超导磁共振成像系统中的低温技术 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种生物磁学核自旋成像技术。十多年来，随着超导、低温、磁体、射频及计算机图像处理等高新技术的发展，MRI已成为当今医学领域最先进的诊断设备之一。按照MRI系统主磁体磁场的产生方式，通常将其分为永磁型、常导型（阻抗型）、混合型和超导型四类。由于超导型MRI具有场强高、功耗小（磁体基本无功耗）、磁场均匀稳定和系统信噪比高等优点，近年来发展非常迅速。本文首先介绍超导MRI 成像系统的磁场建立过程及其失超的概念，然后讨论超导磁体的低温保障技术。 超导环境的建立 同阻抗型磁体一样，超导型磁体也由线圈的电流产生磁场。两者的差别主要是线圈的材料不同：前者用普通铜线绕制，而后者由超导线绕成。目前所用超导材料主要是铌钛与铜的多丝复合线，它的工作温度为4.2K（-269℃），即一个大气压下液氦的温度。因此，超导线圈必须浸泡在液氦里才能正常工作。MRI磁体超导环境的建立通常需要下述步骤： 磁体低温容器抽真空 超导磁体一般在CFRP或GFRP支撑结构下依次装有环形真空绝热层、液氮容器和液氦容器，超导线圈置于液氦容器之中。各容器都有非常好的绝热性能和密封性能。可见超导磁体的制造工艺是相当精细的。 真空绝热层是超导磁体的重要保冷屏障，其保冷性能主要决定于它的真空度。因此，抽真空的质量直接关系到超导磁体运行后的经济性能。磁体安装完毕后，一般在现场对其抽真空，但有些厂家的产品出厂前就已抽毕。 真空绝热层抽真空的过程可分为两步。首先用旋片式机械泵抽吸约4h，使内部压力降至10Pa （1mbar）以下。紧接着改用涡轮分子泵，将内部压力抽至10-3Pa（10-5mbar）。要达到这样低的压力，涡轮分子泵需连续运转数十小时，有时长达数日。此间一旦出现断电情况，就有可能前功尽弃。因此，真空绝热层抽真空前MRI系统的不间断电源应该安装就绪，以便将涡轮分子泵与其相连，断电后就有足够的时间来关闭磁体上的真空阀。达到所需的真空度后，应及时关闭插板阀，以免漏气。 磁体预冷 磁体预冷是指用Coldhead（制冷机冷头）和cryogen（液氮、液氦）将磁体冷屏和超导线圈温度分别降至其工作温度的过程。由于上述容器与致冷剂的温差相当悬殊，磁体的预冷常常需要消耗大量液氮和液氦。下面以牛津公司UNISTA T磁体（1T、1.5T和2.0T）为例来介绍磁体的预冷过程。 在实施预冷前，先检查磁体液氦液位计是否正常。充灌液氮要使用绝热管线，并严防其冻裂。液氦的灌注则使用专用的真空虹吸管。另外，预冷时磁体的所有排气管道均应畅通，并保持磁体室通风良好。 液氮预冷比较简单。首先按低温操作的有关规定连接好液氮杜瓦瓶和磁体液氮输入口，并保持杜瓦瓶内20~25kPa（0.2~0.25bar）的过压力。在这一压力的驱动下，随着输液管道的接通，液氮便缓缓注入磁体液氮容器。但是由于开始时容器内温度较高，大量液氮将被蒸发，液氮的蒸发使容器内的温度得以降低。一旦液面计有了读数，就表明该容器内温度已降至77.4K，即
高温超导材料的低温热电势 引言 热电效应是金属材料的基本物理现象之一。金属和合金的输运性质一直是人们关注的研究的课题。长期以来主要集中于其电导行为的研究。自从1978年报道Nagel指出测量材料的热电势率是研究电子散射机理极其灵敏的方法后，近几年来热电势的研究已引起人们极大的兴趣。自1987年高温超导材料发现以来，科学工作者对高温超导体的超导机制作了大量的研究的工作，发现当超导材料在超导相转变为正常相时，许多物理特性都会发生很大的变化。因此，热电势的测量也是科学工作者研究高温超导材料低温物性的重要手段之一。另外，测量材料的热电势对探索和寻找新的热电材料也具有非常重要的实际意义。热电势率的测量对基础研究和应用研究都具有重要的意义。 实验原理 （1）塞贝克效应 1821年塞贝克发现在锑与铜两种材料组成的回路中，当两个触点处于不同的温度时，在回路中就有电流通过。人们把产生这种的电动势叫做热电动势（见图一）。若两种材是均匀的，那么热电动势的大小就与两个接触点温度有关，产生热电动势的原因主要由于：（a）两种金属逸出功不同；（b）两种金属的电子密度不同。从而产生电子从一种金属穿过界面向另一种金属的迁移，在接点处形成了接触电势，它与温度有关，在两接点温度不相同时，其接触电动势的代数和不等于零。所产生的接触电势差就是热电动势。在两个接触点温度差不大时热电势与温度差成正比：E AB=S ABΔT ,式中E AB为A，B两种材料所产生的热电动势；△T为两接点之间的温度差，S AB为A，B两种材料的相对热电动势，S AB不仅取决于A,B两种材料的性能，也是温度的函数。 （2）温差电路的基本性质 温差电路具有如下的基本性质：（a）只有温度梯度不可能在成分和组织结构均匀的同种材料组成的闭合回路中维持温差电流; (b) 如果整个电路的所有接头处在同一温度下，则任何不同的材料所组成的闭合回路的温差电动势都为零。因此可以推论，可以把第三种均匀材料加到电路中，只要它的两端处在同样的温度下，就不会影响回路的总温差电动势。如图二所示；（c）两种均匀金属A和B组成的回路，温差电动势具有可加性： E AB（T1，T2）+ E AB（T2，T3）= E AB（T1，T3）如图三所示。
