1-低温技术及其应用课件

低温现象（自然的，人造的）低温技术应用：科学、工程主要内容低温学：研究低温的科学和技术低温技术：如何获得和维持低温低温现象（自然的，人造的）低温技术应用：科学、工程主要内容低教材：

制冷原理与技术，王如竹等编，科学出版社，2003教学参考书：低温系统，王如竹等编著，上海交通大学出版社，2000制冷与低温原理，陈光明等编，机械工业出版社，2000制冷与低温技术原理，吴业正等著，高等教育出版社，2004最新低温制冷技术，陈国邦等著，上海交通大学出版社，2003CryogenicEngineering,FlynnT.M.,NewYork,1997CryogenicEngineering,TimmerhausK.D.Reed,R.P.Reed.NewYork,2007Theartofcryogenics:low-temperatureexperimentaltechniques/editedbyGuglielmoVenturaandLaraRisegari.Amsterdam;Boston:Elsevier,2008教材与教学参考书教材：教材与教学参考书第一章低温系统导论(2学时)第二章材料的低温性能(4学时+2学时实验)

第三章气体液化系统(4学时)

第四章气体分离及纯化系统(4学时)

第五章小型低温制冷机(4学时+2学时实验)

第六章低温贮运设备(4学时)

第七章真空技术及真空泵(4学时+2学时实验)

