超导材料的应用举例

超导材料的应用举例第1页，共15页，2023年，2月20日，星期四到80年代，超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速第2页，共15页，2023年，2月20日，星期四度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。第3页，共15页，2023年，2月20日，星期四1、超导发电机在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。磁流体发电机磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助。磁流体发电发电，是利用高温导电性气体（等离子体）作导体，并高速通过磁场强度为5万～6万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单，用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。第4页，共15页，2023年，2月20日，星期四第5页，共15页，2023年，2月20日，星期四其优点是：

1.不存在常规变压器中的发热损耗，节能潜力；

2.体积可以减少40-60%；

3.液氮代替变压器油，消除火灾隐患；

4.超导变压器的内阻极小，能够增大电压的可调节范围。第6页，共15页，2023年，2月20日，星期四2、超导输电线路超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度第7页，共15页，2023年，2月20日，星期四下图为高温超导电缆第8页，共15页，2023年，2月20日，星期四其优点是：1.高温超导电缆的电流密度可超过10000安培／平方厘米，（传统电缆由于有电阻，电流密度只有300－400安培／平方厘米）2.传输容量比传统电缆要高5倍左右，功率损耗仅相当于后者的40％。第9页，共15页，2023年，2月20日，星期四3、超导磁悬浮列车利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。第10页，共15页，2023年，2月20日，星期四下图是日本磁浮列车MagLev的原第11页，共15页，2023年，2月20日，星期四4、核聚变反应堆“磁封闭体”核聚变反应时，内部温度高达1亿～2亿℃，没有任何常规材料可以包容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”，将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来，然后慢慢释放，从而使受控核聚变能源成为21世纪前景广阔的新能源第12页，共15页，2023年，2月20日，星期四第13页，共15页，2023年，2月20日，星期四5、超导计算机高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正