奇妙的低溫世界超導(dǎo)

奇妙的低溫世界超導(dǎo)第1頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月目錄概述發(fā)展歷史原理應(yīng)用&展望第2頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月概述超導(dǎo)是指某些物質(zhì)在一定溫度條件下（一般為較低溫度）電阻降為零的性質(zhì)。超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應(yīng)。磁場(chǎng)中的金屬處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這種現(xiàn)象叫做完全抗磁性。第3頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展歷史——發(fā)現(xiàn)

1911年荷蘭物理學(xué)家H·卡茂林·昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)汞在溫度降至4.2K附近時(shí)突然進(jìn)入一種新?tīng)顟B(tài)，其電阻小到實(shí)際上測(cè)不出來(lái)，他把汞的這一新?tīng)顟B(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)。以后又發(fā)現(xiàn)許多其他金屬也具有超導(dǎo)電性。低于某一溫度出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體。第4頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展歷史——完全抗磁性1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另一個(gè)極為重要的性質(zhì)——當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，這一超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。對(duì)單晶錫球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：錫球過(guò)渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)，錫球周圍的磁場(chǎng)突然發(fā)生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導(dǎo)體之外去了，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應(yīng)”。第5頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展歷史——高溫超導(dǎo)為了使超導(dǎo)材料有實(shí)用性，人們開(kāi)始了探索高溫超導(dǎo)的歷程。從1911年至1986年，超導(dǎo)溫度由水銀的4.2K提高到23.22K。1986年1月發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物超導(dǎo)溫度是30K，12月30日，又將這一紀(jì)錄刷新為40.2K，1987年1月升至43K，不久又升至46K和53K。。。。。。從1986年－1987年的短短一年多的時(shí)間里，臨界超導(dǎo)溫度提高了近100K。第6頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展歷史——高溫超導(dǎo)高溫超導(dǎo)材料-溫度一覽表第7頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)原理——零點(diǎn)阻效應(yīng)電阻何來(lái)？水在管子里流動(dòng)的時(shí)候,總要受到摩擦阻力的影響。當(dāng)自由電荷在導(dǎo)體中定向移動(dòng)形成電流時(shí),也要受到阻礙。在金屬導(dǎo)體內(nèi)部,既存在原子和帶正電的正離子,又存在自由電子。在外界電力的作用下,當(dāng)自由電子在導(dǎo)體內(nèi)部做定向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,運(yùn)動(dòng)中的自由電子要受到大量原子核的平均阻礙作用，電子之間的阻礙作用，電子與電子，電子與原子核間的碰撞以及電子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)等等阻礙作用，結(jié)果阻礙了電子的定向運(yùn)動(dòng)。第8頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)原理——零點(diǎn)阻效應(yīng)超導(dǎo)如何實(shí)現(xiàn)電阻為零？低溫造成原子的價(jià)電子運(yùn)轉(zhuǎn)速率變小，但是原子核習(xí)慣于價(jià)電子的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，于是它挪用了相鄰原子核的價(jià)電子，但是這樣的挪用只是暫時(shí)的，形成了外層電子公用的現(xiàn)象，進(jìn)一步形成超導(dǎo)電子流。原子核的庫(kù)侖力不僅沒(méi)有阻礙超導(dǎo)電子流，還成為了輸送的運(yùn)輸力。于是電阻就變?yōu)榱懔恕５?頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)原理——邁斯納效應(yīng)超導(dǎo)因何懸??？由于超導(dǎo)體“不允許”其內(nèi)部有任何磁場(chǎng)，如果外界有一個(gè)磁場(chǎng)要通過(guò)超導(dǎo)體內(nèi)部，那么超導(dǎo)體必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與之相反的磁場(chǎng)，保證內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度為零，這就形成了一個(gè)斥力。當(dāng)在一個(gè)超導(dǎo)體正下方放置一個(gè)磁體，并使磁感線垂直通過(guò)超導(dǎo)體的時(shí)候，超導(dǎo)體將獲得垂直的上浮力。當(dāng)這個(gè)力的大小剛好等于超導(dǎo)體的重力的時(shí)候，超導(dǎo)體就可以懸浮在空中。第10頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)應(yīng)用——強(qiáng)電（大電流）應(yīng)用超導(dǎo)發(fā)電輸電儲(chǔ)能第11頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)發(fā)電超導(dǎo)發(fā)電：超導(dǎo)技術(shù)可以使發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)小型化，而功率更強(qiáng)大，工作性能更穩(wěn)定，以取代目前龐大笨重的發(fā)電設(shè)施，也為電動(dòng)機(jī)的低噪聲化和軍用提供可能性。