超导技术的发展历程及应用.docx

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1、超导技术的发展历程及现有应用班王步余摘要：自1911年超导技术被发现以来，以其诱人的前景始终成为固体物理学、材料科学和电力技术的热门研究问题。本文将介绍超导技术的发展历程、基本原理，以及现有的应用方向，对超导技术进行简单介绍。关键词：超导技术；发展历程；基本原理；应用前景文章正文：一．超导技术的发展历程1911年荷兰物理学家昂内斯发现，将汞冷却到－268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他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。他在1913年的诺贝尔领奖演说上将这种现象命名为“超导现象”。1950年美国人巴丁、库柏和斯里弗提出超导电

2、量子理论。这一重要的理论，成功地解释了超导现象，被科学家界称作“巴库斯理论”（BCStheory）。这一理论的提出标志着超导理论的正式建立，使超导研究进入了一个新的阶段。1960-1961年美籍挪威人贾埃瓦用铝做成隧道元件进行超导实验，直接观测到了超导能隙，证明了巴库斯理论。1962年约瑟夫逊在著名科学家安德森指导下研究超导体能隙性质，他提出在超导结中，电子对可以通过氧化层形成无阻的超导电流，这个现象称作直流约瑟夫逊效应。约瑟夫逊的这一重要发现为超导体中电子对运动提供了证据，使对超导现象本质的认识更加深入。约瑟夫森效应成为微弱电磁信号探测和其他电子学应用

3、的基础。此后，超导技术在不同领域有了不同程度的应用，另一方面，超导材料也不断的有新的突破，超导温度不断的提高。二.超导技术的基本原理BCS理论把超导现象看作一种宏观量子效应。它提出，金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成所谓“库珀对”，库珀对在晶格当中可以无损耗的运动，形成超导电流。在BCS理论提出的同时，尼科莱·勃格留波夫也独立的提出了超导电性的量子力学解释，他使用的勃格留波夫变换至今为人常用。电子间的直接相互作用是相互排斥的库伦力。如果仅仅存在库伦力直接作用的话，电子间的这种相互作用在满足一定条件时，可以是相互吸引的，正是这种吸引作用导致了“库珀对”

4、的产生。大致上，其机理如下：电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷，导致格点的局部畸变，形成一个局域的高正电荷区。这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的结合能相结合配对。在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电子对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻，形成所谓“超导”。尽管BCS已为实验所证实，但仍有一些问题需要解决，比如说：将一超导圆环放在磁场中并冷却到临界温度以下，突然撤去磁场，则在超导环中将产生感生超导电流。实验发现，此电流可以持续几年也未发现有明显变化。根据BCS电子配对理论，超导圆环内的电子全

5、部配对成功，那么这两束电子是如何形成超导电流的？它们又是如何保证几年都不发生碰撞？目前还有待证明。三．超导技术的应用超导技术已经在科技领域有了很多的应用，主要是利用液氮产生的低温环境供其工作。此处列举超导技术的几项应用：1.超导驱动日本在上世纪就研制了由超导电流驱动的轮船。与传统驱动方式相比，超导驱动具有噪音小，驱动稳定，驱动效率高等优点。2.核聚变所用的托卡马克装置中利用超导磁体，产生强磁场。超导体由于其电阻的特点，可以安全的负有极大的电流，因此稳定的产生极大的磁场。3.超导悬浮列车利用超导电流产生的强磁场，是列车悬浮于轨道之上，并利用磁场推动其前进。

6、这种列车与传统列车相比，快速、稳定、节能、低噪音的优点。