制冷和低溫應用之超導

1、關于制冷與低溫應用之超導第一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月制冷技術的發(fā)展史人工制冷技術是從19世紀中也開始發(fā)展的。1834年美國發(fā)明家波爾金斯Jacob Perkins）首次造出了以乙醚在封閉循環(huán)中膨脹制冷的蒸汽壓縮式制冷機1844年美國人戈里(John Garre)用空氣封閉循環(huán)造出了世界上第一臺制冷和空調用的空氣制冷機。1858年美國人尼斯取得了制冷庫設計的第一個美國專利，從此商用食品冷藏事業(yè)開始了發(fā)展。1859年法國人卡列設計制造了第一臺氨水吸收式制冷機。1910年萊蘭克發(fā)明了蒸汽噴射式制冷機。1929年發(fā)現(xiàn)了具有無毒、不燃燒性質的氟利昂制冷劑后，制冷技術發(fā)展得更快了。20世

2、紀80年代制冷行業(yè)步入新的歷史階段，同時，新的降溫方法擴大了低溫范圍，并進入了超低溫領域，現(xiàn)在低溫制冷溫度已達到mK級。第二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月制冷與低溫溫區(qū)的劃分制冷120K以上制冷的溫度4.2至120K之間制冷的溫度4.2K以下的按照目前制冷學界多數人的觀點溫低制冷超低溫制冷Why？由于研究對象和人們習慣不同，因而往往產生不同的劃分第三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月制冷與低溫技術的應用 資源開發(fā)及環(huán)境保護 -低溫輸電，超導電纜輸電，磁流體發(fā)電，超導貯能，超導發(fā)電機及電動機，受控熱核反應，液化天然氣及液氫燃料生產、貯運等超導磁選礦，低溫破碎，低溫粉碎，資源勘

3、探等污水、重金屬污染的磁分離，低溫脫硫，廢舊物資的低溫粉碎再利用，低溫凍結干燥等火箭推進技術，輻射磁屏蔽，氫-氧燃料電池，宇航員及生命呼吸氣，空間環(huán)境模擬等能源空間技術第四張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月宇宙通訊，移動通訊基站，超導高速計算機等超高靈敏度的檢測器，紅外探測器，標準計測器(電流、磁場、電壓等)，激光器等純氧煉鋼，金屬冷處理，有色金屬冶金保護氣等電訊與電子計算機計量檢測技術冶金超高真空，冷黑空間模擬，薄膜技術(真空鍍膜)等真空技術第五張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月-高能燃料(液氫，液氧)，重氫提取，稀有氣體提取，氦資源保護與利用，各種氣體分離等超高速列車的超導

4、磁懸浮裝置，低溫液化氣體的貯運等水產品，畜產品，蔬菜，水果等快速冷凍貯存等化工交通運輸食品-超導磁體，高速氣體軸承，超導直線加速器等機械第六張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月-低溫治療，低溫貯存，心磁儀，腦磁儀，介子照射，超導核磁成像儀，低溫生物醫(yī)學研究等He3的提取，反應堆材料低溫輻射試驗，低溫吸附與液化精餾法回收反應堆裂變氣，重氫的低溫精餾提取等高能物理加速器，氫氣泡室，超導與超流理論，等離子體物理，凝聚態(tài)物理，超低溫的獲得，自由基化學反應機理等醫(yī)療衛(wèi)生原子能利用基礎理論研究良種牲畜精液低溫貯存(人工繁殖)等畜牧業(yè)第七張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 其中超導體的研究是是

5、當今最熱話題之一，也是很有應用前景的研究方向。超導體可以有非常大的用途，這也是各國科學家努力研究超導的重要原因。用超導體輸送電能可以大大減少消耗，用高溫超導體材料加工的電纜，其載流能力是常用銅絲的1200倍；利用超導體可以形成強大的磁場，可以用來制造粒子加速器等，如用于磁懸浮列車，列車時速可達500千米；利用超導體對溫度非常敏感的性質可以制造靈敏的溫度探測器。超導材料最誘人的應用是發(fā)電、輸電和儲能。由于超導材料在超導狀態(tài)下具有零電阻和完全的抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得10萬高斯以上的穩(wěn)態(tài)強磁場。而用常規(guī)導體做磁體，要產生這么大的磁場，需要消耗3.5兆瓦的電能及大量的冷卻水，投資巨

6、大。超導磁體可用于制作交流超導發(fā)電機、磁流體發(fā)電機和超導輸電線路等。 第八張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導的發(fā)現(xiàn)1908年，荷蘭物理學家卡末林昂內斯 ( Hei-ke Kamerlingh Onnes，18531926 ) 首次液化了氦氣 。人們 第一次達到了當時地球上的 最低 溫度，大約 4.2 K 左右。 之前，人們已經知道，隨著溫度的降低，金屬的電阻也會越來越小。那么，隨著溫度降到熱力學溫度零度附近時金屬的電阻會怎樣變化呢？第九張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導的發(fā)現(xiàn)1911年，卡末林 昂內斯和他的學生一起，選擇了當時最容易提純的水銀作為實驗材料，在液氦的溫度下

7、進行了認真的研究。實驗的結果使他們大吃一驚。當溫度降到 4.2 K 左右時，水銀的電阻竟然突然地消失了！經過反復檢查后，卡末林昂內斯終于證實了這是真實的情況。昂內斯因對物質低溫性質的研究和液氦的制備而獲得1913年度的諾貝爾物理學獎。第十張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第十一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第十二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 將低溫超導材料付諸實用的一個關鍵問題就是將超導體冷卻到它們的超導轉變溫度以下，使之進入超導態(tài)，這就需要昂貴的液核技術，這顯然很難實用化和推廣應用用超導材料制造的電動機、發(fā)電機、變壓器、熱開關、輻射檢驗器以及無接觸轉換開關、

