第二章 超导材料.ppt

不论在进入超导态之前金属体内有没有磁感应线，当它进入超导态后，只要外磁场|B0|小于临界磁场Bc，超导体内磁感应强度总是等于零，即 B=B0+?0M=0 由此求得金属在超导电状态的磁化率为 ?= ?0M/ B0 =-1 由此可见，超导体是一个“完全的逆磁体”。超导态是一个热力学平衡的状态，同怎样进入超导态的途径无关。 1935年，伦敦兄弟提出，超导电子产生的电流密度为 js+(nse*2/m*)A=0 式中：超导电子的电荷为- e*，有效质量为m*，浓度为ns ， A为超导电子运动的矢势 。 利用伦敦方程可以得到穿透深度 ?L=（m*/?0 nse*2 ）1/2 对于大多数超导电性的金属元素，穿透深度约为10-8~10-7米。 穿透深度的变化实际上说明超导电流的电子数ns并不是固定的，在接近0K时最大，随温度增加而减小，到转变温度时，ns减小到0。 由于在表层流动的超导电流对外磁场起屏蔽作用，才使超导体具有完全的逆磁性。通常将表层的超导电流称为逆磁电流或屏蔽电流。 临界温度Tc依赖于同位素质量的现象。当M??时， Tc应趋于零，没有超导电性。 当原子质量M趋于无限大时，晶格原子就不可能运动，当然不会有晶格振动了， 由此可知：电子-晶格振动的相互作用是超导电性的根源。 当电子间有净的吸引作用时，费密面附近的两个电子将形成束缚的电子对的状态，它的能量比两个独立的电子的总能量低，这种电子对状态称为库柏对。 考虑到电子的自旋，最佳的配对方式是动量相反同时自旋相反的两个电子组成库柏对。 热绝缘型和冷绝缘型高温超导电力电缆 磁悬浮列车的不足 1.由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。 2.常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。 3.超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。 为什么磁浮铁路并没有出现人们所企望的那种成为主要交通工具的趋势？ 首先，磁浮铁路的造价十分昂贵。与高速铁路相比，修建磁浮铁路费用昂贵。根据日本方面的估计，磁浮铁路的造价每公里约需60亿日元，比新干线高20％。如果规划中的从东京到大阪之间的中央新干线修建为磁浮铁路，全线造价约需3万亿日元，而为了对建造磁浮铁路这一方案进行可行性研究而计划建造的一条42.8公里长的试验线，其初步预算就达3000亿日元。德国也认为磁浮铁路的造价远远高于高速铁路。根据德国在80年代初的这一项估算认为，修建一条复线磁浮铁路其造价每公里约为659万美元，而法国的巴黎至里昂和意大利的罗马至佛罗伦萨的高速铁路每公里的造价只分别为226万和236万美元。现在，德国规划中的汉堡至柏林292公里长的铁路如果建造成为磁浮铁路，其初步预算就达59亿美元，约合每公里2000万美元。磁浮铁路所需的投入较大，利润回收期较长，投资的风险系数也较高，从而也在一定程度上影响了投资者的信心，制约了磁浮铁路的发展。 为什么磁浮铁路并没有出现人们所企望的那种成为主要交通工具的趋势？ 其次，磁浮铁路无法利用既有的线路，必须全部重新建设。由于磁浮铁路与常规铁路在原理、技术等方面完全不同，因而难以在原有设备的基础上进行利用和改造。高速铁路则不同，可以通过加强路基、改善线路结构、减少弯度和坡度等方面的改造，某些既有线路或某些区段就可以达到高速铁路的行车标准。如，日本1964年投入运营并大受欢迎的东京至大阪的新干线，在没有对机车做重大改进的情况下，仅通过修建曲线半径较大，即没有急转弯和陡坡较小的铁路等方法，从而使列车速度大大提高。再如德国的汉堡至柏林既有铁路线，经过技术改造后，某些区段的最高速度每小时可达230公里。此外，欧洲一些国家如德国、瑞典、意大利等国的设计人员，还采用使车厢在转向架上转动和倾斜的升降技术来对付铁路弯道（即采用摆式车体），这样在无须对既有线路进行改造和更新的情况下，也使列车行驶速度提高到每小时220公里。在对既有线路进行高速铁路改造的过程中，还可以实现高、中速混跑，列车根据不同区段的最高限速以不同的速度行驶。因而，与磁浮铁路的全部重新建设相比，高速铁路的线路和运行成本就大大降低了。 为什么磁浮铁路并没有出现人们所企望的那种成为主要交通工具的趋势？ 再次，磁浮铁路在速度上的优势并没有凸显出来。30多年前，许多人认为轮轨粘着式铁路的极限速度为每小时250公里，后来又认为是300-380公里。但是现在，法国的“高速列车”(TGV)、德国的“城际快车”(ICE)和穿越英吉利海峡的“欧洲之星”列车以及日本的新干线，其运行速度都达到或接近每小时300公里。1990年，在巴黎西部地区运行的法国第二