第八章低温测量系统(4学时)教学安排第一章低温系统导论(2学时)教学安排低温低温UniverseandNatureUniverseandNature温度计温度计低温制冷极低温温度计低温制冷极低温温度计通过123K(-150℃)来分界温区高于123K为制冷（Refrigeration），又称普冷；空调Air-Conditioning是制冷技术在其最高温区的应用低于123K为低温（Cryogenics）“RefrigerationandCryogenics”低温温度的划分低温温度的划分低温物理和低温工程气体液化和分离热力学和传递过程低温制冷装置低温生物和低温医疗食品冷冻和保存低温储存低温运输空调热泵、冷能利用国际制冷学会（IIR）国际制冷学会（IIR）地球上最冷的地方在南极：-88.3°C，被称为“世界寒极”什么地方最冷？在月球的阴面，温度为-160°C在宇宙深处，温度为-270°C地球上最冷的地方在南极：-88.3°C，被称为“世界寒极”什“绝对零度”，即-273.15°C，用0K表示。但这只是理论值，科学家正在通过实验，努力向它逼近。在1958年，已达到距离0K只有1/万，经过十几年的艰苦努力，终于逼近到距离0K只有1/亿的新纪录。冷的极限？“绝对零度”，即-273.15°C，用0K表示。但这只是理论低温学研究低温的科学和技术原理低温学研究低温的科学和技术原理研究如何获得和维持低温的科学和技术原理根据在不同的低温温度区域，获得低温的方法及研究对象，又可把制冷技术分为普冷技术和深冷技术。习惯上把普冷技术称为制冷技术，把深冷技术称为低温技术。获得低温的方式有很多，主要是相变制冷和节流膨胀制冷。低温制冷技术研究如何获得和维持低温的科学和技术原理低温制冷技术超导(无电阻、完全抗磁性)。虽然超导和材料研究力图摆脱低温的限制，但到目前为止还必须依赖低温低温，孕育了许多奇妙的物理现象，使物质性质发生奇特的变化，成为物理学前沿研究不可或缺的手段超流。液氦II表现出几乎为0的流动阻力和一些奇妙现象高能物理。大型粒子加速器（加速粒子），探测器（测量碰撞后的粒子）玻色-爱因斯坦凝聚：原子在接近0K时特殊物态超导(无电阻、完全抗磁性)。虽然超导和材料研究力图摆脱低温的1-低温技术及其应用课件早期的Nobel物理学奖S.BoseKamerlinghOnnesEinstein早期的Nobel物理学奖S.BoseKamerlingh近期的Nobel物理学奖近期的Nobel物理学奖日常的低温现象日常的低温现象空气在-196°C时会变成浅蓝色液体塑料、橡胶、鲜艳的花朵、生鸡蛋放进液氮中会变成玻璃一样，轻敲会发出“叮当”声，重敲会破碎低温下的空气低温-性质空气在-196°C时会变成浅蓝色液体低温下的空气低温-性质将一条金鱼放入液态空气中，再取出来时，它会变得硬邦邦，晶莹剔透，仿佛水晶玻璃制成的工艺品。更为神奇的是，再将它放入水中时，它竟然复活了，又摆动着轻纱般的尾巴游了起来。低温-金鱼将一条金鱼放入液态空气中，再取出来时，它会变得硬邦邦，晶莹剔低温时，金属的内部结构会变得松散--金属的“冷脆现象”。锡，铝、镁甚至钢铁也都怕冷。怕“冷”的金属只有金属铜和一些合金（如铝合金、钛合金等）不怕低温。所以对于低温设备，如盛液态空气，常使用金属铜作容器低温时，金属的内部结构会变得松散--金属的“冷脆现象”。怕“1913年，俄罗斯一南极探险队，由于装汽油的铁箱是用锡焊的，一遇低温，焊锡变成粉末，汽油全部漏光——探险队全部遇难。之后，凡到南、北极或严寒地区，油箱一律不许用锡焊1938年和1940年，在比利时，先后有两座铁桥在严寒中轰然坍塌1943年2月，美国纽约附近的一个直径12米的贮气罐突然破裂……金属冷脆带来的灾难1913年，俄罗斯一南极探险队，由于装汽油的铁箱是用锡焊的，将液态空气洒在地面，由于温度骤降，使地雷中的金属弹簧变脆而失去弹性，也不会爆炸应用冷脆技术，不仅可以迅速粉碎那些硬度高、弹性大的材料，还可以控制颗粒大小对于回收废钢，在回炉炼钢前的粉碎一直是个难题。过去用1400°C的电弧来切割，既费力，又污染环境。现在利用低温冷脆技术，一小时可以粉碎30吨利用金属“冷脆”现象将液态空气洒在地面，由于温度骤降，使地雷中的金属弹簧变脆而失超导现象将金属铅做成一个圆环，放入接近0K的超低温中，这时，铅的电阻消失了！在环中通上电流，然后截断电源，将整套装置密封起来。放置二年后将装置打开，测量电流强度，发现几乎没有变化！原来，超导环的电阻为0，因此没有能量损失，环中的电流可以几年、十几年、几十年经久不衰！超导现象将金属铅做成一个圆环，放入接近0K的超低温中，这时，1933年迈斯纳发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零，且不论对导体是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导状态，超导体就把全部磁通量排出体外。NN降温加场迈斯纳效应：完全抗磁性注：S表示超导态N表示正常态1933年迈斯纳发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的转变温度时，小磁铁会离开锡盘飘然升起，升至一定距离后，便悬空不动了。迈纳斯效应:磁悬浮这是由于磁铁的磁力线不能穿过超导体，在锡盘感应出持续电流的磁场，与磁铁之间产生了排斥力，磁体越远离锡盘，斥力越小，当斥力减弱到与磁铁的重力相平衡时，就悬浮不动了。超导磁悬浮列车磁悬浮在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的转变温度时，小磁铁会离超导磁悬浮列车(Maglev)JapanRailway500km/hr10cmliftLTSmagnets4magnets/cryostat7Wat4K18kmtesttrack超导磁悬浮列车(Maglev)JapanRailway导热系数非常大热阻很小粘度很小“喷泉现象”“爬行膜”可以无阻碍的通过极细的狭缝和小孔；并在和任何固体表面接触时会形成一层薄膜（2×10-5mm）超流氦HeⅡ的特殊现象导热系数非常大热阻很小超流氦HeⅡ的特殊现象HeⅡ中的喷泉效应

HeⅡ中的“爬行膜现象”

HeⅡ中的喷泉效应HeⅡ中的“爬行膜现象”超导应用超导应用目前世界上的电能约有1/4损耗在输电线路上，1/4损耗在变压器上若使用无电阻的超导材料做输电线路和变压器，再采用一些绝热技术，将实现“无损耗输电”，等于增加了1倍的发电量电力传输目前世界上的电能约有1/4损耗在输电线路上，1/4损耗在变压

最近科学家已设计制造出实用超导电缆：

利用一种合金氧化物（钇钡铜氧）制成几毫米的带子，缠绕在装有流动液氮的管子上，再加上几层绝热层，一根超导电缆就制成了。 它的输电能力是铜的30-40倍。超导电缆 最近科学家已设计制造出实用超导电缆：超导电缆

