制冷和低溫應(yīng)用之超導

1、關(guān)于制冷與低溫應(yīng)用之超導第一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月制冷技術(shù)的發(fā)展史人工制冷技術(shù)是從19世紀中也開始發(fā)展的。1834年美國發(fā)明家波爾金斯Jacob Perkins）首次造出了以乙醚在封閉循環(huán)中膨脹制冷的蒸汽壓縮式制冷機1844年美國人戈里(John Garre)用空氣封閉循環(huán)造出了世界上第一臺制冷和空調(diào)用的空氣制冷機。1858年美國人尼斯取得了制冷庫設(shè)計的第一個美國專利，從此商用食品冷藏事業(yè)開始了發(fā)展。1859年法國人卡列設(shè)計制造了第一臺氨水吸收式制冷機。1910年萊蘭克發(fā)明了蒸汽噴射式制冷機。1929年發(fā)現(xiàn)了具有無毒、不燃燒性質(zhì)的氟利昂制冷劑后，制冷技術(shù)發(fā)展得更快了。20世

2、紀80年代制冷行業(yè)步入新的歷史階段，同時，新的降溫方法擴大了低溫范圍，并進入了超低溫領(lǐng)域，現(xiàn)在低溫制冷溫度已達到mK級。第二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月制冷與低溫溫區(qū)的劃分制冷120K以上制冷的溫度4.2至120K之間制冷的溫度4.2K以下的按照目前制冷學界多數(shù)人的觀點溫低制冷超低溫制冷Why？由于研究對象和人們習慣不同，因而往往產(chǎn)生不同的劃分第三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月制冷與低溫技術(shù)的應(yīng)用 資源開發(fā)及環(huán)境保護 -低溫輸電，超導電纜輸電，磁流體發(fā)電，超導貯能，超導發(fā)電機及電動機，受控熱核反應(yīng)，液化天然氣及液氫燃料生產(chǎn)、貯運等超導磁選礦，低溫破碎，低溫粉碎，資源勘

3、探等污水、重金屬污染的磁分離，低溫脫硫，廢舊物資的低溫粉碎再利用，低溫凍結(jié)干燥等火箭推進技術(shù)，輻射磁屏蔽，氫-氧燃料電池，宇航員及生命呼吸氣，空間環(huán)境模擬等能源空間技術(shù)第四張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月宇宙通訊，移動通訊基站，超導高速計算機等超高靈敏度的檢測器，紅外探測器，標準計測器(電流、磁場、電壓等)，激光器等純氧煉鋼，金屬冷處理，有色金屬冶金保護氣等電訊與電子計算機計量檢測技術(shù)冶金超高真空，冷黑空間模擬，薄膜技術(shù)(真空鍍膜)等真空技術(shù)第五張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月-高能燃料(液氫，液氧)，重氫提取，稀有氣體提取，氦資源保護與利用，各種氣體分離等超高速列車的超導

4、磁懸浮裝置，低溫液化氣體的貯運等水產(chǎn)品，畜產(chǎn)品，蔬菜，水果等快速冷凍貯存等化工交通運輸食品-超導磁體，高速氣體軸承，超導直線加速器等機械第六張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月-低溫治療，低溫貯存，心磁儀，腦磁儀，介子照射，超導核磁成像儀，低溫生物醫(yī)學研究等He3的提取，反應(yīng)堆材料低溫輻射試驗，低溫吸附與液化精餾法回收反應(yīng)堆裂變氣，重氫的低溫精餾提取等高能物理加速器，氫氣泡室，超導與超流理論，等離子體物理，凝聚態(tài)物理，超低溫的獲得，自由基化學反應(yīng)機理等醫(yī)療衛(wèi)生原子能利用基礎(chǔ)理論研究良種牲畜精液低溫貯存(人工繁殖)等畜牧業(yè)第七張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 其中超導體的研究是是

