超导体的应用可分为三类:强电应用、弱电应用和抗磁性应用。强电应用即大电流应用,包括超导发电、输电和储能;弱电应用即电子学应用,包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;抗磁性应用主要包括磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。
强电应用
超导发电机:目前,超导发电机有两种含义。一种含义是将普通发电机的铜绕组换成超导体绕组,以提高电流密度和磁场强度,具有发电容量大、体积小、重量轻、电抗小、效率高的优势。 另一种含义是指超导磁流体发电机,磁流体发电机具有效率高、发电容量大等优点,但传统磁体在发电过程中会产生很大的损耗,而超导磁体自身损耗小,可以弥补这一不足。
超导输电:由超导材料制作的超导电线和超导变压器,可以把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计,用铜或铝导线输电,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。
弱电应用
超导计算机:高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列,但密集排列的电路在工作时会发生大量的热,而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路,其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作,不存在散热问题,同时计算机的运算速度大大提高。此外,科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管,甚至完全用超导体来制作晶体管。
抗磁性应用
磁悬浮列车超导磁悬浮列车:利用超导材料的抗磁性,将超导材料放在一块永久磁体的上方,由于磁体的磁力线不能穿过超导体,磁体和超导体之间会产生排斥力,使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。
超导托卡马克核聚变实验装置核聚变反应堆“磁封闭体”:核聚变反应时,内部温度高达1亿~2亿摄氏度,没有任何常规材料可以包容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”,将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来,然后慢慢释放,从而使受控核聚变能源成为21世纪前景广阔的新能源。
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