第十章 超导.ppt

内容提要 一、超导体的发现、研究历程 二、超导体的特征，两类超导体 三、传统超导体的唯象理论和微观机制 四、约瑟夫孙效应 五、高温超导体研究 六、铁基超导研究 七、超导研究的主要方向 2.我校在高温超导研究中的贡献 ●1987年建立国家超导攻关小组，拨专款资助。 　首席科学家：甘子钊院士 　成员单位：中科院、北大、清华、中南工大，……等17个单位。 ●中南工大攻关组，组长：左铁镛。 成员单位：　 　　　粉冶所：织构生长（黄培云院士，李度成） 　　　材料系：丝材制备（左铁镛，金展鹏，王尉国） 　　　物理系：电磁性能（韦钦，蔡建国） 　　　化学系：晶体结构（高孝恢）　　 六、铁基超导体研究The research of Iron-based superconductor 高温超导传输电缆 超导电缆的测试 2. 超导发电机 4.超导磁悬浮列車 超导磁悬浮列車-推进原理: 6. 超导在医学中的应用－－NMR-CT 7.超导在能源技术中的应用 7.超导在能源技术中的应用－－超导储能 9. 超导在供电系统中的应用－－超导故障限流器 1. 非常规超导的机理研究，探究两个电子是如何配对的？ 2. 超导独有的物理特性，宏观量子相干和量子磁通物理特性研究； 　　核心——如何控制和改善超导　电子隧道效应？ 超导的明天 ?超导科学技术是当代凝聚态物理学和材料科学最重要的前沿研究领域，作为宏观尺度上的量子物理现象，对其机理的深入探讨和研究，对物理学的发展有特殊地位。超导技术是一门有广泛应用和巨大发展潜力的高技术领域，在能源、信息、交通、科学仪器、医疗技术、国防工业等有重要作用。国外产业界预测，今后20年全球超导产业规模可以达到2000亿美元左右。 ----国家超导技术联合会研究开发中心和中国科大共同　 　　　　　举办的第七届全国超导学术研讨会(2003年4月） 4. 超导态的性质 1. 库柏对 （1）直流约瑟夫孙效应 （2）穿透深度 BCS理论 实验结果 （3）磁通量子化 。 　　L. Gammel等在1987年用缀饰法观察的磁通线格子，可以辨识这格子具有三角点阵的特征。据此计算得到每根磁通线是一个磁通量子 这比值大于s波配对的比值3.53大，但仍比实验值小。目前的实验是支持在高温超导体中存在d波配对。 （4）能隙 对于Bi2Sr2CaCu2O8+δ,其Tc为85K， d波配对 BCS理论 S波配对 除了寻找更高临界温度的超导材料之外，超导研究的另一重要任务是建立高温超导的物理机制。因为BCS理论给出所有金属合金超导体存在40K的理论上限，称作麦克米兰极限。高温超导的微观机制是物理学皇冠上的明珠之一。 最细的超导线材 　科学家作出了目前已知最细的超导线，线宽约为10nm。????当超导线宽越来越细的时候，超导的性质会越来越差。 最长的超导线材 高温超导传输线目前最长为1500m,如果用户需要长度更长的产品,如2至3km,也可以满足(100m即可实际应用)。 材料：　　　Bi-2223 ） 临界电流 Ic (77K，自场)≥ 110A, 线材宽度4.2±0.1mm 线材厚度0.23±0.01mm 最大拉伸应力(5% Ic 衰减) 　　　　　　　　　　　　100MPa 最小弯曲半径(5% Ic 衰减)30mm 北京英纳超导技术有限公司生产的高电流密度线材 由于低温的需求，超导线材必須有平行的液氮管道保持冷却，液氮在定点的区间内循环，难免的，气化的部分需要再進行液化，这些困难都可以解决，但经济效益大为降低！ 十万伏的高压电必須高架或是深埋地底，并以介电材料覆盖，减少对环境安全的负面效应。超导输电线可用大电流、低电压，没有这方面的顾虑而且节省能源，有利于环保。 　　日本超导工学研究所于2003年1月20日宣布，他们用高温超导磁铁成功造出了世界最强的磁场。将形如永磁体的超导磁铁冷却到绝对温度77K（零下196摄氏度），就能产生强度为3.3特斯拉的磁场，为永磁体10倍的超强磁场， ?　　研究开发出的这种高温超导磁铁是将具有超导性质的钇化合物和不具超导性质的钇化合物混合制作而成的。在丙铜中将不具超导性质的化合物粉碎成细小颗粒，并分散成只有数百纳米的微粒子，然后用浓度仅为1%的低氧对其进行分压、溶化和凝固，最后从外部加入磁场，制成磁铁。将这样制作而成的两个直径5厘米的高温超导磁铁重合起来，然后测定成为磁场性能指标的磁束密度，结果在绝对温度为77K的状态下，测出了强度为3.3特斯拉。 （2） 超导磁铁 Advantage of SC Generator Higher Efficiency Lower weight and volume 传统发电机与超导发电机的比较 可测地球磁场的十亿