4.9 超导磁体 4.9.1 概述 磁体系统是谱议的关键部件之一，它提供高强度和一定均匀度的恒定磁场，供主漂移室测量带电粒子的径迹，用以研究基本粒子间的相互作用和规律。超导磁体利用轭铁提供磁场回路。 根据BESIII 物理工作的需要，要求主漂移室有高的动量分辨率，但主漂移室的动量分辨率主要由室内物质的多次库仑散射决定，此时改进室的空间分辨率和测量次数（增加灵敏丝的层数）以改进测量统计性都不能改进动量分辨率，而增加磁场强度可以达到这一目的。但另一方面，如果磁场强度过高，更多的低能量粒子会陷在漂移室内打圈而很难测量。综合各种因素，选择北京谱仪磁铁的中心磁场设计值为1.0T 。 为避免在粒子径迹拟合时做过多的离线计算机校正，要求径迹区内磁场不均匀度较小。但由于线圈工艺复杂，体积宏大，加工生产中必然会产生不圆度。另外由于各子探测器电子学的需要，轭铁上电缆孔很多，参照BESII 的情况，目前仍将不均匀度指标定在≤5%。基于主漂移室IV 动量分辨率的要求，磁场测量精度应≤0.1%。 4.9.2 超导磁体设计 4.9.2.1 磁体基本参数设计及计算 根据北京谱仪BESIII 的物理要求，参照国际上同类磁体的设计进经验，确定采用单层线圈结构，间接冷却方式，超导电缆采用基于纯铝稳定体的设计。根据总体和内部子探测器的尺寸要求，初步确定磁体外形尺寸长度为4.91m ，内直径为2.75m ，外直径为3.4m ，线圈的长度为3.52m ，线圈中心直径为2.95m 。 若取线圈电流I 为3000A ，nI B 00μ=，其中T B 10=，可得1m 长的线圈匝数为n ≈266匝，超导电缆沿线圈轴向方向的厚度为3.7mm ，考虑到匝间的绝缘层的厚度后，线圈总匝数为921匝。考虑到线圈绕制时，由于超导电缆的连接会减少线圈的有效匝数，现将工作电流定为3150A 。 线圈的储能l D B l S B V B H E ???=??? =?=42121)21(2 0202πμμ = 9.5兆焦耳。从 n D B n S B ??=??=Φ42π=6063.6韦伯，dt dI L dt d =Φ，I L Φ =得出电感L = 2.1亨利。 考虑到在发生失超时，线圈吸收全部储能，最大温升控制在70K 以下，从超导电缆的焓差，可以确定超导电缆沿线圈径向方向的高度尺寸为20mm 。 超导线圈通电后，会产生很大的径向扩张力，需要设计一个支撑圆筒来箍住线圈，支撑筒必须是无磁材料，具有良好的焊接性能和机械强度。国外一般采
超导电力技术的运用 引言 超导电力技术将是21世纪具有经济战略意义的高新技术1。超导技术的实用化、产业化会对电力领域产生巨大影响。国际超导技术界普遍 认为，新一代高温超导带材(钇系高温超导带材)有望在5年后商品化，之后超导电力技术将会出现一个快速增长的时期，在2010年～2015年期间，各种高温超导电力装置将会陆续进入实用化阶段。据国际超导 工业界预测：2020年，全球超导电力技术产业的产值将达到750亿美元。目前，超导电力技术已进入高速发展时期2，若干超导电力设备，如超导电缆、超导变压器、超导限流器、超导储能装置等已在电力系 统试运行。采用超导电力技术，可以大大提升电力工业的发展水平、 促进电力工业的重大变革。广东电网是全国最大的省级电网，随着电 网的高速发展，系统短路电流水平稳步增大，威胁着电网的安全稳定 运行。变电站站址和线路走廊落实困难，电网建设滞后，已影响到电 力供应的安全性和可靠性。本文从超导电力设备的特点和优势出发， 初步探讨了超导电力装置在广东电网应用的可行性。 1超导电力技术简介 高温超导电缆采用无阻和高电流密度的高温超导材料作为载流导体， 具有载流能力大、损耗低和体积小的优点，其传输容量将比常规电缆 高3～5倍，而电缆本体的热损耗几乎为零。2005年4月，北京云电英纳电缆公司研发出75m、35kV/2kA三相交流高温超导电缆，安装在云 南普吉变电站试验运行。超导故障限流器的基本原理是将超导装置接 入电网，系统正常运行，电流在临界电流以下时，超导体电阻几乎为0，对系统运行无影响。发生故障时，短路电流急剧上升超过临界电流， 超导体失超，电阻迅速增加，从而限制短路电流。故障切除后一段时间，超导体又从正常态恢复到超导态。2000年ABB瑞士研究中心研制 出单相6.4MVA该型故障限流器。2009年，云南电力研究院、昆明供电局、云电英纳超导电缆有限公司等单位在云南普吉变对35kV超导限流
