超导技术应用

1、超导技术应用本科选修课课程教学说明超导技术应用课程是在国内最早为工科大学本科生开设的超导课程之一。为了本课程的开设，1995年编著过一本教材，初衷是为电类本科生开设选修课。1994年以来，每学期都开课，选课的人较多，尤其是我们研制成功世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车之后，而且什么专业的学生都有。根据多年来很多学生的反馈意见，实际授课时对教材进行了较大简化，力图使所有选课的学生都能听懂。如此一来，又可能未能满足电类学生的需要，一些电类学生提出应该专门为他们开设超导选修课或必修课。超导技术本来就是指的超导电子技术和超导电工技术，其学生的心情可以理解。我们从国防科委某研究所调来西南交大，一直从事高技

2、术研究工作，没有本科教学经验。尽管讲授该本科课程已经20余次，还是难以达到您的要求，在此敬望提出您的建议和意见，以便不断改进之。下面是原书的前言和目录，但愿对您选课有所帮助。原书前言 当你见到这本书的时候，一定不会对书名中的“超导”二字感到陌生，因为超导技术现已成为高技术领域中一株正在盛开的奇葩。超导技术的迅猛发展，不仅催动着广大工程技术界的朋友们去思考、认识和探索超导技术可能在各自领域的应用问题，而且也促使正在理工科大学有关专业学习的高年级学生和研究生，迫切盼望了解超导技术的基本原理以及在应用中的各种技术问题。正是为了满足教学和关心超导技术的工程技术界的朋友们的需要，我们根据长期从事超导技术

3、研究工作的体会、积累的资料和数年来从事超导技术教学的经验，编著了这本超导技术应用。本书是在王素玉应西南交通大学学生物理协会的要求，开了几年超导技术应用讲座的基础上，根据学校开选修课的要求，我们以原讲座的讲稿为基础，写出讲义并开课试用，然后，吸取了一些超导界同行和很多学生的意见，又对讲义作了较大的修改和补充，才完成了现在奉献给读者的这本超导技术应用。超导体的直流电阻为零，实际测得的直流电阻率小于10-28·m，比铜的直流电阻率小约13个数量级。超导体不仅低频损耗极低，而且高频损耗也很低，在10GHz频率时的微波表面电阻比铜低约6个数量级。超导约瑟夫森结制成的电子器件的固有噪声温度接近量

4、子噪声极限，超导SIS混频器在36GHz频率时噪声仅为3.8K，逻辑电路的开关时间小于15ps。超导量子干涉器的磁场灵敏度达1015T，能量分辨率约为10-33J/Hz。这些特性使超导技术在电工学和电子学领域有着广泛的应用前景，从年代以后，已逐步在一些尖端技术上获得了成功的应用。自1911年翁内斯(Onnes)发现超导以来，由于需要极低温度(典型的是4.2K)而限制了超导技术的广泛应用。1986年，Müller和Bednorz发现临界温度Tc大于30K的高温超导体后，1987年，吴茂昆、朱经武等人和赵忠贤、陈立泉等人各自制出了Tc高于90K的YBaCuO氧化物高温超导体，1988年，

5、盛正直等人又制出Tc高于120K的TlBaCaCuO氧化物超导体，从而使超导技术的广泛应用成为了可能。件 本书介绍的超导技术应用，以低温超导技术应用为主。因为高温超导技术的工程应用不仅目前还没达到低温超导技术的水平，而且其应用原理大都与低温超导技术相同，最大的区别只是简化了低温技术问题，大大降低了成本，为此，书中只介绍了一些关于高温超导应用的前景分析。 对于超导技术的应用，本书着重介绍它在交通、能源、信息、生物医学、地质矿产、高能物理等方面的应用。为便于理解，在前四章中分别介绍低温技术、超导物理基础、超导电子学、超导材料和超导磁体等方面的基本理论。这样既便于读者系统掌握超导技术应用中的理论与技

6、术问题，又可以满足那些只需要重点掌握某些方面超导技术应用问题的读者选学所需要的章节。例如只对超导电子技术感兴趣的读者，可不学第四、五、六章。关心电气工程方面的读者，也可不必学第三章和第七章。 超导技术本身是基于多种基础科学和技术科学的高新技术，反之，超导技术应用又几乎无不与其它众多高新技术领域直接相关。换言之，超导技术应用往往会使一些高新技术达到更高更新的水准，有些方面甚至有数量级的提高。为此，本书在介绍超导技术各种应用的同时，对相关的高新技术的原理也作了简要介绍，这不仅有利于充分理解超导在各方面的应用，也使读者学到一些相关的高新技术知识，例如磁浮列车、磁流体发电、受控热核聚变、微弱信号检测、

7、核磁成象、加速器和对撞机等等。 在介绍基本原理的前四章中，只在各章末列出了一些主要参考书目和典型的综合评述文章(其中第三章还列出了参考文献)，旨在为深入学习超导技术理论的读者提供方便。后六章为本书的主体，除参考书目和综述文章以外，还列出了书中所引用的主要参考文献，以满足深层次读者的需要，它可以作为去进行某一超导技术应用研究的导引。为了扩大读者的视野以及帮助某些读者解决在阅读本书时可能遇到的困难，书后还列出了超导技术应用方面的综合参考书目甚至部分超导技术入门的书目。 这里需要特别说明，本书引用的图表，均来自本书所列约370篇参考文献和约200本参考书藉，在正文中大都标了角注，只是未在具体图表中再