8、國防軍工儀器等已經投入使用。超導現(xiàn)象刺激著科學家們的求知欲，但是由于超導轉變溫度太低，超導的設備、儀器、元件還需要在液氦溫區(qū)（4.2K）內工作，於鈮三鍺合金(Nb3Ge)，其Tc為23.3 K （超導高低溫材料分界點）第十三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月人們不得不以巨額投資設計和建造龐大的液氦站，建立繁雜的輔助設備，把氣態(tài)的氦轉變成液體氦，然后通過輔助設備送到使用的裝置上去。所以當超導材料的超導轉變溫度還是在23.3K 的時候，科學家們的美夢，只好凍結在漂渺的腦海之中。然而，要提高超導材料的超導轉變溫度，并不是一件輕而易舉的事。經過75年的漫長歲月，超導材料的超導轉變溫度從4.2K

9、 到23.2K，僅提高了19K，這種緩慢的進展速度，多么令人困擾！ 第十四張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月柏諾茲(Bednorz)和繆勒(Miiller)于1986年發(fā)現(xiàn)超導轉變溫度在3O K溫區(qū)的高溫銅氧化物超導體，為進一步發(fā)現(xiàn)在液氮溫區(qū)值的高溫超導體開辟了道路。他們于1987年獲諾貝爾獎。1986 年秋，中國科學院物理研究所的趙忠賢、陳立泉等人在鑭鋇銅氧和鑭鍶銅氧化物體系中觀察到了在46.3K 和48.6K 下的超導轉變，同時物理研究所李林教授領導的研究小組，用濺射方法制備出超導轉變溫度為2527K的鑭鍶鋇氧超導薄膜。中國的科學家，在高科技的國際競爭中已進入角色。1993 年，美

10、國得克薩斯超導研究中心的美籍華人朱經武宣布，他制備出氧化汞、鋇鈣銅的超導體超導轉變溫度為153K（零下120），這是目前的最高紀錄 第十五張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導熱持續(xù)升溫，而且持續(xù)的時間在科學史上是最長的，涉及的人數也是最多的，這是什么原因呢？正如高溫超導體一出現(xiàn)，世界的科學家們就斷言：第四次工業(yè)革命即將到來。因為高溫超導體實現(xiàn)了在強電方面的應用，全球的電力輸送，從發(fā)電到供配電模式都將全部改變，若能做到無損耗地輸電，僅美國一個國家一年即可節(jié)省100 億美元。采用超導材料建設超導電子對撞機的電子貯存環(huán)，有可能使達到40 萬億電子伏特的粒子發(fā)生對撞，對揭示神奇的微觀世界和物

11、質結構元將有重大的貢獻。超導在弱電應用方面，如電子通訊、信息技術、精密儀表、核物理、醫(yī)學、軍工、宇航的應用均有著廣闊的前景。高溫超導的超導量子干涉儀已經誕生，為在上述領域中制備有關儀器打下了基礎。超導材料的成功應用。對電力工程、磁流體發(fā)電、超導電子學、地球物理、國防科學、生物磁學、醫(yī)學等十幾個學科都帶來重大影響，高溫超導材料在21 世紀無疑會大放異彩。第十六張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 上海引進德國高速磁浮技術，修建了西起地鐵 2 號線龍陽路站，冬至浦東國際機場一期航站樓，長 31公里的運營線。2003年元月1日正式運營。設計 時速為 505 公里，運行 時速為 430 公里。為

12、世界首條磁浮列車商運線。第十七張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導磁流體發(fā)電機超導磁流體發(fā)電機以C-A5飛機運往莫斯科第十八張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月應用于原子融合之超導科技8 T 陰陽超導磁鐵 第十九張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月高能量粒子超導加速器及碰撞器第二十張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導技術被用在電纜上第二十一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月超導技術在軍事上的應用 超導儲能裝置在定向武器上的應用使定向武器發(fā)生飛躍的發(fā)展.超導發(fā)電機,推進器在飛機上的應用可大大提高飛機的生存能力,在航海中的應用,可大大減小甚至沒有噪音,推進速

13、度快,可大大提高艦艇的生存,作戰(zhàn)能力,超導計算機應用于C3I指揮系統(tǒng),可使作戰(zhàn)指揮能力迅速改善提高等等. 隨著超導技術的不斷發(fā)展,高溫氧化物超導材料和有機物超導材料將不斷問世,目前超導還只應用在科學實驗和高技術中,例如中國科學院合肥等離子體物理研究所,采用超導技術建成托卡馬克實驗裝置(磁約束裝置),放電300 ms,電流I=150 kA,使我國核聚變研究能力向前跨進一大步.第二十二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月全球超導熱的浪潮，實際上是一場綜合國力和科學水平的競爭，形成了美、中、日三國三足鼎立的格局。誰都不甘落后，新的研究，新的成果不斷涌現(xiàn)，尤其是在19871988 年間，幾乎是每三天都有高溫超導研究的新突破。還有一些科學家，如日本的科學家稱曾發(fā)現(xiàn)鍶鋇釔銅氧超導體系有零下60的超導轉變，一些科技刊物多次報導發(fā)現(xiàn)室溫超導的現(xiàn)象，美國休斯頓大學的科學家也聲稱在鉺鋇銅氧體系中發(fā)現(xiàn)有230K（