研究人员已制造出超导磁体，它无电阻、无热损耗，易产生强大磁场，且节省电力：

5万高斯的强磁场只需几百瓦功率的电源，过去，一个产生5万高斯强磁场的磁体重量达20吨，而目前只有几公斤。超导磁体 研究人员已制造出超导磁体，它无电阻、无热损耗，易产生强大磁高速计算机的散热是超大规模集成电路面临的难题而超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。超导计算机高速计算机的散热是超大规模集成电路面临的难题超导计算机核能包括裂变能和聚变能。裂变是重金属元素的质子通过裂变而释放的巨大能量，目前已经实现商用化。氘氚聚变释放出大量能量，其燃料氘在地球上几乎可以说是无穷尽的。聚变反应堆不产生污染物质，产物没有放射性，具有接近无限资源的比较理想的能源。聚变能是目前认识到的可以最终解决人类能源和环境问题的最重要的途径之一。核聚变核能包括裂变能和聚变能。裂变是重金属元素的质子通过裂变而释放磁约束（托卡马克）掼性约束（激光）核聚变是在近亿度的高温下进行，产生的高热等离子体，很难找到能承受如此高温的容器，使得人工受控热核反应久久不能实现利用超导磁体可以约束热核反应在其中进行。因为在近亿摄氏度的高温下，氢原子变成了一个个带电粒子，强大的磁场可以阻止它们外溢超导磁体应用是可控热核聚变研究的一次重大突破，使得磁容器磁约束的连续稳态运行成为现实如何实现连续可控核聚变？磁约束（托卡马克）掼性约束（激光）如何实现连续可控核聚变？大体积超导磁体相对于常规磁体可大大节约电能，从而提高能量使用的效率。超导磁体的电流密度更高，从而减小装置的尺寸，节约投资。现在对于托卡马克装置，除了纵场磁体外，极向场磁体也开始采用超导技术。中国科学院等离子体物理研究所的EAST装置和在法国正在建设中的ITER装置。超导磁约束大体积超导磁体相对于常规磁体可大大节约电能，从而提高能量使用ITER:国际热核聚变实验堆超导托克马克装置装置中心是高温氘氚等离子体环：15MA的等离子体电流，核聚变反应功率达50万kW，每秒释放多达1000个高能中子。18个大型超导环向场线圈，将产生5.3T的环向强磁场。中心是一个巨大的超导线圈筒，在环向场线圈外侧有6个大型环向超导线圈。线圈的作用是产生等离子体电流和控制等离子体位形。系统罩于一个低温杜瓦中，坐落于底座上，构成实验堆本体ITER:国际热核聚变实验堆超导托克马克装置ITER:超导磁体和低温系统ITER纵场导体和中心螺管导体采用Nb3Sn，其余导体采用NbTi材料，超导磁体总重量约10130吨所有磁体采用4.5K超临界氦迫流冷却，设计的低温制冷系统提供55kW制冷量，流量是0.13kg/s。80K的热辐射屏需要的冷量大约是660kW。整个体系还包括：供电系统、供水系统、氚工厂、高真空系统、大型液氮、液氦低温系统等。其中大型氦低温技术和系统是保障ITER装置可靠工作的前提和基础，用以支持其内部各种大中型超导磁体的运行。ITER:超导磁体和低温系统ITER纵场导体和中心螺管导体采ITER：历史和现状1987年，美、苏、欧、日开始ITER设计1991年，西班牙、法国、日本、加拿大提出申请，日本和法国入围，加拿大于2003年12月宣布因缺乏资金退出。1999年，美国因自认为在核聚变技术上领先其他国家，宣布退出，后又因国内热核聚变研究进展缓慢，担心被ITER甩下，于2003年2月重新加入。中国也在同日正式入盟2006年6月，在计划提出20年，选址耗时18年后，ITER的建设地点终于花落法国南部。欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度、中国共投资100亿欧元，开始工程建设。预计2016年建成。它将成为世界第一个产出能量大于输入能量的核聚变装置，为制造真正的反应堆作准备。这是一个事关世界未来能源安全的重大国际合作项目，其意义不亚于人类基因组计划和国际空间站。ITER：历史和现状1987年，美、苏、欧、日开始ITER设低温技术还可以使生命冷藏成为可能前面的金鱼冻僵又复活的实验生动地告诉我们：生命可以冷藏！但必须是“速冻”才能复活，如果是缓慢降至超低温，仍无法复活冷冻生命低温技术还可以使生命冷藏成为可能冷冻生命因为缓慢降温时，动物细胞中的水分会结冰，使体积膨胀，于是细胞壁破裂而死亡。当“速冻”至超低温时，细胞中的水分来不及膨胀，细胞壁也不会破裂，虽然细胞停止了活动，不再进行新陈代谢，一旦温度上升，生命可以复活。目前，科学家正在加紧探索其中的奥秘，寻找一种可以延长人类寿命的新途径。必须“速冻”因为缓慢降温时，动物细胞中的水分会结冰，使体积膨胀，于是细胞1967，美国物理学家詹姆斯.倍德福身患癌症，他请医生为自己做了“速冻冷藏”处理，经8小时处理，将体温迅速降至-196°C超低温，然后装进一个合金钢器具里，放进一座“冰墓”中，冰墓内的温度保持在-200°C。速冻“冷藏人”现在国外已经建有几座这样的冰墓，有几十个“速冻冷藏人”停留者，他们将度过100年甚至几百年，期待医学发达可以根治自己的疾病时再复苏过来。1967，美国物理学家詹姆斯.倍德福身患癌症，他请医生为自己冰墓设备先进完全自动管理甚至不怕停电和地震等灾害20万美元/每具速冻“冷藏人”的安全性和价格冰墓设备先进20万美元/每具速冻“冷藏人”的安全性和价格首先，“速冻冷藏”处置必须在生前活着时去做，实际很难确定，甚至会有谋杀的嫌疑；其次，对“冰墓”中的人如何称呼？委婉地称其为“患者”，事实上已停止心跳和呼吸，与普通患者完全不同；最后，100年或几百年后，他的后代是否会同意”老祖宗”再复活“重返人间”呢？这些涉及法律和道德上的新问题也是现代新科技为人类带来的新问题。对生命速冻的看法首先，“速冻冷藏”处置必须在生前活着时去做，实际很难确定，甚低温应用研究进展低温应用研究进展美国能源部2003年11月公布了二十年中长期大科学工程发展规划，共28项，拟投资120亿美元。这些大工程项目中的80％是以低温与超导技术为工程基础的。

