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超导体带你步入用电新时代 |
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| http://cn.newmaker.com
7/12/2006 9:45:00 AM
佳工机电网
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“现在，‘电’在人类生活中是十分重要的，我们夜间要靠电灯来照明，食物为了防止变质要放在电冰箱里；我们每天都要看电视，打电话，玩儿电脑，可以说，我们现在的生活离不开‘电’。”话题刚开始，韩征和便向记者强调了电的重要。
“电要为我们所用，首先要有发电站，还要有用电器，把电能转化为我们所需要的各种形式的能。但是其中还需要一个渠道来沟通：输电线路。但是输电线路中存在着电阻，使得不少的电能转化为热能浪费在输电过程中。于是人们想；如果有没有电阻的导体该多好呀！于是，‘超导体’便出现了，它的历史也有快一百年了，但直到1986年发现了高温超导材料、人们才开始看到了超导技术得到大规模应用的前景。”他说。
超导体就这样被发现
“1911年的某一天，荷兰莱根大学的昂尼斯教授正在专心致志地研究汞在低温下的导电性能。当温度降到零下40℃时，液体汞凝固成一条水银线。温度继续降低，但电阻不像预计的慢慢减小，而是在零下269.03℃时，即热力学温度4.12K时，电阻突然消失了。这意味着，如果用这种材料来作输电线，那么在输电过程中将不会有任何的能量损耗。在22年后，德国的物理学家迈斯纳和奥森费尔德又发现了超导体的另一个基本特性———完全抗磁性。将一个超导体管置于一个小磁场中，实验测定表明，超导体内部的磁场强度为零。即‘不允许’外磁场穿过超导材料的完全抗磁性。”
韩征和向记者饶有兴致地讲述了超导体的来历。
他说，可惜的是在当时的年代中，虽然已有科学家作出预言，超导体将在未来的领域中发挥极其重要的作用。但是在发现超导体后的60多年中，却几乎都没有应用到实际生活中。其中一个重要的原因是临界温度太低了，最高也有23.2K。（临界温度是指只有在这一温度以下物体才会显现出超导体的性质）。
“为了排除这一困难，就必须尽快地研制出具有较高临界温度的超导材料。”韩征和说道。
对于不为常人所认识的超导技术，在韩征和的带领下，记者进入了超导的世界。
超群的超导磁体
“超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。”韩征和指着手中的一块高温超导线材对记者说。
韩征和介绍说，超导磁体的主要用途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。
“在电力领域，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％。”韩征和说。
“不光是电力，磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助。磁流体发电，是利用高温导电性气体（等离子体）做导体，并高速通过磁场强度为5万—6万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单，用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。”他说。
据韩征和介绍，超导材料还可以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。”说到超导材料的这一大优势，韩征和脸上写满了自豪。
超导的杰作———磁悬浮
韩征和介绍说，超导体已应用在多个方面，我们知道，在大的电磁铁或电机中，通过线圈的电流很强，为了避免产生过多的热量，线圈就必须用较粗的导线或采取冷却措施。如果用超导体做线圈，就可以避免这些缺点。
超导电缆的研究和应用也有很大发展，超导体电缆埋在地上，损耗小有利于节约能量，保护环境和节约用电。
用超导线图制成的电磁铁能产生强大的磁场，对于核聚变时约束等离子附和粒子加速器实验装置都有很大用处。
“在交通方面，仅以磁悬浮列车为例，便可说明超导材料的特殊价值。早在1960年，美国就首先提出了超导磁悬浮列车的设想，此后，英、德、日、瑞典等国也提出了设想。并于近一二十年研制和开发。”韩征和说道。
日本和德国的磁悬列车的时速高达500km，是现在我国普通火车的5倍，乘坐这种列车从上海到北京仅需3小时。
目前国际上磁悬浮列车的悬浮方式主要有两种。一种是以德国技术为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统，利用电磁铁与铁磁性轨道相吸引的方法，通过调节吸引力来控制磁体和轨道间的距离把列车悬浮起来。德国的常规磁铁磁悬浮列车已在上海实现了短距离商业试验运行。另一种是以日本技术为代表的排斥式悬浮系统，这种方法使用低温超导导线来绕制电磁体，在运动时超导磁体和轨道之间产生排斥力，使列车悬浮。以上两种磁悬浮列车的磁体都可以用高温超导导线来绕之，这样有可能大幅度地改善列车的性能、减少能耗、节约成本。实现高温超导导线在磁悬浮列车上的应用是韩征和一直追求的目标。
“你们有办法吗？”记者急切地问道。
“是的已经有了，相信只要我们不懈地探索，超导体的应用前景会更加广阔！”韩征和说。
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