简介(主题 1、展示内容、原理、目的 2、超导电缆的历史 3、彩色三维效果图 3、展示和操作方式)

超导技术

低温超导电缆

简介

主题

中国科学技术馆主题展厅：挑战与未来

展项名称：超导电力技术

1、展示内容、原理、目的

使用高温超导线材的高温超导电缆损耗低，不用绝缘油，没有环境污染，使用方式灵活，可以减少电力运行成本．高温超导电缆比常规电缆所传送的电力要高三到五倍（相同截面时），可以满足城市不断增长的电力需求．地下高温超导电缆在不能安装架空线路环境中可以代替架空线路．在特殊场合，原有常规地下电缆不能进行扩容时可以用高温超导电缆代替，封闭母线也适合于用高温超导电缆代替。

2、超导电缆的历史

超导电缆里面的导体既不是镀银铜丝，也不是镀银铝丝。

1996年 改进高温超导电线的研究工作取得进展，制成了第一条地下输电电缆。欧洲电缆巨头皮雷利电缆公司、美国超导体公司和旧金山的电力研究所的工人，共同把6000米长的铋、锶、钙、铜和氧制成的线缠绕到一根保持超导温度的液氮的空管子上。

2001年4月，340米铋系高温超导线在清华大学应用超导研究中心研制成功，并于年末建成第一条铋系高温线材生产线。

2001年5月，北京有色金属研究总院采用自行设计研制的设备，成功地制备出国内最大面积的高质量双面钇钡铜氧超导薄膜，达到国际同类材料的先进水平

2001年7月，香港科技大学宣布成功开发出全球最细的纳米超导线。

2009年10月10日,美国科学家合成物质(Tl4Ba)Ba2Ca2Cu7O13+,将超导温度提高到254K,距离冰点仅19℃，对于推广超导的实际应用具有极大的意义.

目前，我国超导临界温度已提高到零下120℃即153K左右 。

3、彩色三维效果图

3、展示和操作方式

展台上有三个可以前后推动的载有模型的平板。三块平板分别代表变压器，电缆，限流器。观众在平台上推动模型平板，选择使用变压器或者超导变压器，使用普通电缆或者超导电缆，使用普通限流器或者超导限流器。 观众选择不同的电力设备组建电力系统。不同的组合将产生不同的输电效率。不同的输电效率产生的效果可以采用投影动画直观的表现出来。比如输电损失大时城市的一部分地区供电中断。

超导技术

1911年，荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡茂林-昂尼斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。

这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后，人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电压可以毫无阻力地在导线中形成巨大的电流，从而产生超强磁场。

1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感兴强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。

后来人们还做过这样一个实验：在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体，然后把温度降低，使锡盘出现超导性，这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，慢慢地飘起，悬空不动。

迈斯纳效应有着重要的意义，它可以用来判别物质是否具有超性。

为了使超导材料有实用性，人们开始了探索高温超导的历程，从1911年至1986年，超导温度由水银的4.2K提高到23.22K（OK=-273°C）。86年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30度，12月30日，又将这一纪录刷新为40.2K，87年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日发现了98K超导体，很快又发现了14°C下存在超导迹象，高温超导体取得了巨大突破，使超导技术走向大规模应用。

超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。超导现象中的迈斯纳效应使人们可以到用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在无摩擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性能。超导列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验，1987年开始，日本国开始试运行，但经常出现失效现象，出现这种现象可能是由于高速行驶产生的颠簸造成的。超导船已于1992年1月27日下水试航，目前尚未进入实用化阶段。利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍，但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮。

超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗，而利用超导体则可最大限度地降低损耗，但由于临界温度较高的超导体还未进入实用阶段，从而限制了超导输电的采用。随着技术的发展，新超导材料的不断涌现，超导输电的希望能在不久的将来得以实现。

现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷却的状态，但它仍旧被认为是20世纪最伟大的发现之一。

低温超导电缆

20世纪初，科学家发现，某些物质在很低的温度时，如铝在1.39开尔文（-271.76℃）以下，铅在7.20开尔文（-265.94℃）以下，电阻就变成了零。