“这些大科学工程将使科学发生革命，使美国科学位于世界前沿，将会产生重大科学发现，对人类社会做出重大贡献”SpencerAbraham(美国能源部长)美国能源部20年大科学工程发展规划美国能源部2003年11月公布了二十年中长期大科学工程发展规28个项目28个项目RHICatBNL4milescircumferenceSMworkingat4.5KRHICatBNL4milescircumferenLHCatCERN

欧洲粒子物理研究中心4.3km 4.3kmradius,27kmcircumference,100mundergroundLHCatCERN

欧洲粒子物理研究中心4.3km 4LHC:采用超流氦(1.8K)冷却的超导磁体LHC:采用超流氦(1.8K)冷却的超导磁体LHCPhysicsLHCPhysicsAtlasdetectorDiameter:25mBarreltoroidlength:26mChamberspan:46mOverallweight:7000TA

ToroidalLHCApparatusAtlasdetectorDiameter:25mAATLASGroup151Institutionsfrom35Countries2200PhysicistsATLASGroup151Institutionsfr空间和军事技术火箭推进剂：液氧、液氢。液氢液氧发动机推力比煤油液氧强大约30%，已用于土星5号运载火箭完成登月任务。美国单台氢氧发动机推力已超过2MN。液固氢混合物（氢浆或胶氢）空间设备的地面模拟试验：航天器地面试验需要模拟空间的冷黑和高真空环境，也包括发动机大量高温排气的处理以保持实验舱环境的问题

空间红外遥感遥测:光电子器件在低温下,热噪声低、灵敏度高、运行速度快空间和军事技术火箭推进剂：液氧、液氢。液氢液氧发动机推力比煤低温液体火箭推进

Ariane5(25tH2,130tO2)低温液体火箭推进

航天飞机(100tH2,600tO2)低温液体火箭推进

Ariane5(25tH2,130tAMS-02采用工作在超流氦温度(1.8K)下的超导磁替代AMS-01的永磁体，AMS-02探测器的灵敏度大大提高（6倍以上）探索暗物质探索反物质AMS-2AMS-02采用工作在超流氦温度探索暗物质AMS-2orbitdevelopmentfuture空间远红外望远镜（<3K）orbitdevelopmentfuture空间远红外望远镜红外遥感遥测NASA地球观测卫星(EOS)TRW3503脉管制冷机红外遥感遥测NASA地球观测卫星(EOS)TRW3503脉管1-低温技术及其应用课件红外摄像仪微型斯特林制冷机