超导材料的现状及发展方向自1911年荷兰莱顿实验室的卡末林·昂纳斯首次在4．2K时发现水银零电阻现 象即超导现象以来。人们相继在超导 材料方面取得很多突破，后来在梅斯 勒发现超导体的抗磁性之后， 1934 —1985年后超导物理学理论逐步发 展，超导材料逐步应用于实际科学技 术领域。但由于种种原因，至今超导 物理学理论也不够完善。在这一阶段 人们研究的超导材料临界转变温度 较低。 后来进入高温超导研究阶段，高温超导材料指的是：钇系(92 K)、铋系(110 K)、铊系(125 K)和汞系(135 K)以及2001年1月发现的新型超导体二硼化镁(39 K)。高温超导体属于非理想的第II类超导体。临界磁场和临界电流且比低温超导体更高。同时已对高温超导材料进研究开发，氧化物复合超导材料具有耐用和稳定性好的特点。通过研究浸泡实验表明，超导电性的退化主要来自于杂相及时效过程中的析出相。为了改善薄膜对环境的敏感性，美国西北大学的Mirkin建议把分子单层表面化学改性引入到高温超导铜氧化合物中。 以铋锶钙铜氧系为第一代高温超导带材，它的可加工性优良，在超导强电应用领域占据重要位置。但铋系材料的实用临界电流密度较低，并且在77 K的应用磁场也很低。然而钇钡铜氧化物材料在77 K的超导电性比铋锶钙铜氧材料好的多；但它的可加工性极差，故要做出超导性好的带材通过传统的压力加工和热处理工艺就很难。 随着材料科学工艺技术的发展，近年来一种在轧制金属基带上制造钇钡铜氧超导带材的工艺被称作“第二代”带材。欧洲国家努力开展高温超导材料工艺及应用研究。丹麦已批量制造铋系超导带材。2003年11月我国第一个10m、 10.5kV/1.5kA 三相交流高温超导电缆系统日前在中国科学院电工研究所研制成功，并于成功地进行了试验运行。2011年5月信赢和公司团队研发的世界最大功率的超导限流器刚成功。2011年9月25日，特拉维夫大学的研究小组开发出了一种超导体材料——蓝宝石单晶体纤维，可用于高压电缆输电，输电量是相同直径铜线输电量的40倍。研究人员称这种超导材料将有可能彻底改变电力输送占空间、高损耗的状况。 高温超导材料主要有：膜材(薄膜、厚膜)、块材、线材和带材等类型。薄膜最常用、最有效的两种镀膜技术是：磁控溅射和脉冲激光沉积。还有金属有机
第一章低温下材料的物理性质与测试技术 1.0 引言 自1908年荷兰科学家昂纳斯将最后一个“永久气体”氦气液化，成功地获得4.2K（即 269℃）的低温以来，低温物理、超导电技术及其他低温技术的研究和应用发展很快。稀释制冷机、绝热去磁等技术的发展，开辟了mK温区的新研究领域，一些以前在较高温度下观察不到的物理现象陆续被人们所发现。当外界温度极低，物质热运动能量大大降低，被热运动所掩盖的物质内部相互作用所决定的固有性质便凸现出来，给人们带来了一些意想不到的效应，使得对物质状态和性质随温度变化的研究变得非常有趣。在物理学、化学、材料科学、空间技术及其他性质上有密切联系的领域中，低温已成为研究物质性质的极端条件之一。低温的最基本效应是减小热运动引起的无序，揭示物质的本征性质，从而引导人们更好地理解自然界中以多种不同方式形成的凝聚态物质的性质和现象，以及只有在低温环境下才能出现的新现象，包括新相的产生，新有序态的形成等等。所以，低温物理是物理学中一个十分重要的研究领域。 材料的各项物理性能参数（密度、弹性、电阻、热容、热传导，热膨胀、热电势、磁性、相变点等等）是研究材料内部结构和变化过程的重要线索，也是使用材料的依据。温度在材料性质研究中是决定性的变量之一。研究材料在低温下的物理性质首先要对材料在低温下的各项物理性能参数做大量的实验与测试。因而要学习低温实验的原理与方法，了解低温实验的特点，建立准确可靠的低温实验装置和选择合适的实验方法。 本章前面两节讲述进行低温实验的基础技术，包括低温液体的使用，小型制冷机的运行以及实用低温恒温器等，这些是低温物理实验所必须具备的最基本的知识。后两节围绕本综合实验所设计的内容，介绍材料在低温下的物理性质以及测试技术的原理和方法，它包括材料在低温下的电性质、磁性质和常用的测试技术，以及计算机控温、实时数据采集与处理在物性测试中的应用等。本章设计的综合性实验是在液氮和小型制冷机两种低温环境下进行，配有两套代表性的低温恒温器，设计了最基本的直流测量和交流测量。在加强基础同时，选择与当前凝聚态物理研究方向相关的几类代表性系列试样进行实验，使读者熟悉和掌握材料的物理性能参数随温度变化的基本概念和低温下测试技术的基本知识点。本实验涉及的基础知识
超导磁体低温液位监测单元的设计与实现 引言 超导磁体相对于常规磁体而言，具有励磁线圈电流密度大、电流稳定性高、功耗小、体积小和运转费用低等优点，可满足用户对磁场高强度、高均匀度和高稳定度等性能的要求，在科学研究、医疗诊断、交通运输和电力系统等领域有着广阔的应用前景，其中采用了超导磁体的核磁共振(NMR)谱仪和磁共振成像(MRI)仪更是发展形成了一个产值巨大的市场.随着国民经济和科教医卫事业的迅速发展，我国对超导 NMR 和 MRI仪器设备的需求也在飞速增长，但是这些仪器设备的核心技术与制造基本上控制在少数发达国家手中，为了打破国外的技术垄断并满足国内市场的巨大需求，我国科研机构目前正在积极开展超导仪器设备的自主创新研制. 1 液氦和液氮的液位测量原理 1.1 液氦液位的测量原理 液氦的测量使用电阻式传感器，其测量原理如图 1 所示.使用一根铌钛超导丝制成的液位传感器插入液氦中，其中I+端和I-端连接电流源的正负极，V+端和V-端输出超导丝的电压.测量时，浸没在液氦中的那部分超导丝呈超导态，电阻为 0;而液面之上的超导丝由于加热电阻的作用呈正常态.通过测量传感器的电阻变化量，即可检测液氦液面的变化. 1.2 液氮液位的测量原理 液氮的测量使用电容式液位传感器，其测量原理如图 2 所示，电容传感器由两个同轴不锈钢管构成，中间使用聚四氟乙烯绝缘材料固定两个管子的位置，外管的管壁上开有若干流通孔，使液氮能在电容传感器中自由流入或流出.由于空气和液氮的介电常数不同，当液位变化时，传感器的电容量也相应变化，可以检测出液位的变化. 2 液位监测单元的硬件设计 2.1 硬件整体设计 液位监测单元的硬件整体架构如图 3 所示，液位监测单元硬件电路主要由模拟信号处理电路和以 STM32ARM 微控制器为核心的控制系统组成. 2.2 压控电流源的设计 为了适应不同规格的电阻传感器对电流源的需求，由微控制器所产生的PWM 输出经过光耦合器的隔离耦合以及比较器的缓冲后，再经过低通滤波后输出一个直流电压以控制电流源. 2.3 电压-频率转换电路
