超導材料未來應用的前景

2021-08-13 16:41:10 字數 3085 閱讀 3846

超導是超導電性的簡稱。是一種材料,如某種金屬、合金或化合物在溫度下降至某一臨界溫度時,其電阻完全消失,這種現象稱為超導電性,具有這種現象的材料稱為超導材料。超導體的另外乙個特徵是:

當電阻消失時,磁感應線將不能通過超導體,這種現象稱為抗磁性。

超導材料的用途非常廣闊,大致可分為三類:大電流應用(強電應用)、電子學應用(弱電應用)和抗磁性應用。大電流應用即超導發電、輸電和儲能;電子學應用包括超導計算機、超導天線、超導微波器件等;抗磁性主要應用於磁懸浮列車和熱核聚變反應堆等。

超導體的巨大前景

●超導材料不可思議

那麼,為什麼世界各國對「超導」技術的研究與開發如此重視呢?這主要是因為超導材料具有極其優越的物理特性:一是零電阻效應,二是約瑟夫遜效應,三是邁斯納效應。

超導體這些突出特性的重大意義,不亞於半導體的發現。甚至有專家預言,超導體的應用將導致一場新技術革命,特別是在軍事領域的應用,將引起一系列巨大變革。

●軍事應用前景廣闊

超導體在軍事領域的應用將十分廣泛。採用超導體材料,可使許多重要的軍用裝備,如c4i系統、聚能**、艦艇、飛機、坦克、裝甲車輛、飛彈等**的效能得到大幅度的改善。

超導飛機設計製造大功率、小體積的發動機,對提高飛機的作戰效能至關重要。目前,飛機所採用的均是磁流體發電,但利用普通磁體,很難使磁場強度高於15高斯,而如果利用超導磁體就能產生數萬至幾十萬高斯的磁場,從而大大提高磁體發電的輸出功率。所以,超導技術的突破,為大容量、小型化磁流體發電機的研製成功提供了條件,這種超導發電機正在加速走向實用化。

目前,有些國家已在研製幾百至一千兆瓦的體積小、重量輕的超導發電機,預計機載大功率超導發電機將成為超導技術在軍事上率先得到應用的重點專案。

超導艦船20世紀70年代以來,美、蘇、英、日等國積極開展超導技術在海**船方面應用的研究,並不斷取得成效。美國試製了7500馬力的超導驅動系統;英國研製了650馬力的超導電磁力推進裝置;日本製成了世界上第一艘超導船。超導艦船由於取消了傳統的螺旋槳推動部件,因而具有結構簡單、維修方便、推力大、航速高、無震動、無雜訊、無汙染、造價低等諸多優點。

潛艇應用超導推進系統後,能有效地消除噪音、降低紅外輻射,從而不易被敵方發現,大大提高了艦船的快速機動能力和突防能力。

超導聚能**聚能**是把能量匯聚成極細的能束,沿著精確的方向,以接近或等於光速的速度發射出去,對目標進行殺傷。但目前在研製這些**上幾乎都遇到了能源問題。即如何在瞬間向聚能**提供大量的能源,如雷射**,特別是大功率的戰略雷射**耗能巨大,它要求在瞬間提供數十億至數百億焦耳的能量,而目前的儲能裝置儲存的能量卻非常有限,且體大笨重。

而超導技術的發展,則為解決聚能**能源問題提供了可能。

用超導材料製成的閉合線圈是一種理想的儲能裝置。因為只要線圈保持超導狀態,它所儲存的電磁能就會毫無損耗地長期儲存下去,並可隨時把強大的能量提供給聚能**。超導儲能裝置使聚能**如虎添翼,它有如給聚能**提供了乙個機動靈活、容量無比的彈藥庫。

超導c4i系統就目前來看,c4i系統的心臟———電子計算機,要想繼續提高系統的效能和運算速度,功耗是乙個實際的限制。為此,國外已積極開展超導計算機的應用研究,並已經研製出約瑟夫遜超導元件,利用這一元件可將電路速度提高乙個數量級,功耗比同等功能的整合矽電路低三個數量級。超導計算機的突出特點是,可在元器件不發熱、無電阻的情況下高效率地執行,c4i系統一旦應用了超導技術,其效能將獲得空前的提高。