制冷量0.15W/80K

输入功:3W14%卡诺效率Inframetric-01.jpg红外摄像仪微型斯特林制冷机制冷量0.15W/80KI军事夜视仪

军事夜视仪自1980年至今约200,000台

0.3-1.75Wat65-80K军事夜视仪军事夜视仪高温超导滤波器件——移动通讯基站高温超导滤波器件——移动通讯基站CancersSkinCervix(precancerous)ProstateLiverKidneyLungBrainBreastAbnormalUterineBleeding120,000womeninU.S.eachyeargethysterectomiesforthisRecoveryperiodis6weeksforhysterectomyRecoveryperiodof1dayforcryoablationCryoablationofuterineliningreceivedFDAapprovalin2001目前的低温医疗应用Cancers目前的低温医疗应用器官切除Dermatology(skin)InternalorgansCathetersHeartProstategland器官切除DermatologyInternalorgans超导核磁共振成像仪（MRI）0.2-1.5TNbTi磁体Nb3Sn磁体LHe浸泡第一级制冷量：40W/40K第二级制冷量：1W/4.2K7000台自1995年超导核磁共振成像仪（MRI）0.2-1.5T天然气液化(LNG)天然气液化(LNG)液氢汽车液氢汽车使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得低温应用低温应用低温现象（自然的，人造的）低温技术应用：科学、工程主要内容低温学：研究低温的科学和技术低温技术：如何获得和维持低温低温现象（自然的，人造的）低温技术应用：科学、工程主要内容低教材：

制冷原理与技术，王如竹等编，科学出版社，2003教学参考书：低温系统，王如竹等编著，上海交通大学出版社，2000制冷与低温原理，陈光明等编，机械工业出版社，2000制冷与低温技术原理，吴业正等著，高等教育出版社，2004最新低温制冷技术，陈国邦等著，上海交通大学出版社，2003CryogenicEngineering,FlynnT.M.,NewYork,1997CryogenicEngineering,TimmerhausK.D.Reed,R.P.Reed.NewYork,2007Theartofcryogenics:low-temperatureexperimentaltechniques/editedbyGuglielmoVenturaandLaraRisegari.Amsterdam;Boston:Elsevier,2008教材与教学参考书教材：教材与教学参考书第一章低温系统导论(2学时)第二章材料的低温性能(4学时+2学时实验)

第三章气体液化系统(4学时)

第四章气体分离及纯化系统(4学时)

第五章小型低温制冷机(4学时+2学时实验)

第六章低温贮运设备(4学时)

第七章真空技术及真空泵(4学时+2学时实验)

