超导材料的未来应用前景

超导材料——当代科学的明珠

超导材料的未来应用前景

超导是超导电性的简称。是一种材料，如某种金属、合金或化合物在温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是：当电阻消失时，磁感应线将不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。

超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即超导发电、输电和储能；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。

超导体的巨大前景

●超导材料不可思议

那么，为什么世界各国对“超导”技术的研究与开发如此重视呢？这主要是因为超导材料具有极其优越的物理特性：一是零电阻效应，二是约瑟夫逊效应，三是迈斯纳效应。超导体这些突出特性的重大意义，不亚于半导体的发现。甚至有专家预言，超导体的应用将导致一场新技术革命，特别是在军事领域的应用，将引起一系列巨大变革。

●军事应用前景广阔

超导体在军事领域的应用将十分广泛。采用超导体材料，可使许多重要的军用装备，如C4I系统、聚能武器、舰艇、飞机、坦克、装甲车辆、导弹等武器的性能得到大幅度的改善。

超导飞机设计制造大功率、小体积的发动机，对提高飞机的作战性能至关重要。目前，飞机所采用的均是磁流体发电，但利用普通磁体，很难使磁场强度高于15高斯，而如果利用超导磁体就能产生数万至几十万高斯的磁场，从而大大提高磁体发电的输出功率。所以，超导技术的突破，为大容量、小型化磁流体发电机的研制成功提供了条件，这种超导发电机正在加速走向实用化。目前，有些国家已在研制几百至一千兆瓦的体积小、重量轻的超导发电机，预计机载大功率超导发电机将成为超导技术在军事上率先得到应用的重点项目。

超导舰船20世纪70年代以来，美、苏、英、日等国积极开展超导技术在海军舰船方面应用的研究，并不断取得成效。美国试制了7500马力的超导驱动系统；英国研制了650马力的超导电磁力推进装置；日本制成了世界上第一艘超导船。超导舰船由于取消了传统的螺旋桨推动部件，因而具有结构简单、维修方便、推力大、航速高、无震动、无噪声、无污染、造价低等诸多优点。潜艇应用超导推进系统后，能有效地消除噪音、降低红外辐射，从而不易被敌方发现，大大提高了舰船的快速机动能力和突防能力。

超导聚能武器聚能武器是把能量汇聚成极细的能束，沿着精确的方向，以接近或等于光速的速度发射出去，对目标进行杀伤。但目前在研制这些武器上几乎都遇到了能源问题。即如何在瞬间向聚能武器提供大量的能源，如激光武器，特别是大功率的战略激光武器耗能巨大，它要求在瞬间提供数十亿至数百亿焦耳的能量，而目前的储能装置储存的能量却非常有限，且体大笨重。而超导技术的发展，则为解决聚能武器能源问题提供了可能。

用超导材料制成的闭合线圈是一种理想的储能装置。因为只要线圈保持超导状态，它所储存的电磁能就会毫无损耗地长期保存下去，并可随时把强大的能量提供给聚能武器。超导储能装置使聚能武器如虎添翼，它有如给聚能武器提供了一个机动灵活、容量无比的弹药库。

超导C4I系统就目前来看，C4I系统的心脏———电子计算机，要想继续提高系统的性能和运算速度，功耗是一个实际的限制。为此，国外已积极开展超导计算机的应用研究，并已经研制出约瑟夫逊超导元件，利用这一元件可将电路速度提高一个数量级，功耗比同等功能的集成硅电路低三个数量级。超导计算机的突出特点是，可在元器件不发热、无电阻的情况下高效率地运行，C4I系统一旦应用了超导技术，其性能将获得空前的提高。

超导太空发射器1990年，日本研制出了一种新型的常温超导材料，它所具有的磁悬浮力相当于当时超导材料的300倍，它不仅可以用来制造高速磁悬浮列车，还可以用来发射航天飞机。如今，世界一些发达国家采用这种超导材料，已经研制出一种可以用来发射航天飞机的超导磁悬浮发射装置，它主要由一条3500米长的水平超导导轨和一条2000米高的垂直超导导轨相连接，形成一个近90度的陡坡。发射时，庞大的航天飞机在磁悬浮力的作用下，沿着水平方向前进并逐渐被加速，当到达终端的弧形轨道后，便随弧形轨道改变方向，并以每小时500—600千米的速度沿垂直导轨向上飞行，在距地面1500米左右时飞离发射装置，与此同时，航天飞机的发动机开始工作，靠自身的动力直刺苍穹。

采用超导磁悬浮发射装置取代火箭发射航天飞机，可以减轻航天飞机的重量，增加有效载荷，并且推力大、耗能少、起飞速度大、安全可靠、可多次重复使用，从而节省了大量经费。

●超导攻关激战犹酣

随着超导技术的进一步发展，超导常温材料研制成功，超导装甲车辆、超导坦克、超导导弹等形形色色的超导武器也将纷纷亮相。事实上，早在1987年，美国就将超导技术的发展及实用化列入了国防部计划、SDI计划和“常规防御计

划”（CDI）。美国前总统里根一份“发展超导技术的11点计划”，其中明确规定要从 1988年开始的几年计划中，拨专款1．5亿美元，以保证超导计划能尽快应用在各种军事系统中，并说在实用化方面美国必须走在日本的前头。而日本则不甘

落后，在预测1994—2005年技术发展趋势时明确指出，在拟完成的三项重点技术计划中，首项便是液氮温区以上的超导材料实用化。

不难预测，21世纪的战场，将有越来越多的超导武器频频出现，而它们的应用必将引起未来作战理论、作战样式和战略战术等方面的一系列变革。

畅谈超导体的未来

众所周知，中国为了修建三峡工程可谓是不惜血本啊！为什么要耗费如此巨大来建造三峡？中国原本是利用火力发电的，现在改用水力发电（还是有好多地方的电是靠火力的）。火力发电的能量来源绝大部分是煤炭，自然就要耗费大量的煤炭，这是显而易见的。而煤炭又是不可再生资源。然而，世界范围内都面临着资源危机，显然身为不可再生资源的煤炭在其中扮演着一个十分重要的角色。利用水力发电也就解决大大了这个问题，这就是为什么即使牺牲再大也要建造三峡水电站的根本原因。但是单单靠一个三峡水力发电显然是不够用的，特别是在这样一个什么都要用电的现代化社会之中。煤炭在发电这方面的使用依然是十分巨大的。即使加上风力发电等其它能量来源，依然还是不能满足现代社会对电力的需求。那么要怎样做？

千家万户分住各地，我们不可能把他们集中在一个地方居住，所以L无法改变，这也是不争的事实，同时因为考虑到热胀冷缩的物理现象，我们的两根电杆间的输电线还必须长于他们的实际长度，这使得L的值相对而言就更加大了。而S做得太大也不切合实际。显然R是很大，自然损耗功也是很大的。

但是大家不要忘了超导体，如果使用超导体作为我们的输电线的材料，我们将永永远远告别输电线上带来的损耗。输电线上得损耗的杜绝将让我们可以很自信的向宇宙宣布我们地球上将不用再以牺牲煤炭为代价来换取电能了，因为利用其它方式发电将完完全全能够满足我们的所需。下面我来粗劣计算下输电线上电能的损耗，以此来证明当用超导体作为输电线时将带来的巨大利益。