固体物理论文 超导的应用

固体物理论文

-超导的应用

学院：物理与电气工程学院

专业：物理学

班级：10级

学号：101101086

姓名：仲小亚

超导的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。

超导在强电方面的应用

由于传统的电力输送过程中，送电、变电、配电的每一步都有电阻存在，大量的电力在输送过程中被白白浪费了，而且为了实现远距离送电，为了克服电阻还要用非常高的电压。而使用超导体输送电力既安全又省钱，一旦成功，将彻底改变目前电力工业的状况。在高温超导热的年头，室温超导似乎呼之欲出，如果使用室温超导体送电，不需要液氮，其优点是十分明显的。

超导在强磁方面的应用

由于用超导体可以实现磁体所达不到的大面积的或高磁强的磁强，所以它已被广泛地运用在各个领域中。目前人们已经能制造出最高达19万高斯的中小型超导磁体，如果将超导体和常规磁体以适当的方式结合使用，则已获得高达30多万高斯的磁强。目前，在一些已经建成的或正在建设的大型加速器中，也已经使用了或正准备使用超导磁体。在能源方面，聚变反应能释放出更多的能量。而为了使核聚变

反应持续进行，必须将处于1亿度到2亿度高温的等离子体高密度的约束起来，在如此高温的情况下，任何约束它的容器都会被熔化或气化。后来，人们想到用磁强作为一个“磁笼”的话，就可以把高温等离子约束起来。要造成这种高达几万甚至几十万高斯以上的强磁强，当然只能依靠超导体了。

利用超导约瑟夫森效应

随着60年代约瑟夫森效应的发现，超导体在弱磁强、弱电流的电子器件中也获得了广泛的应用。利用约瑟夫森效应制成的各种器件，具有灵敏度高、噪声低、响应速度快和损耗小等一系列优点，在某种意义上甚至可以说，超导电子学的出现也给电子工业带来了一场革命。由于约瑟夫森效应对电和磁的变化反应非常灵敏，它可以用于精密计量中。例如，它可以用来监视电压基准。

超导贮能

超导贮能与其他贮能技术相比有许多优点，贮能密度大，贮能效率高(90%～95%)，释放能时没有效率损失。超导贮能技术有许多重要用途，它在节约电能、提高电网稳定性和调节电力系统尖峰负荷方面有重要作用；它还可作为宇宙站的电源，也可作为受控热核反应、激光武器、粒子束武器和电磁轨道炮等的脉冲电源。

超导发电

将常规发电机的转子以超导线圈替代则形成超导同步发电机。超导发电机与常规发电机相比，具有以下优点：机械与通风损耗少，虽然增加了冷却系统的功率损耗，但整个发电系统的损耗只是常规发电

机的一半儿，使超导发电机的效率提高0.5%～0.8%(常规发电机效率98%，超导发电机效率99%)。

基础科学

利用超导装置可以正确测量磁场强度，磁通量、电流、电压、电磁能等许多物理量，而且这种仪器分辨能力极高，如超导量子干涉仪可以正确测量人的心磁、脑磁以及地磁．普通超导体的最大应用市场是在低温物理研究领域，首先应用于探测器、焊接设备及粒子加速器．者的研究热点。

总结：超导材料的发展历程来看，新的更高转变温度材料的发现及室温超导的实现都有可能。单晶生长及薄膜制造工艺技术也会取得重大突破，但超导材料的基础研究还面临一些挑战。目前超导材料正从研究阶段向应用发展阶段转变，且有可能进入产业化发展阶段。随着高温超导材料的开发成功，超导材料将越来越多地应用于尖端技术中，因此超导材料技术有着重大的应用发展潜力，可解决未来能源、交通、医疗和国防事业中的重要问题。

随着超导技术的不断发展，新的超导材料不断被发现，已有的超导材料不断被改善，超导材料的应用将越来越显示出自己的潜力，21世纪超导材料必将得到更广泛的研究和应用。

目前，各国都在进行超导磁体和超导电子学两方面的研究，人们估计这两相

方面将是高温超导体实用化的突破口，一旦出现突破，它将迅速渗透到能源、材料、激光、高能物理工程、空间技术、交通运输、计量技

术、电子技术、医疗工程和地质科学等各个领域，人们将生活在真正的超导世界里。

虽然超导现在应经广泛的应用于国民生活的各个领域，且具有广阔的应用前景，但其进一步应用受到理论的限制，未来超导的研究方向将是用实验验证理论，用理论指导实践，不断地丰富和发展超导理论，使其更好的为超导的实际应用服务。