第八章低温测量系统(4学时)教学安排第一章低温系统导论(2学时)教学安排低温低温UniverseandNatureUniverseandNature温度计温度计低温制冷极低温温度计低温制冷极低温温度计通过123K(-150℃)来分界温区高于123K为制冷（Refrigeration），又称普冷；空调Air-Conditioning是制冷技术在其最高温区的应用低于123K为低温（Cryogenics）“RefrigerationandCryogenics”低温温度的划分低温温度的划分低温物理和低温工程气体液化和分离热力学和传递过程低温制冷装置低温生物和低温医疗食品冷冻和保存低温储存低温运输空调热泵、冷能利用国际制冷学会（IIR）国际制冷学会（IIR）地球上最冷的地方在南极：-88.3°C，被称为“世界寒极”什么地方最冷？在月球的阴面，温度为-160°C在宇宙深处，温度为-270°C地球上最冷的地方在南极：-88.3°C，被称为“世界寒极”什“绝对零度”，即-273.15°C，用0K表示。但这只是理论值，科学家正在通过实验，努力向它逼近。在1958年，已达到距离0K只有1/万，经过十几年的艰苦努力，终于逼近到距离0K只有1/亿的新纪录。冷的极限？“绝对零度”，即-273.15°C，用0K表示。但这只是理论低温学研究低温的科学和技术原理低温学研究低温的科学和技术原理研究如何获得和维持低温的科学和技术原理根据在不同的低温温度区域，获得低温的方法及研究对象，又可把制冷技术分为普冷技术和深冷技术。习惯上把普冷技术称为制冷技术，把深冷技术称为低温技术。获得低温的方式有很多，主要是相变制冷和节流膨胀制冷。低温制冷技术研究如何获得和维持低温的科学和技术原理低温制冷技术超导(无电阻、完全抗磁性)。虽然超导和材料研究力图摆脱低温的限制，但到目前为止还必须依赖低温低温，孕育了许多奇妙的物理现象，使物质性质发生奇特的变化，成为物理学前沿研究不可或缺的手段超流。液氦II表现出几乎为0的流动阻力和一些奇妙现象高能物理。大型粒子加速器（加速粒子），探测器（测量碰撞后的粒子）玻色-爱因斯坦凝聚：原子在接近0K时特殊物态超导(无电阻、完全抗磁性)。虽然超导和材料研究力图摆脱低温的1-低温技术及其应用课件早期的Nobel物理学奖S.BoseKamerlinghOnnesEinstein早期的Nobel物理学奖S.BoseKamerlingh近期的Nobel物理学奖近期的Nobel物理学奖日常的低温现象日常的低温现象空气在-196°C时会变成浅蓝色液体塑料、橡胶、鲜艳的花朵、生鸡蛋放进液氮中会变成玻璃一样，轻敲会发出“叮当”声，重敲会破碎低温下的空气低温-性质空气在-196°C时会变成浅蓝色液体低温下的空气低温-性质将一条金鱼放入液态空气中，再取出来时，它会变得硬邦邦，晶莹剔透，仿佛水晶玻璃制成的工艺品。更为神奇的是，再将它放入水中时，它竟然复活了，又摆动着轻纱般的尾巴游了起来。低温-金鱼将一条金鱼放入液态空气中，再取出来时，它会变得硬邦邦，晶莹剔低温时，金属的内部结构会变得松散--金属的“冷脆现象”。锡，铝、镁甚至钢铁也都怕冷。怕“冷”的金属只有金属铜和一些合金（如铝合金、钛合金等）不怕低温。所以对于低温设备，如盛液态空气，常使用金属铜作容器低温时，金属的内部结构会变得松散--金属的“冷脆现象”。怕“1913年，俄罗斯一南极探险队，由于装汽油的铁箱是用锡焊的，一遇低温，焊锡变成粉末，汽油全部漏光——探险队全部遇难。之后，凡到南、北极或严寒地区，油箱一律不许用锡焊1938年和1940年，在比利时，先后有两座铁桥在严寒中轰然坍塌1943年2月，美国纽约附近的一个直径12米的贮气罐突然破裂……金属冷脆带来的灾难1913年，俄罗斯一南极探险队，由于装汽油的铁箱是用锡焊的，将液态空气洒在地面，由于温度骤降，使地雷中的金属弹簧变脆而失去弹性，也不会爆炸应用冷脆技术，不仅可以迅速粉碎那些硬度高、弹性大的材料，还可以控制颗粒大小对于回收废钢，在回炉炼钢前的粉碎一直是个难题。过去用1400°C的电弧来切割，既费力，又污染环境。现在利用低温冷脆技术，一小时可以粉碎30吨利用金属“冷脆”现象将液态空气洒在地面，由于温度骤降，使地雷中的金属弹簧变脆而失超导现象将金属铅做成一个圆环，放入接近0K的超低温中，这时，铅的电阻消失了！在环中通上电流，然后截断电源，将整套装置密封起来。放置二年后将装置打开，测量电流强度，发现几乎没有变化！原来，超导环的电阻为0，因此没有能量损失，环中的电流可以几年、十几年、几十年经久不衰！超导现象将金属铅做成一个圆环，放入接近0K的超低温中，这时，1933年迈斯纳发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零，且不论对导体是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导状态，超导体就把全部磁通量排出体外。NN降温加场迈斯纳效应：完全抗磁性注：S表示超导态N表示正常态1933年迈斯纳发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的转变温度时，小磁铁会离开锡盘飘然升起，升至一定距离后，便悬空不动了。迈纳斯效应:磁悬浮这是由于磁铁的磁力线不能穿过超导体，在锡盘感应出持续电流的磁场，与磁铁之间产生了排斥力，磁体越远离锡盘，斥力越小，当斥力减弱到与磁铁的重力相平衡时，就悬浮不动了。超导磁悬浮列车磁悬浮在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的转变温度时，小磁铁会离超导磁悬浮列车(Maglev)JapanRailway500km/hr10cmliftLTSmagnets4magnets/cryostat7Wat4K18kmtesttrack超导磁悬浮列车(Maglev)JapanRailway导热系数非常大热阻很小粘度很小“喷泉现象”“爬行膜”可以无阻碍的通过极细的狭缝和小孔；并在和任何固体表面接触时会形成一层薄膜（2×10-5mm）超流氦HeⅡ的特殊现象导热系数非常大热阻很小超流氦HeⅡ的特殊现象HeⅡ中的喷泉效应