擁有兩萬(wàn)千瓦功率的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)第12頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)輸電由于超導(dǎo)體電阻為零，完全可以通過(guò)大電流。于是超導(dǎo)輸電的輸送容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的架空輸電線路和充油電纜輸電線路，也大于充氣（如充SF6氣體）輸電管道和低溫低阻電纜輸電。而要實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)輸電的關(guān)鍵在于超導(dǎo)電纜。第13頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)儲(chǔ)能超導(dǎo)體電阻為零，電流在超導(dǎo)體里流動(dòng)永不消減。超導(dǎo)儲(chǔ)能是利用超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲(chǔ)存電能的裝置，其不僅可以在超導(dǎo)體電感線圈內(nèi)無(wú)損耗地儲(chǔ)存電能，還可以通過(guò)電力電子換流器與外部系統(tǒng)快速交換有功和無(wú)功功率，用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電品質(zhì)。第14頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)應(yīng)用——弱電（電子學(xué)）應(yīng)用超導(dǎo)計(jì)算機(jī)超導(dǎo)天線超導(dǎo)微波器件第15頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)計(jì)算機(jī)超導(dǎo)計(jì)算機(jī)即是利用超導(dǎo)元件作為計(jì)算機(jī)元件的計(jì)算機(jī)。關(guān)鍵元件：超導(dǎo)開(kāi)關(guān)器件，超導(dǎo)存貯器。目前制成的超導(dǎo)開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)速度，已達(dá)到10-12秒的高水平。這是當(dāng)今所有電子、半導(dǎo)體、光電器件都無(wú)法比擬的。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度將比現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)快100倍，而電能消耗僅是電子計(jì)算機(jī)的千分之一，如果目前一臺(tái)大中型計(jì)算機(jī)，每小時(shí)耗電10千瓦，那么，同樣一臺(tái)的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)只需一節(jié)干電池就可以工作了。第16頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)天線用超導(dǎo)材料制作的、具有一定形狀的、能將發(fā)射機(jī)的射頻電磁能轉(zhuǎn)變成空間電磁波能,或?qū)⒖臻g電磁波能量轉(zhuǎn)換成電磁能量送給接收機(jī)的裝置。前者為超導(dǎo)發(fā)射天線,后者為超導(dǎo)接收天線。通常天線具有互易性,一個(gè)天線既可以是發(fā)射的,也可以是接收的。超導(dǎo)天線主要是利用超導(dǎo)體射頻損耗很低的優(yōu)越性。超導(dǎo)接收天線可以顯著提高信噪比。第17頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)微波器件高溫超導(dǎo)材料具有極低的微波損耗，利用這一特性研制的濾波器具有插入損耗小、帶邊陡度高、帶外抑制深等特點(diǎn)。可以提高微波接收系統(tǒng)的靈敏度和抗干擾能力。第18頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)應(yīng)用——抗磁性應(yīng)用超導(dǎo)磁懸浮列車核聚變反應(yīng)第19頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)磁懸浮列車超導(dǎo)型磁懸浮列車也稱超導(dǎo)磁斥型，以日本MAGLEV為代表。它是利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)，列車運(yùn)行時(shí)與布置在地面上的線圈相互作用，產(chǎn)生電動(dòng)斥力將列車懸起，懸浮氣隙較大，一般為100毫米左右，速度可達(dá)每小時(shí)500公里以上。第20頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱核反應(yīng)堆核聚變反應(yīng)發(fā)生時(shí)沒(méi)有任何材料能承受這樣的高溫，但是卻可以利用超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)營(yíng)造“磁封閉體”，將熱核反應(yīng)堆中的高溫等離子包圍約束然后慢慢釋放。托卡馬克磁約束裝置第21頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中國(guó)熱核先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置EASTEAST裝置是我國(guó)自行設(shè)計(jì)研制的國(guó)際首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置。由中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所在中國(guó)安徽省省會(huì)合肥市建設(shè)。EAST是一個(gè)近堆芯高參數(shù)和穩(wěn)態(tài)先進(jìn)等離子體運(yùn)行科學(xué)問(wèn)題的重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它將是在ITER（國(guó)際熱核聚變?cè)囼?yàn)堆）之前國(guó)際上最重要的穩(wěn)態(tài)偏濾器托卡馬克物理實(shí)驗(yàn)基地。它的研制成功，使我國(guó)成為繼俄、日、法之后第四個(gè)擁有該類裝置的國(guó)家，從此為中國(guó)的聚變事業(yè)全面走向國(guó)際舞臺(tái)開(kāi)拓了一條創(chuàng)新之路。第22頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月節(jié)省大量資金緩解環(huán)境污染超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)電纜預(yù)測(cè)低電力低能耗靈敏度度高釔鋇銅超導(dǎo)薄膜-----應(yīng)用于諧振器、濾波器、天線等有源器件商品化低電力低能耗釔鋇銅超導(dǎo)超導(dǎo)塊材-用于磁懸浮、儲(chǔ)