超導太空發射器2023年,日本研製出了一種新型的常溫超導材料,它所具有的磁懸浮力相當於當時超導材料的300倍,它不僅可以用來製造高速磁懸浮列車,還可以用來發射太空梭。如今,世界一些發達國家採用這種超導材料,已經研製出一種可以用來發射太空梭的超導磁懸浮發射裝置,它主要由一條3500公尺長的水平超導導軌和一條2000公尺高的垂直超導導軌相連線,形成乙個近90度的陡坡。發射時,龐大的太空梭在磁懸浮力的作用下,沿著水平方向前進並逐漸被加速,當到達終端的弧形軌道後,便隨弧形軌道改變方向,並以每小時500—600千公尺的速度沿垂直導軌向上飛行,在距地面1500公尺左右時飛離發射裝置,與此同時,太空梭的發動機開始工作,靠自身的動力直刺蒼穹。

採用超導磁懸浮發射裝置取代火箭發射太空梭,可以減輕太空梭的重量,增加有效載荷,並且推力大、耗能少、起飛速度大、安全可靠、可多次重複使用,從而節省了大量經費。

●超導攻關激戰猶酣

隨著超導技術的進一步發展,超導常溫材料研製成功,超導裝甲車輛、超導坦克、超導飛彈等形形色色的超導**也將紛紛亮相。事實上,早在2023年,美國就將超導技術的發展及實用化列入了國防部計畫、sdi計畫和「常規防禦計畫」(cdi)。美國前**里根乙份「發展超導技術的11點計畫」,其中明確規定要從2023年開始的幾年計畫中,撥專款1.5億美元,以保證超導計畫能盡快應用在各種軍事系統中,並說在實用化方面美國必須走在日本的前頭。

而日本則不甘落後,在**1994—2023年技術發展趨勢時明確指出,在擬完成的三項重點技術計畫中,首項便是液氮溫區以上的超導材料實用化。

不難**,21世紀的戰場,將有越來越多的超導**頻頻出現,而它們的應用必將引起未來作戰理論、作戰樣式和戰略戰術等方面的一系列變革。

暢談超導體的未來

眾所周知,中國為了修建三峽工程可謂是不惜血本啊!為什麼要耗費如此巨大來建造三峽?中國原本是利用火力發電的,現在改用水力發電(還是有好多地方的電是靠火力的)。

火力發電的能量**絕大部分是煤炭,自然就要耗費大量的煤炭,這是顯而易見的。而煤炭又是不可再生資源。然而,世界範圍內都面臨著資源危機,顯然身為不可再生資源的煤炭在其中扮演著乙個十分重要的角色。

利用水力發電也就解決大大了這個問題,這就是為什麼即使犧牲再大也要建造三峽水電站的根本原因。但是單單靠乙個三峽水力發電顯然是不夠用的,特別是在這樣乙個什麼都要用電的現代化社會之中。煤炭在發電這方面的使用依然是十分巨大的。

即使加上風力發電等其它能量**,依然還是不能滿足現代社會對電力的需求。那麼要怎樣做?

千家萬戶分住各地,我們不可能把他們集中在乙個地方居住,所以l無法改變,這也是不爭的事實,同時因為考慮到熱脹冷縮的物理現象,我們的兩根電桿間的輸電線還必須長於他們的實際長度,這使得l的值相對而言就更加大了。而s做得太大也不切合實際。顯然r是很大,自然損耗功也是很大的。

但是大家不要忘了超導體,如果使用超導體作為我們的輸電線的材料,我們將永永遠遠告別輸電線上帶來的損耗。輸電線上得損耗的杜絕將讓我們可以很自信的向宇宙宣布我們地球上將不用再以犧牲煤炭為代價來換取電能了,因為利用其它方式發電將完完全全能夠滿足我們的所需。下面我來粗劣計算下輸電線上電能的損耗,以此來證明當用超導體作為輸電線時將帶來的巨大利益。

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