HeⅡ中的“爬行膜现象”

HeⅡ中的喷泉效应HeⅡ中的“爬行膜现象”超导应用超导应用目前世界上的电能约有1/4损耗在输电线路上，1/4损耗在变压器上若使用无电阻的超导材料做输电线路和变压器，再采用一些绝热技术，将实现“无损耗输电”，等于增加了1倍的发电量电力传输目前世界上的电能约有1/4损耗在输电线路上，1/4损耗在变压

最近科学家已设计制造出实用超导电缆：

利用一种合金氧化物（钇钡铜氧）制成几毫米的带子，缠绕在装有流动液氮的管子上，再加上几层绝热层，一根超导电缆就制成了。 它的输电能力是铜的30-40倍。超导电缆 最近科学家已设计制造出实用超导电缆：超导电缆

研究人员已制造出超导磁体，它无电阻、无热损耗，易产生强大磁场，且节省电力：

5万高斯的强磁场只需几百瓦功率的电源，过去，一个产生5万高斯强磁场的磁体重量达20吨，而目前只有几公斤。超导磁体 研究人员已制造出超导磁体，它无电阻、无热损耗，易产生强大磁高速计算机的散热是超大规模集成电路面临的难题而超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。超导计算机高速计算机的散热是超大规模集成电路面临的难题超导计算机核能包括裂变能和聚变能。裂变是重金属元素的质子通过裂变而释放的巨大能量，目前已经实现商用化。氘氚聚变释放出大量能量，其燃料氘在地球上几乎可以说是无穷尽的。聚变反应堆不产生污染物质，产物没有放射性，具有接近无限资源的比较理想的能源。聚变能是目前认识到的可以最终解决人类能源和环境问题的最重要的途径之一。核聚变核能包括裂变能和聚变能。裂变是重金属元素的质子通过裂变而释放磁约束（托卡马克）掼性约束（激光）核聚变是在近亿度的高温下进行，产生的高热等离子体，很难找到能承受如此高温的容器，使得人工受控热核反应久久不能实现利用超导磁体可以约束热核反应在其中进行。因为在近亿摄氏度的高温下，氢原子变成了一个个带电粒子，强大的磁场可以阻止它们外溢超导磁体应用是可控热核聚变研究的一次重大突破，使得磁容器磁约束的连续稳态运行成为现实如何实现连续可控核聚变？磁约束（托卡马克）掼性约束（激光）如何实现连续可控核聚变？大体积超导磁体相对于常规磁体可大大节约电能，从而提高能量使用的效率。超导磁体的电流密度更高，从而减小装置的尺寸，节约投资。现在对于托卡马克装置，除了纵场磁体外，极向场磁体也开始采用超导技术。中国科学院等离子体物理研究所的EAST装置和在法国正在建设中的ITER装置。超导磁约束大体积超导磁体相对于常规磁体可大大节约电能，从而提高能量使用ITER:国际热核聚变实验堆超导托克马克装置装置中心是高温氘氚等离子体环：15MA的等离子体电流，核聚变反应功率达50万kW，每秒释放多达1000个高能中子。18个大型超导环向场线圈，将产生5.3T的环向强磁场。中心是一个巨大的超导线圈筒，在环向场线圈外侧有6个大型环向超导线圈。线圈的作用是产生等离子体电流和控制等离子体位形。系统罩于一个低温杜瓦中，坐落于底座上，构成实验堆本体ITER:国际热核聚变实验堆超导托克马克装置ITER:超导磁体和低温系统ITER纵场导体和中心螺管导体采用Nb3Sn，其余导体采用NbTi材料，超导磁体总重量约10130吨所有磁体采用4.5K超临界氦迫流冷却，设计的低温制冷系统提供55kW制冷量，流量是0.13kg/s。80K的热辐射屏需要的冷量大约是660kW。整个体系还包括：供电系统、供水系统、氚工厂、高真空系统、大型液氮、液氦低温系统等。其中大型氦低温技术和系统是保障ITER装置可靠工作的前提和基础，用以支持其内部各种大中型超导磁体的运行。ITER:超导磁体和低温系统ITER纵场导体和中心螺管导体采ITER：历史和现状1987年，美、苏、欧、日开始ITER设计1991年，西班牙、法国、日本、加拿大提出申请，日本和法国入围，加拿大于2003年12月宣布因缺乏资金退出。