第2章超导材料分解.ppt

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  复合超导体有超导电缆、复合线、复合带、超导细线复合线等等,其主要由超导材料以及良导体、填充料、绝缘层以及高强度材料包覆层和屏蔽层六部分组成。   七、高温超导材料的应用      高温超导材料的用途,大致可分为以下三类:   (1)大电流应用(强电应用);   (2)电子学应用(弱电应用);   (3)抗磁性应用。   大电流应用主要是指超群的超导磁体用于超导发电、输电和储能等三方面。   电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;   抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。 超群的超导磁体      超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。   由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性,因此只需消耗极少的电能,就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。   而用常规导体做磁体,要产生这么大的磁场,需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水,投资巨大。   超导磁体可以制作:   A、交流超导发电机   B、磁流体发电机   C、超导输电线路 A、交流超导发电机   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%。 B、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。磁流体发电机发电,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。 C、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。若改为超导输电,节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。 超导贮能   超导材料在输送电流时,不会损耗电力,故用它可把作发电机可以做得很小。   例如一台普通大型发电机需用15~20吨铜丝绕成线圈,如果用超导材料作线圈,只要几百克就够了,而发出的电力却一样。因此,超导材料是一种极好的节能材料和储能材料。   1987年,美国国防部为适应“星球大战”的需要,决定建立一个用超导材料储能的蓄电装置。在和平时期可向居民供电,在有导弹袭来时,可为激光武器供电,用激光摧毁导弹。   因为超导材料没有电阻,它的蓄能效率高,可以回收98%的多余电力,而且反应速度快。一旦需要电力,在0.3秒内就可从超导储能线圈中把电流引出来送到任何电网。这对星球大战时所需电力是非常重要的。   美国已设计并着手建造一个可以储存500万千瓦小时的巨型圈。它的直径有1568米,储存的电力足以供几十万人口的城市照明用电。     直流约瑟夫森效应:在不存在任何电场时,有直流电流通过结。   通过结的超导电子对电流J和对位相?的依赖关系是 其中,J0正比于迁移相互作用。电流J0是能够通过结的最大零电压电流。   交流约瑟夫森效应:当在超导结的两端施加直流电压时,电流会发生振荡,其频率是: 1uv的直流电压,产生振荡的频率为 483.6 M Hz。   上式说明当电子对穿过势垒时,会放出光子,其能量为:      。 这个效应被用于h/e的精确测量。   另外,如果与直流电压同时施加一个射频电压,则能产生通过超导结的直流电流。   宏观长程量子干涉   直流磁场加到包含两个结的超导电路,会使最高超导电流呈现随磁场强度变化的干涉效应,超导量子干涉仪就是利用这个效应工作的。   半导体的禁带宽度一般在ev数量级,而超导体的能隙通常仅为l m ev左右,只需很小的信号就能使超导体中的状态产生很大变化。   因此与半导体相比,超导电子器件具有低功耗、超高速和高灵敏度等优点。 六、 超导材料的分类     ⑴ 常规超导体     ⑵ 高温超导体(HTS)     ⑶ 其它类型超导体 ⑴ 常规超导体   相对于高温超导体而言,元素、合金和化合物的超导转变温度较低 (以液氮温度77K为界),因此这类超导体被称为常规超导体。 ① 元素超导体(50多种)        一些元素在常压或高压下具有超导电性能,另外一些元素经特殊处理后显示出超导电性。由于临界电流和临界磁场均较小,所以元素超导体很难实用化。 ② 合金超导体   超导合金在技术上有重要价值,它们具有较高的临界温度和特别高的临界磁场以及临界电流。超导合金具有塑性好,易于大量生产,成本低等优点。   最早出售的超导线材是Nb--Zr系,用于制造超导磁体。Nb--Zr合金具有低磁场高电流的特

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