研究生课程考核试卷 科目：新型输电技术教师： 题目：超导输电的应用及问题 姓名：学号： 专业：电力系统类别：学术型上课时间：2015年5月~2015年7月 考生成绩： 卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语： 阅卷教师(签名) 重庆大学研究生院制
超导输电的应用及问题 摘要：我国电力资源与负荷资源分布极度不匹配，电力的远距离输送不可避免，特别是未来可再生能源的规模开发与利用，将会进一步加剧这种不匹配的格局。因此大规模的电力远距离输送在我国尤其重要。超导输电技术由于其输送容量密度大、损耗极小，是实现大规模电力远距离输送的潜在解决方案之一。本文就超导输电技术发展现状，首先讲解了超导输电的原理，进一步，对国内外超导输电的应用发展情况做出详细介绍，并分析了超导输电技术的优点和大规模应用的实现问题。 关键词：超导输电高温超导超导电缆低温绝缘 1.引言 我国电力资源与负荷资源分布极度不匹配，电力的远距离传输不可避免，特别是未来可再生能源的规模开发与利用，将会进一步加剧这种不匹配的格局，大规模的电力远距离输送在我国尤其重要。但传统的电缆受铜、铝等基本导电材料的电导率限制，损耗不可避免。尤其在长距离输变电过程中，由于线缆造成的损耗约占总线路损耗的70%左右。同时，随着电能消费密度的不断增长，送电通道越来越紧张，常规技术以不能满足负荷中心高密度大容量送电的要求。在日本东京、大阪等大城市中，中心电力消费密度已达到80~100MW/km2，大容量高密度送电问题十分突出[1]。 为减少电能输变过程中的损失，也必须采用新型输电方式来实现资源节约型电能输送。超导输电技术是利用高密度载流能力的超导材料发展起来的新型输电技术。运用超导输电电缆作为电能传输媒介。由于超导材料的载流能力可以达到100~1000A/mm2，大约是普通铜或者铝的载流能力的50~500倍，且其传输损耗几乎为零（直流下损耗为零，工频交流下有少量交流损耗[2]。正是由于超导输电有诸多优点，且能够有效解决损耗和大容量大电流传输的问题，所以近年来超导输电技术受到各国的重视，先后有多个国家开展了超导输电技术的研究。 本文就超导输电的发展现状，重点介绍国内外超导输电的应用，并分析超导输电技术存在的问题。 2.超导输电技术的发展和应用 近几年来，关于超导技术的成果接连不断，让人们看到了超导技术的巨大作用和广阔的应用前景。至此，许多国家把超导技术当作21世纪具有经济战略意义的高新技术来重点发展，而重中之重就是加快超导电力技术的应用，以促进电力能源工业的重大变革。 2.1.超导原理及超导电缆结构 很低的温度下，物体会形成一个核外层电子公用的状态，这就是物质的超导态，核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。处于超导状态的物体电阻非常小，而电缆在传输电能过程中主要的损耗就是电阻造
超导磁体低温液位监测单元的设计与实现论文引言 超导磁体相对于常规磁体而言，具有励磁线圈电流密度大、电流稳定性高、功耗小、 体积小和运转费用低等优点，可满足用户对磁场高强度、高均匀度和高稳定度等性能的要求，在科学研究、医疗诊断、交通运输和电力系统等领域有着广阔的应用前景，其中采用 了超导磁体的核磁共振NMR谱仪和磁共振成像MRI仪更是发展形成了一个产值巨大的市场.随着国民经济和科教医卫事业的迅速发展，我国对超导 NMR 和 MRI仪器设备的需求也在飞速增长，但是这些仪器设备的核心技术与制造基本上控 制在少数发达国家手中，为了打破国外的技术垄断并满足国内市场的巨大需求，我国科研 机构目前正在积极开展超导仪器设备的自主创新研制. 1 液氦和液氮的液位测量原理 1.1 液氦液位的测量原理 液氦的测量使用电阻式传感器，其测量原理如图 1 所示.使用一根铌钛超导丝制成的 液位传感器插入液氦中，其中 I+端和 I-端连接电流源的正负极，V+端和 V-端输出超导 丝的电压.测量时，浸没在液氦中的那部分超导丝呈超导态，电阻为 0;而液面之上的超导 丝由于加热电阻的作用呈正常态.通过测量传感器的电阻变化量，即可检测液氦液面的变化. 1.2 液氮液位的测量原理 液氮的测量使用电容式液位传感器，其测量原理如图 2 所示，电容传感器由两个同 轴不锈钢管构成，中间使用聚四氟乙烯绝缘材料固定两个管子的位置，外管的管壁上开有 若干流通孔，使液氮能在电容传感器中自由流入或流出.由于空气和液氮的介电常数不同，当液位变化时，传感器的电容量也相应变化，可以检测出液位的变化. 2 液位监测单元的硬件设计 2.1 硬件整体设计 液位监测单元的硬件整体架构如图 3 所示，液位监测单元硬件电路主要由模拟信号 处理电路和以 STM32ARM 微控制器为核心的控制系统组成. 2.2 压控电流源的设计 为了适应不同规格的电阻传感器对电流源的需求，由微控制器所产生的’ PWM 输出 经过光耦合器的隔离耦合以及比较器的缓冲后，再经过低通滤波后输出一个直流电压以控 制电流源.
