸入超導線圈中，電流可在里面長期流動而幾乎不損耗電能，因此，可設計大容量的超導儲能裝置于地下巖石中，儲存大量電能供電網調峰之用。超導體約束的等離子體可以引起核聚變以實現受控熱核反應，為解決能源危機發(fā)揮重大作用。當然這種方式也不是沒有缺點，比如運行及維護成本高。我國首臺超導儲能裝置位于甘肅省白銀變電站。超導體在電子學領域里大有用武之地。用超導芯片(約瑟夫森器件)代替普通芯片制成超導計算機，可以大大提高運算速度，減小計算機體積。美國研制的一臺運算速度為800萬次/秒的超導計算機，只有一部電話機那么大，運算速度提高了10～1000倍，而且元件不發(fā)熱、功耗非常小、無故障、高效率運行時間要長得多。超導技術可用于通信。一根超導線路傳遞數據的速率高達每秒1億次，可供1500萬部電話機同時通話，比現有光纖通信的通信速率還快100倍。用超導器件制成的極其精密的超導量子干涉儀，可測出極其微弱的電磁波，被廣泛用到電子工業(yè)中。超導量子干涉儀不但能探測出埋在地下的礦物，也能探測出人腦的高級神經活動，揭開人類大腦思維活動的奧秘。利用超導原理制造的新型紅外探測器、超導磁強針 、 超導重力儀、超導濾波器及各種微波器件，將廣泛應用于航空航天事業(yè)、地震預報、地質勘探及天文學領域。利用超導體的完全抗磁性可制造新型回旋加速器，把人們的視覺和感觀延伸到微觀世界深處，揭開物質起源、生命起源的奧秘。
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