超导体和等离子体讲解

电磁感应效应
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为证实这一发现，他们用固态的水银做成环路， 并使磁铁穿过环路使其中产生感应电流。但当水 银环路处于4K之下的低温时，即使磁铁停止了运 动，感应电流却仍然存在。他们坚持定期测量一 年，只要水银环路的温度低于4K，电流会长期存 在，并且没有强度变弱的任何迹象。
超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发 电机和超导输电线路等。
超导发电机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％。
如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达 到难以置信的164K (-109℃)。
1997年，金铟合金在接近绝对零度时既是超导体 同时也是磁体。1999年科学家发现钌铜化合物在 45K (-228℃)时具有超导电性。由于该化合物独特 的晶体结构，它在计算机数据存贮中的应用潜力 将非常巨大。
2、迈斯纳（Meissner）效应 —超导体具有将磁场完全排斥在外的完全抗磁性 迈斯纳（Meissner）效应可用磁悬浮实验演示：
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2.0678346110-15 Wb
约瑟夫森效应是一种隧道效应（势垒贯穿）起 源于微观粒子波动性的量子效应
1962年由约瑟夫森从理论上预言，后被实验所证实
1）如果在两超导体之间夹有10-3 ~ 10-4m 的绝缘，
薄层则即使绝缘层两侧不存在任何电压，其间仍 然可以持续地流过直流超导电流
2）如果在绝缘层两层的超导膜上加直流电压， 则在两超导膜之间将有一定频率的交流电通过， 并向外辐射电磁波，交变超导电流的振荡频率为
1987年，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组 与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后宣布制 成临界温度约为90K (-183℃)的超导材料YBCO。
1988年初日本宣布制成临界温度达110K的BiSr-Ca-Cu-O超导体。至此，人们终于实现了液氮 温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。
科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度 可达125K (-148℃)，汞系化合物超导材料的临界 温度则可达135K (-138℃)。
从获得能量的观点来看聚变核反应主要是如下两 种：
20世纪50年代初，苏联科 学家提出了磁约束的概念，并 于1954年建成了第一个磁约束 装置——托卡马克(Tokamak)， 它是俄语“磁线圈环形真空室” 的缩写
超导磁悬浮列车
第
超四 导讲
体 和 等 离 子 体
超导 —超导电性 （金属、合金或其它材料电阻变零的性质）
一、超导物理性质
1、零电阻
1784年英国化学家拉瓦锡曾预 言：假如地球突然进到寒冷的地 区，空气无疑将不再以看不见的 流体形式存在，它将回到液态。
荷兰物理学家 昂尼斯
(H.K.Onnes)
从那时候起，拉瓦锡的预言就 一直激励着人们去实现“永久气 体”的液化, 使气体变成液体，并 由此得到极低的温度。
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超导体的电子比热、同位素效应、超导能隙等 超导体的理论研究超出经典物理的范畴——BCS 理论（1957年联合提出）
二、超导技术的应用
大电流应用（强电应用） 电子学应用（弱电应用） 抗磁性应用
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。
1877年法国物理学家盖勒德首先实现了“永久气 体”中氧的液化，液体氧的温度低达-140℃.
1898年，英国科学家杜瓦获得液化氢，液氢的温 度为-252.76℃，次年杜瓦又成功地使液氢变为固 体氢，固体氢的温度低到-260℃。
1908年昂尼斯首次把 最后一个“永久气体” 氦气液化，并获得低 于4K的低温。
获得了1913年的诺贝尔物理学奖。
20世纪80年代起掀起高温超导研究:
超导新材料的发现
高温超导体—临界温度在液氮温度77K (-196℃） 以上。 1981年合成了有机超导体
1986年苏黎世实验室的缪勒和柏诺兹发现了陶 瓷性金属氧化物LaBaCuO4，TC约为35K (-238℃)。
陶瓷性金属氧化物一般来说是绝缘物质 获得了1987年的诺贝尔物理学奖。
超导输电线路 超导材料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。
超导磁体是高能加速器和核聚变装置不可缺少 的关键部件。
同理一个超导球用一通有持续电流的超导环使它 悬浮, 根据这个原理制成的超导重力仪，可以精 确测量地球重力的变化
3、磁通量子化和约瑟夫森（Josephson）效应
——超导体两种独特的宏观量子效应
类磁通——穿过中空超导体内空腔以及超导体内 表面穿透区域的总磁通量
磁通量子化——理论和实验表明超导体的类磁 通是守恒的，并其值是量子化的，最小的类磁 通单位称为磁通量子，
1910年，昂尼斯开始和他的学生研究低温条件下 的物态变化。1911年，他们在研究水银电阻与温 度变化的关系时发现，当温度低于4K时已凝结 成固态的水银的电阻突然下降并趋于零.
电阻率 2 1[1 （T2 - T1)]
R/ 0.10 0.05
* ***
超导的转变
温度 TC
4.10 4.20 4.30 T/K
高能粒子加速器
超导核聚变托卡马 克装置
核聚变
在一定条件下，一个氘核(由一个质子一个中子 组成)和一个氚核(由一个质子和二个中子组成)会发 生聚变核反应，生成一个氦核(二个质子和二个中子 组成)，并放出一个中子。
精密的测量表明，氦核加上一个中子的质量之和 小于一个氘核与氚核反应前的质量之和，发生了明 显的质且亏损。 根据著名的爱因斯坦质能公式E＝mc2，反应过程中 出现的质量亏损转化为巨大的能量释放出来。