8、加注，借此机会谨向原作者们表示深深的谢意和歉意。 要把理论复杂、应用广泛的超导技术应用在一本书里讲述出来，既要阐明超导技术基本理论、超导技术在各方面的应用原理以及应用超导技术中的技术问题和它的优越性，又要反映直到本书结稿时的超导技术应用现状，其难度是不小的。若不是自1970年我们开始低温与超导技术应用研究以来一直得到众多前辈和中青年朋友们的教诲和帮助，若不是在原超导技术应用讲义印出的前后得到了很多专家、教授的具体指导、关心和支持，本拙作是不可能完成的。在此，谨向他们致以深切的感谢，并渴请他们对本书给予教正。这里还要特别感谢周兴泰、卢奇勋、袁顺生和赵成永等老师在本书编辑出版过程中所做的大量具体工

9、作，非此是不可能有本书的付印出版的。希望本书能作为理工科大学高年级学生或工程技术型研究生在选修高新技术课程时的教学参考书，更希望它适用于工程科学和工程技术界尤其是超导技术、电工技术、电子技术和低温技术等方面的广大科技人员和教师参考。如果本书对您有所裨益，我们将感到欣慰。若能得到您的指正或建议，那将是我们莫大的荣幸。 作者 1995年1月3日目 录第一章 低温技术§1.1 低温技术的发展§1.2 低温液体§1.3 传热与绝热§1.4 真空技术§1.5 低温液体的贮存和输送§1.6 制冷机参考书和综述文献第二章 超导物理基础§2

10、.1 零电阻现象§2.2 迈斯纳效应§2.3 超导体的临界参数§2.4 二流体模型§2.5 伦敦方程§2.6 穿透深度和相干长度§2.7 第一类和第二类超导体§2.8 同位素效应§2.9 超导能隙§2.10 电子对参考书目和综述文献第三章 超导电子学§3.1 超导电子学简介§3.2 射频超导电性§3.3 约瑟夫森效应§3.4 超导量子干涉器§3.5 超导数字电路参考文献参考书目和综述文献第四章 超导材料和超导磁体§4.1 超导材料概述§

11、4.2 Nb-Ti和Nb3Sn§4.3 超导体的稳定性§4.4 交流损耗§4.5 复合导体§4.6 工程实用的超导线缆§4.7 超导磁体简介§4.8 超导磁体的设计与制作§4.9 超导磁体的供电和运行§4.10 超导磁体的保护参考书目和综述文献第五章 超导在交通运输上的应用§5.1 引言§5.2 超导在磁浮列车上的应用§5.3 列车的磁浮方案§5.4 超导磁浮原理§5.5 超导磁浮推进原理§5.6 磁浮列车用的超导磁体§5.7 超导磁浮列车的制冷

12、§5.8 超导磁浮列车的乘坐环境§5.9 超导磁浮列车系统§5.10 超导电磁推进船§5.11 超导在交通运输业上的其它应用参考文献参考书目和综述文献第六章 超导在能源方面的应用§6.1 常规电力系统的局限性§6.2 超导直流电机§6.3 超导发电机§6.4 超导电力电缆§6.5 超导储能§6.6 磁流体发电与超导技术§6.7 超导在受控热核聚变上的应用参考文献参考书目和综述文献第七章 超导在信息技术领域的应用§7.1 超导稳频技术§7.2 超导微波谐振腔的应用&#

13、167;7.3 超导微带线§7.4 超导滤波器和谐振电路§7.5 超导同轴通讯电缆§7.6 超导天线§7.7 超导辐射热测量计§7.8 超导宽带检测器§7.10 超导参量放大器§7.11 超导振荡器§7.12 超导接收机§7.13 超导电压基准§7.14 超导计算机参考文献参考书目和综述文献第八章 超导在生物医学上的应用§8.1 超导核磁成像技术§8.2 生物磁学用的SQUID系统§8.3 SQUID在生物磁测量上的应用§8.4 超导磁体在医学上的直接应用

14、参考文献参考书目和综述文献第九章 超导在地质矿产业的应用§9.1 岩石的磁性§9.2 超导仪器§9.3 超导仪器的应用§9.4 超导磁分离技术参考文献 参考书目和综述文献第十章 超导在高能物理研究中的应用§10.1 高能物理简介§18.2 回旋加速器§10.3 超导同步加速器§10.4 超导直线加速器§10.5 超导对撞机参考文献参考书目和综述文献附录附录 基本常数附录 超导技术应用综合文献和参考书目附录 普通参考书目（川）新登字015号 责任编辑：周兴泰, 赵成永 封面设计：卢奇勋内 容 简 介 本书介绍超导技术在交通、能源、信息、生物医学、地质矿产和高能物理等领域的应用。为了便于理解，首先分别简要介绍了低温技术、超导物理基础、超导电子学、超导材料和超导磁体等方面的基本理论。在着重阐明超导技术应用所涉及到的各种基本理论和基本技术问题的同时，尽量少地应用到较复杂的数学处理，以满足广大读者的需要。希望进一步深入理解本书内容的