高温超导材料特性和低温温度计实验报告 学号：39051609 姓名：齐德轩日期：2011/4/15 一、实验目的 1.了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法 2.学习三种低温温度计的工作原理和使用以及进行比对的方法 3.了解液氮使用和低温温度控制的简单方法 二、实验原理 1.超导体和超导电性 （1）常用临界温度Tc，临界磁场Bc和临界电流Ic作为临界参量来表征材料的超导性能。温度的升高、磁场或电流的增大，都可以使超导体从超导状态转 变为正常态。Bc和Ic都是温度的函数。 （2）迈斯纳效应 不论有没有外加磁场，是样品从正常态转变为超导态，只要T
本技术涉及一种磁共振系统、超导磁体系统及其低温保持装置。该低温保持装置包括内筒、外筒、超导线圈以及变形部件；所述外筒套设在所述内筒外；所述内筒和所述外筒之间限定用于盛装所述冷却液的空腔；所述超导线圈设置于所述空腔内，且所述超导线圈的至少一部分被所述冷却液浸泡；所述变形部件设置于所述空腔内，所述变形部件的体积可通过其内部所填充介质的介质量改变，以致所述变形部件用于改变所述冷却液在所述空腔中的液面高度。上述超导磁体系统及其低温保持装置，不仅能提高冷却液在空腔中的液面高度，还能避免在运输等过程中冷却液消耗而导致其液面高度下降的问题。 权利要求书 1.一种低温保持装置，其特征在于，包括： 内筒； 外筒，所述外筒套设在所述内筒外；所述内筒和所述外筒之间限定用于盛装用于浸泡超导线圈的至少一部分的冷却液的空腔；及 变形部件，所述变形部件设置于空腔内，所述变形部件的体积可通过其内部所填充介质的介质量改变，以致所述变形部件用于改变所述冷却液在所述空腔中的液面高度。
2.根据权利要求1所述的低温保持装置，其特征在于，还包括储存部件、第一管道以及第一阀门，所述储存部件位于所述外筒的外侧或者位于所述空腔的远离所述变形部件的内壁上，所述第一管道连接所述变形部件和所述储存部件，所述储存部件为所述变形部件提供介质，从而改变所述变形部件的体积；所述第一阀门设置在所述储存部件上，所述第一阀门用于控制所述储存部件给所述变形部件提供介质。 3.根据权利要求2所述的低温保持装置，其特征在于，还包括第一控制装置、第一气压装置以及第一液面测量装置；所述第一控制装置与所述第一阀门电连接，所述第一控制装置与所述第一气压装置电连接，所述第一气压装置用于采集所述变形部件的第一气压值；所述第一液面高度测量装置与所述第一控制装置电连接；所述第一液面高度测量装置用于采集所述冷却液在所述空腔中的第一高度信息，并将所述第一高度信息传送给所述第一控制装置；所述第一控制装置根据所述第一高度信息和所述第一气压值控制所述第一阀门，从而改变所述变形部件的内部的介质量。 4.根据权利要求1所述的低温保持装置，其特征在于，还包括第二管道、第三管道以及第二阀门，所述第二管道设置在所述空腔中，所述第二管道用于将所述冷却液蒸发时产生的气体排出所述低温保持装置，所述第三管道连通所述第二管道和所述变形部件，以致所述第二管道中的所述冷却液蒸发时产生的气体流入所述变形部件，从而改变所述变形部件的体积；所述第二阀门设置在所述第二管道和所述第三管道之间，所述第二阀门用于控制所述第二管道的流通。 5.根据权利要求4所述的低温保持装置，其特征在于，还包括加热装置，所述加热装置设置在所述空腔内，所述加热装置用于加热所述冷却液使得其蒸发产生气体。 6.根据权利要求5所述的低温保持装置，其特征在于，还包括第二控制装置和第二气压装置，所述第二控制装置与所述第二阀门电连接，所述第二控制装置与所述第二气压装置电连接，所述第二气压装置用于采集所述变形部件的第二气压值；所述第二控制装置与所述加热装置电连接；所述第二控制装置根据预设的冷却液的液面高度值和所述第二气压值控制所述第二阀门，所述第二控制装置控制所述第二阀门开闭且控制所述加热装置的功率，从而改变所述变形部件的内部的气体量。
