第四讲 超导材料02.ppt

* 空军：采用电磁发射装置，可形成一种全新的野战机场和短程起降方式。此外，小体积的电磁炮完全可作为机载武器使用。 战略防御：作为拦截中程、潜射和洲际战略导弹的武器，超导电磁炮能发挥更大的威力。同时，它还可用来攻击敌方的卫星和空间站。 战略导弹的发射 机载武器 * 超导舰艇 螺旋桨推进器产生涡旋，军舰难以实现高速航行；同时，电动机、螺旋桨等旋转部分产生振动和噪音，容易被发现；高速转动部件受到轴承摩擦限制，转速无法进一步提高。 利用超导强磁性可设计出各种结构的无摩擦超导轴承，大幅提高部件转速，使军舰实现高速化。 高速军舰 核潜艇 * SQUID还可测定地下未爆炸的军用物品或有害废弃物，寻找地下的或水下的隐蔽军事设施。 这些目标可能深埋于地(水)下，但却都能在地上显示出磁异常。 美国海军已经开发出可以移动的高温超导重力仪来探测某些目标，仅在美国，就已查出大约900个陆下的和海中废弃的作战装置。 超导侦察 * 其它应用 SQUID磁强计可进行大面积探矿和测定地下水层分布，原理就是矿物或水引起的地表微弱电磁信号的变化。 一个轻便式SQUID磁强计对地下深井探测结果说明，在数据质量大体相同的条件下，它比常规磁强计的循环次数少8倍以上，探测深度也有较大增加。 地质探测 地质勘探 地质勘探磁力仪 * 海水在地磁场中运动也会产生电场和电流，从而产生微弱的磁场。 利用放置于海洋水面上的SQUID磁梯度计来测量海洋波所产生的磁场梯度起伏变化，测量出水面以下洋流流动的情况。 世界洋流分布图 * 在地震、海啸发生之前，该地区或海面的地磁将发生变化，这是由于断层线附近的岩石所受应力发生变化，压磁效应导致磁场变化。 放置于海洋床面和野外地表上的SQUID磁强计测量海底和地壳中不同深度的磁化率变化，长时间监视断层带附近地磁场的变化，成为地震、海啸预报的有效手段。 汶川地震示意图 日本9.0级地震引发的海啸 * 天文观察 在银河系以及河外星系中，在几开到几十开的温度区域，原子和分子辐射频率在100G赫到几太赫(1太赫＝1012赫)的范围内。 超导器件将提供一整套高灵敏度的探测技术，共跨度从毫米波、亚毫米波、远红外到x射线区的区域。 星际尘埃 天文观察 * 超导探测器能够探测在这样低温环境中的物质，测量爆炸产生的巨大星际尘埃云，获得这些领域的大量化学信息。 目前已能研究发生在星际空间的化学变化，描绘出星际形成的早期图像，大大增加了对星际物质演变过程的理解。 星际物质 紫金山天文台研制的超导接受机 * 同步加速器 对高能物理研究中使用的同步加速器来说，加速器内的粒子动量与轨道半径和磁场强度成正比。 要获得高能量的粒子，通过盲目增加轨道半径的办法会牵涉到巨额土建费用，极不合理。 同步加速器 * 超导磁体可以很好地解决这一问题。 超导磁体可以在直径较小的条件下获得高强度磁场，进而得到高能粒子。 超导磁体一旦通入电流后，即使不再供电也能照常工作，大大节约能源，降低同步加速器的运行费用。 同步加速器用超导磁体 * 一个3000亿电子伏特的质子加速器，超导磁体的场强为6T时，圆环半径只需170米；选用常规磁体，仅达到1.2T的场强，磁环半径就需要1200米。 一个能产生10T场强，孔径为1厘米的小型超导磁体导线电阻很小，加上引线电阻和接触电阻等各项损耗总共不超过200W，而产生同样磁场的常规磁体能耗至少2000kW。 一个能产生5T场强的超导磁体重量只有几千克，同样场强的常规磁体重量超过20吨，另需庞大的冷却系统，占据空间大，有些场合无法使用。 * 超导磁屏蔽 迈斯纳效应使外磁场不能进入超导体。若用超导材料做成密闭容器，可以保护其中物体不受外界磁场影响，该磁体的磁场也不会影响外面物体。 对于超导体来说，仅需10-4厘米的超导薄层就可将外磁场全部屏蔽，而对于通常的铁磁屏蔽，即使用很厚的铁壁容器，也会有一些磁场侵入其中。 磁屏蔽示意图 * 超导磁屏蔽还可应用在航天飞行。 宇宙射线中大多数是高速带电粒子，飞船上必须安装抵御宇宙射线的设备才能保障字航员安全。 利用超导线圈，在字航员四周产生一个适当的磁场，运动的带电粒子会受到磁场作用而偏转方向，挡住字宙射线，保护宇航员。 超导磁体很轻，大大节省飞船的发射功率。 宇宙射线 * 在不久的将来，我国的能源、医疗卫生、电子技术和科学仪器等方面都会迫切需要超导技术。 美国、日本等国家关于超导产品的市场估计，均把我国作为重要市场之一。 能否抓住超导技术发展提供的历史性的机会，争取在这一新兴高技术产业中占有一席之地，是我国超导技术发展面临的一个重要问题。 * 2004年3月，云南昆明普吉变电站完成三相交流33.5米/35kV/2kA超导电缆系统的现场安装，挂网试运行成功，标志着继美国、丹麦之后，我国成为世界上第三个将超导电缆投入电网运行的国家