5、當今最熱話題之一，也是很有應(yīng)用前景的研究方向。超導體可以有非常大的用途，這也是各國科學家努力研究超導的重要原因。用超導體輸送電能可以大大減少消耗，用高溫超導體材料加工的電纜，其載流能力是常用銅絲的1200倍；利用超導體可以形成強大的磁場，可以用來制造粒子加速器等，如用于磁懸浮列車，列車時速可達500千米；利用超導體對溫度非常敏感的性質(zhì)可以制造靈敏的溫度探測器。超導材料最誘人的應(yīng)用是發(fā)電、輸電和儲能。由于超導材料在超導狀態(tài)下具有零電阻和完全的抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得10萬高斯以上的穩(wěn)態(tài)強磁場。而用常規(guī)導體做磁體，要產(chǎn)生這么大的磁場，需要消耗3.5兆瓦的電能及大量的冷卻水，投資巨

6、大。超導磁體可用于制作交流超導發(fā)電機、磁流體發(fā)電機和超導輸電線路等。 第八張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導的發(fā)現(xiàn)1908年，荷蘭物理學家卡末林昂內(nèi)斯 ( Hei-ke Kamerlingh Onnes，18531926 ) 首次液化了氦氣 。人們 第一次達到了當時地球上的 最低 溫度，大約 4.2 K 左右。 之前，人們已經(jīng)知道，隨著溫度的降低，金屬的電阻也會越來越小。那么，隨著溫度降到熱力學溫度零度附近時金屬的電阻會怎樣變化呢？第九張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導的發(fā)現(xiàn)1911年，卡末林 昂內(nèi)斯和他的學生一起，選擇了當時最容易提純的水銀作為實驗材料，在液氦的溫度下

7、進行了認真的研究。實驗的結(jié)果使他們大吃一驚。當溫度降到 4.2 K 左右時，水銀的電阻竟然突然地消失了！經(jīng)過反復檢查后，卡末林昂內(nèi)斯終于證實了這是真實的情況。昂內(nèi)斯因?qū)ξ镔|(zhì)低溫性質(zhì)的研究和液氦的制備而獲得1913年度的諾貝爾物理學獎。第十張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第十一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第十二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 將低溫超導材料付諸實用的一個關(guān)鍵問題就是將超導體冷卻到它們的超導轉(zhuǎn)變溫度以下，使之進入超導態(tài)，這就需要昂貴的液核技術(shù)，這顯然很難實用化和推廣應(yīng)用用超導材料制造的電動機、發(fā)電機、變壓器、熱開關(guān)、輻射檢驗器以及無接觸轉(zhuǎn)換開關(guān)、

8、國防軍工儀器等已經(jīng)投入使用。超導現(xiàn)象刺激著科學家們的求知欲，但是由于超導轉(zhuǎn)變溫度太低，超導的設(shè)備、儀器、元件還需要在液氦溫區(qū)（4.2K）內(nèi)工作，於鈮三鍺合金(Nb3Ge)，其Tc為23.3 K （超導高低溫材料分界點）第十三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月人們不得不以巨額投資設(shè)計和建造龐大的液氦站，建立繁雜的輔助設(shè)備，把氣態(tài)的氦轉(zhuǎn)變成液體氦，然后通過輔助設(shè)備送到使用的裝置上去。所以當超導材料的超導轉(zhuǎn)變溫度還是在23.3K 的時候，科學家們的美夢，只好凍結(jié)在漂渺的腦海之中。然而，要提高超導材料的超導轉(zhuǎn)變溫度，并不是一件輕而易舉的事。經(jīng)過75年的漫長歲月，超導材料的超導轉(zhuǎn)變溫度從4.2K

9、 到23.2K，僅提高了19K，這種緩慢的進展速度，多么令人困擾！ 第十四張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月柏諾茲(Bednorz)和繆勒(Miiller)于1986年發(fā)現(xiàn)超導轉(zhuǎn)變溫度在3O K溫區(qū)的高溫銅氧化物超導體，為進一步發(fā)現(xiàn)在液氮溫區(qū)值的高溫超導體開辟了道路。他們于1987年獲諾貝爾獎。1986 年秋，中國科學院物理研究所的趙忠賢、陳立泉等人在鑭鋇銅氧和鑭鍶銅氧化物體系中觀察到了在46.3K 和48.6K 下的超導轉(zhuǎn)變，同時物理研究所李林教授領(lǐng)導的研究小組，用濺射方法制備出超導轉(zhuǎn)變溫度為2527K的鑭鍶鋇氧超導薄膜。中國的科學家，在高科技的國際競爭中已進入角色。1993 年，美