超导技术 超导技术的主体是超导材料。简而言之，超导材料就是没有电阻、或电阻极小的导电材料。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。 1911年荷兰物理学家Onnes发现汞(水银)在4.2k附近电阻突然下降为零，他把这种零电阻现象称为超导电性。 海克·卡末林·昂内斯 海克·卡末林·昂内斯（Heike Onnes，1853年9月21日－1926年2月21日），荷兰物理学家，超导现象的发现者，低温物理学的奠基人。1853年出生于荷兰的格罗宁根，1894年创建了莱顿大学低温物理实验室，建立了大型液化气工厂，1904年液化了氧气，两年后又液化了氢气，并在1908年7月10日首次液化了氦气，以-269 °C(4K)刷新了人造低温的新纪录。1911年由于对物质在低温状态下性质的研究以及液化氦气，昂内斯被授予诺贝尔物理学奖。1923年，昂内斯退休，1926年在莱顿逝世。为纪念他，莱顿大学物理实验室1932年被命名为“卡末林·昂内斯实验室”。 汞的电阻突然消失时的温度称为转变温度或临界温度，常用Tc表示。在一定温度下具有超导电性的物体称为超导体。金属汞是超导体。进一步研究发现元素周期表中共有26种金属具有超导电性，它们的转变温度Tc列于表5-6。从表中可以看到，单个金属的超导转变温度都很低，没有应用价值。因此，人们逐渐转向研究金属合金的超导电性。表5-7列出一些超导合金的转变温度，其中Nb3Ge 的转变温度为23.2K，这在70年代算是最高转变温度超导体了。当超导体显示导材料都是在极低温下才能进入超导态，假如没有低温技术发展作为后盾，就发现不了超导电性，无法设想超导材料。这里又一次看到材料发展与科学技术互相促进的关系。低温超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因此在应用上受到很大的限制。 人们迫切希望找到高温超导体，在徘徊了几十年后，终于在1986年有了突破。（1）瑞士Bednorz和Müller发现他们研制的La-Ba-CuO混合金属氧化物具有超导电性，转变温度为35K。这是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金
超导材料具有的高载流能力和低能耗特性，使其可广泛用于能源、 交通、医疗、重大科技工程和现代国防等领域。超导技术是具有巨大 发展潜力的高技术。以铌钛和铌三锡为主的实用低温超导体的研究和 开发起始于20世纪60年代，到70年代开始广泛用于磁体技术。目前已在两方面形成了较大规模的应用。一是重大科技工程方面，主要是高 能物理研究所需的大型粒子加速器，如正在欧洲建造的周长为27km的 大型质子碰撞机LHC，以及热核聚变反应装置，如ITER和LHD等；二是在医疗诊断方面正在广泛应用的核磁共振成像系统MRI和具有较高科学 与应用价值的核磁共振谱仪NMR。 高温超导体自1986年被发现以来，在材料的各个方面，尤其是成 材技术和超导性能方面取得了很大的进展。与此同时，各种应用开发 研究也已广泛展开，并且取得了可喜的成果。HTS材料具有较高的临界 温度（Tc）和上临界磁场（Hc2），从而使超导技术的应用在材料方面 有了更广泛的选择。首先高温超导材料可以使超导技术在液氮温区实 现应用，高Hc2值使高温超导材料成为制造高场磁体（＞20T）的理想 选择。近年来，千米长线（带）材的成功制造，已使高温超导材料在 电力能源方面的应用成为现实。这些应用包括：磁体、输电电缆、电 动机、发电机、变压器、故障电流限制器等。用高温超导材料制成的 不同量级（1～20kA）的电流引线已于90年代初实现商品化，并广泛应 用于各种超导磁体系统，使得低温超导磁体可由G－M致冷机冷却，无 需液氦，实现了超导磁体可长时间稳定运行的目标。从目前的发展现 状和趋势，可以清楚地预见，在今后20年内，高温超导技术将在广泛 的领域走向实用化和商品化。 目前已发现的高温超导材料都属于氧化物陶瓷材料，不易加工成 材。同时，很强的各异性和极短的相干长度使得高临界电流密度（ Jc）只能在使晶体高度取向的情况下才能实现。在众多的高温超导材 料中，铋锶钙铜氧体系和钇钡铜氧体系最具有实用价值，所以线（带） 材的研究开发主要集中在这两类超导体。超导体的实际应用除了需要 高Jc之外，还需要材料有相当的长度（＞1km）和良好的机械性能及热 稳定性。所以同金属材料复合是必由之路。银（银）及其合金由于其 良好的稳定性和塑性，成为合适的高温超导线材基体材料。经过十余 年的研究和开发，高温超导线（带）材已取得重大进展。 铋－2223线（带）材铋－2223超导体具有较高的超导转变温度（Tc～110K）和上临界磁场（Hc2，0～100T）。特别是其层状的晶体 结构导致的片状晶体很容易在应力的作用下沿铜－氧面方向滑移。所 以，利用把铋－2223先驱粉装入银管加工的方法（PIT法），经过拉拔 和轧制加工，就能得到很好的织构。另外，在铋－2223相成相热处理 时，伴随产生的微量液相能够很好地弥合冷加工过程中产生的微裂纹， 从而在很大程度上克服了弱连接的影响。正由于这两个基本特性，使 人们通过控制先驱粉末、加工工艺及热处理技术，成功地制备出了高 Jc（＞104A／cm2，77K）长带。 目前世界上已有多家公司在开发和生产铋－2223带材。处于前列
