2023年7月20日超導技術電力應用基礎1報告內(nèi)容超導電性簡介實用超導材料介紹低溫容器及制冷簡介小結2023年7月20日超導技術電力應用基礎2超導體具有零電阻：R=0超導電工/電力

完全抗磁性Meissnereffect：B=0超導磁懸浮

宏觀量子效應Josephson效應超導電子學一超導簡介2023年7月20日超導技術電力應用基礎3電流電阻焦耳熱溫度電流電阻-宏觀2023年7月20日超導技術電力應用基礎4電流電阻焦耳熱溫度焦耳熱溫度-宏觀電流電阻焦耳熱溫度-微觀非彈性散射v1v22023年7月20日超導技術電力應用基礎5電流電阻焦耳熱溫度-微觀非彈性散射電子損失能量原子核獲得能量原子核振動加劇-運動混亂程度加劇2023年7月20日超導技術電力應用基礎6電流電阻焦耳熱溫度-微觀溫度定義：描述微觀粒子運動混亂程度所以溫度升高，T>0依據(jù)出現(xiàn)電阻-2023年7月20日超導技術電力應用基礎7二流體模型R=0?導電電子=超導電子+正常電子牛頓第二定律若超導電流密度JS為穩(wěn)定（直流）超導電流密度，則，E=0,由歐姆定律JS=E,所以只有，也就是電阻率＝0。反之，E不為零2023年7月20日超導技術電力應用基礎8BCS-TheoryCooperpairsR=0?Shr?dingerEquaion

最難解釋：用到量子力學波函數(shù)概概念Fermi-DiracandBose-EinsteinDistribution2023年7月20日超導技術電力應用基礎9帶電粒子在外電磁場及外場中的薛定諤方程為其中，A和V為矢量位和標量位，q為電荷量2023年7月20日超導技術電力應用基礎10庫珀對-一對電子之間“凈”引力如果f12<FQe//，兩個同性電荷中心之間存在“等效”的“凈”引力FQe//2023年7月20日超導技術電力應用基礎11BCS-TheoryCooperpairsR=0?只有R=0超導電性2023年7月20日超導技術電力應用基礎12MeisnnerEffectB=0

量子化得

2023年7月20日超導技術電力應用基礎13MeisnnerEffect-B=0-penetrateddepth10-8m;2023年7月20日超導技術電力應用基礎142023年7月20日超導技術電力應用基礎15宏觀上超導體內(nèi)B=0,J=02023年7月20日超導技術電力應用基礎16約瑟夫遜（Josephson）效應-DC效應實部2023年7月20日超導技術電力應用基礎17約瑟夫遜（Josephson）效應-AC效應虛部代入（1）取實部（1）2023年7月20日超導技術電力應用基礎18SQUID-SuperconductingQuantumInterferenceDeviceQuantaflux2023年7月20日超導技術電力應用基礎19超導體分類-第一類超導體和第二類超導體體-penetrateddepth10-8m-InterferenceLength10-6m“distance”betweenCooperpairsGinzburg-Landauparameters

第一類超導體第二類超導體2023年7月20日超導技術電力應用基礎20第一、二類超導體特性第一類超導體第二類超導體2023年7月20日超導技術電力應用基礎21第二類超導體混合態(tài)超導電性相圖Hc1,Hc2N正常態(tài)；S超導態(tài)2023年7月20日超導技術電力應用基礎22理想和非理想第二類超導體磁化曲線可逆，無剩磁,交流無損耗磁化曲線不可逆，有剩磁，YBCO19T@20K，可作為永磁體，交流有損耗2023年7月20日超導技術電力應用基礎23理想和非理想第二類超導體2023年7月20日超導技術電力應用基礎24超導現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)歷史1911年，超導電性的發(fā)現(xiàn)；Tc=4.2K;1960年，NbTi和Nb3Sn；Tc=9.3KandTc=18K;1986年，高溫超導體的發(fā)現(xiàn)；Tc=92K(Yi-based)Tc=110K(B-based),Tc=135K(Tl-based);2001年，MgB2超導材料；Tc=39K2008年,Fe-based;Tc=56K;三個基本臨界參數(shù):臨界溫度Tc;臨界磁場Hc;臨界電流密度jc;

2023年7月20日超導技術電力應用基礎252023年7月20日超導技術電力應用基礎262023年7月20日超導技術電力應用基礎271960年，NbTi和Nb3Sn：合金1982年，極細絲NbTi導線：1micro-meter1999年，第一代HTSwie/tape,BSSCO超導帶材:粉末管裝法（PIT）；2005年，MgB2wire/tape,粉末管裝法（PIT）；2007年，第二代HTSwie/tapeYBCO超導帶材:化學涂層法（MOV）,離子束輔助沉積(IBAD);IBAD軋制輔助雙軸織構化(RABiTS)；傾斜基板沉積法（ISD）;激光濺射法（PLD）實用超導體材料加工工藝2023年7月20日超導技術電力應用基礎28超導材料的電磁特性－臨界電流定義：2等效判據(jù)2023年7月20日超導技術電力應用基礎29超導材料的各向異性At4.2K2023年7月20日超導技術電力應用基礎30超導材料的電磁各向異性(2G)AMSCprovideNCEPUInnoverPower2023年7月20日超導技術電力應用基礎31超導材料的穩(wěn)定性Flux-jump,MQE,MZP,QV,a超導體直徑細絲化可減小MQE：外界干擾LTS-J,HTS-mJMZP:NormalZonePropationQTV:LTS-100m/s,HTS-cm/s絕熱穩(wěn)定動態(tài)穩(wěn)定2023年7月20日超導技術電力應用基礎32超導材的交流損耗超導體在直流運行條件下電阻為零，沒有焦耳損耗；在交流運行情況下，產(chǎn)生磁滯損耗。2023年7月20日超導技術電力應用基礎33超導現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)歷史1911年，超導電性的發(fā)現(xiàn)；Tc=4.2K;1960年，NbTi和Nb3Sn；Tc=9.3KandTc=18K;1986年，高溫超導體的發(fā)現(xiàn)；Tc=92K(Yi-based)Tc=110K(B-based),Tc=135K(Tl-based);2001年，MgB2超導材料；Tc=39K2008年,Fe-based;Tc=56K;三個基本臨界參數(shù):臨界溫度Tc;臨界磁場Hc;臨界電流密度jc;

