在深入探討這些冷卻介質(zhì)之前，需要了解為什么無鐵芯超導(dǎo)電機(jī)需要特殊的冷卻系統(tǒng)。超導(dǎo)材料，盡管在低溫下具有零電阻的神奇特性，但其超導(dǎo)狀態(tài)必須在極低的溫度下才能維持。這種低溫環(huán)境是通過使用特定的冷卻介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的，而這些介質(zhì)能夠有效地吸收和傳遞熱能，保持電機(jī)內(nèi)部的超導(dǎo)材料在其臨界溫度以下。具體介紹如下：
液氦 (LHe)：液氦是在超導(dǎo)電機(jī)中常用的一種冷卻介質(zhì)，它的沸點(diǎn)在4.221 K（約-269°C）左右。由于其極低的沸點(diǎn)，液氦非常適合用來冷卻那些需要在極端低溫環(huán)境下運(yùn)行的超導(dǎo)設(shè)備。在航空超導(dǎo)電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)的研究中，液氦被用作冷卻介質(zhì)，以維持超導(dǎo)材料的低溫環(huán)境[^1^]。然而，由于氦氣是一種稀有資源，且提取成本較高，這使得液氦作為冷卻介質(zhì)的成本相對(duì)較高。
液氮 (LN2)：液氮的沸點(diǎn)為77.355 K（約-195.795°C），雖然比液氦的沸點(diǎn)高，但對(duì)于一些高溫超導(dǎo)材料來說，液氮仍然是一個(gè)有效的冷卻選擇。高溫超導(dǎo)材料的臨界溫度通常高于液氮的沸點(diǎn)，這使得液氮成為冷卻這類材料的理想選擇。例如，在高溫超導(dǎo)電機(jī)的發(fā)展中，液氮因其較低的成本和較高的可用性而逐漸成為主流的冷卻選項(xiàng)。
這兩種冷卻介質(zhì)的選擇不僅取決于它們的熱力學(xué)性能，還需要考慮經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性因素。雖然液氦提供了更低的冷卻溫度，適合大多數(shù)超導(dǎo)應(yīng)用，但其成本和提取難度限制了其廣泛應(yīng)用。相反，液氮由于成本較低且易于獲取，對(duì)于不需要極端低溫的應(yīng)用來說是一個(gè)更實(shí)用的選擇。
此外，研究人員還在探索其他可能的冷卻技術(shù)，如利用加熱管的冷卻裝置等創(chuàng)新方法，這可以進(jìn)一步提高超導(dǎo)電機(jī)的冷卻效率和可靠性。隨著科技的進(jìn)步和對(duì)超導(dǎo)技術(shù)的深入研究，未來可能會(huì)有更多種類的冷卻介質(zhì)和技術(shù)被開發(fā)出來，以適應(yīng)不同的工業(yè)需求和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。
總的來說，液氦和液氮是無鐵芯超導(dǎo)電機(jī)中兩種主要的冷卻介質(zhì)，它們各有特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。選擇合適的冷卻介質(zhì)不僅關(guān)系到超導(dǎo)電機(jī)的效能和穩(wěn)定性，也直接影響到運(yùn)營成本和系統(tǒng)的整體可行性。