IEEE microwave magazine May 2009 84 Martin Nisensoff Jeffrey M.Pond 超导体和微波 超导性，与其它低温电子技术一起可以为微波和毫米波元件，无论是无源的还是有源的提供比用室温常规技术所生产的元件更加卓越的性能[1]，[2]。50多年以来，射电天文学家将其接收机前置端的温度冷却到了10K 以下，而从70年代起，被冷却到4K 左右的超导体-绝缘体-超导体（SIC ）器件已被优先选择用作运行在毫米波范围内的射电望远镜中的混频器和检测器。当需要极低噪声以及在长波长的工作状态时，可追溯到60年代的其它低温技术还包括工作在50-70K 温度下的红外焦平面阵列。虽然超导器件（例如高Q-值谐振腔）在高能物理（HEP ）粒子加速器的使用已经有了很长的历史，但还没有在其它方面得到广泛应用。这其中的因素包括某些技术还不够成熟，并且低温技术的造价被视为过于庞大了，以至于淹没了其所带来的性能优势。 在1986年以前，所有已知的超导材料必须要工作在深冷温度下，即低于23K 。由于工作在这个温度下所 要求的繁重的低温费用，微波工程师对这些材料一般都没有什么兴趣。当然也有一些非常特殊的的应用，例如要求很高的射电天文应用中的低噪声放大器和毫米波混频器及检测器，为改善这些器件性能所付出的努力和繁重的过程还是很值得的。虽然这些低温超导体[（LTS ）：低于23k]由于工作温度极低，因此对于外行来说觉得很稀罕，其实它们并不罕见。元素周期表中三分之一以上的元素在低于9K 时都会呈现出超导性，而5,000种以上的合金，复合物和混合物在23K 温度以下都具有超导性。 在1986年发现了温度接近于40K 时便具有超导性的氧化铜这类材料后，公众对超导的兴趣便有了极大的提高[3]，这有许多报纸和杂志首页的头版文章为证。随后进展迅速，从而将这些氧化物为基的高温导体材料（HTS ）的最高温度推到了90-120K 。这些对超导体高涨热情的结果便是在国际微波年会（IMS ）中经常会有一到两个专门讨论这些材料和微波器件应用的会议。遗 _______________________________________________________________________________ Martin Nisenoff (m.nisenoff@https://www.doczj.com/doc/f813188940.html,) is with M. Nisenoff Associates, 1201 Yale Place, Suite # 1004, Minneapolis, MN 55403-1958, USA. Jeffrey M. Pond (jeff.pond@https://www.doczj.com/doc/f813188940.html,) is with Microwave Technology Branch, Code 6850, Electronic Science and Technology Division, Naval Research Laboratory, 4555 Overlook Avenue, SW, Washington, DC 20375, USA. ?DIGITALVISION 84 IEEE microwave magazine May 2009
超导输电的现状与发展 电气1312 汤利文 9号 摘要：超导是一项尖端的技术，有所突破之后，对于人们来说会有非同一般的意义。而电的运输更是与我们的生活息息相关，有了超导技术的运用，输电将会变得极致高效。超导输电技术已逐步从实验走向生活，卓越的性能已被认可，具有良好的前景。 关键词：高温超导电缆；原理；节能；发展 引言：随着经济和社会的发展，人们对电能的需求量日益增长，使得电力系统各部分电气紧密连接，电力系统向更大规模方向发展，对电能品质和供电可靠性提出更高要求，对电气设备的环保要求和节能要求更严格。由于中国电力资源和负荷分布不均，使得长距离输电成为必然。而电能在传输中的损耗成为急需解决的突出问题。据统计，传统电线或电缆受铜、铝等基本导电材料电导率限制，2007 年中国在输变电过程中的损耗大约为7.5%(其中线路损耗约占70%左右)。为减少电能输变电过程中的损失，也需采用新型输电方式来实现资源节约型电能输送。作为智能电网基础技术之一，高温超导电缆采用具有很高传输电流密度的高温超导材料作为导体，其诸多优点已在电力工业中引起了越来越多的关注。使用了超导输电之后，那么就可以完全没有电能损失了，这样甚至可以取消目前普遍的高压传输。使用
了超导输电之后，那节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。 原理： 在很低的温度下，物体的所有的电子速率降低，价电子运转在固定的平面上，达到临界温度，价和电子运转速率越来越低。核心习惯于常温下的核外电子快速运转，价和电子运转缓慢，造成了原子暂时缺失价电子的现象。核心就挪用相邻核心的价电子，相邻核心又挪用，所有的核心都向某一方向近邻挪用，于是就形成外层电子公用。这种核外层电子公用的状态就是物质的超导态，核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。通俗的讲，超导电缆的电阻非常小，而电缆在传输电能过程中主要的损耗就是电阻造成的。精确的讲，超导电缆还有特殊的结构，因为在交流系统中的阻抗不仅仅是电阻，总的来说，超导电缆有极小的导体电阻和系统阻抗，以大大降低电能传输过程中的损耗。 高温超导电缆： 英语全称High-Temperature Superconducting Power Cable，它由电缆芯、低温容器、终端和冷却系统四个部分组成。其中电缆芯是高温超导电缆的核心部分，包括骨架层、导体层、绝缘层和屏蔽层等主要部件。