2023年7月20日超導技術電力應用基礎341960年，NbTi和Nb3Sn：合金1982年，極細絲NbTi導線：1micro-meter1999年，第一代HTSwie/tape,BSSCO超導帶材:粉末管裝法（PIT）；2005年，MgB2wire/tape,粉末管裝法（PIT）；2007年，第二代HTSwie/tapeYBCO超導帶材:化學涂層法（MOV）,離子束輔助沉積(IBAD);IBAD軋制輔助雙軸織構化(RABiTS)；傾斜基板沉積法（ISD）;激光濺射法（PLD）實用超導體材料簡介2023年7月20日超導技術電力應用基礎35實用超導體材料加工工藝-拉拔法NbTi多芯超導線的制備工藝

2023年7月20日超導技術電力應用基礎36內(nèi)擴散法制備Nb3Sn多芯復合超導線工藝外擴散法制備Nb3Sn多芯復合超導線工藝

2023年7月20日超導技術電力應用基礎37MgB2Wire-PIT2023年7月20日超導技術電力應用基礎38Bi2223/Ag-1Gtape-PIT2023年7月20日超導技術電力應用基礎39YBCO-2GTape-PIT2023年7月20日超導技術電力應用基礎4040FundamentalElementsofAppliedSuperconductivityinElectricalEngineering,FirstEdition.YinshunWang.?2013SciencePress.Published2013byJohnWiley&SonsPte.Ltd.(1)

Melt-texture-growthprocess(MTG)

(2)Quench-melt-growthprocess(MTG)/Melt-powder-melting-growthprocess(MPMG)

(3)Powder-melting-process(PMP)TypicalshapesofReBCObulks.

(a)SingleYBCOgrains,(b)hexagonalshape,(c)cylindricaldisk,(d)hollowcylinderwithouterthintubeoffiberreinforcedplastics

(a)

(b)(c)(d)HTSBulk2023年7月20日超導技術電力應用基礎416.7HTSBulk-Meltcastprocess(MCP)

TwotypicalshapesofBi2212bulksusedascurrentleadswithdifferentsizescommerciallyfabricatedbyNexans.(a)rods,(b)tubes

(a)

(b)

2023年7月20日超導技術電力應用基礎42超導材料的電磁各向異性(2G)AMSCprovideNCEPUInnoverPower2023年7月20日超導技術電力應用基礎43FundamentalElementsofAppliedSuperconductivityinElectricalEngineering,FirstEdition.YinshunWang.?2013SciencePress.Published2013byJohnWiley&SonsPte.Ltd.-機械特性的一般描述韌性材料軸向應力-應變曲線

2023年7月20日超導技術電力應用基礎44超導材料的機械特性拉伸彎曲2023年7月20日超導技術電力應用基礎45超導材料的穩(wěn)定性Flux-pump,MQE,MZP,QV,a超導體直徑細絲化可減小MQE：外界干擾LTS-J,HTS-mJMZP:NormalZone’QTV:LTS-100m/s,HTS-cm/s采取合理的保護措施2023年7月20日超導技術電力應用基礎46超導材料的交流損耗－磁滯損耗

電力設備：Iac+BacIac,bac歸一化值2023年7月20日超導技術電力應用基礎47超導材料的交流損耗－磁滯損耗

電力設備：Iac+BacIac,bac歸一化值2023年7月20日超導技術電力應用基礎48實用超導線價格NbTiPresently:1-2$/kAm 0.6$/kAm(@5T) Nb3SnToday:10-20$/kAm Expected:2-4$/kAm 1.27$/kAm(@12T)YBCOPresently:300$/kAm 36$/kAm(2212@12T)Guessed:10-20$/kAmExpertopinion:50$/kAmBi-2223PresentlyAMSC124$/kAm--Lowestlimitsofcost:Nb-based:$150/kg$0.60/m(strand)$1.50/kA-m@0.5H*PIT-processed:powderisexpensive,butgettingcheaperMgB2mightbe<$50/kg,<$0.10/m2023年7月20日超導技術電力應用基礎49二低溫及制冷低溫容器傳熱方式：固體熱傳導（Solid-conduction)：對流(Convection)：熱輻射（ThermalRadiation）：對應采取措施：減小截面；抽真空；加多層輻射屏Wiedemann-Franz定律：2023年7月20日超導技術電力應用基礎50低溫容器結構（ACapplication)交流用暖瓶-杜瓦2023年7月20日超導技術電力應用基礎51不銹鋼環(huán)氧玻璃鋼2023年7月20日超導技術電力應用基礎52低溫制冷技術密閉系統(tǒng)：壓縮-放熱膨脹-吸熱淺冷：>125K深冷:<125K空調(diào)、冰箱，制冷機Stirling制冷機G-M制冷機2023年7月20日超導技術電力應用基礎53低溫制冷及生產(chǎn)廠家斯特林制冷機（Stirling）：Netherland(StirlingCryogenics&RefrigerationBV)逆布雷頓循環(huán)制冷機：France（AirLiquide）andUSALindeKryotechnikAGG-M制冷機(W.E.Gifford

andH.O.McMahon):Japan(Sumitomo),USA