10、國得克薩斯超導研究中心的美籍華人朱經(jīng)武宣布，他制備出氧化汞、鋇鈣銅的超導體超導轉(zhuǎn)變溫度為153K（零下120），這是目前的最高紀錄 第十五張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導熱持續(xù)升溫，而且持續(xù)的時間在科學史上是最長的，涉及的人數(shù)也是最多的，這是什么原因呢？正如高溫超導體一出現(xiàn)，世界的科學家們就斷言：第四次工業(yè)革命即將到來。因為高溫超導體實現(xiàn)了在強電方面的應(yīng)用，全球的電力輸送，從發(fā)電到供配電模式都將全部改變，若能做到無損耗地輸電，僅美國一個國家一年即可節(jié)省100 億美元。采用超導材料建設(shè)超導電子對撞機的電子貯存環(huán)，有可能使達到40 萬億電子伏特的粒子發(fā)生對撞，對揭示神奇的微觀世界和物

11、質(zhì)結(jié)構(gòu)元將有重大的貢獻。超導在弱電應(yīng)用方面，如電子通訊、信息技術(shù)、精密儀表、核物理、醫(yī)學、軍工、宇航的應(yīng)用均有著廣闊的前景。高溫超導的超導量子干涉儀已經(jīng)誕生，為在上述領(lǐng)域中制備有關(guān)儀器打下了基礎(chǔ)。超導材料的成功應(yīng)用。對電力工程、磁流體發(fā)電、超導電子學、地球物理、國防科學、生物磁學、醫(yī)學等十幾個學科都帶來重大影響，高溫超導材料在21 世紀無疑會大放異彩。第十六張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 上海引進德國高速磁浮技術(shù)，修建了西起地鐵 2 號線龍陽路站，冬至浦東國際機場一期航站樓，長 31公里的運營線。2003年元月1日正式運營。設(shè)計 時速為 505 公里，運行 時速為 430 公里。為

12、世界首條磁浮列車商運線。第十七張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導磁流體發(fā)電機超導磁流體發(fā)電機以C-A5飛機運往莫斯科第十八張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月應(yīng)用于原子融合之超導科技8 T 陰陽超導磁鐵 第十九張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月高能量粒子超導加速器及碰撞器第二十張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導技術(shù)被用在電纜上第二十一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導技術(shù)在軍事上的應(yīng)用 超導儲能裝置在定向武器上的應(yīng)用使定向武器發(fā)生飛躍的發(fā)展.超導發(fā)電機,推進器在飛機上的應(yīng)用可大大提高飛機的生存能力,在航海中的應(yīng)用,可大大減小甚至沒有噪音,推進速

13、度快,可大大提高艦艇的生存,作戰(zhàn)能力,超導計算機應(yīng)用于C3I指揮系統(tǒng),可使作戰(zhàn)指揮能力迅速改善提高等等. 隨著超導技術(shù)的不斷發(fā)展,高溫氧化物超導材料和有機物超導材料將不斷問世,目前超導還只應(yīng)用在科學實驗和高技術(shù)中,例如中國科學院合肥等離子體物理研究所,采用超導技術(shù)建成托卡馬克實驗裝置(磁約束裝置),放電300 ms,電流I=150 kA,使我國核聚變研究能力向前跨進一大步.第二十二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月全球超導熱的浪潮，實際上是一場綜合國力和科學水平的競爭，形成了美、中、日三國三足鼎立的格局。誰都不甘落后，新的研究，新的成果不斷涌現(xiàn)，尤其是在19871988 年間，幾乎是每三天都有高溫超導研究的新突破。還有一些科學家，如日本的科學家稱曾發(fā)現(xiàn)鍶鋇釔銅氧超導體系有零下60的超導轉(zhuǎn)變，一些科技刊物多次報導發(fā)現(xiàn)室溫超導的現(xiàn)象，美國休斯頓大學的科學家也聲稱在鉺鋇銅氧體系中發(fā)現(xiàn)有230K（