超导体的电磁性质及其应用 院别：物理与电子工程学院 专业：09级物理学 姓名：王雪梅 完成日期：2014 年6 月3 日 摘要：具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料称为超导材料。从1911年荷兰物理学家翁奈首先发现超导现象以来，现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。超导材料具有优越的物理性质和优越的性能，目前已被广泛接受和认同，具有良好的发展前景。 关键词：超导材料；分类；性质；应用；原理；展望 1、引言 1911年荷兰物理学家翁奈在研究水银低温电阻时首先发现了超导现象。后来又陆续发现了一些金属、合金和化合物在低温时电阻也变为零，即具有超导现象。物质在超低温下，失去电阻的性质称为超导电性；相应的具有这种性质的物质就称这超导体。超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。目前，超导材料已被应用于很多领域，本文拟就超导材料的分类、性质、应用、原理等方面展开论述，以帮助人们更好的认识超导材料。 2、分类 元素超导体、合金和化合物超导体，有机高分子超导体三类。 3、性质 3.1零电阻性 超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。 超导体的零电阻现象与常导体零电阻在实质上截然不同。常导体的零电阻是指在理想的金属晶体中，由于电子运动畅通无阻，因此没有电阻；而超导体零电阻是指当温度降至某一数值Tc或以下时，其电阻突然变为零。 3.2完全抗磁性 1933年迈斯纳和奥尔德首次发现了超导体具有完全抗磁性的特点。把锡单晶球超导体在磁场(H≦Hc)中冷却，在达到临界温度Tc以下时，超导体内的磁通线一下子被排斥出去；或者先把超导体冷却至Tc以下，再通以磁场，这时磁通线也被排斥出动；如图所示。即在超导状态下，超导体内磁感应强度B=0.这就是迈斯纳效应。 3.3约瑟夫森效应 两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。 3.4同位素效应 超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。M越大，Tc越低，这称为同位素效应。例如，原子量为199.55的汞同位素，它的Tc是4.18开，而原子量为203.4的汞同位素，Tc为4.146
高温超导技术 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，电流可以毫无阻力地在导线中流大的电流，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磨擦状态下运行，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
高温超导实验 姓名：李首卿学号：201311141049 【摘要】超导由于其独特而优异的性质具有广泛而深刻的研究价值，本实验通过对氧化物高温超导材料特性的测量和演示，加深了我们对于超导体零电阻现象和迈斯纳效应这两个基本特性的理解。并且我们通过掌握对低温获得、控制、测量的低温物理实验的基本方法，了解到金属和半导体的电阻随温度的变化以及温差电效应。 关键词：高温超导零电阻现象迈斯纳效应电阻温度特性 一、引言 从荷兰的物理学家卡墨林·翁纳斯发现低温超导体，到BCS超导微观理论问世，再到高温超导的发现，人类不断地努力探索认识超导材料，开发应用超导技术。而随着人们将超导现象温度的提高，这个环境苛刻要求的降低为超导技术在各方面的应用开辟了十分广阔的前景。如今，超导技术广泛地应用于人类生活的方方面面，如：超导计算机、超导磁悬浮列车、超导重力仪和计量标准等。超导给我们的生活带来了巨大的影响。 二、实验原理 1、零电阻现象：只有在直流电情况下才有零电阻现象，当我们测量端电压时， 当温度稍低于液氦的正常沸点时，物体电阻突然跌落到零，这就是所谓的零电阻现象或导电现象。通常把具有这种超导电性的物体，称为超导体； 2、迈斯纳效应：不管加磁场的次序如何，超导体内的磁场感应强度总等于零。 超导体即使在处于外磁场中冷却到超导态，也永远没有内部磁场，它与外磁场的历史无关，这个效应我们称之为迈斯纳效应； 3、超导临界温度：当电流、磁场及其他外部条件（如应力、辐照）保持为零或 不影响转变温度测量的足够低值时，超导体呈现超导态的最高温度。我们有以下定义作为参数： 1)起始转变温度T c onset：降温过程中电阻温度曲线开始从直线偏离的温度； 2)中点温度T cm：待测样品电阻从起始转变处下降到一半时对应的温度， 我们也把它称作临界温度T c，通常所说的超导转变温度； 3)转变宽度?T c：把电阻变化从10%到90%所对应的温度间隔，其大小反映 了材料品质的好坏； 4)零电阻温度T c0：电阻刚刚完全降到零时的温度称为完全转变温度即零电