1999年，美国因自认为在核聚变技术上领先其他国家，宣布退出，后又因国内热核聚变研究进展缓慢，担心被ITER甩下，于2003年2月重新加入。中国也在同日正式入盟2006年6月，在计划提出20年，选址耗时18年后，ITER的建设地点终于花落法国南部。欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度、中国共投资100亿欧元，开始工程建设。预计2016年建成。它将成为世界第一个产出能量大于输入能量的核聚变装置，为制造真正的反应堆作准备。这是一个事关世界未来能源安全的重大国际合作项目，其意义不亚于人类基因组计划和国际空间站。ITER：历史和现状1987年，美、苏、欧、日开始ITER设低温技术还可以使生命冷藏成为可能前面的金鱼冻僵又复活的实验生动地告诉我们：生命可以冷藏！但必须是“速冻”才能复活，如果是缓慢降至超低温，仍无法复活冷冻生命低温技术还可以使生命冷藏成为可能冷冻生命因为缓慢降温时，动物细胞中的水分会结冰，使体积膨胀，于是细胞壁破裂而死亡。当“速冻”至超低温时，细胞中的水分来不及膨胀，细胞壁也不会破裂，虽然细胞停止了活动，不再进行新陈代谢，一旦温度上升，生命可以复活。目前，科学家正在加紧探索其中的奥秘，寻找一种可以延长人类寿命的新途径。必须“速冻”因为缓慢降温时，动物细胞中的水分会结冰，使体积膨胀，于是细胞1967，美国物理学家詹姆斯.倍德福身患癌症，他请医生为自己做了“速冻冷藏”处理，经8小时处理，将体温迅速降至-196°C超低温，然后装进一个合金钢器具里，放进一座“冰墓”中，冰墓内的温度保持在-200°C。速冻“冷藏人”现在国外已经建有几座这样的冰墓，有几十个“速冻冷藏人”停留者，他们将度过100年甚至几百年，期待医学发达可以根治自己的疾病时再复苏过来。1967，美国物理学家詹姆斯.倍德福身患癌症，他请医生为自己冰墓设备先进完全自动管理甚至不怕停电和地震等灾害20万美元/每具速冻“冷藏人”的安全性和价格冰墓设备先进20万美元/每具速冻“冷藏人”的安全性和价格首先，“速冻冷藏”处置必须在生前活着时去做，实际很难确定，甚至会有谋杀的嫌疑；其次，对“冰墓”中的人如何称呼？委婉地称其为“患者”，事实上已停止心跳和呼吸，与普通患者完全不同；最后，100年或几百年后，他的后代是否会同意”老祖宗”再复活“重返人间”呢？这些涉及法律和道德上的新问题也是现代新科技为人类带来的新问题。对生命速冻的看法首先，“速冻冷藏”处置必须在生前活着时去做，实际很难确定，甚低温应用研究进展低温应用研究进展美国能源部2003年11月公布了二十年中长期大科学工程发展规划，共28项，拟投资120亿美元。这些大工程项目中的80％是以低温与超导技术为工程基础的。

“这些大科学工程将使科学发生革命，使美国科学位于世界前沿，将会产生重大科学发现，对人类社会做出重大贡献”SpencerAbraham(美国能源部长)美国能源部20年大科学工程发展规划美国能源部2003年11月公布了二十年中长期大科学工程发展规28个项目28个项目RHICatBNL4milescircumferenceSMworkingat4.5KRHICatBNL4milescircumferenLHCatCERN

欧洲粒子物理研究中心4.3km 4.3kmradius,27kmcircumference,100mundergroundLHCatCERN

欧洲粒子物理研究中心4.3km 4LHC:采用超流氦(1.8K)冷却的超导磁体LHC:采用超流氦(1.8K)冷却的超导磁体LHCPhysicsLHCPhysicsAtlasdetectorDiameter:25mBarreltoroidlength:26mChamberspan:46mOverallweight:7000TA

Toroidal